人造椎间盘植入物的制作方法

专利名称：人造椎间盘植入物的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种Ait推间盘M物。
背景技术：
推间盘位于脊柱中的相邻推骨之间。所述盘稳固脊柱并且帮助分配推体之间的力。推间盘包括围绕内髓核的外纤维环。纤维环《_对准的胶原纤维和纤维软骨的同心层状结构，其提供了抵抗扭转和弯曲力的能力。髄核包括M材料，所述JILt材料可以吸收作用在盘上的应力。
推间盘可能由于随着时间发生的创伤、疾病或其他变性过程而被移位或损坏。例如，纤维环可能弱化和/或开始撕裂，这可以导致髓核突出到包括脊神经的脊柱区域(例如推孔)中。突出的髓核可能压在脊神经上，导致疼痛、麻木、麻刺、力量减弱和/或运动损失。另一常见变性过程是流体从髓核损失。这样的流体损失会限制髓核吸收应力的能力并且可能减小它的高度，这会导致脊柱的进一步不稳定，从而减小活动性并导致疼痛。
为了解决上述情况，被移位或被损坏的推间盘可以通过手^脊柱去除并且两个相邻推骨可以被融合在一起。尽管该技术可以初始减轻疼痛并且可以提高关节稳定性，但是它也可能导致融合的脊推关节的运动损失。
另一解决方案是用AJt推间盘^物置换被损坏的推间盘。然而，一般而言，这样的^物在它们充分模仿正常健"体推间盘的生物力学的能力方面是有限的。例如，某些常规^AJt盘具有金属支承表面，所4面可能是硬的和相对不可变形的。当这样的盘被#^时，金属表面与相对软的、疏松的骨接触。金属盘表面和骨表面之间的現变差异与包括天然盘的脊柱中的应力分布相比改变了脊柱中的应力分布。该应力再分布被称为应力遮蔽并且会将相邻于^物的脊柱区域暴露于增加的^应力，从而增加了进一步变性的风险。
其他常规推间盘植入物可能具有其他局限。例如，由单一材料形成的盘通常不能令人满意地模仿正常人体推间盘中的髓核和纤维环的不同性质。为了更好地接近这样的性能，开发出了一些盘，其包括笫一材料的芯 体，所述芯体包含在第二材料的壳体内。这样的盘可能随着时间由于在芯 体和壳体之间的界面处的性质(例如杨氏模量)的突然变化带来的沿着所 述界面的逐渐失效而受到限制。
带有更好地接近天然推间盘的某些生物力学性质并且足够耐久以在
身体中长时间工作的AJt推间盘^物将是理想的。

发明内容
在一个方面中， 一种Ait推间盘植入物包括主体和装备到所述主体的 第一端板。笫一端板包括由^t^在50 Shore D至100 Shore D之间的材料 形成的外表面。所iiAJt推间盘^物被构造和布置成置换、修补或增补 用于分离活体中的相邻推骨的推间盘。
在另一方面中， 一种Ait推间盘^物包括主体，所述主体具有核区 域和至少部分围绕所述核区域的环区域。杨氏模量在所述环区域的一部分 上变化。所述部分具有在所述主体的体积的20%至60%之间的体积。所述
Ait推间盘植入物被构造和布置成置换、修补或增补用于分离活体中的相 邻推骨的推间盘。
在另一方面中， 一种Ait推间盘植入物包括主体和装备到所述主体的 第一端板。所^Ait推间盘植入物被构造和布置成置换、修补或增补用于 分离活体中的相邻推骨的推间盘。所述推间盘植入物具有在0.5Nm/度至 5.0Nm/度之间的弯曲刚度。
在另一方面中， 一种Ait推间盘;tt7v物包括主体，所述主体包括上外 表面、下外表面和在所述上外表面和所述下外表面之间的侧壁。所述侧壁 限定凹形部分。所述主体包括环区域，所述环区域完全围绕核区域，使得 所述环区域将所述核区域与上表面、下表面和所述侧壁分开。所述环区域 的至少一部分具有在所述部分上变化的杨氏模量。所述^物包括第一端 板，所述第一端板一体地形成于所述主体的上外表面上，使得在第一端板 和所述主体之间没有明显界面。第一端板包括由^1在50 Shore D至100 Shore D之间的材料形成的外表面。所述^t^物包括第二端板，所述第二 端板一体地形成于所述主体的下外表面上，使得在第二端板和所述主体之 间没有明显界面。第二端板包括由J^在50 Shore D至100 Shore D之间的材料形成的外表面。所述主体、第一端板和第二端板由聚氨酯材料组成。
所iiAJt推间盘植入物被构造和布置成置换、修补或增补用于分离活体中 的相邻推骨的推间盘。
当结合附图考虑时从本发明的以下详细描述将显而易见本发明的其 它方面、实施方式和特征。附图是示例性的并且并非想要按比例绘制。在 图中，在各个图中示出的每个相同的或基本类似的部件由一个数字或符号 表示。
为了清楚起见，并非在每个图中标示每个部件。在图示不是本领域的 普通技术人员理解本发明所必需的情况下，也未示出本发明的每个实施方 式的每个部件。通过引用将在此包括的所有专利申请和专利全文纳入本申 请中。在矛盾的情况下，包括定义(如果有的话)的本说明书将占主导。


图1A示出根据本发明的实施方式的推间盘^物。
图1B示出图1A的推间盘^物的侧视图。
图1C是图1A的推间盘^L/v物的俯视图。
