专利名称：具有术后可调节尺寸的脊柱植入物的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及脊柱植入物和假体(prostheses)，尤其涉及具有术后可调节尺寸 的脊柱植入物。
背景技术：
椎管狭窄，以及椎关节强硬，脊椎前移，骨关节炎，脊柱侧凸及其它变性现象可以 是背部疼痛的原因，并且可以由对脊髓和/或神经根产生压迫的脊柱管或孔(foramina)的 窄化所引起。用于解决背部疼痛的方法之一包括减压，切除引起疼痛的骨头突出部分(bony element)，以及融合两个或多个相邻脊椎。不幸地，融合倾向于具有显著的缺陷并可引起移 动(migrate)到相邻脊椎部分(component)的问题。在非融合中，解决方案是盘替换，动态 固定系统和棘突间(inter-spinousprocess)植入物。具有高度调节能力的脊柱植入物是已知。例如，Hochshuler等人的美国专利 6045579，6080193 和 6576016 (分别在 2000 年 4 月 4 日，2000 年 6 月 27 日和 2003 年 6 月 10日公布)描述了一种用于促进相邻脊椎之间的脊柱融合的可调节高度的融合装置。该装 置位于椎间盘空间内并包括一对用于接触脊椎的接合盘。对准装置用于改变接合盘之间的 垂直距离以定制适合指定病人的设备。在一个实施例中，对准装置包括一对具有预定高度 并在接合盘之间从设备的前端延伸至后端的支柱(strut)。在另一个实施例中，对准装置包 括可旋转的连接器和用于调节接合盘之间距离的凸轮销。对准装置优选适于改变接合盘之 间的距离，使得接近前端的设备高度大于接近后端的高度，由此在安装设备之后保持脊柱 的自然脊柱前凸。可是，这些现有的装置必须在安装之前或安装期间进行调节而不能术后调节。
发明内容
本发明设法提供一种具有术后可调节尺寸的改进脊柱植入物(或假体，术语是可 互换使用的)，如棘突间脊柱植入物，以下将进一步详细描述。在一个实施例中，通过遥控或根据与植入物的可调节部分相连的机械特征，如通 过软组织中的小穿刺，脊柱植入物的至少一个尺寸在植入后能够被修改。在一个实例中，可 调节部分(还称作可变尺寸机构)能够具有借助小压力管进行液压或气压激活的象活塞 似的构造。可使用或配置其它的机械装置，诸如但不限于杆、缆(cable)或其它机械特征。 在另一实例中，可调节部分可以是电动的，如借助电动机(如通过电线，电池或远程感应供 电)，并且经由遥控进行控制。
假体被构造成两个脊椎一更优选地但不限于相邻脊椎——之间的桥。假体包括 构造以与多个骨连接点，诸如但不限于棘突，脊椎端盘或椎弓根(pedicles)(通过椎弓根 螺钉(pedicle screws))相连的多个连接部件(端部特征)。因此，根据本发明的非限定性实施例提供一种脊柱植入物，包括用于连接至第一 脊柱部分的第一脊柱连接件；用于连接至第二脊柱部分的第二脊柱连接件；以及植入后可 变尺寸装置，设置于所述第一和第二脊柱连接件之间，在完成将所述脊柱植入物安装在病 人体内的手术之后该植入后可变尺寸装置是可操作的，以导致所述第一和第二脊柱连接件 之间的相对移动。根据本发明的实施例，第一和第二脊柱连接件包括椎弓根螺钉。根据本发明的实施例，植入后可变尺寸装置改变第一和第二脊柱连接件之间的距离。根据本发明的实施例，植入后可变尺寸装置改变第一和第二脊柱连接件在垂直面 和矢状面上的位置。根据本发明的实施例，第一和第二脊柱连接件包括装配有借助于齿轮系能够转动 的螺纹杆的第一和第二支撑板，其中齿轮系的旋转改变第一和第二支撑板之间的距离。根据本发明的实施例，第一和第二脊柱连接件包括关于彼此倾斜的第一和第二支 撑板。根据本发明的实施例，植入后可变尺寸装置是液压或气压操作的。根据本发明的实施例，植入后可变尺寸装置包括与螺杆机构枢轴地连接并通过该 螺杆机构移动的铰链臂。根据本发明的实施例，植入后可变尺寸装置是电操作的。根据本发明的实施例，植入后可变尺寸装置包括内部植入部分。该内部植入部分 可以包括电活塞，电动机，微处理器，RF发射器/发送器，LVDT，应变传感器，电气线圈，电池 和电容器中的至少一个。根据本发明的实施例，植入后可变尺寸装置包括外部控制部分。外部控制部分可 包括控制板，处理器，RF发射器/发送器，磁性动力源，电气线圈和蜂窝通信装置中的至少 一个。外部控制部分和内部植入部分之间的通信可由密码或口令控制以避免内部装置的不 希望操作。根据本发明的实施例，植入后可变尺寸装置是可膨胀的。
