融合装置的制作方法

专利名称：融合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于融合相邻椎骨的脊椎融合植入装置，具体地说，本 发明涉及可定位在椎间空间中并且利用骨水泥(cement)组合物固定在 适当位置的植入装置。
背景技术：
脊椎主要包括一系列椎骨和位于相邻椎骨之间的空间中的脊椎盘 (spinal disc)。椎骨由硬骨形成，而脊椎盘包括比较软的环带(annulus) 和髓核。这些脊椎盘将椎骨支撑在合适的位置中，并且使得躯干能够旋 转并且侧向和前后弯曲。这些脊椎盘还在脊椎经历震动时(如在奔跑或 跳跃期间)用作减震器或垫。
多种脊椎疾病导致人经历疼痛或者身体活动和能力受限。更具体地 说，由于外伤、畸形、疾病或其它变性状况，可能对构成脊椎的椎骨和 椎骨之间的脊椎盘造成损害。这些状况中的一些可能危及生命，而其它 状况对脊髓造成冲击，导致疼痛和缺少灵活性。消除这种冲击(由此减 少受损或患病组织对脊髓的肿胀(spelling)或压迫感)可以减轻疼痛并 通常促进康复从而恢复正常的神经系统机能。然而，缺乏恰当医疗可能 导致脊椎健康的进一步损害和变性，并且导致永久性的脊髓损害。
对脊椎的损害通常导致生理能力降低。例如，对脊椎盘或椎骨的损 害可能让环带突出，通称为脊椎盘突出。在更严重的情况下，这种损害 可能让髓核从环带漏出。在任何情况下，这种损害通常都造成椎骨靠近移位或压縮，并且通常造成一部分脊椎盘压迫脊髓。
治疗这些状况的一种方式是通过使一部分脊椎中的椎骨(如两个或 更多个相邻椎骨)固定，这样通常有益于减少或消除疼痛。固定和/或融 合己经经由许多技术和装置执行，并且损伤类型通常暗示了优选治疗方 式。
固定的一种形式已知为脊椎融合手术，其中初始使两个或更多个相 邻或连续椎骨彼此相对固定，随着时间的过去，这些椎骨变得按期望的 空间关系融合。例如，可以将刚性杆或板附接至脊椎以使该脊椎固定达 足够长的时间，以允许椎骨与椎间植入物之间发生融合并且/或者允许骨 质向内生长到脊椎盘空间中。期望的是，使椎骨以合适的椎间距离相对 固定，从而再现健康脊椎的支撑特性。可以将植入物间隔体放置在椎骨 之间，植入物间隔体随着时间的过去将融合至两个相邻椎骨，或随着骨 质生长而被完全吸收和替换。
脊椎融合手术大大减少或消除了椎骨节段(segment)之间的运动， 由此减轻了某些病人的疼痛源。尽管融合治疗牺牲了受疾病侵袭的椎骨 之间的旋转和屈曲致使脊椎的移动和灵活性受到一些损失，但脊椎的非 融合部分能够很大程度上弥补病人所希望的大多数正常运动。而且，减 少或消除了因损伤而对脊髓的压縮，并且融合的椎骨保护脊髓不受损伤。 还可以将脊椎融合手术用于防止或阻止某些病人脊椎的逐渐畸形。需要 脊椎融合的受治疗者包括遭受椎骨骨折、脊椎滑脱(spondylolisthesis)、 脊椎盘突出或变性、脊椎异常弯曲(如脊椎侧凸(scoliosis)或脊椎后凸 (kyphosis))、脊椎肿瘤、脊椎感染或脊椎不稳定的受治疗者。
当前，许多融合装置是已知的。植入这种装置可能涉及到挖出一个 或两个相邻椎骨的一部分，以提供用于在其中定位该装置的容积。许多 融合装置具有采用叉、齿、长钉等的形状的表面特征(如锚固部件)，其 远离该装置的上下表面延伸，以嵌入到相邻椎骨中。为了将该装置定位 在椎间空间内，可以使用器具将椎骨展开。
一些融合装置由可生物再吸收材料制成，如自然骨、羟磷灰石、磷 酸钙以及其它类骨组合物。包括可生物再吸收材料的融合装置可以随着时间的过去而结合到相邻骨中，最终提供单个实体骨，然而，利用这种 材料制备的装置趋于具有相对较弱的抗压强度。
可以将更坚固的材料(如聚醚醚酮(PEEK))用于制造融合装置以 提供增加的强度。由这种材料制成的诸如长钉和齿的表面特征可以穿过 椎骨以将该装置固定至椎骨。然而，这些更坚固的材料不可生物再吸收。
融合过程的目的是发展与相邻椎骨连接并且在相邻椎骨之间延伸和 通过椎间空间的格状(lattice)、基质(matrix)或实体骨。最终，形成或 发展的骨和椎骨连接以提供在某种程度上一体、不可压缩的结构，该结 构针对尺寸保持合适的预融合空间关系，以减少或消除对脊髓的冲击。 因此，由这些更坚固的材料形成的植入物作为多余结构而留下，该多余 结构不能够被人体吸收或被骨生长替换，并且用作植入装置与任何产生 的骨生长之间的边界界面。虽然可以通过减小植入物的尺寸而致力于减 少边界界面的影响，以使可以将更多移植(graft)材料封装到环绕植入 物的椎间空间中，但这会导致不太牢固的植入。
因此，需要改进的脊椎融合系统和改进的用于执行脊椎融合手术的 方法。还需要这样的植入物，即，该植入物可与人体化学和生理相容， 并且拥有关于硬度、抗压强度、抗挠强度和/或耐磨性的机械稳定性，以 及用于发展机能梯度的可控微结构、用于保持生理状况中的结构完整性 的可控界面性质，以及/或者为提供适当粘合性、耐化学性以及病人持久 舒适性而特制(tailored)的表面化学。
如根据下面对本发明实施方式的描述将清楚，本发明可以被用于实 现这些，以及其它需要和目的。

发明内容
本发明提供了用于融合相邻椎体的装置、系统和方法。本发明的装 置在此被不同地称为本发明的"植入物"、"融合植入物"、"融合装置"， 或"脊椎融合装置"。
本发明的脊椎融合装置被植入在相邻上下椎骨之间的椎间空间内， 并且利用骨水泥固定至椎骨。该融合装置包括具有用于接触相邻椎骨的上下端板面对表面的主体，并且上下端板面对表面之间形成有一个或多 个侧壁。该融合装置包括上下端板面对表面，每个端板面对表面都具有 至少一个开口 ，所述至少一个开口用于将骨水泥材料输送至植入物上方 和下方的椎骨的相邻接触表面。该装置利用快凝骨水泥组合物可以几乎 立即融合椎骨，由此减少或消除对辅助固定装置(如螺丝钉、板，以及/ 或杆)的需要，而且还同时将骨水泥精确输送到融合装置与椎骨之间的 接触表面。
将脊椎融合装置的上下端板面对表面中的开口定位并构造成使得仅 将骨水泥直接引导向与该装置接触的椎骨表面，这样防止骨水泥溢出到 相邻椎骨空间中，在该相邻椎骨空间中，骨水泥会因结合至神经组织或 其它邻近组织而造成潜在的损伤，或者硬化成可能损害所述组织的尖锐 片段。最终，开口还可以向骨提供从相邻椎骨开始到生长在该装置中并 与该装置融合的路径。
本发明的脊椎融合装置可以任选地包括一个或更多个填充端口，如 一个或更多个注入端口，所述端口构造成从外部接收来自输送装置(如 注射器或任何其它注入装置)的骨水泥材料。该填充端口可以连接至通 过脊椎融合装置的外部而通向一个或更多个开口的一个或更多个通道。 该脊椎融合装置还可以包含作为用于容纳来自填充端口的骨水泥的空腔 的中空芯体，并且该空腔或者直接通向植入物外部的开口，或者连接至 通向这些开口的一个或更多个通道。 一般来说，使用注射器以利用足够 压力将骨水泥材料配送到脊椎融合装置中，以基本上充满通道和/或中空 芯体，并且迫使骨水泥通过上下端板面对表面中的开口以接触相邻椎骨。 填充端口优选地定位在端板面对表面之间的横向侧壁上，以允许在将植 入物插入到椎间空间中之后向该植入物注入骨水泥，但在需要时，还可 以将填充端口用于在将植入物插入到椎间空间之前注入骨水泥。
通过在将植入物插入到椎间空间之前和/或之后将骨水泥材料注入到 脊椎融合装置中来增强相邻椎骨的融合。骨水泥原位聚合，并且或者将
脊椎融合装置粘结至上下椎体中的端板皮层骨(cortical bone)和暴露的 松质骨(cancellousbone)的表面，或者相间错杂(interdigitate)到其中。骨水泥材料聚合，以将植入物融合至上锥体和/或下椎体中。通过将骨水 泥材料注入到植入物中并随后迫使骨水泥从植入物向外流出至与该植入 物直接接触的椎骨表面，与在植入之前或植入期间将骨水泥施加至椎骨 和/或植入物外部时相比，实现了骨水泥更加精确的施加。椎骨之间所产 生的连续均匀骨水泥连接有利于骨向内生长和更牢固的融合。
脊椎融合装置的主体可以形成为刚性结构，其具有骨水泥不可渗透 的横向侧壁表面和穿过上下端板面对表面的离散开口。刚性脊椎融合装 置可以由任何合适的生物相容的承重材料形成。合适材料包括生物陶
瓷材料、金属、诸如PEEK的惰性聚合物、可再吸收聚合物、可再吸收
聚合复合物，移植骨等。
可选的是，脊椎融合装置可以由柔性材料制成，该柔性材料可以为 了插入而被巻动或以其它方式折曲并压紧以使容积最小化，随后在插入 到椎间空间之后利用骨水泥膨胀。柔性脊椎融合装置例如可以由网制成，
该网由编织纤维或编织片组成，该编织纤维或编织片由聚乙烯、Teflon， 聚酯、合成弹力纤维、尼龙、人造纤维、纤维素、胶原质等制成。更优 选的是，柔性植入物包括可再吸收片或聚合物，如由聚乙醇酸、聚乳酸、 聚乙醇酸/共乳酸聚合物、聚氨基甲酸乙酯、聚芳基碳酸酯、聚酷氨酸碳 酸酯、聚己酸内酯、聚二氧杂环己垸(polydioxane)、聚磷腈、聚丁酸、 聚戊酸等制成的可再吸收片或聚合物。这种柔性网的结构可以形成释放 骨水泥以使其接触相邻骨的选择性渗透表面。在这种情况下，可以将不 可渗透的骨水泥阻挡层添加至该装置的不接触相邻椎骨的那些表面，以 使释放的骨水泥向骨接触表面集中。可选或者附加的是，可以通过柔性 材料设置离散开口以将骨水泥引导至相邻椎骨表面。
任何生物相容骨水泥组合物都可以与脊椎融合装置一起使用，但可 以根据不同参数(尤其是凝结时间、粘结强度，以及流动特性)来选择 优选骨水泥。另外，优选的是，骨水泥的凝结反应不放热，以最小化或 消除对相邻组织的可能损害。骨水泥优选地以低放热量(exotherm)在几 分钟内凝结，并且具有足够强度以充分支撑脊椎并同时使植入物和相邻 椎骨固定。骨水泥在刚混合并注入到植入物中时的粘性应当优选地允许该骨水泥流出植入物并按可控方式接触椎骨。优选骨水泥还不透射线，
迅速凝结并固化，保持生理pH并且生物相容。优选骨水泥包括在共同未 决的公报为U.S. 20070032568 Al的美国专利申请No. 11/500， 798和美 国临时申请No. 60/968, 462中所述的那些骨水泥，这两者都通过具体引 用并入于此，如同在此全面阐述一样。还可以使用其它骨水泥，如基于 聚合性丙烯酸树脂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的骨水泥、磷酸钙骨水 泥、玻璃离子体(ionomer)骨水泥等。骨水泥还可以包括诸如惰性填充 剂或促进骨生长的生物活性成分的填充剂材料。骨水泥产品的每一种成 分都还可以任选地包括附加材料。
在另一方面中，本发明提供了一种用于利用本发明的脊椎融合植入 装置来融合相邻上下椎骨的系统。该装置的尺寸适于装入相邻椎骨之间 的椎间空间中，并且具有形成有具有入口的流动路径的主体，该主体向 面对相邻椎骨中的至少一个(优选为两个)的一个出口或多个出口开放。 可以将可注入骨水泥通过该入口注入到流动路径中，并由此通过植入体 的对应面对开口弓I导至上下椎骨。
该系统还包括可注入骨水泥材料，该骨水泥材料具有预定快速凝结 特性，以使骨水泥的凝结将植入体固定至椎间空间中的椎骨。另外，在 注入时，优选骨水泥材料具有在凝结之前向骨水泥材料提供通过流动路 径的期望流动特性的粘性。在一些实施方式中，该系统还可以包括适于 向植入体的入口输送可注入骨水泥材料的输送装置。流动路径和输送装 置构造成使得以足够压力来提供骨水泥材料的流动，以产生骨水泥从该 主体的入口开始通过流动路径至该出口或多个出口的流动，使得骨水泥 材料基本上在它沿对应椎骨接合的时候并且在流动超出椎间空间中的植 入体之前凝结。