图2A是根据本发明的实施方式的推间盘^物的横截面。
图2B是图2A的盘中的模量变化的示意图。
图3示出适合于制造根据本发明的实施方式的推间盘^物的处理系统。
图4是示例1中所描述的推间盘礼、物的模拟弯曲力矩数据的图。
具体实施例方式
提供了一种AJt推间盘植入物，其可以被植入脊柱中的相邻推骨之间 以置换、修补或增强天然推间盘。如下面进一步所述，除了其他优点之外， 所述推间盘植入物由接近天然稚间盘的一个或多个生物力学性质表征并 且足够耐久以在身体中长时间工作。
所述盘包括一个或多个端板。端板可以具有外表面，所述外表面由具 有一种或多种性质(例如現变)的材料形成，所述性质被选择成当所述盘 被^时补充相邻于端;^面的松质骨的那些性质。这样的构造限制了应力遮蔽和在围绕植入物的脊柱区域中产生的变性状况。
类似于天然推间盘的结构，所述盘的主体可以包括由环区域围绕的核 区域。核区域可以具有比环区域更低的刚度(例如由杨氏模量表征)。在
一些实施方式中，刚度可以在主体的至少一部分上分级；例如并且非限定 性地，从核区域中的较低刚度到环区域中的较高刚度。如下面进一步所述， 该分级可以使得在没有任何明显界面的情况下形成单一整体，所述界面在 两个独立材料层的接合处形成。明显界面的缺少可以增强盘的耐久性，原 因是这样的界面可能是在使用期间可以导致植入物失效的分层部位。而 且，分级部分可以改善生物力学负荷和应力的分布，这也可以增加耐久性 和/或限制变性状况。
图1A-1C示出根据本发明的实施方式的Ait推间盘^V物100。盘100 包括主体102，所述主体具有上表面104、下表面106和侧壁108。盘包括 第一端板110A和第二端板110B，在这些示例性实施方式中，所述端板分 别是上表面104和下表面106。然而应当注意的是，端板可以以其他方式 设在盘上。所示端板包括当被植入时可以将盘固定到相邻推骨的肋元件 112;和一系列表面特征114，所述表面特征^L设计成增强端板上的骨生长 和将^的盘整合到身体内的能力。盘也可以包括一个或多个不透射线的 标志物116,所述标志物可以用于识别盘位置以保证正确放置。
应当理解的是，图1A-1C中所示的推间盘是本发明的示例性实施方式 并且本发明并不限于图中所示的和/或具体实施方式
中所述的这个和其他 实施方式.
主体102可以由任何合适的材料形成，包括生物相容聚合材料例如聚 氨酯材料。应当理解的是，聚氨酯材料包括具有聚氨酯组份的任何聚合材 料。这样的材料也可以包括其他聚合物组份例如聚碳酸酯(例如聚氨酯聚 碳酸酯材料)。线性和交联聚氨酯材料可能是合适的。如下面进一步所述， 在一些实施方式中，主体102可以由单一类型的聚合材料(例如聚氨酯材 料)形成。在主体仅仅由聚氨酯材料形成的实施方式中，主体的不同部分 可以包括具有不同化学计量和/或分子量的聚氨酯材料。
一般而言，将主体102的尺寸选择成适合于^以置换、修补和/或增 强天然推间盘。例如，主体可以具有大约37至47mm之间(例如42mm) 的宽度；大约27至37mm之间(例如32mm)的在后侧118和前侧120之间的深度；和大约7mm至15mm之间的厚度。在所示实施方式中，上 表面104和下表面106可以形成角，使得后侧118具有厚度tp，该厚度小 于前侧120的厚度ta。例如，所述角可以在6。至12°之间。这样的构造 对于将植入物定位在脊柱中和/或对于植入后的生物力学性能可能是有利 的。
如图1B中所示，侧壁108可以朝着主体的中心渐缩，从而限定形成 弧形"腰，，的凹形表面。所述"腰"构造可以特别响应于弯曲力而增强盘 的挠性和/或可以减小内部应力。在一些情况下，当凹形部分向内延伸 0.5mm至5mm之间或者在一些实施方式中为0.5mm至3mm之间的最大 距离(d)(例如离连接上下端板的最外边缘的垂直线的垂直距离)时可以 提高应力减小量。应当理解的是，主体也可以包括直侧壁，因此不;1在所 有实施方式中都包括"腰"。尽管在图中所示的弧形"腰，，完全围绕主体 延伸，但是也可以预料弧形腰可以设在围绕主体的一个或多个区域。
端板110A和110B可以以任何合适的方式和使用任何合适的技术装配 到所述主体。例如，端板110A和110B可以附连到主体的一部分。在一些 实施方式中，端板在如下面进一步所述的制造过程期间附连到主体。在这 些实施方式中，端板和主体可以形成一体化(即整体)工件.也就是说， 在各个端板和主体之间没有明显界面。在这些实施方式中，可以在不^f吏用 独立粘合剂或胶水的情况下附连端板；相反地，端板材料可以直接化学键 联接到主体的材料。例如，当端板由聚合材料形成并且主体由聚合材料形 成时，会在端板的聚合材料和主体的聚合材料之间形成化学(例如共价) 键。在一些情况下，会在端板的聚合材料和主体的聚合材料之间延伸有聚 合链。消除端板和主体之间的明显界面的存在可以增强盘的耐久性，原因 是这样的界面会是可以导致盘失效的分层部位。
