专利名称：复合椎骨杆系统及其使用方法
复合椎骨杆系统及其使用方法
背景技术：
脊柱病症如退行性椎盘疾病、椎盘突出、骨质疏松症、脊椎前移、狭窄、脊柱侧凸和其它曲率异常、脊柱后凸、肿瘤和骨折可以源自多种因素，所述因素包括创伤、疾病以及由损伤和老化造成的退行性病症。脊柱病症通常导致包括疼痛、神经损伤和可动性的部分或完全丧失在内的症状。非外科手术治疗(诸如药物治疗、康复和锻炼)可以是有效的，但是，可能不会缓解与这些病症有关的症状。这些脊柱病症的外科手术治疗包括椎间盘切除术、椎板切除术、 融合术和可植入的假体。作为这些外科手术治疗的一部分，连接元件如椎骨杆经常被用于为治疗区域提供稳定性。在外科手术治疗过程中，可以将一个或多个杆附接至2个或更多个椎骨部件的外部。在发生愈合的同时，杆重新引导应力远离受损的或有缺陷的区域，以恢复同心性， 并通常支持所述椎骨部件。在有些应用中，不使用植入物或脊柱融合术而将杆附接至椎骨部件。还已知柔性的连接元件，其允许脊柱运动节段的有限脊柱运动。这样的柔性的连接元件可以提供动态的脊柱支持。尽管现有的连接元件已经尝试提供有效的脊柱稳定作用， 仍然需要这样的连接元件所述连接元件提供对力的动态稳定抵抗力，并允许脊柱段进行屈曲和伸展的运动，同时有效地稳定所述脊柱段和连接元件的结构完整性。因此，希望提供具有屈曲和伸展能力的动态椎骨杆系统，所述系统在减小脊柱元件上的应力的同时提供稳定性。本公开内容描述了对这些现有技术的改进。
发明内容
因此，提供了具有屈曲和伸展能力的动态椎骨杆系统，所述系统在减小脊柱元件上的应力的同时会提供稳定性。所述椎骨杆系统可以包括这样的构造该构造在所述杆的选定部分处维持柔性的同时，为所述杆提供增加的强度和刚度。预见到，公开的系统可以用作后面、前面和/或侧面的动态稳定装置。可以容易地生产和组装所述椎骨杆系统的组件。在一个具体实施方案中，根据本公开内容的原理，提供了一种椎骨杆。所述椎骨杆包括第一细长形部分和第二细长形部分，所述第一细长形部分包括具有第一弹性模量的第一种材料，所述第二细长形部分包括具有第二弹性模量的第二种材料。第一中间部分设置在所述第一部分和所述第二部分之间，且包括具有第三弹性模量的第三种材料。所述中间部分具有弓形内表面，所述弓形内表面限定内腔和敞开端部。所述第一模量和所述第二模量各自大于所述第三模量，使得所述第一部分和第二部分提供加强的椎骨杆构造，且所述中间部分具有相对柔性的构造。所述第一部分可以包括围绕着所述第一种材料设置的外层。所述外层由这样的材料形成所述材料的弹性模量小于所述第一模量。所述第二部分可以包括围绕着所述第二种材料设置的外层。所述第二部分的外层由这样的材料形成所述材料的弹性模量小于所
述第二模量。或者，所述中间部分的至少一部分包括加强部分，所述加强部分的弹性模量大于
4所述第三模量。所述第三种材料是围绕着所述加强部分设置的外层。所述中间部分的加强部分可以具有弓形构造。所述加强部分可以连接所述第一种材料和所述第二种材料，使得所述第一部分、第二部分和中间部分处于椎骨杆的连续加强构造。所述第一部分可以包括细长形杆芯，所述细长形杆芯由其弹性模量小于所述第一模量的材料形成。所述第一种材料是围绕着所述杆芯设置的外层。所述第二部分可以包括细长形杆芯，所述细长形杆芯由其弹性模量小于所述第二模量的材料形成。所述第二种材料是围绕着所述第二部分的杆芯设置的外层。所述第一种材料可以是细长形杆芯，所述细长形杆芯具有从所述第一部分的第一端部延伸至所述中间部分的内表面的横截面。所述杆芯横截面包括所述第一部分在所述第一端部附近的外径，且包括邻近内表面的、相对于外径逐渐变细的具有减小的直径的部分。所述第二种材料可以是细长形杆芯，所述细长形杆芯具有从所述第二部分的第一端部延伸至所述中间部分的内表面的横截面。所述第二部分的杆芯横截面包括邻近所述第二部分的第一端部的所述第二部分的外径，且包括邻近内表面的、相对于所述第二部分的外径逐渐变细的具有减小的直径的部分。