在本发明的方法中，通过在两个相邻椎体之间插入融合装置并将骨 水泥注入到该融合装置中的一个或更多个中空芯体中来保持或增强脊椎 的固定和稳定性。注入的骨水泥充满所述一个或更多个中空芯体并且接 触一个或更多个相邻椎体的表面，而且在一些方法中，相间错杂到椎体 中的松质骨中，由此基本上实现立即固定和/或机械稳定性。通过利用骨水泥来实现机械稳定性，本发明可以最小化或消除对附加固定器具(如
茎杆(pedicle rod)和螺丝钉)的需要。而且，本发明可以有利地提供相 对椎骨之间的均匀、同质连接，以利于骨质向内生长。
因而，在一些实施方式中，本发明的融合装置在不包括使用辅助固 定的独立应用中使用。在可选实施方式中，该融合装置可以结合辅助固 定使用。


图1是本发明的融合装置的立体图。
图2是本发明的具有用于骨水泥的两个中空芯体和移植室的融合装 置的立体图。
图3是本发明的具有用于骨水泥的上下中空芯体以及移植室的融合 装置的立体图。
图4是本发明的具有用于骨水泥的两个中空芯体和移植室的融合装 置的立体图。
图5是插管和本发明的具有柔性外表面的柔性融合装置的立体图。 图6是插管和本发明的具有柔性外表面的、包括不可渗透侧壁和网
状顶部的柔性融合装置的立体图。
图7是本发明的具有柔性外表面和移植室的柔性融合装置的立体图。 图8是本发明的具有柔性外表面的、包括分离的用于骨水泥的上下
中空芯体以及移植室的柔性融合装置的立体图。
图9是本发明的在上下椎骨之间的融合装置的侧视图。
图IO是本发明的构造成用于通过后部手术方法插入的融合装置的立体图。
图11是本发明的构造成用于通过后部手术方法插入的融合装置的立 体图。
具体实施例方式
本发明的脊椎融合装置用于在两个椎骨之间形成骨的同时保持两个相邻椎体之间的脊椎盘高度。该装置允许将骨水泥注入到融合装置中的 一个或更多个中空芯体中。骨水泥充满所述一个或更多个中空芯体，并 且与位于被植入装置的一侧或两侧上的椎体表面接合。 一旦骨水泥凝结， 就基本上或完全消除了椎骨的独立运动。本发明的装置、系统以及方法 减少了用于固定的时间并改进了椎骨运动节段的稳定性，由此减少或消 除对辅助固定的需要。通过减少或消除钻孔、攻丝或插入与辅助固定相 关联的螺丝钉，本发明提供了更短的脊椎融合过程。在一些实施方式中， 随着骨质脊椎融合的发生，骨水泥再吸收并且用作用于组织向内生长的
连续骨架(scaffold),而不需要使用任何骨生长增强装置，如自体移植 (autograft)材料。在附加实施方式中，该装置还包括可以放置自体移植 材料或其它骨移植材料的移植室。
本发明的脊椎融合装置可以具有任何合适形状，并且包括任何合适 的生物相容材料。合适形状例如包括大致为筒形、环形、盘形、矩形、U 形、飞旋镖形等的形状，其尺寸定为供颈部、胸部或腰部使用。合适的 生物相容材料包括金属、塑料、可再吸收聚合物、可再吸收聚合复合物、 骨移植材料等。
供在本发明的刚性脊椎融合装置中使用的示例性合适材料包括聚醚 醚酮(PEEK)、 PEEK-磷酸f丐复合物、PEEK-骨移植复合物、羟磷灰石、 磷酸三钙、316不锈钢、持久合金、钴-钴铬合金(cobalt-cobaltchrome)、 诸如Ti6A14V合金的钛合金、聚合物、塑料、可再吸收聚合物(即，聚 乙醇酸、聚乳酸、聚乙醇酸共乳酸、聚二氧杂环己烷、聚己酸内酯)、具 有磷酸钙、同种异体移植物(allograft)、骨移植物等的其它可再吸收聚 合复合物。在优选实施方式中，刚性融合装置包括致密或加固的羟磷灰 石或磷酸三钙，特别是如在美国专利No. 6013591、重新发布为RE 39196， 以及公报为U.S. 2005/0031704 Al的美国专利申请No. 10/635402中所述 的纳米晶(nanocrystallirie)材料，所有这三者的全部内容都通过具体引 用并入于此。在更优选的实施方式中，该融合装置由纳米晶体磷酸钙 NanOss (Angstrom Medica， Wobum， MA)制成。结合可注入的NanOss IsoFLEXTM骨水泥(Angstrom Medica， Wobum， MA)使用的这种装置在于此描述的方法中特别有用。
本发明的植入物理想地具有大约1年或以上的再吸收时间(例如，
大约3年或以上，大约6年或以上，或者大约10年或以上)。再吸收的 速率至少部分地取决于植入物的结晶尺寸和组成。较小的结晶尺寸将比 较大的结晶尺寸更快地被再吸收。期望的再吸收速率取决于应用，并且 可将结晶尺寸和组成特制成与期望的再吸收速率匹配。
图1例示了本发明的脊椎融合装置100，其可以在脊椎融合手术期间 插入到上下相邻椎骨之间的椎间空间中。装置100的外表面110、 150、 160包括侧壁110，该侧壁110大致在上端板面对表面150与下端板面对 表面160之间延伸。优选的是，上端板面对表面和下端板面对表面150、 160包括齿状结构140，齿状结构140与装置100的正上方和正下方的椎 骨表面接合，由此抵抗椎间空间内的脱臼和/或从椎间空间排出。侧壁表 面110包括填充端口 130。相邻椎骨的固定和稳定性通过以下方式增强
(i)将植入物100插入到椎间空间中以使上下端板面对表面150、 160 分别接触处于椎间空间上方和下方的相邻椎骨表面；以及(ii)利用注入 输送装置135将骨水泥材料通过填充端口 130注入到中空芯体120中， 直到骨水泥充满该中空芯体120并通过该装置的上下端板面对表面150、 160中的开口引导至分别处于该装置100的正上方和正下方的椎骨表面。 在注入之后，骨水泥材料凝结，将装置100快速融合至上下椎骨。
图9例示了本发明的设置在上椎骨910与下椎骨920之间的椎间空 间内的脊椎融合装置100。该装置的侧壁IIO包括用于注入骨水泥的填充 剂端口 130。该填充剂端口 130被描述为靠近脊椎节段910、 920的后横 向位置而定位。 一般来说，本发明的装置优选地定位在椎间空间内，以 使填充剂端口 (或者更一般地说，该装置用于接收骨水泥的部分)位于 或靠近将该装置插入到椎间空间的位点处。这种定位有利于将骨水泥经 由为插入该装置而使用的同一手术入口输送至该装置。
在另一方面，该脊椎融合植入物包括用于容纳骨移植材料的移植室。 术语骨移植材料在此被用于指促进骨替换的诸如矫正生物制剂
(orthobiologics)的生物添加剂。因而，骨移植材料可以包括同种异体移植物、自体移植物、脱矿质(deminemlized)骨基质、胶原质、生长因子， 以及/或骨成型蛋白(morphogenic protein)。
图2例示了具有移植室260和两个中空芯体220、 230的脊椎融合装 置200，每个中空芯体从上端板面对表面270延伸至下端板面对表面280。 一个或更多个内壁250将中空芯体220、 230彼此分隔并且和移植室260 分离。在将装置200插入到相邻椎骨之间的椎间空间中时，可以将骨水 泥材料独立地注入到侧壁210中的两个填充端口 240中的每一个端口中， 由此独立地控制注入压力、骨水泥材料的量以及/或者注入到中空芯体 220、 230中的每一个中并且随后分别接触处于装置300正上方和正下方 的椎骨表面中的每一个表面的骨水泥的类型。在另一实施方式中，上下 端板面对表面270、 280可以包括齿状结构(如图1所示的齿状结构)， 以抵抗椎间空间内的脱臼和域从椎间空间排出。
图3例示了本发明的包括上下中空芯体320、 330的脊椎融合装置 300，其将注入的骨水泥材料分别引导至上下端板面对表面380、 390。植 入物300包括分隔中空芯体320、 330的中线内壁340，以及侧壁310中 的至少两个填充端口 350。因而，该装置独立控制注入压力、骨水泥量以 及/或注入到上下中空芯体320、330中的每一个中空芯体中并且随后分别 接触处于该装置300正上方和正下方的每一个椎骨表面的骨水泥的类型。 另外，如图3所示，植入物300包括移植室370，该移植室从上端板面对 表面380延伸至下端板面对表面390，并且通过内壁360与中空芯体320、 330分隔开。在其它实施方式中，上端板面对表面和下端板面对表面380、 390可以包括齿状结构(如图1所示的齿状结构)，以抵抗椎间空间内的 脱臼和/或从椎间空间排出。
当将骨水泥添加至通常包围一个或更多个移植室的一个或更多个中 空芯体(如环绕图2、 3、 7以及8所示的移植室的中空芯体的大致同心 布置)时，本发明的脊椎融合装置有利地提供骨水泥阻挡部，该骨水泥 阻挡部防止松散的骨碎片或其它移植材料从植入物移植室迁移，该迁移 能导致对周围椎骨组织的刺激或其它损害。
图4例示了根据本发明的脊椎融合装置400。该装置400具有侧壁410，该侧壁410大致在上下端板面对表面470、 480之间延伸，并且形 成包围两个中空芯体420、 430的基本矩形形状。中空芯体420、 430彼 此横向地设置并且通过内壁部450和中央移植室460分隔。中空芯体420 、 430和移植室450从上端板面对表面470延伸至下端板面对表面480。侧 壁410中的分隔的注入端口 440独立控制注入压力、骨水泥量以及/或者 注入到中空芯体420、 430中的每一个中并且分别接触处于该装置正上方 和正下方的每一个椎骨表面的骨水泥的类型。在其它实施方式中，上端 板面对表面和下端板面对表面470、 480可以包括齿状结构(如图1所示 的齿状结构)，以抵抗椎间空间内的脱臼和/或从椎间空间排出。
本发明的脊椎融合装置可构造成用于利用后部或侧后部手术方法插 入到相邻上下椎骨之间的椎间空间中。例如，图10和11例示了本发明 的适于通过后部或侧后部方法插入的装置。
图10例示了具有外表面1100、 1200、 1500、 1600并且具有相当窄 的矩形形状的脊椎融合装置1000。利用后部手术切口 ，可以在将尾端1200 定位在椎间空间中之前，将该装置1000的插入端1100引导到椎间空间 中，由此允许尾端1200上的填充端口 1400保持可经由同一后部手术切 口接入。可以将输送装置插入到同一后部手术切口中，以将骨水泥输送 至填充端口 1400，直到骨水泥充满中空芯体1300并且通过上下端板面对 表面1500、 1600中的开口引导以分别与处于该装置1000正上方和正下 方的上下椎骨表面接触为止。内壁1800分隔用于容纳骨移植材料的移植 室1700与中空芯体1300。移植室优选从上端板面对表面1500延伸至下 端板面对表面1600。在其它实施方式中，上下端板面对表面1500、 1600 还可以包括齿状结构(如图1所示的齿状结构)，以抵抗椎间空间内的脱 臼和域从椎间空间排出。
图11例示了具有外表面2100、 2200、 2500、 2600并且具有大致飞 旋镖形状的脊椎融合装置2000。利用后部手术切口，可以在将尾端2200 定位在椎间空间中之前，将该装置2000的插入端2100引导到椎间空间 中，由此允许尾端2200上的填充端口 2400保持经由同一后部手术切口 可接入。可以将输送装置插入到同一后部手术切口，以将骨水泥输送至填充端口 2400，直到骨水泥充满中空芯体2300并且通过上下端板面对表 面2500、 2600中的开口引导以分别与处于该装置2000正上方和正下方 的上下椎骨表面接触为止。内壁2800分隔用于容纳骨移植材料的移植室 2700与中空芯体2300。移植室优选地从上端板面对表面2500延伸至下 端板面对表面2600。在另一实施方式中，上端板面对表面和下端板面对 表面2500、 2600还可以包括齿状结构(如图1所示的齿状结构)，以抵 抗椎间空间内的脱臼和/或从椎间空间排出。