还应当理解的是， 一些实施方式可以包括使用独立粘合剂或胶水将端 板附连到主体。因此，在这样的实施方式中，粘合剂或胶7JC层可以在端板 和主体之间的界面处形成。
一般而言，端板可以由任何合适的材料形成，包括刚性聚合材料，例 如某些聚氨酯材料(例如聚氨酯聚碳酸酯材料)。如上所述，在一些实施 方式中，端板的外表面由具有某些性质的材料形成，所述性质被选择成当 盘被^时补充或匹配相邻于端;^面的松质骨的性质。端板材料(例如 聚氨酯材料)可以适当地被配制成提供这样的理想性质。例如，端板材料
15具有的硬度或压缩模量可以类似于松质骨的硬度或压缩模量并且小于某
些常规金属端板材料(例如钛、钴-4$^r)的現变或压缩模量.例如， 所述材料可以具有50 Shore D至100 Shore D之间的硬度，或70 Shore D 至90 Shore D之间的現变。可以使用本领域的普通技术人员已知的程序和 器械测量肖氏現变。例如，在ASTMD2240中描述了用于测量聚合材料的 肖氏硬度的合适技术。具有由具有这样的^L值的材料形成的外表面的端 板可以导致最小的应力遮蔽并且不会增强在围绕植入物的脊柱区域中的 变性状况。
在一些实施方式中，端板完全由具有上述^^值的材料形成。在这些 实施方式中，端板可以具有整体构造。端板也可以由一种以上的材料形成， 其中端板的外表面由具有上述>^值的材料形成，并且端板的其他部分由 一种或多种其他材料(包括可以不具有上述M值的材料)形成。
应当理解的是，并非所有实施方式包括具有由上述硬度范围的材料形 成的外表面的端板。而且，在其他实施方式中，端板中的一个可以具有由 上述^JL值的材料形成的外表面，而另一端板不是。
端板110A和110B可以具有圆顶状外表面。如图所示，端板110A和 110B具有从平坦部分124竖直延伸的圆顶状区域122。但是应当理解的是， 在其他实施方式中端板的整个外表面可以是圆顶状的。圆顶状区域可以具 有被选择成与推体的形态相容的尺寸。圆顶状区域也可以便于^程序。 例如，圆顶状区域可以具有在0.75mm至3.0mm之间或在0.75mm至1.5mm
之间的最大圆顶高度。圆顶状区域的特征也可以在于具有宽度(Wd)和深 度(dd )。宽度与深度的比例如可以在1.1至1.8之间(例如1.2 )。
所示的端板110A和110B包括一系列肋元件112。当被植入时，肋元 件可以用于将盘固定在适当位置。例如，肋元件可以与推骨相互作用以固 定盘。在一些实施方式中，肋元件配合在可以形成于推骨中的相应凹槽中。 当定位在凹槽中时，肋元件可以被构造和布置成抵抗剪切和旋转。应当理 解的是，可以以其它方式制备推骨以适应肋元件，包括例如WI化推骨表 面。
在所示实施方式中，三个肋元件布置在盘的左侧125和右半部127。 如图所示，肋元件沿着弧形3g^延伸，最靠近前侧120的肋元件具有最长 的长度，并且最靠近后侧的肋元件具有最短的长度。肋元件可以具有如图所示的圆形边缘以便于固定。在一些实施方式中，优选的是，肋具有的高
度不超过圆顶状区域122的高度。这样的构造可以《更于盘正确放置在推骨 内。例如，肋可以具有小于1.5mm的高度。
应当理解的是，其他类型的固定元件和/或固定元件装置也是可能的。
端板110A和110B也可以包括表面特征114，所述表面特征^L设计成 增强端板上的骨生长和将盘^物整合到人体内的能力。在示例性实施方 式中，表面特征包括大紋理特征(例如突出部)，所述大故理特征形成在 端板的外表面中限定的一系列相互连接的通道。所述通道例如可以具有 100微米至750微米之间(例如400微米)的宽度。大紋理特征可以是宽 度在200微米至400微米之间(例如300微米)并且高度在100微米至300 微米之间(例如200微米)的突出部。
端板110A和110B也可以具有小紋理特征(未显示)。例如，小紋理 特征可以具有在0.1微米至10微米之间的平均表面Wt度(Ra )。可以使 用本领域普通技术人员已知的程序和器械，包括表面光度仪，来测量平均 表面粗糙度(Ra)。小紋理特征也可以增强端板上的骨生长。所述特征可 以被配置成促ii/便于骨整合，这可以在即使端板材料不可能被称为骨传导 材料的情况下使端M面进行骨传导。
端板110A和110B的外表面也可以涂覆有合适的材料以增强骨生长. 例如，合适的涂覆材料包括骨传导材料(例如骨传导陶瓷或骨传导聚合 物)、亲骨材料和生物活性涂层(例如骨形态形成蛋白，BMP)。
如上所述，盘可以包括一个或多个不透射线的标志物116，所述标志 物可以用于识别盘位置和保证正确放置。 一般而言，不透射线的标志物116 可以由任何合适的材料形成，包括用x射线系统可见的并且与身体相容的 那些材料。用于标志物的合适材料包括某些金属(例如钬、钽、金、钨、 铂和它们的混合物)和载有射线不透明剂的聚合材料(例如包括硫酸钡的 钡化合物)。不透射线的标志物例如可以是圆形区域。圆形区域可以具有 小于2mm的直径。