或者，所述中间部分的加强部分可以围绕着所述内表面弓形地设置，且具有第一端部，所述第一端部与所述第一种材料间隔开。所述中间部分的加强部分可以具有第二端部，所述第二端部与所述第二种材料间隔开。所述第二中间部分可以包括至少一个侧向突出物。在另一个实施方案中，所述椎骨杆包括第一细长形部分，所述第一细长形部分包括细长形杆芯和围绕着所述杆芯设置的外层。所述杆芯和所述外层中的至少一个由第一种材料形成，所述第一种材料具有大于30千兆帕斯卡(GPa)的弹性模量。所述杆芯和所述外层中的其它部分由第二种材料形成，所述第二种材料具有小于20GPa的弹性模量。第二细长形部分包括细长形杆芯和围绕着所述第二部分的杆芯设置的外层。所述第二部分的杆芯和外层中的至少一个由所述第一种材料形成。所述第二部分的杆芯和外层中的其它部分由所述第二种材料形成。中间部分设置在所述第一部分和所述第二部分之间，且由所述第二种材料形成。所述中间部分具有弓形内表面，所述弓形内表面限定所述中间部分的内腔和敞开端部。在另一个实施方案中，所述椎骨杆包括第三细长形部分，所述第三细长形部分包括具有第四弹性模量的第四种材料。第二柔性中间部分设置在所述第二部分和所述第三部分之间。所述第四模量大于所述第三模量。
从伴有下述附图的具体描述中，将更容易地明白本公开内容，在附图中图1是根据本公开内容的原理的椎骨杆系统的一个具体实施方案的透视图；图2是图1所示的椎骨杆系统的椎骨杆的透视图；图3是图2所示的椎骨杆的侧平面图；图4是图1所示的椎骨杆系统的阻力部件的透视图；图5是沿着图4中的线5-5截取的阻力部件的侧横截面图；图6是连接到椎骨上的本公开内容的椎骨杆系统的透视图7A是连接到椎骨上的本公开内容的椎骨杆系统的侧向剖视图，其描绘了杆运动；图7B是所述椎骨杆系统的横截面侧视图，其描绘了杆运动；图7C是所述椎骨杆系统的横截面侧视图，其描绘了杆运动；图8是图2所示的椎骨杆的一个替代实施方案的侧面透视图；图9是沿着图8所示的线9-9截取的所述椎骨杆的侧横截面图；图10是沿着图8所示的线10-10截取的所述椎骨杆的前横截面图；图11是图8所示的椎骨杆的力相对于位移的图示图；图12是图8所示的椎骨杆的一个替代实施方案的侧面透视图；图13是沿着图12所示的线13-13截取的所述椎骨杆的侧横截面图；图14是沿着图12所示的线14-14截取的所述椎骨杆的前横截面图；图15是图8所示的椎骨杆的一个替代实施方案的侧面透视图；图16是沿着图15所示的线16-16截取的所述椎骨杆的侧横截面图；图17是沿着图15所示的线17-17截取的所述椎骨杆的前横截面图；图18是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图19是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图20是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图21是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图22是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图23是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图M是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图25是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图沈是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图27是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图观是图8所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