在特定实施方式中，本发明的脊椎融合装置包括比尾端小的插入端。 这种构造有利于插入装置，并且还可以用于保持、改进或恢复适当的脊 椎曲率。因而，例如可以通过锥化或以其它方式改变图1、 2、 3、 4、 10 以及11所示装置的侧壁表面以包括相对于尾端较小的插入端来修改所述 装置的构造。
本发明的脊椎融合装置还可以构造成保持、改进或恢复病人腰部脊 椎区域的恰当脊椎前凸角。在这些构造中，脊椎融合装置的侧壁包括要 先定位在腰部椎间空间中的较高部分和要后定位在椎间空间中的较矮部 分。关于这一点，较高和较矮指相对高度，其中高度指在侧壁的前部和 后部处的上端板面对表面与下端板面对表面之间的最小距离。因而，例 如可以通过锥化或以其它方式改变图1、 2、 3、 4、 10以及11所示装置 的侧壁表面以使所述侧壁表面包括较高前高度和较矮后高度来修改所述 装置。具体来说，装置的前部的高度可从大约12 mm到大约20 mm变动。 装置的后部的高度使得该装置提供了从大约4度到大约12度变动的脊椎 前凸角。该装置的脊椎前凸角通常指上下端板面对表面相对彼此的角。 脊椎前凸角还可以通过绘制将用于确定前高度和后高度的点连接的两条 线来计算；具体来说，绘制将用于沿上端板面对表面的前部和后部确定 高度的两个点(这两个点分别设置在将上端板表面连接至用于确定前后 高度的前侧壁部或后侧壁部的边缘上)连接的第一条线，绘制将用于沿 下端板面对表面的前部和后部确定高度的两个点(这两个点分别设置在 将下端板表面连接至用于确定前后高度的前侧壁部或后侧壁部的边缘 上)连接的第二条线，并且这两条线相交的角被认为是由该装置提供的脊椎前凸角。
本发明的脊椎融合装置还可以包括有利于例如通过插入物的端部上 的夹具而夹持并操纵该装置的结构。例如，刚性脊椎融合装置可以包括 在相对侧壁的两个部分上的一个或更多个槽口。这些槽口可以容纳夹具 端头的爪，由此所述爪可以紧紧夹持并操纵融合装置。在另一实施例中， 该装置可以包括可以供插入物端部处的一个或更多个平坦端头插入的一 个或更多个狭缝。这些狭缝用作用于插入物的插管，并且提供用于操纵 该装置的稳定夹持。
在需要时，该脊椎融合装置可以包括位于上下端板面对表面中的多 个出口 ，这些出口的尺寸和位置定为允许骨水泥材料从中空芯体流动并 且与处于该装置正上方和正下方的相邻椎骨表面接触。还可以进一步选
择出口尺寸，以允许组织向内生长，并且出口尺寸的直径应当为100微 米到3毫米、250微米到2毫米，以及更优选地为500微米到1.5毫米。
在本发明的另选实施方式中，将含有骨水泥材料的输送装置(如本 领域己知的注射器或其它注入装置)定位成使其尖端插入到出口 (即， 代替填充剂端口)中，以将骨水泥注入到中空芯体中。该出口或多个出 口允许骨水泥在中空芯体充满骨水泥时离开该中空芯体。退出的骨水泥 接触相邻椎骨端板并且聚合以将脊椎融合装置融合至该端板。
在本发明的包括将一个或更多个中空芯体和/或移植室分隔并且可以 在插入椎骨空间中时接触上和/或下椎骨表面的一个或更多个内壁的脊椎 融合装置的实施方式中，这些内壁可以包括粗糙表面或表面多孔性以机 械地将骨水泥互锁至该装置。因而，例如图2中的内壁250、图3中的内 壁360、图4中的内壁450、图10中的内壁1800以及图11中的内壁2800 都可以被制作成在其接触上和/或下椎骨表面的表面上包括粗糙表面或表 面多孔性。
可以在将植入物插入到椎间空间之前和/或优选地在将植入物插入到 椎间空间之后将骨水泥材料注入到脊椎融合植入装置中。可以利用常规 技术和已知工具并且利用用于将椎骨分散以易于将植入物插入到椎间空 间中的工具将本发明的植入物插入到椎间空间中。当在将植入物插入到椎间空间中之前将骨水泥注入到植入物中时，重要的是，在使骨水泥基
本上聚合(即，硬化)之前(优选地在将骨水泥成分混合大约2分钟内 到大约30分钟内)插入植入物。
在个别方面中，本发明还提供了具有由生物相容柔性材料制成的外 表面的柔性脊椎融合装置。用于外表面的合适生物相容柔性材料包括聚 合物纤维，如聚乙烯、Tefl0n 、聚酯、LyCra 、尼龙、人造纤维、纤维素 等。其它合适的柔性材料可以由可再吸收纤维或片组成，如聚乳酸、聚 乙醇酸、聚乳酸/聚乙醇酸共聚物、聚富马酸亚丙酯、聚衣康酸亚丙酯聚 羟基丁酸、聚羟基戊酸、聚己酸内酯、聚羟基羧酸类、聚琥珀酸亚丁酯、 聚己二酸亚丁酯、聚酷氨酸碳酸酯、聚酷氨酸碳酸酯、聚二氧杂环己烷、 胶原质、壳聚糖、藻酸盐、纤维素、淀粉、糖、多肽、聚乙二醇、乙烯 基吡咯烷酮、丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯或其任何衍生物、聚(戊内酯)、 聚(三亚甲基碳酸酯)、聚(亚氨基碳酸酯)、聚(丙醇二酸)、聚(13-丙二酸)、脂肪族二异氰酸酯基聚氨酯类、肽基聚氨酯类、聚酯或聚原酸 酯基聚氨酯类、含有氨基酸酯、糖基、甘油基、乳酸酯基或咪唑基侧基 的聚磷腈，及其组合。
下面，参照图5到8，对根据本发明的个别方面的柔性融合装置500、 600、 700、 800进行说明。 一般来说，本发明的柔性融合装置可在充满骨 水泥和/或骨移植材料之前压实，而在充满骨水泥时展开。在其压实形式 下，该柔性融合装置适于经由侵入最小的过程输送至两个相邻椎骨之间 的椎间空间。优选的是，仅柔性植入物的面对椎骨端板的部分对骨水泥 是可透的。更具体地说，优选的是，至少一个端板面对表面对骨水泥是 可透的，而该侧壁或多个侧壁对骨水泥是不可透的。更优选的是，端板 面对表面因存在多个孔而可透，这些孔的直径足以允许骨水泥通过。在 这点上，这些孔的直径通常为大约10微米到大约5毫米。
有利的是，本发明的柔性脊椎融合装置可以通过将骨水泥注入到一 个或更多个中空芯体以恢复脊椎盘高度而膨胀。这些装置还可以包括用 于容纳骨移植材料的移植室，其如在此使用的，可以包括生物添加剂， 如矫正生物制剂，包括同种异体移植物、自体移植物、脱矿质骨基质、胶原质、生长因子，或骨成型蛋白质。中空芯体和/移植室优选地构造成 使得骨水泥提供跨过植入物的整个长度和宽度的结构支撑。
图5例示了根据本发明另一实施方式的包括由柔性材料制成的外表 面510、 530、 540的柔性脊椎融合装置500。侧壁510形成在上端板面对 表面530与下端板面对表面540之间。外表面510、 530、 540可以被用 于将骨水泥注入到由外表面510、 530、 540包围的中空芯体520中的插 管550刺穿。在优选实施方式中，外表面510、 530、 540由允许改变注 入骨水泥的渗透度的片和编织或网状材料制成。对于具有特定粘性的骨 水泥来说，可以通过编织密度或网密度来控制渗透性。因而，上下端板 面对表面530、 540可以由相对松散的编织物或网制成，其允许注入的骨 水泥从中空空腔520渗透并且分别接触上下端板面对表面。纵向外表面 510优选地由对骨水泥不可透的较密集编织物或较纤细网制成，由此限定 并引导骨水泥向下方和或椎体下方流动。在这点上，还应注意到，骨水 泥渗透性是(i)柔性材料中编织物或网的质量(密度或细度)和(ii)所 用骨水泥的粘性两者的函数。柔性装置500在充满骨水泥时展开，并且 最终将骨水泥释放到与植入物的椎骨面对表面530、 540中的孔或开口接 触的椎骨表面上。有利的是，可以将柔性植入物填充至期望程度，以占 据预定容积并且提供期望高度的植入物和结构支撑。
图6例示了根据本发明具有由柔性材料制成的外表面610、 630、 640 的另一柔性脊椎融合装置600。在这个实施方式中，上端板面对表面630、 下端板面对表面640以及其间的侧壁610形成大致盘状装置600。侧壁 610可以被用于将骨水泥注入到由外表面610、 630、 640包围的中空空腔 620中的插管650刺穿。优选的是，侧壁610由作为固体(仍为柔性的) 的材料制成，其包括骨水泥阻挡片，或包括足够纤细的网或密集的编织 物，以使侧壁610基本上对注入到中空芯体620中的骨水泥不可透。上 下端板面对表面630、 640由充分开放的网或松散的编织物制成，其允许 注入的骨水泥从中空芯体620分别渗透向相邻椎体的上下端板。
图7例示了根据本发明的具有由柔性材料制成的外表面710、 730、 740的又一柔性脊椎融合装置700。可以将骨水泥注入到中空芯体720中。该装置700还包括用于骨移植材料的中央移植室760，中央移植室760通 过内壁750与中空芯体720分隔。该内壁750优选为对注入到中空芯体 720中的骨水泥不可透而对体液可透的编织网阻挡部。另选的是，内壁 750可以由对骨水泥和体液都不可透的片制成。上下端板面对表面730、 740由开放的网制成，该开放的网(a)允许注入的骨水泥从中空芯体720 分别渗透通过上下端板面对表面730、 740，并且分别向上下相邻椎骨渗 透，并且(b)还允许骨组织从椎体向内生长到移植室760中。在这点上， 在一些实施方式中，可以期望的是，改变上下端板面对表面730、 740的 在包围中空芯体720的部分与包围移植室760的部分之间的网或编织物 的密度。
图8例示了根据本发明的具有由柔性材料制成的外表面810、 850、 860并且包括被中间壁840彼此分隔的上中空芯体820和下中空芯体830 的另一柔性脊椎融合装置800。该装置800还包括用于骨移植材料的中央 移植室880，其通过内壁880与两个中空芯体820、 830分隔。可以通过 分隔的插管870或同一插管的分开插入而将骨水泥独立地注入到上下中 空芯体820、 830中的每一个中。当上下中空芯体820、 830被骨水泥不 可透的中间壁840分隔时，柔性融合装置800独立控制注入压力、注入 骨水泥量以及用于每一个中空芯体的注入骨水泥的类型。上下端板面对 表面850、 860由开放的网制成，该开放的网(a)允许注入的骨水泥从 上下中空芯体820、 830中的每一个分别渗透通过上下端板面对表面850、 860并且分别渗透向上下相邻椎骨，并且(b)还允许骨组织从椎体向内 生长到移植室810中。在这点上，在一些实施方式中，可以期望的是， 改变上下端板面对表面850、 860的在包围中空芯体820、 830的部分与 包围移植室810的部分之间的网或编织物的密度。
在本发明的其它实施方式中，柔性脊椎融合装置还可以包括在外表 面中的用于将骨水泥注入到该柔性装置的一个或更多个中空芯体中的一 个或更多个填充端口。在这些实施方式水中，该柔性装置不需要刺穿外 表面来注入骨水泥。
该柔性脊椎融合装置因其具体设想并考虑到了用于插入到椎间空间中的侵入最小的过程而有利。在这点上，该柔性植入物能够被压实以装 配在插管内并且插入通过依插管尺寸制成的切口并插入到椎间空间中， 一旦植入该柔性装置，就可以对椎间空间进行修复。在定位时，该柔性 植入物可以充满骨水泥，以使植入物在椎间空间中展开至期望体积。还 可以将骨水泥材料注入到柔性植入物中，以使骨水泥渗透通过该装置的 端板面对表面，并且接触一个或更多个相邻椎骨端板中，以利于在骨水 泥凝结时融合椎骨。
一般来说，当本发明的脊椎融合装置包括多个中空芯体时，每一个 空腔都可以独立地充满实现椎骨运动节段的机械稳定性所需的恰当量的 骨水泥。在本发明的装置中使用分开的注入端口还可以促进保持均匀注 入压力(例如，在上、下中空空腔中)，由此在椎体之间的空间中生成更 均匀的骨水泥填充。