在示例性实施方式中，三个不透射线的标志物116被布置成限定三角 形的角。如图所示，标志物中的两个被定位在盘的后侧118并且一个被定 位在前侧120。标志物116可以沿着端板110A的外表面的周边被定位在平 坦部分124上。这样的布置允许盘的精确定位和定向，这可以保证^UV物的正确放置。其他类型和布置的不透射线的标志物也是可能的。
图2A和2B示出了一个实施方式，其中主体102包括核区域128，所 述核区域128由环区域130完全围绕，因此被环区域130包封。因此，核 区域与推间盘的上表面104、下表面106和侧壁108分开，并且不会接触 端板.在某些实施方式中，，环区域可以围绕核区域更小的范围。例如， 环区域可以围绕核区域的大部分表面积但不是全部表面积(例如核区域的 表面积的50%至卯％之间)。例如核的顶部和/或底部的一部分可以由环覆 盖，而核的顶部和/或底部的某一个区域或某些区域可以不由环围绕。类似 地，核的一些侧面但非所有侧面可以由环覆盖，而核的侧面的某一个区域 或某些区域不由环围绕。
核区域128可以具有与环区域130不同的性质。核区域可以具有的性 质被选择成模仿天然推间盘中的髄核的功能；而环区域可以具有的性质被 选择成模仿天然推间盘中的纤维环的功能。例如，核区域可以是相对软的 和顺应的；而环区域可以更刚性和更坚固。具体而言，核区域可以具有比 环区域内的杨氏模量更低的杨氏模量。
杨氏模量是材料的刚性的量度并且可以根据常规技术进行测量。例 如，纳米压痕技术可以用于测量在主体102内的不同位置处的杨氏模量。 可以通过获取经过主体的合适横截面以形成预期采样表面(例如暴露核区 域和环区域的表面)而准备盘以用于纳米压痕测试。纳米压痕包括用压头 将已知力施加到采样表面上的位置并且测量穿刺到材料中的结果深度。可 以根据施加力和结果深度之间的关系计算杨氏模量(以及其他性质)。可 以在不同位置(例如核区域内的位置，环区域内的位置)重复测试以确定 在主体上的杨氏模量的变化。
如上所述，在一些实施方式中，环区域可以包括分级部分132，在所 述分级部分上诸如杨氏模量这样的性质变化。也就是说，杨氏模量沿着横 过所述部分的方向随着距离而变化。如下面进一步所述，在一些情况下， 优选的是杨氏模量随着距离远离核区域而增加。分级部分132可以增强盘 的吸收和有效分布生物力学负荷和应力的能力。如下面进一步所述地，分 级部分也能够消除核区域和环区域之间的明显界面。
应当理解的是，尽管这里的描述集中于杨氏模量，但是也可以以类似 方式分级其他性质，例如压缩模量、抗拉强度、和/或現复。如下面进一步
18所述，也可以以类似方式分级材料组成特性(例如聚合材料化学计量)，
这可以导致性质的分级。已知技术(例如FTIR分光光度法)可以用于按 照映射关系来获得材料组成的变化.
图2B描绘了包括分级部分的环区域的示例，所述分级部分具有变化 的杨氏模量。如图所示，每个轮廓线136代表不同的杨氏模量值。在杨氏 模量在部分132上随着距离远离核区域而增加的实施方式中，应当理解的 是，当离核的距离增加时相应的轮廓线代表较高的杨氏模量值。因此，最 外轮廓线(即最远离核区域)代表最高的杨氏模量值，并且最内轮廓线(即 最靠近核区域)代表最低的杨氏模量值。
如图所示，可以沿着所述部分内的不同方向不同地来分级杨氏模量。 例如，可以沿着x轴、y轴和z轴的每一个不同地来分级杨氏模量。因此， 主体12可以在杨氏模量方面是各向异性的。模量的变化(即等级)在轮廓 线136更靠i^一起的区域中更大。
在一些实施方式中，可以用横过所述部分的距离连续地来分级杨氏模 量。连续等级可以是基本线性的，或者可以是非线性的(例如抛物线)。 在其他实施方式中，等级可以是不连续的。例如，不连续等级可以是阶式 的。
杨氏模量可以以任何合适的方式被分级并且具体等级取决于预期的 盘性质。在某些实施方式中，优选的是，如上所述杨氏模量随着距离远离 核区域而增加。然而，本发明的推间盘并不限于该设计。
在一些实施方式中，整个环区域130具有分级杨氏模量。因此，在这 些实施方式中，部分132在整个区域130上延伸。在其他实施方式中，杨 氏模量可以仅仅在环区域的一部分上被分级。因此，在这些实施方式中， 部分132不会在整个区域132上延伸.在这些实施方式中，部分132可以 将核区域与包括恒定性质(例如杨氏模量)的环区域的一部分分离。如图 2B中所示，围绕分级部分132的环区域的一部分具有恒定的杨氏模量。
与主体的剩^HP分相比，分级部分(一个或多个)132的相对体积可 以有助于盘的总体性质。例如，在一些实施方式中，优选的是，所述部分 具有的体积在材料主体的体积的10%至卯％之间。在一些情况下，优选的 是，所述部分的体积在主体的体积的20%至60%之间；并且在一些情况下 在35 %至45 %之间(例如40 % )。具有20 %至60 %之间、尤其是35 %至45 %之间的体积的部分可以特别好地适合于提供模仿天然推间盘的生物力 学的平衡性质。