结合附图，根据以下详细描述将更完全地明白和理解本发明，其中图1是包括根据本发明实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊柱植 入物的简化图示说明，脊柱植入物被植入在两个相邻棘突之间；图2是包括根据本发明另一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊 柱植入物的简化图示说明，脊柱植入物与椎弓根螺钉相连使得启动可变尺寸机构能够改变 螺钉之间的距离；图3是包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊 柱植入物的简化图示说明，脊柱植入物被插入在两个相邻脊椎之间；
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图4是包括根据本发明再一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置 的脊柱植入物的简化图示说明，脊柱植入物被用于在两个相邻棘突之间产生最佳牵引 (distraction)；图5是包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊 柱植入物的简化图示说明，脊柱植入物被用于改变相邻脊椎的位置；图6是根据实施例进行构造和操作的液压或气压操作的植入后可变尺寸装置的 简化图示说明；图7是根据实施例进行构造和操作的机械操作的植入后可变尺寸装置的简化图 示说明；图8是根据实施例进行构造和操作的电操作的植入后可变尺寸装置的简化图示 说明；图9根据实施例进行构造和操作的可膨胀的植入后可变尺寸装置的简化图示说 明；图10是包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊 柱植入物的简化图示说明，脊柱植入物被用于利用两个两侧的(bilateral)相同螺纹的升 降螺杆在两个相邻棘突之间产生最佳牵引；图11是包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊 柱植入物的简化图示说明，脊柱植入物被用于利用两个两侧的右旋和左旋升降螺杆在两个 相邻棘突之间产生最佳牵引；图12是包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊 柱植入物的简化图示说明，脊柱植入物被用于利用多个同心升降螺杆在两个相邻棘突之间
产生最佳牵引；图13是包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊 柱植入物的简化图示说明，脊柱植入物被用于借助电动机和齿轮系利用两个两侧的相同螺 纹升降螺杆在两个相邻棘突之间产生最佳牵引；图14是包括根据本发明另一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装置的脊 柱植入物的简化图示说明。
具体实施例方式现参照图1，其说明了根据本发明实施例进行构造和操作的脊柱植入物10。所示脊柱植入物10被植入在腰脊柱的两个相邻棘突之间(在该实例中，脊柱植 入物10为棘突间固定装置)。脊柱植入物10包括置于第一(上)支撑端板(脊柱连接部 件)14和第二(下)支撑端板(脊柱连接部件)16之间的植入后可变尺寸装置12。植入后 可变尺寸装置12可包括柱，其被设置适于如借助被远程控制的微型线性致动器进行线性 移动(根据图从垂直方向略微倾斜)。通常，植入后可变尺寸装置12可以根据以下参照图 6-9描述的任意实施例进行构造。现参照图2，其说明了根据本发明另一实施例进行构造和操作的脊柱植入物20。 脊柱植入物20包括植入后可变尺寸装置22，并与椎弓根螺钉24 (脊柱连接部件24)相连。 可变尺寸装置22的活动改变螺钉24之间的距离。在此，植入后可变尺寸装置22还可包括