本发明的刚性脊椎融合装置可以由任何合适的生物相容承重材料形
成。合适的材料包括生物陶瓷材料、不锈钢、钴络合金、诸如Ti6A14V 合金的钛合金、诸如PEEK的聚合物、可再吸收聚合物、可再吸收聚合 复合物，骨移植物等。
优选生物陶瓷可以由RE 39， 196和美国申请序列No. 10/635， 402 中描述的方法制成，其全部内容通过引用并入于此。
本发明的植入物理想上具有大约1个月或以上的再吸收时间(例如， 大约3个月或以上、大约6个月或以上，或者大约l年或以上)。再吸收 速率将至少部分地取决于植入物的结晶尺寸和组成。较小的结晶尺寸比 较大的结晶尺寸更快地再吸收。期望的再吸收速率将取决于应用，可将 结晶尺寸和组成特制成与期望的再吸收速率匹配。在一些应用中期望的 是，再吸收时间大约为6个月或以上(例如，大约1年或以上，或者大 约2年或以上)。
在本发明中有用的骨水泥包括在体内凝结有足够强度以提供相邻椎 骨的机械稳定性的生物相容的可注入骨水泥。合适骨水泥的性质可以包 括以下性质中的一个或更多个
1、低放热曲线，例如，小于5(TC的放热曲线。2、 射线不透性
3、 要通过窄标准规格(gauge)注射针或插管注入的能力，如不大 于1标准规格、3标准规格、5标准规格、7标准规格、8标准规格、9标 准规格、IO标准规格、ll标准规格、12标准规格、13标准规格、14标 准规格，或15标准规格的那些注射针或插管。优选的是，骨水泥可通过 小于约l标准规格的，更优选地小于约3标准规格、5标准规格、7标准 规格、8标准规格、9标准规格、IO标准规格、ll标准规格、12标准规 格、13标准规格、14标准规格或15标准规格的窄标准规格注射针或插 管注入。
4、 体内凝结时间小于30分钟、小于25分钟、小于20分钟、小于 15分钟、小于10分钟、小于5分钟。凝结时间指骨水泥首先显示出抗压 强度所花费的时间。抗压强度可以利用压缩测试器或其它合适装置来测 量。用于测量凝结时间和抗压强度的协议是本领域已知的，并且例如在 ASTMF451 (丙烯酸骨骨水泥的标准规范)、ASTMD695 (刚性塑料的压 縮性质的测试方法)，以及ASTM C773 (烧制白色陶瓷材料的抗压(压 碎)强度的标准测试方法)中进行了描述。ASTM测试由ASTM国际组 织(WestConshohocken， PA)进行了公布。
5、 在压縮方面，在凝结达1小时之后具有10%的最终固化强度、20% 的最终固化强度、30%的最终固化强度、40%的最终固化强度、50%的最 终固化强度、60%的最终固化强度、70%的最终固化强度、80%的最终固 化强度、90%的最终固化强度以及100%的最终固化强度的强度。
6、 在压縮方面，在凝结达6小时之后具有10%的最终固化强度、20% 的最终固化强度、30%的最终固化强度、40%的最终固化强度、50%的最 终固化强度、60%的最终固化强度、70%的最终固化强度、80%的最终固 化强度、90%的最终固化强度以及100%的最终固化强度的强度。
7、 大约5分钟到24小时(例如，大约5分钟到20小时、大约5分 钟到12小时、大约5分钟到6小时、大约5分钟到3小时、大约5分钟 到1.5小时、大约5分钟到45分钟)的固化时间，其定义为实现最大抗 压强度所需的时间。8、 在固化之后具有至少大约10MPa (更优选为至少大约20 MPa、 30 MPa、 40 MPa、 50 MPa、 60 MPa、 70 MPa、 80 MPa、 90 MPa、 100 MPa、 125MPa、 i50MPa、 175 MPa、 200 MPa、 250 MPa，或300 MPa)的最
小抗压强度。
9、 具有其初始强度的至少大约5%到100% (例如，大约5%到75%、 大约5°/。到50%、大约5%到30°/。、大约5%到15%)的强度保持达至少 大约24个月(例如，大约18个月、大约12个月、大约6个月)。
10、 当将骨水泥在浸没在具有大约4到大约8.5的pH的体液、模拟 体液、DI水、TRIS缓冲液、含盐缓冲液、乳酸林格氏液(ringer's lactate)、 磷酸缓冲液溶液中达最小大约2天(例如，4天、大约1周、大约1个月、 大约1年)之后在针对该骨水泥的这种流体中老化时具有大约4到大约 8.5 (例如，大约4到大约8、大约5到大约8)的pH。
11、 根据ISO 10993-"医学装置的生物评定"的生物相容性。 临床使用的可以结合本发明的装置使用的骨水泥例如包括基于聚合
性丙烯酸树脂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的那些骨水泥以及磷酸钙骨 水泥。虽然这些骨水泥中的任一个都可以随本发明的装置一起使用，但 不总是所希望的。尽管PMMA在独立应用中结合该装置使用可能足够牢 固，但其较高的放热曲线和缺少骨传导性(osteoconductivity)、骨诱导性
(osteoinductivity)以及再吸收性使得其对其中多骨向内生长和替换是所 期望的临床后遗症(sequelae)的临床应用来说是不理想的。另选的是， 磷酸钙骨水泥可骨传导和再吸收性，并且被用于输送骨诱导剂
(osteoinductive agents),但它们不拥有针对独立融合应用的强度，并由 此可能需要使用辅助固定装置。
优选骨水泥包括(1)聚合物加强型磷酸钙骨水泥；(2)复合骨水 泥，例如包含诸如玻璃、骨或磷酸钙等填充剂的PMMA骨水泥；(3)包 含(i)聚(甲基)丙烯酸树脂和(ii)诸如玻璃、骨或磷酸钙等填充剂的复 合骨水泥；(4)包含(i)聚合成聚氨脂类或聚脲的异腈酸酯树脂和(ii) 诸如玻璃、骨或磷酸钙等填充剂的复合骨水泥(4)玻璃离子体骨水泥 等。骨水泥成分中的一种或更多种还可以可选地包括附加材料，如惰性填充剂或促进骨生长的生物活性成分。这些骨水泥对磷酸钙骨水泥的机 械性质或者对聚(甲基)丙烯酸或异腈酸酯树脂的骨传导性和骨结合能 力加以改进。
独立应用中的骨水泥的大多数优选实施方式是机械上坚固并且允许 骨结合、多骨向内生长以及骨质替换的骨水泥。在优选实施方式中，骨
水泥包括公报为US 20070032568 Al的美国专利申请No. 11/500， 798和/ 或2007年8月8日提交的美国临时申请No. 60/968， 462中描述的可注 入骨水泥，这两者的全部内容通过具体引用全部并入于此。在这些申请 中描述的骨水泥通常包括第一成分和第二成分。第一成分包括具有乙烯 不饱和双键的聚合性树脂。另选的是，除了或代替乙烯不饱和双键，第 一成分还包括这样的聚合性树脂，即，该聚合性树脂包括合适的縮水 甘油醚；合适的縮水甘油酯；合适的含縮水甘油醚的酯；合适的含縮水 甘油醚的碳酸酯；合适的含异腈酸酯的酯或碳酸酯。因而，第一成分还 可以包含乙烯不饱和双键、缩水甘油基或异腈酸酯基的混合。第二成分 包括化合物，该化合物包括从由伯胺、仲胺、叔胺或季胺组成的组中选 定的一种以上类型的胺。另选的是，第二成分包括这样的化合物，艮P, 该化合物包括合适的巯基(-SH)或乙酰丙酮基。第二成分中的化合物还 可以具有酯基或碳酸酯基的功能。在公报为US 20070032568 Al的美国专 利申请No. 11/500， 798和/或美国临时申请No. 60/968， 462 (这两者的 全部内容通过具体引用全部并入于此)中描述的那些骨水泥当中，矿石 (ore)优选骨水泥包括第一成分，该第一成分包括至少一个乙烯不饱和 双键和诸如縮水甘油基等环氧基，并且可选地包括至少一个酯基或碳酸 酯基。在这些优选骨水泥中，第二成分包括诸如聚乙烯亚胺(PEI)等聚 烯化亚胺或其衍生物，并且可选的是，第二成分包括聚烯化亚胺或其衍 生物的混合物和聚烷基胺类、聚酯胺类、脂肪酸胺类、酯胺类或其衍生 物。
适于第一成分的聚合性树脂包括丙烯酸树脂。合适的丙烯酸树脂包 括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙 烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯("HEMA")、丙烯酸羟乙酯、甲基丙 烯酸羟乙酯、丙烯酸氢糖酯、甲基丙烯酸氢糖酯、单丙烯酸甘油酯和双 丙烯酸甘油酯、单甲基丙烯酸甘油酯和双甲基丙烯酸甘油酯、双丙烯酸 乙二醇酯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、双丙烯酸聚乙二醇酯(其中，重复 氧化乙烯单元的数量从2变化至30)、双甲基丙烯酸聚乙二醇酯(其中， 重复氧化乙烯单元的数量从2变化至30)(尤其是双甲基丙烯酸三乙二醇 酯("TEGDMA")、双丙烯酸新戊二醇酯、双甲基丙烯酸新戊二醇酯、三 丙烯酸三羟甲基丙酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙酯、单-、双-、三-以及 四丙烯酸和甲基丙烯酸季戊四醇酯和一縮二季戊四醇酯、双丙烯酸1，3-丁二醇酯、双甲基丙烯酸1,3-丁二醇酯、双丙烯酸1，4-丁二醇酯、双甲基 丙烯酸l,4-丁二醇酯、双丙烯酸1,6-己二醇酯、双甲基丙烯酸l，6-己二醇 酯、双氨基甲酸双-2-甲基丙烯酰乙氧基六亚甲基酯、双氨基甲酸双-2-甲 基丙烯酰乙氧基三甲基六亚甲基酯、双氨基甲酸双-2-甲基丙烯酰乙氧基 二甲苯酯、氨基甲酸亚甲基-二-2-甲基丙烯酰乙氧基-4-环己酯、双氨基甲 酸双-2-甲基丙烯酰乙氧基二甲环己胺酯、氨基甲酸亚甲基-二-2-甲基丙烯 酰乙氧基-4-环己酯、双氨基甲酸双-1 -甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-三甲基-六亚甲基酯、双氨基甲酸双-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲苯酯、双氨 基甲酸双-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲环己胺酯、氨基甲酸亚甲基-二一 1 _甲基_2-甲基丙烯酰乙氧基-4-环己酯、双氨基甲酸双-1 -氯甲基-2-甲基 丙烯酰乙氧基六亚甲基酯、双氨基甲酸双-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基 三甲基六亚甲基酯、双氨基甲酸双-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基二甲苯 酯、双氨基甲酸双-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基二甲基环己胺酯、氨基 甲酸亚甲基-二-2-甲基丙烯酰乙氧基-4-环己酯、双氨基甲酸双-1-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-六亚甲基酯、双氨基甲酸双-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧 基-三甲基六亚甲基酯、双氨基甲酸双-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲 苯酯、双氨基甲酸双-l-甲基-2-乙基丙烯酰乙氧基二甲基环己胺酯、氨基 甲酸亚甲基-二-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-4-环己酯、双氨基甲酸双-l-氯甲基_2-甲基丙烯酰乙氧基-六亚甲基酯、双氨基甲酸双-1-氯甲基-2-甲基 