如上所述，主体102可以由单一类型的聚合材料(例如聚氨酯材料) 形成。在包括核区域和环区域的实施方式中，核区域和环区域(包括可能 存在的任何分级部分)都可以由相同类型的聚合材料形成。例如，核区域 可以由具有第一化学计量的聚氨酯材料形成，而环区域可以由具有不同于 第一化学计量的第二化学计量的相同聚合材料组成物形成。核区域中的材 料可以具有比环区域中的材料更低的分子量，这导致化学计量的差异。化 学计量的差异也可以导致核和环区域之间的性质(例如杨氏模量)的差异。 在包括具有分级性质的部分的实施方式中，聚合材料的化学计量可以类似 地被分级并且可以导致性质的分级。
在核区域和环区域(包括分级部分)由相同材料形成的实施方式中， 在两个区域之间不形成明显界面。如上所述，明显界面的缺少可以增强盘 的耐久性，原因是这样的界面可能是在使用期间会导致^v物失效的分层 部位。当核区域和环区域由相同材料形成时，会在核区域的聚合材料和环 区域的聚合材料之间形成化学(例如共价)键。在一些情况下，会在核区 域的聚合材料和环区域的聚合材料之间延伸有聚M。
在一个优选实施方式中，推间盘100具有大约37至47 mm之间(例 如42mm )的宽度;在后侧118和前侧120之间的大约27至37mm之间(例 如32mm)的深度；和在后侧118的大约9mm至12mm之间的厚度。在 该实施方式中，在前侧的厚度比在后侧的厚度更大。例如，由从后侧延伸 到前侧的表面限定的角在6。至12。(例如6。 、 9° 、 12。)之间。在该 实施方式中，主体包括由主体的侧壁的凹形部分限定的腰。凹形部分例如 向内延伸0.5mm至5mm之间、或0.5mm至3mm之间的最大多巨离(d )。
在该实施方式中，推间盘的主体包括核区域和完全围绕核区域的环区 域。核区域具有的杨氏模量低于环区域的杨氏模量，所述环区域具有的杨 氏模量在环区域的分级部分增加。分级部分的体积例如在主体的总体积的 20。/。至60%之间。
在该实施方式中，整个推间盘100 (包括主体和端板)可以由聚氨酯 材料(例如聚氨酯聚碳酸酯材料)形成。会在核区域的聚氨酯材料和环区 域的聚氨酯材料和端板的聚氨酯材料之间形成化学(例如共价)键。在一些情况下，会在核区域中的聚氨酯材料和环区域中的聚氨酯材料以及端板 中的聚氨酯材料之间延伸有聚M。
当整个盘由单一材料(例如聚氨酯材料)形成时，可以在整个盘内不 形成明显界面(例如形成于两种独立材料之间的界面)。如上所述，明显 界面的缺少可以增强盘的耐久性，原因是这样的界面可能是在使用期间会 导致植入物失效的分层部位。而且，当完全由聚合材料(例如聚氨酯材料)
形成时，盘可以与MRi相容，一^a^ttA这是有利的。
在该优选实施方式中，端板材料可以具有类似于+〉质骨的現变或压缩
模量。例如，材料可以具有50 Shore D至100 Shore D之间的硬度。如上 所述，这样的^L值可以导致最小的应力遮蔽并且不会增强围绕tiLX物的 脊柱区域中的变性状况。
应当理解的是，在前面五个自然段中描述的优选实施方式不应当被认 为是限制。本发明的其他实施方式可以包括结合该实施方式描述的一些但 非所有特征。而且，应当理解的是，本发明的其他实施方式可以包括在整 个具体实施方式
部分中所述的特征的任何组合。
如上所述，推间盘植入物可以^Ci更计成具有的性质类似于天然推间盘 的性质。
所述盘可以具有范围在1000N/mm至3500N/mm之间的轴向刚度。轴 向刚度被表示为垂直于盘中平面作用压缩力时的力/单位位移。
所述盘可以具有在0.5Nm/度至10Nm/度之间的扭转刚度。盘的扭转 刚度被描述成力/单位位移并且指的是独立^物。通过使用合适的测试装 置通过植入物的中心加荷轴线施加扭矩并且记录角位移来计算扭转刚度。 随后通过用所施加的扭矩除以角位移来计算刚度。
为了进行屈曲、伸展和侧向弯曲运动(以及这些之间的任何运动)， 所述盘可以具有0.5Nm/度至5.0Nm/度之间、l.ONm/度至4.0Nm/度之间、 或l.ONm/度至3.0Nm/度之间的挠曲(即弯曲)刚度。盘的挠曲刚度被描 述成力/单位位移，并且在该情况下，指的是独立^L7v物。用于测量挠曲刚 度的一个合适方法包括施加相对于^物的中心加荷轴线(即一个位置， 在该位置点负荷仅仅导致压缩而不会引起角位移的任何变化)移位的负荷 以引起角偏转。力矩臂由中心加荷轴线和负荷施加点之间的距离给出。测 角仪或合适的图像捕获系统可以用于提供角位移随着所施加的负荷而变化的实时显示。使用应用于力矩臂和角位移的简单三角法来计算弯曲力 矩。随后通过用所施加的扭矩除以角位移来计算弯曲刚度。应当注意的是， 计算弯曲刚度的方法并不考虑装置的旋转中心的精确位置并且也假设旋 转中心在整个负荷施加周期中不会变化.
一般而言，任何合适的过程可以用于制造本发明的推间盘^物。在 2005年4月8日申请的共同持有的美国专利申请No.10/530，919中大体描 述了合适的过程，在此通过引用将上述申请纳入本申请中并且上述申请基 于2003年10月8日申请的国际-^开号为No.2004/033516的国际申请 No.PCT/GB2003/004352。虽然下面进一步描述一个合适的过程，但是应当 理解的是，其他过程也可能是合适的。