6柱，其被设置适于如借助被远程控制的微型线性致动器进行线性移动。通常，植入后可变尺 寸装置12可以根据以下参照图6-9描述的任意实施例进行构造。现参照图3，其说明了包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变 尺寸装置32的脊柱植入物30，其被插入在两个相邻脊椎(例如L4和L5)之间。脊柱植入 物30包括与上脊椎相连并支撑上脊椎的第一(上)支撑板34，和与下脊椎相连并支撑下 脊椎的第二(下)支撑板36。可变尺寸装置32被安装在第一和第二支撑板(脊柱连接部 件)34和36之间。可变尺寸装置32的活动改变第一和第二支撑板34和36之间的距离， 并能够在垂直面和矢状面上改变两个相邻脊椎之间的位置。植入后可变尺寸装置32可根 据以下参照图5描述的实施例进行构造。现参照图4，其说明了包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变 尺寸装置42的脊柱植入物40。植入物40可用于在两个相邻棘突，如上级棘突41和下级棘 突43之间产生最佳牵引。脊柱植入物40包括分别支撑上级棘突41和下级棘突43第一和第二支撑板(脊 柱连接部件)44和46。第一和第二支撑板44和46各自攻有(tapped with)螺纹孔以便接 收螺纹杆45L和45R以及47L和47R。螺纹杆45L和47L具有左旋螺纹，而螺纹杆45R和 47R具有右旋螺纹。齿轮滑轮(gear pulley) 48A和48B与螺纹杆45L、45R、47L和47R相连，并由蜗轮 49驱动。蜗轮49的旋转改变第一和第二支撑板44和46与所支撑的棘突之间的距离。现参照图5，其说明了包括根据本发明又一实施例进行构造和操作的植入后可变 尺寸装置52的脊柱植入物50。脊柱植入物50可用于改变相邻脊椎51和53的位置。脊柱植入物50包括具有螺 纹槽第一(上)支撑板54，螺纹螺杆55被螺旋地接收在螺纹槽中。脊柱植入物50包括第 二(下)支撑板56，其包括其中配置有电动机(或致动器)57的凹口。电动机57(可被遥 控)使螺杆55旋转，这引起第一支撑板54相对于第二支撑板56滑动。第一和第二支撑板 (脊柱连接部件)54和56之间的倾斜配合在垂直面和矢状面上引起两个脊椎之间相邻位置 的改变。现参照图6，其说明了根据本发明实施例进行构造和操作的液压或气压操作的植 入后可变尺寸装置60。可变尺寸装置60包括两个端板(脊柱连接部件)61和62，其都与活 塞63相连。活塞63借助压缩的液体(例如，水)或气体(例如，空气)被流体地致动(液 压或气压)。压缩的流体借助与流体进口 65相连的管64被引入到活塞63。现参照图7，其说明了根据本发明实施例进行构造和操作的机械操作的植入后可 变尺寸装置70。可变尺寸装置70包括与阳/阴螺杆机构74枢轴地连接并借助其移动，所 述螺杆结构有旋柄76进行操作。现参照图8，其说明了根据本发明实施例进行构造和操作的电操作的植入后可变 尺寸装置80。可变尺寸装置80包括与电活塞(电致动器或螺线管)84枢轴地连接并由该 电活塞移动的铰链臂82，所述电活塞可由感应线圈86外部操作。电操作的植入后可变尺寸装置80可具有内部植入部分和/或外部控制部分。内部 植入部分可以但非限制地包括电活塞84，电动机，微处理器，RF发射器/发送器，LVDT(线 性可变差分变换器)，应变传感器，用于进行从外部的线圈到电动机的直接能量转换的电气线圈，电池，蓄能电容器，或其任意组合。外部控制部分可以但非限制地包括控制板，处理器，RF发射器/发送器，磁性动力 源，用于将能量传递到内部单元的电气线圈，或其任意组合。外部部分还可包括用于允许内 科医生进行遥控的蜂窝通信装置。密码或口令可结合在控制系统中，以防止不想要的操作。现参照图9，其说明了根据本发明实施例进行构造和操作的可膨胀的植入后可变 尺寸装置90。可变尺寸装置90包括通过小管94可膨胀的可膨胀垫块或软垫92。现参照图10，其说明了根据本发明实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸装 置，其可被放置在两个相邻的棘突之间。