丙烯酰乙氧基-三甲基六亚甲基酯、双氨基甲酸双-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲苯酯、双氨基甲酸双-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲基 环己胺酯、氨基甲酸亚甲基-二-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-4-环己酯、 2,2'_二 (4-甲基丙烯酰羟苯基)丙烷、2，2'-二 (丙烯酰羟苯基)丙烷、2，2'-二[4 (2-羟基-3-甲基丙烯酰羟苯基)]丙烷、2,2'-二[4 (2-羟基-3-丙烯酰羟 苯基)]丙烷、2，2'-二[4 (2-羟基-3-甲基丙烯酰羟苯基)]丙垸、2，2'-二 (4-丙烯酰乙氧基羟苯基)丙烷、2,2'-二 (4-甲基丙烯酰丙氧基羟苯基)丙烷、 2,2'-二 (4-丙烯基丙氧基羟苯基)丙垸、2，2'-二 (4-甲基丙烯酰二乙氧基 羟苯基)丙烷、2，2'-二 (4-丙烯基二乙氧基羟苯基)丙垸、2，2'-二[3 (4-苯氧基)-2-羟基丙垸-1-甲基丙烯酸酯]丙烷、2,2'-二[3 (4-苯氧基)-2-羟 基丙烷-l-丙烯酸酯]丙烷、双丙烯酸丙氧化(2)新戊二醇酯(Sartomer SR9003)、甲基丙烯酸异冰片酯(Sartomer SR423)、芳香族丙烯酸酯低聚 物(Sartomer CN137)、脂肪烯丙基低聚物(Sartomer CN9101 )、甲基丙 烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、 二甲氨基 丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵等。在此通过引 用"Sartomer"和产品编号而指定的所有产品都可从Sartomer Company, Inc. (Exton, PA)获得。
聚合性树脂的其它合适示例可以包括从异丙烯基噁唑啉、乙烯基氮 内酯、乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯、二乙烯基苯、聚氨酯丙烯酸酯类、聚 氨酯甲基丙烯酸酯类、丙烯酸多元醇酯类以及甲基丙烯酸多元醇酯类中 选定的聚合性组。在特定实施方式中，第一成分可以包括聚乳酸(D 和L)、聚乙醇酸、聚乳酸/聚乙醇酸共聚物类、包含诸如聚丙烯延胡索酸 酯和聚丙烯衣康酸酯的聚酯类的乙烯基、聚二氧杂环己垸、聚(e-己内酯)、 聚(戊内酯)、聚(三亚甲基碳酸酯)、聚酷氨酸-碳酸酯类和聚(芳基-酷氨酸酯类)、聚(亚氨基碳酸酯类)、聚(羟基丁酸酯)(PHB)、聚(羟 基戊酸酯)、聚(羟基丙二酸)、聚(b-丙二酸)、聚羟基羧酸类、聚丁烯琥 珀酸酯、聚己二酸亚丁酯、脂肪族二异氰酸酯基聚氨酯类、肽基聚氨酯 类、聚酯或聚原酸酯基聚氨酯类、合并氨基酸酯的聚磷腈、葡糖基、甘 油基、乳酸酯或咪唑侧基、胶原质、壳聚糖、藻酸酯、纤维素、淀粉类、 糖、多肽类、聚乙二醇、乙烯基吡咯烷酮类、丙烯酰胺类和甲基丙烯酸酯类或其任何衍生物或共聚物。在特定优选实施方式中，第一成分包括 可在室温下流动的再吸收材料，其包括聚合性官能团，如包含聚酯的乙 烯基，如聚丙烯延胡索酸酯和聚丙烯衣康酸酯。
因此，第一成分的优选聚合性树脂包括乙氧基化三羟甲基丙垸三
丙烯酸酯、丙烯酸环氧酯、改性丙烯酸环氧酯(例如，SartomerCN115)、 双酚A环氧甲基丙烯酸酯低聚物(SartomerCN-151)、脂肪族丙烯酸酯改 性物(SartomerMCURE201和Sartomer MCURE400)、双酚A丙烯酸縮 水甘油酯以及双-GMA甲基丙烯酸双縮水甘油酯(bis-GMA)。含有用环 氧的材料还包括包含氧化环己烯基的那些材料，如3,4环氧环己基甲基 -3，4-环氧环己烷羧酸酯、3,4-环氧基-2-甲基环己基甲基-3 ，4-环氧基-2-甲基 环己垸羧酸酯，以及二(3，4-环氧基-6-甲基环己基甲基)己二酸酯所代表的 环氧环己烷羧酸酯类。针对这个性质的有用环氧化物的更详细列举，参 见美国专利No. 3117099，其通过引用并入于此。
另外，第一成分的优选聚合性树脂包括(i)新癸酸的縮水甘油酯
(ERISYSGS-llO)、亚油酸双聚物的縮水甘油酯(ERISYSGS-120)(两 者都来自CVC Specialty Chemicals (Moorestown， New Jersey))、其它縮 水甘油酯，如双縮水甘油分离物、壬二酸双縮水甘油酯、庚二酸双縮水 甘油酯、己二酸双縮水甘油酯、琥珀酸双縮水甘油酯、草酸双縮水甘油 酯，以及丙烯酸聚縮水甘油(甲)酯等，(ii)縮水甘油醚类，如(聚[縮 水甘油苯醚]共甲醛)、(N,N-縮水甘油基-4-氧化縮水甘油醚)、新戊二醇 双縮水甘油醚;双酚A丙氧基化物(1 PO/苯酚)双縮水甘油醚、ARALDITE GY281 (具有适度粘性的双酚F环氧树脂)、ARALDITE 506 (双酚A环 氧树脂)(ARALDITE产品来自Huntsman, Woodlands, Texas)、蓖麻油 三縮水甘油醚(ERISYS GE-35)、山梨糖醇聚水甘油醚(ERISYS GE-60)、 三甲基丙烷三縮水甘油醚(ERISYS GE-3 0)、 1，6-乙二醇双縮水甘油膜
(ERISYS GE-25)、环己烷二甲醇双縮水甘油醚(ERERISYS GE-22)、 1，4-丁二醇双縮水甘油醚(ERISYS GE-21)(全部ERISYS树脂都由CVC Specialty Chemicals, Moorestown， New Jersey提f共)、三甲基甲烷三縮水 甘油醚、1,4-丁二醇双縮水甘油醚、双溴基新戊二醇双縮水甘油醚、新戊二醇双縮水甘油醚、乙二醇双縮水甘油醚、甲基丙烯酸聚縮水甘油酯、 丙烯酸聚縮水甘油酯、甲基丙烯酸聚縮水甘油酯、丙烯酸聚縮水甘油酯
等，(iii)含縮水甘油醚基的酯，如来自Dow-Union Carbide Corp(Danbury， CT)的CYRACURE UVR 6105 (3，4-环氧环己基甲基-3,4环氧环己烷) 等，(iv)包含双縮水甘油醚基的碳酸酯，如来自Midwest Research Institute (KansasCity， MO)的DECHE-TOSU (环氧乙烷-螺环原碳酸酯)。 骨水泥产品的第二成分包括这样的化合物，g卩，该化合物包括从由 伯胺、仲胺、叔胺以及季胺组成的组中选定的一个以上类型的胺。可用
于第二成分的合适化合物包括脂肪族多胺类、芳香族多胺类或其混合 物。可以被用于第二成分中的多胺类包括苯二铵、乙二胺、三乙烯四 胺，以及宽泛种类的在与第一成分的聚合性树脂混合时聚合的其它脂肪 族二胺和芳香族二胺。针对第二成分的合适化合物包括改性聚氨基酸类， 如聚赖氨酸类和咪唑改性聚赖氨酸类。合适的多胺类可以包括具有多种
类型的胺的树状大分子，如聚酰胺胺(PAMAM)树状大分子。
适于包含在第二成分中的其它含胺化合物包括单体或低聚物，其还 包括处于侧链或主链上的酯官能团、醚官能团、酰胺官能团、碳酸酯官 能团、尿烷官能团或环氧乙烷官能团。处于侧链或主链上的优选基团包 括酰胺基、酰亚胺基及异氰酸酯基。第二成分的合适的含胺化合物例如 可以包括油胺、硬脂胺、2-乙基己胺、乙二胺、丙二胺、1，6-六亚甲基
二胺、氨基乙醇二胺、乙醇二胺、丙烯三胺、丁烯三胺、二亚乙基三胺、 三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、薄荷垸二胺、异氟尔酮 二胺、二甲苯二胺、四氯对二甲苯二胺、二苯胺基甲烷、二氨苯砜、聚
苯胺、N-甲基哌嗉、羟乙基哌嗉、哌啶、吡咯烷、吗啉、二乙醇胺、涟 霉胍、脒、2-脱氧链霉胺、氨苯砜、p-二胺基偶氮苯、4，4'-二胺基二苯醚 等。第二成分的优选合适的含胺化合物可以包括1，4'-二胺基丁烷、o-环己烷二胺以及间苯二胺。
还适用于第二成分的其它含胺化合物包括生物胺类，如胍、尿嘧啶、 胸腺嘧啶、腺嘌吟、鸟嘌呤、胞嘧啶、黄嘌呤及其相应生物核苷酸类或 其衍生物。示范衍生核苷酸类包括2，4-二氨基-6-羟基-嘧啶和2,6-二氨基嘌呤。第二成分可以包括诸如精氨酸、酷氨酸、半胱氨酸或赖氨酸的 氨基酸类的低聚物类、聚合物类以及共聚物类。
除了在此描述的化合物以外，第二成分还可以包括游离氨基酸类， 如精氨酸、酷氨酸、半胱氨酸或赖氨酸。这些可以增强第二成分与第一 成分的固化硬化反应。
第二成分的优选含胺化合物包括聚亚烃基胺类及其衍生物，如聚乙
烯亚胺(PET)和PEI衍生物、聚丙烯亚胺(PPI)和PPI衍生物，其典 型地包括伯胺、仲胺、叔胺。PEI或PEI衍生物还可以包括季胺类。PEI 衍生物包括乙氧基化PEI、羟乙基化PEI以及羟丙基化PET。 PEI或PEI 衍生物可以被分支或为线性的。优选的是，PEI或PEI衍生物具有其作为 液体的足够低的分子量。例如，PEI或PEI衍生物可以具有小于200kDa、 小于150kDa、小于100kDa、小于90kDa、小于80kDa、小于70kDa、 小于60kDa、小于50kDa、小于40kDa、小于30kDa、小于25 kDa、小 于20kDa、小于15kDa、小于10kDa、小于5 kDa或小于2 kDa的平均 分子量。PEI或PEI衍生物可以具有小于大约2 kDa而大于大约0.2 kDa 的平均分子量。优选的是，PEI或PEI衍生物具有小于大约1 kDa而大于 大约0.3 kDa的平均分子量。
在优选实施方式中，骨水泥还具有骨传导性、骨诱导性以及/或再吸 收性。因而，随着骨质脊椎融合的发生，该骨水泥可以再吸收并且可以 用作促进组织向内生长的骨架，而不需要诸如自体移植材料的骨移植材 料。然而，这种骨水泥也可以结合在此描述的脊椎融合装置实施方式使 用，该脊椎融合装置包括位于所述一个或更多个移植室中的骨移植材料。 合适骨水泥的化学性质可以使得在优选实施方式中经由骨水泥的固有骨 传导性、骨诱导性以及/或再吸收性，将承重从粘合的椎骨构造逐渐移位 至在盘空间中生长的骨。
骨传导指用于骨架的材料的能力，在该骨架上，骨细胞可以附着、 迁移(意指移动或"爬行(cmwl)")以及生长和分裂。骨传导材料需要 邻接至骨，以"传导"骨细胞。这样，骨愈合(healing)响应按通常想 到的通过导线传导电流的方式通过移植位点而"传导"。骨原(osteogenic)细胞在它们附着至基质或骨架时通常工作得更好。骨诱导暗示补充未成
熟细胞并且刺激这些细胞以使其发展成前造骨细胞(preosteoblast)并且 发展成熟，从而形成健康的骨组织。多数但不是所有这些信号都是作为 组被称为"肽生长因子"或"细胞活素"的蛋白质分子。普通骨诱导蛋 白质包括骨成型蛋白类(BMPs)、表皮生长因子(EGF)、血小板衍生生 长因子(PDGF)、成纤维细胞生长因子类(FGFs)、甲状旁腺激素相关肽
(PTHrp)、胰岛素样生长因子类(IGFs)，以及转化生长因子-Beta
(TGF-B)。
骨传导性、骨诱导性以及再吸收性的组合随着体内骨水泥的骨质附 着生长(apposition)、向内生长以及替换而自身显现。体内达6个月后， 直接邻接骨的骨水泥的骨质附着生长将至少覆盖10%、 20%、 30%、 40%、 50°/。、 60%、 70%或80%的表面。体内达18个月后，先前由骨水泥占据 的至少5%、 10%、 20%、 30%、 40%或50%的骨水泥体积被骨替换。体 内达36个月后，先前由骨水泥占用的至少10%、 25%、 50%或75%的骨 水泥体积被骨替换。