所述过程可以包括生成试剂的混合物，所述试剂包括多官能异氰酸 酯、多元醇和可选的增链剂.可以使用任何合适的多官能异氰酸酯(例如 二异氰酸酯)、多元醇(例如羟基封端酯、醚或碳酸二醇)和增链剂。
可以使用常规*技术来混合试剂。在一些实施方式中，试剂被有力地混 ^f吏得试剂在分子水平上被混合，但是该过程并不限于这样的混合。两种 或更多种试剂可以通过>^应注射处理技术(例如常规的RIM或SRIM方 法)被混合。在一个实施方式中，所述过程使用撞击混合头。优选的是， 试剂被快速混^f吏得得到的混合物在混合之后几乎立即(例如在几秒内) ^本均匀的。
当形成具有不同聚氨酯组成物的区域(例如核区域、环区域、分级部 分)的推间盘时，正被混合的试剂(例如多官能异氰酸酯和/或多元醇)的 相对量可以在该过程期间改变选定的次数(一次或多次)。这样改变了混 合物内的相对试剂浓度，使得混合物包括第一相对试剂浓度的一部分和第 二相对试剂浓度的一部分。应当理解的是，正被混合的试剂的相对量可以 被改变任何次数以产生具有不同相对试剂浓度的附加部分。如下面进一步 所述，对包括具有不同相对试剂浓度的部分的混合物进行的进一步处理可 以形成具有不同特性(例如化学计量和/或分子量)的聚氨酯组成物，这样 能够形成包括具有不同性质的区域(例如核区域、环区域、和分级部分) 的盘，如下面进一步所述。
通过控制温度条件进一步处理所得到的混合物以指导聚合反应的进 度。例如，混合物可以被引入包括加热筒的挤出机中。当混合物沿下游方向在筒内被传送时，试剂发生反应以形成聚氨酯材料组成物。如上所述，
具有不同特性(例如化学计量和成分子量)的聚氨酯组成物。筒的温度可 以被控制为提供用于进行反应的理想温度条件。应当理解的是，试剂之间 的聚合反应通常在挤出之后继续进行，如下面进一步所述。附加试剂(例 如增链剂)可以被引入挤出机内的混合物中并且可以参与聚合反应。
在挤出期间可以使用器械例如传感器(例如温度和压力)、流变计、 比重计、分光光度计或它们的任何组合来监视过程务降和/或混合物的物理 和化学性质。
该过程进一步包括将混合物(例如除了试剂之外其可以包括聚合的聚 氨酯材料)处理成合适的形状。例如，在挤出之后，混合物可以被注射到 模型腔中并且被固化以形成预期形状。如上所述，正被处理的混合物可以 包括具有不同聚氨酯材料组成的部分。这些部分可以导致主体的形成，所 述主体包括具有不同材料性质和组成的不同区域(例如核区域、环区域和 分级部分)。不同部分可以同时或在连续步骤中被注射到模型中。如上所 述，聚合反应可以在模型内继续进行使得不同部分的聚氨酯材料可以彼此 化学键联接以形成如上所述的没有明显界面的一体化结构。
推间盘的不同部件可以在不同模制步骤中形成。例如，推间盘的主体 可以在第一模制步骤中形成，而端板可以在第二模制步骤中形成。在这样 的实施方式中，主体可以在第一模型腔中形成，并且在主体固化之前模型 可以被修改以形成第二模型腔，端板可以在第二模型腔中形成。聚合反应 可以在模型内继续进行，使得端板的聚氨酯材料与来自主体的聚氨酯材料 化学键联接以形成如上所述的没有明显界面的结构。
在成形过程之后，所述结构可以被恢复并且可以经历预期形成成品盘 的任何最终处理步骤(例如将涂层施用到端M面)。
应当理解的是，上述过程可以包括多种改变。其他处理技术也可能是 合适的。
图3示出了聚合物处理系统30 ，该系统可以与上述过程结^^吏用以制 造本发明的推间盘(或它的部件)。系统10包括一系列喷枪5，所述喷枪 容纳试剂(例如多官能异氰酸酯、多元醇)。例如，每个枪可以容纳独立 的试剂，或试剂的混合物。应当理解的是，其他系统可以包括附加枪。试
23剂可以通过入口管10和阀组件11供应给枪。喷枪包括液压缸8，所述液 压缸被设计成朝远侧推动活塞9以将容纳在各个枪中的试剂注射到出口管 13中。在示例性实施方式中，各个出口管连接到混合头6。可以控制来自 枪的试剂注射，使得试剂在混合头内被混合。
在该实施方式中，混合头的出口连接到挤出机18。如图所示，流变计 19定位在混合头的出口处以测量混合物的粘度。挤出机包括沿着筒的长度 布置的一系列加热器21，所述加热器可以被操作以提供如上所述的用于聚 合反应的预期温度^Hf。挤出机包括模具22，当注射到模型(未显示)中 时混合物通过所it^具被挤出。应当理解的是，除了别的以外，挤出机可 以包括多个其他部件，例如传感器(例如温度和压力)、比重计、和分光 光度计。
在一些实施方式中，系统可以包括响应于来自各种测量仪器的输入而 控制各种过程Wt的控制系统，除了别的以外，所述过程M包括将试剂 输送到混合头的速率、将所得的混合物引入挤出机的速率和挤出机的温度 綠
应当理解的是，上述系统可以包括多种修改并且其他系统也可以适合 于制造本发明的推间盘。
以下示例意味着是示例性的而不是想要以任何方式进行限制.