图四是图观所示的椎骨杆的前横截面图；图30是图2所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图30A是图30所示的椎骨杆的一个替代实施方案的侧横截面图；图31是图2所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；图32是图2所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图；以及图33是图2所示的椎骨杆的另一个替代实施方案的侧横截面图。
相似的附图标记表示在整个附图中的类似部件。
具体实施例方式就用于治疗脊柱病症的医疗装置的方面，更具体地，以具有屈曲和伸展能力的动态椎骨杆系统的方式，讨论了公开的椎骨杆系统的示例性的实施方案和使用方法。预见到， 公开的椎骨杆系统和使用方法提供稳定性并维持结构完整性，同时减小在脊柱元件上的应力。预见到，本公开内容可以用于治疗脊柱病症，例如，退行性椎盘疾病、椎盘突出、骨质疏松症、脊椎前移、狭窄、脊柱侧凸和其它曲率异常、脊柱后凸、肿瘤和骨折。另外预见到，本公开内容可以与这类病症的外科手术治疗一起使用，所述外科手术治疗包括开放外科手术和微创性手术，例如，椎间盘切除术、椎板切除术、融合术、骨移植和可植入的假体。预见到，本公开内容可以与其它骨用途和骨相关用途一起使用，所述用途包括与诊断和治疗有关的那些。另外预见到，公开的椎骨杆系统可以用于处于俯位或仰位的患者的外科手术治疗中，其中采用后面、侧面或前面的方案。本公开内容可以与用于治疗脊柱的腰椎区、颈椎区、胸椎区和骨盆区的手术一起使用。通过参考下面的发明详述以及附图，可以更容易地理解本发明，所述附图构成本公开内容的一部分。应当理解，本发明不限于本文描述和/或显示的具体的装置、方法、条件或参数，并且本文中使用的术语是用于描述特定实施方案(仅作为实施例)的目的，无意限制所要求保护的发明。另外，如在说明书(包括所附的权利要求书)中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数形式，对特定数值的提及包括至少该特定值，除非上下文另外清楚地指明。在本文中可以将范围表示为从“约”或“大约” 一个特定值和/或至 “约”或“大约”另一个特定值。当表示这样的范围时，另一个实施方案包括从一个特定值和 /或至其它特定值。类似地，当通过使用前缀“约”将值表示为近似值时，应该理解，所述特定值形成另一个实施方案。下面的讨论包括椎骨杆系统、有关的组件和采用根据本公开内容的原理的椎骨杆系统的示例性方法的描述。也公开了替代实施方案。现在将详细地参考本公开内容的示例性的实施方案，所述实施方案描绘在附图中。现在参考图1-5，其中图解了根据本公开内容的原理的椎骨杆系统的组件。所述椎骨杆系统的组件由适合医学用途的材料制成，所述材料包括金属、聚合物、 陶瓷制品、生物相容的材料和/或它们的复合材料，取决于具体用途和/或医学从业人员的偏好。例如，所述椎骨杆系统的下文讨论的椎骨杆可以由下述材料制成，例如商业上的纯钛、钛合金、超弹性钛合金、钴铬合金、不锈钢合金、热塑性塑料诸如聚芳醚酮(PAEK)(包括聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)和聚醚酮(PEK))、碳纤维加强的PEEK复合材料、 PEEK-BaSO4复合材料、生物相容的材料诸如聚合物(包括塑料、金属、陶瓷制品和它们的复合材料)、刚性聚合物(包括聚亚苯基、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚氨酯、环氧树脂、有机硅)；且所述杆的不同部分可以具有替代材料复合材料，以实现不同的所需的特征，诸如强度、刚度、弹性、柔性生物力学表现、耐久性和射线可透性或成像偏好。例如，所述椎骨杆可以由2种或更多种材料形成。