可变尺寸装置包括第一支撑元件95和第二支撑元 件96。两个两侧的相同螺纹(相同旋转方向)螺杆97和98被用于控制支撑元件95和96 之间的距离。现参照图11，其说明了根据本发明另一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸 装置，其可被放置在两个相邻的棘突之间。该可变尺寸装置包括第一支撑元件99和第二支 撑元件100。两个两侧的不同螺纹(例如，右旋和左旋螺纹)螺杆101和102被用于控制支 撑元件99和100之间的距离。螺杆由蜗轮103驱动。不同螺纹可用于将机构更好地锁定 在任意给定点。现参照图12，其说明了根据本发明另一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸 装置，其可被放置在两个相邻的棘突之间。该可变尺寸装置包括第一支撑元件104和第二 支撑元件105。两个同心螺杆106用于控制支撑元件104和105之间的距离。通过使用多 个同心螺杆，相比于单个中心螺杆，机构可被旋转更大距离。现参照图13，其说明了根据本发明另一实施例进行构造和操作的植入后可变尺寸 装置，其可被放置在两个相邻的棘突之间。该可变尺寸装置包括第一支撑元件107和第二 支撑元件108。两个两侧的相同螺纹的螺杆110用于控制支撑元件107和108之间的距离。 升降螺杆由电动机109激活的齿轮系所驱动。由此，在图10-13的实施例中，脊柱植入物位于两个相邻棘突之间，使得下级棘突 由植入物的第一元件所支撑以及上级棘突由植入物的第二元件所支撑。两个支撑元件沿基 本水平面彼此分开，并且机械或电机机构能够控制两个支撑元件之间的距离。图13中示出了本发明任意实施例的另一选项(option)。脊柱植入物可包括处理 器120和传感器122，该处理器120和传感器122将植入后可变尺寸装置作为第一和第二脊 柱连接件上所施加的负荷或第一和第二脊柱连接件之间的距离的函数来控制。植入后可变 尺寸装置是可编程的以便根据任意所需负荷和行程限制以任意所需时间间隔激活。对于保 存能量，植入后可变尺寸装置包括适于以睡眠模式进行操作的电路124。植入后可变尺寸装 置可由可充电电池126提供能量，该电池能够利用远程能量转换器进行充电。本发明还用于包括前进中的调节的脊柱侧凸修正，不需要重复的手术介入或融
I=I O例如，现参照图14，其说明了包括根据本发明另一实施例进行构造和操作的植入 后可变尺寸装置的脊柱植入物。该装置包括可弯曲为外壳211的一部分或与该外壳刚性连接的骨螺钉210。缆或 线218伸出外壳211。缆218被配置在辊216上。辊216与通过旋转齿轮214而能够线性 移动的螺杆215相连，齿轮214与螺杆215相啮合。电动机212为齿轮系213提供动力，齿轮系213控制齿轮214的旋转并由此还控制螺杆215和缆218的线性移动。上述设计允许通过操作电动机212至不同方向而在植入之后的任意给定时间拉 动或释放缆218。图14的实施例可被插入到脊柱脊椎的椎弓根内，或可选地插到脊椎的侧面。利用 各种不同的方法，伸出植入物侧面的缆或线218可与插入到其它脊椎中的相邻的植入物或 另一锚(ahchor)相连。当缆或线218被上述机构拉动时，两个脊椎彼此施力。本领域技术人员应当理解，本发明不限于以上已特定示出和描述的内容。更确切 地，本发明的范围包括以上描述的特征的组合和子组合以及本领域技术人员在阅读前述描 述时想到的且不是现有技术的修改和变化。
权利要求
一种脊柱植入物，包括用于连接至第一脊柱部分的第一脊柱连接件；用于连接至第二脊柱部分的第二脊柱连接件；和植入后可变尺寸装置，设置于所述第一和第二脊柱连接件之间，在完成将所述脊柱植入物安装在病人体内的手术之后该植入后可变尺寸装置是可操作的，以导致所述第一和第二脊柱连接件之间的相对移动。
2.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述第一和第二脊柱连接件包括椎弓根螺钉。
3.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置改变所述第一和 第二脊柱连接件之间的距离。