示例1
该示例示出了根据本发明的某些实施方式的推间盘植入物的弯曲刚 度数据。所述数据基于具有类似于图1A-1C中所示的盘的设计的多个盘 和具有常规设计的多个盘根据数学模拟获得。类似于图1A-1C中所示盘 的盘包括(a)喊量盘；(b)单模量盘；(c)包括核区域、环区域和具 有主体的10%体积的分级部分的盘；(d)包括核区域、环区域和具有主体 的20%体积的分级部分的盘；(e)包括核区域、环区域和具有主体的40 %体积的分级部分的盘。具有常规设计的盘包括(f)具有钛端板的单模 量盘；(g)具有钛端板的双模量盘(不带有分级部分)。
模拟基于定位在上推骨和下稚骨之间的盘进行。在开始模拟时推骨的 上表面和下表面被定位成彼此平行。将400N的预负荷施加到上推骨的顶 部，然后将大小增加的偏移负荷施加到上推骨的前表面以引起弯曲，同时 下推骨保持静止。根据推骨之间的角(其使用简单三角法进行计算)和施加的偏移负荷的大小来计算弯曲力矩。
图4是示出弯曲力矩与角的关系的图。使用弯曲力矩来计算弯曲刚度。 每个盘的弯曲刚度(按照上面的标注)如下(a)1.42Nm/度；(b)1.52Nm/ 度；(c) 1.48Nm/度；U) 1.51Nm/度；(e) 1.54Nm/度；(f) 11.78Nm/度； (g) 10.53Nm/度。
该示例表明根据具有类似于图1A — 1C中所示盘的设计的盘的模拟确 定的弯曲刚度低于具有常规i殳计的盘的弯曲刚度。
这样描述了本发明的至少一个实施方式的几个方面之后，应当理解， 本领域的技术人员将容易想到各种变化、修改和改进。这样的变化、修改 和改进应当是;^/^开的一部分，并且应当在本发明的精神和范围内。因此， 前面的描述和附图仅仅是作为示例。
权利要求
1. 一种用于置换、修补和/或增补活体中的椎间盘的人造椎间盘植入物，包括主体；和装备到所述主体的第一端板，第一端板包括由硬度在50Shore D至100Shore D之间的材料形成的外表面，其中所述椎间盘植入物被构造和布置成用于放置在活体中的相邻椎骨之间。
2. 根据权利要求1所述的植入物，其中所述主体包括上外表面、下外 表面和在所述上外表面和所述下外表面之间的侧壁，其中所述侧壁限定凹 形部分。
3. 根据权利要求2所述的植入物，其中所述凹形部分向内延伸0.5111111 至5mm之间的最大距离。
4. 根据权利要求2所述的植入物，其中所述凹形部分向内延伸O.Smm 至3mm之间的最大距离。
5. 根据权利要求1所述的植入物，进一步包括装备到所述主体的笫二 端板。
6. 根据权利要求5所述的植入物，其中所述第二端板包括由^L在50 Shore D至100 Shore D之间的材料形成的外表面。
7. 根据权利要求5所述的植入物，其中所述第一端板和第二端板包含 聚合材料。
8.根据权利要求7所述的^物，其中聚合物第一端板和聚合物第二 端板包含聚氨酯材料。
9.根据权利要求8所述的植入物，其中所述聚氨酯材料是聚氨酯聚碳 船旨。
10. 根据权利要求7所述的植入物，其中所述主体包含聚合材料，并且 所述第一端板的聚合材料和所述第二端板的聚合材料化学键联接到所述 主体的聚合材料。
11. 根据权利要求7所述的植入物，其中所述第一端板和第二端板与所 述主体形成一体。
12. 根据权利要求5所述的^物，其中所述第一端板的外表面包括一 系列肋状构件。
13. 根据权利要求l所述的植入物，其中所述第一端板的外表面包括宽 度在100微米至750微米之间的一系列第一表面特征。
14. 根据权利要求l所述的植入物，其中所述第一端板的外表面包括平 均表面^t度在0.1微米至10微米之间的一系列第二表面特征。
15. 根据权利要求1所述的植入物，其中所述第一端板具有圆顶状区域。
16. 根据权利要求15所述的^V物，其中所述圆顶状区域具有0.75mm 至3.0mm之间的高度。
17.根据权利要求15所述的植入物，其中所述圆顶状区域具有0.75mm至1.5mm之间的高度。
18. 根据权利要求15所述的植入物，其中所述圆顶状区域具有1.1至 1.8之间的宽度-深度比。
19. 根据权利要求l所述的植入物，进一步包括在所述第一端板中的多 个不透射线的标志物。
20. 根据权利要求19所述的植入物，其中所述不透射线的标志物以三 角形方式布置。
21. 根据权利要求19所述的植入物，其中所述不透射线的标志物是直 径小于2mm的圆形区域。
22. 根据权利要求l所述的植入物，其中所述植入物与MRI相容。
23. 根据权利要求l所述的植入物，其中所述主体包括核区域和至少部 分地围绕所述核区域的环区域。
24. 根据权利要求23所述的植入物，其中所述核区域和所述环区域包 含聚合材料。
25. 根据权利要求24所述的植入物，其中所述核区域和所述环区域包 含聚氨酯材料。
26. 根据权利要求23所述的植入物，其中所述主体包括上外表面、下 外表面和在所述上外表面和所述下外表面之间的侧壁，所述环区域将所述 核区域与上表面、下表面和所述侧壁分开。
27. 根据权利要求23所述的植入物，其中在所述环区域的至少一部分 上的杨氏模量是变化的。
28. 根据权利要求27所述的植入物，其中所述主体具有体积，并且杨 氏模量变化的所述部分的体积在所述主体的体积的20 %至60 %之间。
29. 根据权利要求27所述的植入物，其中在所述部分中的杨氏模量随 着离所述核区域的距离增加而增加。
30. 根据权利要求27所述的^物，其中杨氏模量变化的所述部分包 含在所述部分上化学计量变化的聚合材料。
31. 根据权利要求1所述的植入物，其中所述第一端板包括M在70 Shore D至90 Shore D之间的外表面。
32. —种用于置换、修补和/或增补活体中的推间盘的AJt推间盘^^ 物，包括具有体积的主体，所述主体包括核区域；和至少部分地围绕所述核区域的环区域，其中在所述环区域的一部分 上杨氏模量是变化的，所述部分的体积在所述主体的体积的20%至60%之 间，其中所述推间盘植入物被构造和布置成用于放置在活体中的相邻推骨 之间。
33. 根据权利要求32所述的^物，其中所述主体包括上外表面、下 外表面和在所述上外表面和所述下外表面之间的侧壁，其中所述侧壁限定凹形部分。
34. 根据权利要求33所述的植入物，其中所述凹形部分向内延伸0.5mm 至5mm之间的最大距离。
35. 根据权利要求32所述的植入物，进一步包括装备到所述主体的第 一端板和装备到所述主体的第二端板。
36. 根据权利要求35所述的^物，其中所述第一端板和第二端板包 括由^JL在50 Shore D至100 Shore D之间的材料形成的外表面。
37. 根据权利要求35所述的^L^物，其中所述第一端板和第二端板包 含聚合材料。
38.根据权利要求37所述的M物，其中所述第一端板和第二端板包 含聚氨酯材料。
39.根据权利要求38所述的植入物，其中所述聚氨酯材料包括聚氨酯 聚碳雌。
40. 根据权利要求37所述的植入物，其中所述主体包含聚合材料，并 且所述第 一端板的聚合材料和所述第二端板的聚合材料化学键联接到所 述主体的聚合材料。
41. 根据权利要求37所述的M物，其中所述第一端板和第二端板与 所述主体形成一体。
42.根据权利要求37所述的植入物，其中所述第一端板和第二端板包括一系列肋状构件.