在这些情况中，骨水泥的化学性质使得其可以具有骨诱导和骨传导 特性，以经由组织工程学方法利于骨质向内生长。骨水泥可以通过经由 泡腾剂(如碳酸氢钠)或更快速的溶解阶段(如氯化钠盐、聚酯微球体) 将多孔性并入骨水泥中而充当骨架。用于并入多孔性的方法的更详细描 述在公报为US 20070032568 Al的美国专利申请No. 11/500， 798和/或 2007年8月8日提交的美国临时申请No. 60/968， 462中进行了描述，这 两者的全部内容通过具体引用并入于此。多孔骨水泥机械上应当足够坚 固，以随着骨向内生长的发生而保持脊椎盘高度。
无论是否具有多孔性，完全固化的骨水泥具有大约10MPa、 20MPa、 30 MPa、 40 MPa、 50 MPa、 60 MPa、 70 MPa、 80 MPa、 90 MPa、 100 MPa、 125MPa、 150MPa、 175 MPa、 200 MPa、 250 MPa，或300MPa或以上 的最小抗压强度；大约5MPa、 lOMPa、 15MPa、 20 MPa、 25 MPa、 30 MPa、 35MPa、 40 MPa、 45 MPa、 50MPa、 60 MPa、 70MPa、 80 MPa、 lOOMPa、 125MPa，或150 MPa或以上的最小抗张强度；大约10MPa、15MPa、 20MPa、 25 MPa、 30 MPa、 35 MPa、 40 MPa、 45 MPa、 50 MPa、 60MPa、 80MPa、 1000 MPa、 125MPa、 150MPa，或200MPa或以上的 最小抗挠强度；大约10 MPa、 15 MPa、 20 MPa、 25 MPa、 30 MPa、 35 MPa、 40MPa、 45MPa、 50 MPa、 60 MPa、 80MPa、 1000 MPa、 125MPa、 150 MPa，或200 MPa或以上的最小抗剪强度；以及/或大约300 MPa、 500 MPa、 700MPa、 900MPa、 1100 MPa、 1300 MPa、 1500 MPa、 1750 MPa、 2000 MPa、 2500 MPa、 3000 MPa、 3500 MPa、 4000 MPa、 5000 MPa，或 6000 MPa或以上的最小弹性模量。
理想的机械强度性质包括以下性质。抗压强度可以为大约20MPa到 大约250MPa，典型为大约50MPa到大约250MPa，并且优选为大约50 MPa或以上、大约100MPa或以上，或大约150MPa或以上。优选抗张 强度为大约10 MPa到大约100 MPa (例如，大约20 MPa或以上、大约 40 MPa或以上，或大约60 MPa或以上)。优选抗剪强度为大约30 MPa 到大约150MPa (例如，大约50MPa或以上、大约80MPa或以上，或 大约110MPa或以上)。优选抗挠强度为大约20 MPa到大约lOOMPa(例 如，大约30MPa或以上、大约40MPa或以上，或大约50 MPa或以上)。
优选无限抗压疲劳度(infinite compression fatigue)为大约20 MPa 到大约150MPa (例如，大约40MPa或以上、大约70MPa或以上，或 大约100 MPa或以上)。优选抗张疲劳度为大约5 MPa到大约40 MPa(例 如，大约10MPa或以上、大约20MPa或以上，或大约30 MPa或以上)。
抗压模量典型地处于大约20 MPa到大约5 GPa的范围中，优选地处 于大约50MPa到大约2GPa的范围中，并且更优选地处于大约100 MPa 大约l GPa的范围中。变形百分比从大约10%到大约90%变动，优选地 从大约20%到大约80%变动，并且更优选地从大约30%到大约50%变动。
不同类型的机械强度可以根据本领域已知的测试来测量，如ASTM F451 (丙烯骨骨水泥的标准规范)、ASTMD695 (针对刚性塑料的压縮性 质的测试方法)，以及ASTM C773 (烧结白色陶瓷材料的抗压(压碎) 强度的标准测试方法)。ASTM测试由ASTM国际组织(West Conshohocken， PA)进行了公布。本发明还提供了一种脊椎融合系统，该脊椎融合系统包括(a)本
发明的脊椎融合装置，和(b)适量骨水泥或在混合时形成适量骨水泥的 骨水泥成分，该骨水泥或骨水泥成分足够充满融合装置的中空空腔并且
接触与植入的脊椎融合装置相接触的上椎体；下椎体；或上下椎体两者。 在此对适量骨水泥进行进一步描述。该系统还可以包括骨移植材料。可 选的是，该系统可以包括一个或更多个辅助固定装置。本发明的系统可 以被封装以进行商业流通和出售。本发明的优选系统可以包括(a)本 发明的具有由在此描述的可再吸收材料(如在美国专利6013591、重新发 布为RE 39196，以及公报为U.S. 2005/0031704 Al的美国专利申请No. 10/635402中所描述的致密或加固羟磷灰石或磷酸三转，特别是纳米晶材 料，这三者的全部内容通过具体引用并入于此)形成的主体的脊椎融合 装置，和(b)如在此描述的优选可注入骨水泥实施方式，其在公报为 US 2007/0032568A1的美国专利申请No. 11/500798和/或2007年8月8 曰提交的美国临时申请No. 60/968462中进行了公开，这两者的全部内容 通过具体引用并入于此。
本发明还提供了脊椎融合方法，该脊椎融合方法包括将本发明的融 合装置插入受治疗者的需要脊椎融合的上椎体与下椎体之间。融合装置 具有任何合适形状，以在相邻椎骨之间配合，并且具有足够高度以保持 椎骨之间的脊椎盘高度。可以将该植入物成形为配合椎间空间的尺寸范 围，如在从颈部到腰部椎间空间的范围内。优选地将端板面对表面的轮 廓形成为匹配椎骨端板的轮廓，使得植入物的开口将骨水泥输送至椎骨 而非包围该植入物的椎间空间。为了易于植入，外科医生还可以切削或 研磨椎骨端板，以提供期望的形状或轮廓。例如，如果外科医生将端板 制备成平坦的，则优选的是，端板面对表面也是平坦的。同样，如果将 端板制备成凹状，则优选的是，端板面对表面为互补凸状。应注意到， 凹状端板通常更好地保持植入物，因为该装置在椎骨之间变为杯状。
一般来说，可以利用前部、侧部或后部手术方法将本发明的融合装 置插入两个椎骨之间，以接入脊椎的颈部、胸部以及腰部区域。如果接 入口为前部，则病人可以稍微过度屈曲。如果接入口是后部，则病人可以稍微过度伸展。如果接入是侧部，则病人可以稍微过度横曲。
脊椎融合手术通过利用手术切口接入脊椎盘而开始，该手术切口优
选地不大于大约30 cm长度、25 cm长度、20 cm长度、15 cm长度、10 cm 长度、8cm长度、6cm长度、4cm长度、2cm长度、lcm长度、8 mm 长度、6cm长度，或4cm长度。
在植入之前，执行手术过程以制备相邻椎骨之间的椎间空间。可以 基本上去除脊椎盘的髓核和环带，或者可以保留一部分环带，以帮助保 持植入物和/或骨水泥，这将在下面进行讨论。
一般来说，如果脊椎融合方法包括本发明的没有柔性外表面的融合 装置，则该方法包括去除脊椎盘并且制备端板。将该装置插入制备的空 间中，然后可以如在此所述向该装置注入骨水泥。
在本发明的一些方法中，将上和/下椎体端板初始制备成使得允许注 入到本发明的融合装置中的骨水泥与椎体的端板皮层骨和/或松质骨相间 错杂。可以利用刮刀或锉刀制备椎骨端板，并且还将椎骨端板成形为阻 止排出植入物。端板在横向和前-后方向上都为具有自然凹度的自然杯状。 端板的制备可以包括在椎间空间内设置针对椎骨表面的期望轮廓；将 椎骨表面变粗糙并破坏，以诱导出血；并且可以包括将端板充分变薄， 以允许血液渗透通过端板。
优选的是，通过去除大约0.5 mm到大约3 mm的端板而使端板变薄 以诱导出血通过端板。诱导椎骨出血促进从椎骨的骨生长以及融合装置 与椎骨之间的骨生长。还可以通过将端板穿孔来制备端板以易于端板和 骨水泥相间错杂。优选的是，穿孔的端板包括直径大约10微米到大约5 毫米和穿孔密度为至少10%、 20°/。、 30%、 40%、 50%、 60%、 70%或80% 或以上的多个孔。
外科医生决定是基本上去除全部端板还是保留皮层骨将很大程度上 受椎骨中的松质骨的质量支配。在某些情况下，期望基本上保留整个端 板面对表面，以使植入物主体本身不会可察觉地透入相邻椎体的松质骨 中。例如，对于骨质疏松病人来说，应当基本上保留端板。在其它情况 下，期望去除至少10%、 20%、 40%、 60%或80°/。的端板，以暴露底层松质骨。例如，在椎骨中具有较密集松质骨(即，通过DEXA扫描测量出 没有骨质疏松)的病人可以更好地忍受去除端板。暴露底层松质骨将允 许与骨水泥更广泛的相间错杂，和更稳定的椎骨运动节段。
接着，将根据本发明的脊椎植入装置插入制备的上下椎体之间。如 果该装置包括移植室，则该方法还包括将骨移植材料放置到移植室中。 一旦将植入物和移植材料植入椎间空间内，上下接触表面之间的紧密匹 配的轮廓就通过跨过上下端板面对表面分布压力来减少环绕该植入物的 骨下沉的可能性。将足量骨水泥注入到该装置中，以使骨水泥(a)充满 该装置的所述一个或更多个中空芯体，并且(b)从所述一个或更多个中 空芯体渗透、接触并且优选地与制备的端板皮层骨和/或松质骨相间错杂。
当制备了端板时，优选地将足量骨水泥注入到融合装置中，以使一 部分骨水泥退出该融合装置，以渗入相邻椎体的松质骨区域。更优选的 是，将骨水泥注入以使其渗入脊椎盘的松质骨区域达预定程度，渗入脊 椎盘空间的松质骨区域中达小于大约30 mm，更优选地渗入松质骨中达 小于大约20 mm、小于大约10 mm、小于大约8 mm、小于大约6 mm、 小于大约5mm、小于大约4mm、小于大约3 mm、小于大约2 mm或小 于大约1 mm。 一旦已经将适量骨水泥渗入脊椎盘的松质骨区域达预定程 度，就停止骨水泥注入。
优选的是，注入植入物和骨中的骨水泥的体积小于大约200 ml，更 优选地小于大约175ml、 150 ml、 100 ml、 75 ml、 50 ml、 25 ml、 15 ml、 10 ml或5 ml。
骨水泥注入可以在最大压力150psi、 125psi、 100psi、 75 psi、 50psi、 25psi、 10psi或5psi或以下进行。骨水泥注入应当
一旦骨水泥凝结，在不需要辅助固定(如接合板或杆，或钻孔、攻 丝，或插入螺钉)的情况下，基本上或完全消除融合椎骨的独立运动。
优选地使累积室的出口开口尺寸最大化，以使通过其排出的骨水泥 材料沿面对椎骨表面分布在较大表面积上。在优选形式下，累积室可以 是在其一个或两个轴向端部处端部开口的室，以使其出口开口和该室的 其余部分具有相同尺寸。例如，在植入物主体中利用具有圆形外周的室，该室的直径可以在其轴端部(包括在其一个端部处的开口处)之间恒定。 按这种方式，用于骨水泥的包括较窄填充通道部分和轴向扩大的延伸累 积室的流动路径可操作，以利用可凝结的骨水泥充满并基本上加强该植 入物主体的整个室，并且还将优选快速凝结骨水泥组合物传导至相邻该 室的椎骨表面，将椎骨表面和植入物主体与骨水泥材料固定在一起。