在一个实施方案中，细长形杆部分可以由碳加强的PEEK制成，中间部分可以由PEEK制成。在另一个实施方案中，细长形杆部分是由PEEK制成，中间部分是由碳加强的PEEK制成。在另一个实施方案中，可以在椎骨杆的径向使用替代材料，使得坚硬的材料(诸如金属或其它复合材料)被用于所述杆部分的杆芯中，且更低弹性模量聚合材料的外部片材被用于所述杆部分的外半径部分中，或反之亦然。在另一个采用与所述那些类似的复合材料的实施方案中，细长形杆部分可以具有圆柱形几何形状，中间部分可以具有矩形或长方形几何形状。也参见，例如，在美国专利申请公开号2006/0M7638(其内容通过引用整体并入本文中)中所述的材料构造和生产方法。预见到，可以通过不同的方法来生产所述杆或装置，所述方法包括机械加工、铸造、注塑成型、插入成型、超模压成型、压缩成型、传递成型、共挤、拉挤、浸涂、喷涂、粉涂、多孔涂和它们的组合。
作为另一个实施例，所述椎骨杆系统的阻力部件可以由下述材料制成，例如有机硅、聚氨酯、有机硅-聚氨酯共聚物、聚合橡胶、聚烯烃橡胶、水凝胶类、半刚性和刚性材料和生物相容材料，诸如弹性体、橡胶、热塑性弹性体、热固性弹性体、弹性体复合材料和塑料。预见到，可以从例如实体存货材料的机械加工和铣削和/或注塑成型，生产所述杆部分。可以从例如机械加工和铣削、挤压和冲切、注塑成型、传递成型和/或铸造成型，生产所述阻力部件。但是，本领域技术人员会认识到，适合根据本公开内容的组装和生产的这样的材料和制造方法是适当的。所述椎骨杆系统被构造成，在脊柱病症的外科手术治疗期间，附接至椎骨(例如， 如图6所示)，在本文中讨论了所述脊柱病症的实例。也参见，例如，在美国专利申请系列号12/192，606 (以前提交的Medtronic专利申请P0032163. 00)中所述的椎骨杆系统和方法，其内容通过引用整体并入本文中。所述椎骨杆系统具有椎骨杆30，所述椎骨杆包括第一细长形部分，例如，限定纵向轴线a的上部分32 ；第二细长形部分，例如，限定纵向轴线b 的下部分；34。中间部分36与部分32、34相连，并设置在二者之间，作为椎骨杆30的组件的连接部分。预见到，椎骨杆30的组件可以整体地形成，一体地连接或设置有附接元件。中间部分36与部分32、34相比是柔性的，且被构造成提供对部分32、34的运动的抵抗力。预见到， 中间部分36可以提供递增的、可变的、恒定的和/或递减的抵抗力。预见到，部分32、34、36 可以在例如长度、宽度、直径和厚度方面具有不同的尺寸。另外预见到，部分32、34、36的各个横截面可以具有不同的构造，例如，圆形、椭圆形、矩形、不规则的、均勻的和不均勻的。部分32可以具有与部分34不同的横截面积、几何形状、材料或材料性质，诸如强度、模量或柔性。根据具体用途的需要，中间部分36可以具有可变厚度t (图幻。预见到，中间部分 36的厚度t可以在I-IOmm范围内，优选地在2_8mm范围内，最优选地在3_5mm范围内。另外预见到，中间部分36的横截面几何形状或面积可以是均勻的、不均勻的、一致的或可变的。预见到，中间部分36可以构造成具有宽的、窄的、圆的或不规则的构造的柔性接头。另外预见到，可以不同地构造中间部分36，并在大小、形状、厚度、几何形状和材料方面具有不同尺寸。中间部分36也可以具有一个或多个连接部分32、34的元件，诸如间隔开的部分、交错的模式和网孔。中间部分36可以由与部分32、34相同的或替代性的材料制成。 中间部分36也可以具有与部分32、34不同的横截面积、几何形状或材料性质，诸如强度、模量和柔性。使用不同的方法和结构，包括连续组件的模塑、机械紧固、粘接和它们的组合， 可以将中间部分36连接至部分32、34。预见到，中间部分36具有柔性的铰链构造，其可以相对于杆30的中心轴线向前或向后偏移，以调整所述椎骨杆系统的柔性或劲度。另外预见到，可以选择特定参数来调整所述椎骨杆系统的柔性或劲度，所述参数包括中间部分36的横截面积(或厚度)、可能与下面讨论的缓冲件50的硬度有关的材料模量、在0-30%范围内的孔隙率改变(这可以包括在10微米-Imm范围内的空体积改变)以及杆材料性质。这些参数允许改变所述椎骨杆系统的性质或性能，诸如强度、耐久性、柔性(或劲度)、总体轮廓和采用经皮进路的能力(对于特定用途)。中间部分36包括柔性的接头构件37，所述柔性的接头构件具有C-形构造，并限定