43. 根据权利要求37所述的^物，其中所述第一端板和笫二端板具 有圆顶状区域。
44. 根据权利要求32所述的植入物，其中所述核区域和所述环区域包 含聚合材料。
45. 根据权利要求44所述的植入物，其中所述核区域和所述环区域包 含聚氨酯材料.
46. 根据权利要求32所述的^/v物，其中所述主体包括上外表面、下 外表面和在所述上外表面和所述下外表面之间的侧壁，所述环区域将所述 核区域与上表面、下表面和所述侧壁分开。
47. 根据权利要求32所述的植入物，其中在所述部分中的杨氏模量随 着离所述核区域的距离增加而增加。
48. 根据权利要求47所述的植入物，其中在所述部分中的杨氏模量随 着离所述核区域的距离增加而连续增加。
49. 根据权利要求32所述的植入物，其中杨氏模量变化的所述部分包 含在所述部分上化学计量变化的聚合材料。
50. —种用于置换、修补和/或增补活体中的推间盘的AJt推间盘^U^ 物，包括主体5和装备到所述主体的第 一端板，其中所述推间盘植入物被构造和布置成用于放置在活体中的相邻推骨之间，并且所述推间盘植入物具有0.5Nm/度至5.0Nm/度之间的弯曲刚度。
51. 根据权利要求50所述的植入物，其中所述弯曲刚度在1.0Nm/度至 4.0Nm/度之间。
52. 根据权利要求50所述的植入物，其中所述主体包括上外表面、下 外表面和在所述上外表面和所述下外表面之间的侧壁，其中所述側壁限定 凹形部分。
53. 根据权利要求50所述的植入物，进一步包括装备到所述主体的第 二端板。
54. 根据权利要求53所述的植入物，其中所述第一端板和第二端板包 含聚合材料。
55.根据权利要求54所述的植入物，其中所述第一端板和第二端板包 含聚氨酯材料。
56. 根据权利要求54所述的^U^物，其中所述第一端板的聚合材料和 所述第二端板的聚合材料化学键联接到所述主体的聚合材料。
57. 根据权利要求50所述的植入物，其中所述主体包含聚合材料。
58. 根据权利要求50所述的植入物，其中所述第一端板具有带圓顶状 区域的外表面。
59.根据权利要求50所述的植入物，其中所述主体包括核区域和至少部分地围绕所述核区域的环区域。
60. 根据权利要求59所述的植入物，其中在所述环区域的至少一部分 上杨氏模量是变化的。
61. 根据权利要求60所述的植入物，其中所述主体具有体积，并且杨 氏模量变化的所述部分的体积在所述主体的体积的20 %至60 o/。之间。
62. 根据权利要求60所述的植入物，其中在所述部分中的杨氏模量随 着离所述核区域的距离增加而增加。
63. 根据权利要求50所述的^物，其中所述第一端板包括^JL在50 Shore D至100 Shore D之间的外表面。
64. —种用于置换、修补和/或增补活体中的推间盘的AJt推间盘植入 物，包括主体，其包括上外表面、下外表面和在所述上外表面和所述下外表面之 间的侧壁，所述侧壁限定凹形部分；所述主体包括环区域，所述环区域完全围绕核区域，使得所述环区域将 所述核区域与上表面、下表面和所述侧壁分开，所述环区域的至少 一部分具有在所述部分上变化的杨氏模量，第一端板，其一体地形成于所述主体的上外表面上，使得在所述第一端 板和所述主体之间没有明显界面，所述第一端板包括由^t^在50 Shore D 至100 Shore D之间的材料形成的外表面，第二端板，其一体地形成于所述主体的下外表面上，使得在所述第二端 板和所述主体之间没有明显界面，所述第二端板包括由硬度在50 Shore D 至100 Shore D之间的材料形成的外表面，所述主体、所述第一端板和所述第二端板包含聚氨酯材料，其中所述AJt推间盘植入物被构造和布置成置换、修补或增补用于分离 活体中的相邻推骨的推间盘。
65. 根据权利要求64所述的植入物，其中在所述部分中的杨氏模量随 着离所述核区域的距离增加而增加。
66. 根据权利要求64所述的植入物，其中在所述环区域和所述核区域 之间没有明显界面。
67. 根据权利要求64所述的植入物，其中所述推间盘植入物具有0.5Nm/ 度至5.0Nm/度之间的弯曲刚度。
全文摘要
一种人造椎间盘(100)，所述人造椎间盘(100)可以植入到脊柱中的相邻椎骨之间，以置换、修补或增补天然椎间盘。所述人造椎间盘包括聚合物主体(102)以及两个端板HOA和HOB，所述两个端板由硬度在50Shore D至100 Shore D之间的材料形成。主体包括核区域(128)和环区域(130)，其中环区域上的材料的杨氏模量是变化的。环区域可以完全围绕核区域，使得环区域将核区域与主体的外表面分开。盘可以具有0.5Nm/度至5.Nm/度的弯曲刚度。
文档编号A61F2/44GK101484096SQ200780023866
公开日2009年7月15日 申请日期2007年5月8日 优先权日2006年5月9日
发明者威廉·埃勒坎普, 斯科特·约翰逊, 杰弗瑞·安德鲁斯, 罗伯特·斯内尔, 锡南·基亚米尔, 马丁·卡布尔 申请人:拉尼尔有限公司