在另一方法中，利用经皮侵入最小的过程(例如，通过插管)将本 发明的由柔性材料制成的脊椎融合装置插入上下椎体之间。 一般来说， 在要插入融合植入物时，如上所述去除脊椎盘并制备端板。当要插入柔 性植入物时，如上所述去除整个脊椎盘或盘髓核并且制备端板。而且， 由于该装置的柔性材料，因而该过程可以包括相对较小的切口并且使用 内窥镜仪器。可以利用在柔性融合装置被推动通过插管的同时保持柔性 融合装置的仪器将该装置插入到制备的空间中。当将包括由柔性材料制 成的外表面的融合装置放置在脊椎盘空间中时，可以向该装置注入足量 骨水泥，以使该骨水泥充满该装置中的一个或更多个中空芯体，并且从 该表面的上和/下部分渗透并且接触相邻椎体表面。 一旦将骨水泥注入， 并且优选地， 一旦骨水泥凝结，就可以将病人置于中性位置。
用于插入柔性融合装置的经皮过程可以在不受引导或手术引导(如 通过荧光透视法)的情况下执行。手术引导易于确定注入适量骨水泥。 在这些方法中，将骨水泥注入到该装置的中空空腔中，接着该骨水泥与 己经制备成允许骨水泥渗入松质骨区域的上下端板两者接触。 一旦适量 骨水泥渗入到脊椎盘的松质骨区域中达预定程度(例如，当骨水泥渗入
到盘空间的松质骨区域中小于大约1 mm时、渗入到盘空间的松质骨区域 中小于大约2 mm时、渗入到盘空间的松质骨区域中小于大约3 mm时、 渗入到盘空间的松质骨区域中小于大约4mm时、渗入到盘空间的松质骨 区域中小于大约5 mm时、渗入到盘空间的松质骨区域中小于大约6 mm 时、渗入到盘空间的松质骨区域中小于大约8mm时、渗入到盘空间的松 质骨区域中小于大约10mm时、渗入到盘空间的松质骨区域中小于大约 20mm时，或渗入到盘空间的松质骨区域中小于大约30mm时)，就可以 停止骨水泥注入。用于注入的适量骨水泥优选地包括小于大约1 ml的体积、小于大约 2ml的体积、小于大约3ml的体积、小于大约4ml的体积、小于大约5 ml的体积、小于大约6 ml的体积、小于大约8 mi的体积、小于大约10 ml 的体积、小于大约15 ml的体积、小于大约20 ml的体积、小于大约25 ml 的体积、小于大约50 ml的体积、小于大约75 ml的体积、小于大约100 ml 的体积、小于大约125 ml的体积、小于大约150 ml的体积、小于大约175 ml的体积。骨水泥注入可以在大约150psi、 125psi、 100psi、 75 psi、 50 psi、 25psi、 10psi或5psi或以下的最大压力下进行。 一旦注入了适量骨 水泥，优选的是，该病人不应移动达至少5分钟、至少10分钟、至少15 分钟、至少20分钟、至少25分钟或至少30分钟，以允许在该病人移动 之前该骨水泥有足够时间变得至少部分地凝结。
一旦将骨水泥凝结在具有和没有柔性壁的融合装置中，就基本上或 完全消除了椎骨的独立运动。这可以利用工作台和体外生物机械测试来 确认。所述脊椎融合过程可以在尸体脊椎或人造椎骨器官上执行。解剖 和取回仅与骨水泥相间错杂的该装置和骨，该构造可以根据在由ASTM 国际组织(WestConshohocken， PA)公报的ASTMF-2077 (椎间体融合 装置的测试方法)中阐述的标准来测试。在优选实施方式中，测试将例 证该装置/组织构造在以下载荷下具有至少大约500,000、 l，OOO,OOO、 1,500,000、 2,000,000、 2,500,000、 3,000,000、 3,500,000、 4,000，000、 5,000,000、 7，500，000、 IO，OOO,OOO、 15，000，000、 20，000，000或25,000,000 周期的疲劳寿命。对于压縮载荷来说，至少大约50N、 100 N、 200 N、 300 N、 400 N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250 N、 1500 N、 1750 N、 2000 N、 2500N、 3500N、 4000N、 5000N，或10000N。对于扭转载荷来说， 至少大约0.25N-m、 0.5N-m、 0.75 N画m、 1 N-m、 1.25 N-m、 1.5 N誦m、 1.75 N-m、 2 N-m、 2.25 N-m、 2.5 N-m、 2.75 N-m、 3 N-m、 3.5 N-m、 4 N-m、 4.5N-m、 5N-m、 6 N-m、 8 N-m，或10N曙m，和至少大约5N、 50N、 100 N、 200 N、 300 N、 400 N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250N、 1500N、 1750 N、 2000 N、 2500 N、 3500 N、 4000 N、 5000 N、 10000 N的组合压 縮载荷。对于剪切载荷来说，至少大约50N、 100 N、 200 N、 300 N、 400N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250 N、 1500 N、 1750 N、 2000 N、 2500 N、 3500 N、 4000 N，或5000N。
另外，可以将体外运动测试范围用于评估本发明的融合装置(或包 括该装置的系统)。可以将该装置插入尸体脊椎中的两个相邻椎体之间或 者植入活体动物脊椎中达l个月、2个月、3个月、6个月、12个月或24 个月。装置-组织运动节段的刚性可以利用下面由McAfee等人开发的一 般方法"Cervical disc replacement-porous coated motion prosthesis: a comparative biomechanical analysis showing the key role of the posterior longitudinal ligament",浙"e 15; 28 (20): S176-85 (2003)来测试。小 心清除掉椎骨运动节段的残留肌肉组织，以保护所有韧带附着物和可操 作运动位点完整性。将每一个标本的头端和尾端固定在底座中，并且将 胶质玻璃(plexiglas)运动检测标记器放置在该标本上。每一个标记器都 配备有被设计用于光电运动测量系统(3020 Opto Trak System)的检测的 三个非共线发光二极管。为了确定多向灵活性性质，在将标本的尾部保 持固定至测试平台的同时，向垂直取向的标本的上端部施加六个完全不 受约束的力矩屈曲和伸展(土4NmX-轴)、左右侧弯(士4NmZ-轴)， 以及左右扭转(土4NmY-轴)。将士4Nm的最大施加力矩用于每一个加载 模式，并且利用六度自由脊椎仿真器(6DOF-SS)按3度/秒的斜坡率施 加。针对每一个运动执行总计三个加载/卸载周期，并且基于最后周期进 行数据分析。对于六个主运动来说-对应于施加的力矩-可操作级椎骨旋转 (度)根据峰值运动范围(ROM)和中性区(NZ)来量化。峰值ROM 被限定为从初始中性位置到最大载荷的峰值位移，而中性区NZ表示在第 三周期开始时从初始中性位置到卸载位置的运动。
当根据前述体外运动测试范围植入并测试本发明的装置或系统的优 选实施方式时，该优选实施方式针对屈曲和伸展、左右侧弯以及左右扭 转将ROM特征化为不大于10度、8度、7度、6度、5度、4度、3度、 2度、l度。
在将该融合装置和骨水泥植入达6、 12以及18个月之后，该装置和 骨与骨水泥相间错杂，该构造可以根据在ASTMF-2077中阐述的标准来测试，该标准可包括在用于颈部或腰部脊椎融合的绵羊或山羊模型中测
试。在优选实施方式中，测试将显示该装置/组织构造在植入6、 12或18 个月之后在以下载荷下具有至少大约500,000、 1,000,000、 1,500,000、 2，000，000、 2，500,000、 3，000，000、 3，500，000、 4,000,000、 5,000,000、 7,500,000、 IO，OOO，OOO、 15，000，000、 20，000,000、 25,000,000周期的疲劳 寿命。对于压縮载荷来说，至少大约50N、 100N、 200N、 300N、 400N、 500N、 750N、 1000 N、 1250 N、 1500N、 1750N、 2000N、 2500N、 3500N、 4000N、 5000 N，或10000 N。对于扭转载荷来说，至少大约0.25 N-m、 0.50 N-m、 0.75 N匿m、 1.00 N-m、 1.25 N-m、 1.50 N-m、 1.75 N陽m、 2.00 N-m、 2.25 N-m、 2.50 N-m、 2.75 N-m、 3.00 N國m、 3.50 N-m、 4.00 N-m、 4.50 N-m、 5.00 N-m、 6.00 N-m、 8.00 N-m,或10.00 N-m，和至少大约5 N、 50 N、 100 N、 200 N、 300 N、 400 N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250 N、 1500 N、 1750 N、 2000 N、 2500 N、 3500 N、 4000 N、 5000 N，或10000 N的组合 压縮载荷。对于剪切载荷来说，至少大约50N、 100N、 200N、 300N、 糊N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250 N、 1500 N、 1750 N、 2000 N、 2500 N、 3500 N、 4000 N，或5000N。
在植入融合装置和骨水泥达6个月、12个月以及18个月之后，根据 前述体外运动测试范围所测试的运动范围，该优选实施方式针对屈曲和 伸展、左右侧弯以及左右扭转将ROM特征化为不大于10度、8度、7 度、6度、5度、4度、3度、2度、l度。
在此引述的全部引用(包括公报、专利申请，以及专利)通过引用 而并入于此，好像每一个引用都单独且具体地指示其全部内容，并且在 此通过引用全部并入并阐述。
在描述本发明的上下文中(尤其是在下面权利要求书的上下文中) 所使用的术语"一"和"一个"以及"所述)"和类似所指对象应被解释 为覆盖单数和多数两者，除非在此另外表明或明显与上下文相矛盾。除 非另外指明，术语"包括"、"具有"、"包含"以及"含有"被应被解释 为开放性术语(即，意指"包括但不限于")。除非在此另外表明，在此 陈述的值的范围仅用作单独引用落入该范围内的每一个分离值的简写方法，并且每一个分离值都并入到本说明书中，好像它在此单独陈述一样。 在此描述的全部方法都可以按任何合适顺序执行，除非在此另外表明或 另外明显与上下文相矛盾。除非另外要求保护，使用在此提供的任何和 全部示例、或示范语言(例如，"诸如或如")都仅旨在更好地阐明本发 明而非形成对本发明的范围的限制。本说明书中的语言都不应被解释为 表示对实践本发明不可少的任何非要求保护的组件。
在此对本发明的优选实施方式进行了描述，包括本发明人已知的用 于执行本发明的最佳模式。通过阅读前述描述，本领域普通技术人员将 清楚那些优选实施方式的变型例。本发明人希望专业技术人员恰当采用 这些变型例，并且与如在此具体描述的相比，本发明人打算使本发明以 其它方式实践。因此，本发明包括所附于此的权利要求书中陈述的如适 用法律所允许的主旨的全部修改例和等同物。而且，上述组件的在其所 有可能变型例中的任何组合都被本发明所涵盖，除非在此另外表明或另 外明显与上下文相矛盾。
权利要求