4.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置改变所述第一和 第二脊柱连接件在垂直面和矢状面上的位置。
5.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述第一和第二脊柱连接件包括装配有借 助于齿轮系能够转动的螺纹杆的第一和第二支撑板，所述齿轮系的旋转改变第一和第二支 撑板之间的距离。
6.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述第一和第二脊柱连接件包括关于彼此 倾斜的第一和第二支撑板。
7.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置是液压操作的。
8.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置是气压操作的。
9.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可边尺寸装置包括与螺杆机构 枢轴地连接并通过该螺杆机构移动的铰链臂。
10.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置是电操作的。
11.根据权利要求10所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置包括内部植入 部分。
12.根据权利要求11所述的脊柱植入物，其中所述内部植入部分包括电活塞，电动机， 微处理器，RF发射器/发送器，LVDT，应变传感器，电气线圈，电池和电容器中的至少一个。
13.根据权利要求10所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置包括外部控制 部分。
14.根据权利要求13所述的脊柱植入物，其中所述外部控制部分包括控制板，处理器， RF发射器/发送器，磁性动力源，电气线圈和蜂窝通信装置中的至少一个。
15.根据权利要求13所述的脊柱植入物，其中所述外部控制装置由密码或口令控制。
16.根据权利要求10所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置是可膨胀的。
17.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述第一和第二脊柱连接件通过螺杆机 构相对于彼此移动。
18.根据权利要求17所述的脊柱植入物，其中所述螺杆机构包括至少两个相同螺纹的 螺杆。
19.根据权利要求17所述的脊柱植入物，其中所述螺杆机构包括至少两个不同螺纹的 螺杆。
20.根据权利要求17所述的脊柱植入物，其中所述螺杆机构包括多个同心的螺杆。
21.根据权利要求1所述的脊柱植入物，包括处理器和传感器，该处理器和传感器将所 述植入后可变尺寸装置作为所述第一和第二脊柱连接件上所施加的负荷或所述第一和第 二脊柱连接件之间的距离的函数来控制。
22.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置是可编程的以 便根据任意所需负荷和行程限制以任意所需时间间隔激活。
23.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置包括用于以睡 眠模式进行操作的电路。
24.根据权利要求1所述的脊柱植入物，其中所述植入后可变尺寸装置由可充电电池 提供能量，该电池能够利用远程能量转换器进行充电。
全文摘要
一种脊柱植入物(40)，包括用于连接至第一脊柱部分(41)的第一脊柱连接件(44)；用于连接至第二脊柱部分(42)的第二脊柱连接件(44)；以及植入后可变尺寸装置，设置于第一和第二脊柱连接件之间，在完成将所述脊柱植入物安装在病人体内的手术之后是可操作的，以导致第一和第二脊柱连接件之间的相对移动。
文档编号A61F2/44GK101909533SQ200880124311
公开日2010年12月8日 申请日期2008年10月29日 优先权日2007年11月8日
发明者尤里·阿宁 申请人:斯派尼21有限公司