1、一种融合装置，该融合装置包括外表面；和所述外表面内的中空芯体其中，所述外表面构造成用于插入上椎体与下椎体之间，并且所述中空芯体构造成引导注入到所述中空芯体中的骨水泥流，使所述骨水泥与所述上椎体、所述下椎体，或所述上椎体和所述下椎体两者接触。
2、 根据权利要求1所述的融合装置，该融合装置还包括所述外表面 中的注入端口 ，该注入端口用于将骨水泥注入到所述中空芯体中。
3、 根据权利要求1所述的融合装置，其中，所述表面构造成允许注 入到所述中空芯体中的骨水泥与所述上椎体和所述下椎体两者接触。
4、 根据权利要求1所述的融合装置，其中，所述中空芯体是第一中 空芯体，并且所述融合装置还包括-在所述外表面内的第二中空芯体；和一个或更多个壁，所述一个或更多个壁分隔所述第一中空芯体和所 述第二中空芯体；其中，所述第二中空芯体构造成引导注入到所述第二中空芯体中的 骨水泥流，使所述骨水泥与所述上椎体、所述下椎体，或所述上椎体和 所述下椎体两者接触。
5、 根据权利要求4所述的融合装置，其中，所述第一中空芯体被设置在所述融合装置内，以允许注入到所述第 一中空芯体中的骨水泥接触所述上椎体；所述第二中空芯体被设置在所述融合装置内，以允许注入到所述第 二中空芯体中的骨水泥接触所述下椎体；以及分隔所述第一中空芯体和所述第二中空芯体的所述一个或更多个壁 防止注入到所述第一中空芯体中的骨水泥接触所述下椎体，并且防止注 入到所述第二中空芯体中的骨水泥接触所述上椎体。
6、 根据权利要求1所述的融合装置，所述融合装置还包括移植室。
7、 根据权利要求1所述的融合装置，其中， 所述外表面包括侧壁； 所述侧壁包括前部和后部；并且所述前部的高度比所述后部的高度大，由此提供大约4度到大约12 度的脊椎前凸角。
8、 根据权利要求1所述的融合装置，其中，所述外表面包括柔性材料。
9、 根据权利要求1所述的融合装置，其中，所述外表面包括刚性材 料，所述刚性材料从由羟磷灰石、磷酸三钙、金属、塑料、可再吸收聚 合物、可再吸收聚合复合物、骨移植物、致密或加固羟磷灰石、致密或加固磷酸三钙以及纳米晶磷灰石或它们的复合物所组成的组中选定。
10、 一种脊椎融合系统，该脊椎融合系统包括 权利要求1所述的融合装置；和适量骨水泥，或在混合时形成适量骨水泥的骨水泥成分；其中，所述适量骨水泥包含足以充满所述融合装置的所述中空芯体并且与所述上椎体、所述下椎体，或所述上椎体和所述下椎体两者接触的骨水泥。
11、 根据权利要求10所述的脊椎融合系统，其中 所述融合装置表面构造成允许注入到所述中空芯体中的骨水泥与所述上椎体和所述下椎体两者接触，并且所述适量骨水泥包含足以与所述上椎体和所述下椎体两者接触的骨 水泥。
12、 根据权利要求10所述的脊椎融合系统，其中，所述骨水泥是聚 甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥、磷酸钙骨水泥、或由聚合物或环氧 树脂与磷酸钙填充剂共同组成的其复合骨水泥，或者所述骨水泥成分在 混合时形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥、磷酸钙骨水泥、或由 聚合物或环氧树脂与磷酸钙填充剂共同组成的其复合骨水泥。
13、 根据权利要求10所述的脊椎融合系统，其中，所述骨水泥是复 合骨水泥，或者所述骨水泥成分在混合时形成复合骨水泥，所述复合骨水泥包含从由玻璃、骨或磷酸钙所组成的组中选定的一种或更多种填充 剂和玻璃离子体骨水泥等。
14、 根据权利要求10所述的脊椎融合系统，其中，所述骨水泥由包 括(i)第一成分和(ii)第二成分在内的多种成分形成，或者所述骨水泥 成分包括(i)第一成分和(ii)第二成分，所述第一成分包括聚合性树脂， 该聚合性树脂包含乙烯不饱和双键；而所述第二成分包括这样的化合物: 所述化合物包括从由伯胺、仲胺、叔胺以及季胺所组成的组中选定的一 种以上类型的胺，并且其中所述第一成分和所述第二成分能够按聚合反 应方式彼此反应。
15、 根据权利要求10所述的脊椎融合系统，其中，所述骨水泥由包 括(i)第一成分和(ii)第二成分在内的多种成分形成，或者所述骨水泥 成分包括(i)第一成分和(ii)第二成分，所述第一成分包含至少一个縮 水甘油基，并且包含或不包含至少一个酯基或碳酸酯基，而所述第二成 分包括聚乙烯亚胺(PEI)或其衍生物。
16、 根据权利要求10所述的脊椎融合系统，其中，所述脊椎融合系 统免除了附加稳定器具。
17、 一种封装产品，该封装产品包括融合植入物，该融合植入物具有连接至至少一个出口的植入物；和 骨水泥成分，该骨水泥成分封装在分离的容器中或同一容器中的隔离部分中，以使所述骨水泥成分在准备使用以前保持不混合；其中，提供足够量的所述骨水泥成分，使得在组合时，生成足够量的可注入骨水泥，使所述可注入骨水泥在压力下以可流动状态注入到填充端口中时从所述至少一个出口退出。
18、 一种用于融合第一和第二相邻椎骨的方法，所述方法包括以下 步骤在所述第一椎骨与所述第二椎骨之间插入脊椎融合装置，所述脊椎 融合装置包括内中空芯体，该内中空芯体通过至少一个出口向所述第一 椎骨的表面部分和所述第二椎骨的表面部分开放，所述出口具有周边；选择包括第一成分和第二成分在内的可注入骨水泥组合物，所述骨水泥组合物具有初始流动性、短凝结时间，以及短固化时间；基于所述骨水泥组合物的初始流动性来选择注入压力，使得所述注 入压力将使所述骨水泥组合物充满所述中空芯体和所述至少一个出口 ， 以接触所述第一和第二相邻椎骨；以选定的压力和足以使所述骨水泥组合物基本上完全充满所述中空 芯体并且基本上接触所述出口周边内的所有椎骨表面部分的量将所述骨 水泥组合物注入到植入体的内腔中；以及使所述骨水泥组合物凝结，固定所述植入体，防止该植入体发生相 对于所述第一椎骨和所述第二椎骨中的至少一个的移动；其中，所述注入压力没有大到足以迫使大量的所述骨水泥组合物从 所述中空芯体向所述第一椎骨和所述第二椎骨开放的区域溢出。
19、 根据权利要求18所述的方法，其中，所述中空融合植入物由柔 性材料构成，并且所述脊椎融合装置通过最小侵入过程压实并插入所述 椎骨之间。
20、 根据权利要求18所述的方法，该方法还包括将骨生长促进材料 添加到所述中空融合植入物的内部中。
21、 根据权利要求18所述的方法，其中，将从由玻璃、骨或磷酸钙 所组成的组中选定的一种或更多种填充剂和玻璃离子体骨水泥等添加至 所述骨水泥组合物中。
22、 根据权利要求18所述的方法，其中，所述融合过程在不用将附 加稳定器具附接至所述第一椎骨和所述第二椎骨的情况下完成。
23、 根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法还包括将一个或 更多个附加稳定器具附接至所述第一椎骨和所述第二椎骨。
24、 一种脊椎融合方法，该脊椎融合方法包括以下步骤将权利要求1所述的脊椎融合装置插入受治疗者的需要脊椎融合的 上椎体与下椎体之间；和将适量骨水泥注入所述中空芯体中；或所述上椎体和所述下椎体两者。
25、 根据权利要求24所述的脊椎融合方法，其中， 将独立融合装置表面构造成允许注入到所述中空芯体中的骨水泥接触所述上椎体和所述下椎体两者；并且所述适量骨水泥包含足以与所述上椎体和所述下椎体两者接触的骨 水泥。
26、 根据权利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述脊椎融合装 置包括由柔性材料制成的外表面，并且所述脊椎融合装置通过最小侵入 过程插入。
27、 根据权利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述脊椎融合装 置包括移植室，并且所述脊椎融合方法还包括添加骨移植材料。
28、 根据权利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述受治疗者具 有从由断裂椎骨、脊椎滑脱、脊椎盘突出或变性、脊椎异常弯曲(如脊 椎侧凸或脊椎后凸)、脊椎肿瘤、脊椎感染或脊椎不稳定所组成的组中选 定的脊椎疾病。
29、 根据权利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述骨水泥是复 合骨水泥，或者所述骨水泥成分在混合时形成复合骨水泥，所述复合骨 水泥包含从由玻璃、骨或磷酸钙所组成的组中选定的一种或更多种填充 剂和玻璃离子体骨水泥等。
30、 根据权利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述融合过程在 不用将附加稳定器具附接至所述上椎体和所述下椎体的情况下完成。
31、 根据权利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述脊椎融合方 法还包括将一个或更多个附加稳定器具附接至病人脊椎。
32、 一种用于将相邻椎骨融合在一起的系统，所述系统包括-植入体，该植入体的尺寸适于装入所述相邻椎骨之间的椎间空间中； 可注入骨水泥材料，该可注入骨水泥材料具有预定的流动和凝结特性，用于将所述椎间空间中的所述植入体固定至至少一个所述椎骨；以 及通过所述植入体的流动路径，该流动路径包括用于接收可注入骨水泥材料的入口和用于向所述一个椎骨排出所述可注入骨水泥材料的出 口，所述流动路径具有预定构造，该预定构造与所述可注入骨水泥材料 的所述预定的流动和凝结特性协调，以使所述骨水泥材料通过所述流动 路径流动并且沿所述一个椎骨凝结，以将所述椎间空间中的所述植入体 固定至所述一个椎骨，并且所述固定组合物通常不会超出所述椎间空间 中的所述植入体流动。
33、 根据权利要求32所述的系统，其中，所述流动路径包括窄填充 通道部分和扩大的内部累积室，该扩大的内部累积室充满有通过所述流 动路径流动的可流动注入的所述骨水泥材料。
34、 根据权利要求32所述的系统，其中，所述流动路径的所述出口 比所述流动路径的所述入口大。
35、 根据权利要求32所述的系统，其中，所述流动通道包括通过所 述植入体彼此横向延伸的部分。
36、 根据权利要求35所述的系统，其中，所述植入体具有中心轴， 并且所述横向部分包括沿横向于所述植入体的所述中心轴线的横向方向 延伸的填充通道部分和沿所述中心轴线轴向地延伸的内室，并且所述填 充通道部分从所述流动路径入口延伸至所述内室，而所述内室轴向地延 伸至所述流动通道出口。
37、 根据权利要求32所述的系统，其中，所述流动路径包括累积室， 并且所述植入体包括环绕所述累积室延伸的环状壁，该环状壁具有大致 恒定的横跨直径；所述累积室端部开放，以使所述流动路径开口处于所 述植入体的轴向端部，并且具有和所述累积室基本相同的直径。
全文摘要
本发明的脊椎融合装置(100)被植入在相邻上椎骨和下椎骨之间的椎间空间中，并利用骨水泥固定至椎骨。该融合装置包括均具有至少一个开口(120)的上下端板面对表面(150，160)，所述开口用于将骨水泥材料输送至所述植入物上方和下方的椎骨的相邻接触表面。利用快速凝结的骨水泥组合物，所述装置允许椎骨几乎立即融合，从而减少或消除对诸如螺钉、板和/或杆的辅助固定装置的需求，同时还可以将骨水泥精确输送至融合装置与椎骨之间的接触表面。
文档编号A61F2/44GK101616642SQ200780043392
公开日2009年12月30日 申请日期2007年10月16日 优先权日2006年10月16日
发明者爱德华·S·阿恩, 约翰·茨维纳尔 申请人:先锋外科技术公司