8对应的成形的弓形内表面38和敞开端部40。预见到，接头构件37可以具有替代构造，诸如 U形、V形或W形。另外预见到，椎骨杆30可以包括一个或多个沿着杆30的长度间隔开的中间部分36。在包括多个部分36的实施方案中，所述多个部分36可以以类似的或替代的取向设置，诸如对齐的、未对齐的、偏移的、敞开端部朝向或不朝向椎骨和交替角度朝向。上部分32设置在敞开端部40的上部部分42的邻近处，且过渡区限定前面43。下部分34设置在下部部分44的邻近处，且过渡区限定前面45。内表面38限定内腔46和第一锁定部件，例如，柱48。柱48具有第一部分49a (它是圆柱形)和第二部分49b (随着柱 48过渡至表面38，它具有递增的直径)，如图3所示。内腔46构造成用于设置阻力部件，例如，缓冲件50，如图4和5所示。缓冲件50具有外表面52，所述外表面限定第二锁定部件，例如，开口 M。开口 M具有第一部分5 (其构造成用于接收部分49a)和第二部分55b(其具有递增的直径，并构造成用于接收部分 49b)。开口 M接收柱48，所述柱用于将缓冲件50固定安装在椎骨杆30上，以将所述椎骨杆系统的这些组件锁定就位。预见到，部分49a、49b可以被不同地构造和设定尺寸，且部分 55a,55b被相应地构造和设定尺寸以用于接收部分49a、49b。部分49a、49b可以具有均勻的构造和尺寸。预见到，所述第一锁定部件可以包括一个或多个元件，可以围绕中间部分36 不同地设置，或采用紧固元件和粘合剂，并且所述第二锁定部件相应地构造成与其接合。缓冲件50是弹性的，且构造成提供对部分32、34和36的运动的可变抵抗力。预见到，缓冲件50可以提供递增的、可变的、恒定的和/或递减的抵抗力。缓冲件50被设置在内腔46内，并以紧密配合接合的方式接合表面38。缓冲件50可以在大小、形状方面不同地构造，例如，圆形、长方形、矩形、三角形、球形和不规则的形状。预见到，缓冲件50具有在20肖氏A至55肖氏D、优选40至90肖氏A范围内的硬度。缓冲件50的材料可以是实体的或多孔的、同质的或异质的单一聚合物或超过一种聚合物的混合物/复合材料。预见到，缓冲件50的弹性可以防止蠕变，并改善所述椎骨杆系统的形状恢复。预见到，缓冲件50 被构造成防止和/或抵抗敞开端部40的闭合。另外预见到，缓冲件50被中间部分36固定就位，并理想地与其机械地固定成防止从其移动和挤出的构造。在其它实施方案中，缓冲件 50可以具有纹理、被封装、粘合和/或模铸在椎骨杆30上。缓冲件50可以插入内腔46中进行组装，或由例如包、袋或囊在原位形成，其中将缓冲件构造插入内腔46中，并注射可固化的材料。缓冲件50可以在内腔46内超过尺寸或过度装填，使得缓冲件50在挤压下连续维持，甚至当内腔46在最大运动范围被扩张时。预见到，椎骨杆30可以不包括阻力部件， 和/或中间部分36具有线性构造，正如关于下面讨论的具体实施方案所述。在椎骨杆30的第一取向中，纵向轴线a相对于纵向轴线b成角度χ围绕接头构件 37设置，如图3所示。角度χ理想地在135度至小于180度范围内，最理想地在150度至 160度范围内。角度χ可以等于180度。预见到，在第一取向中，没有弯曲力或伸展力施加于椎骨杆30上。随着部分32、34、36从第一取向向第二取向运动，将弯曲力和/或伸展力施加于椎骨杆30上。这样，缓冲件50与中间部分36接合地相互作用，其相互作用构造会提供对部分32、34从第一取向运动至第二取向的递增抵抗力。预见到所述椎骨杆系统的组件在一个或多个取向之间的运动，且可以包括所述椎骨杆系统的组件在一定范围内的递增的和递减的抵抗力水平。在组装、操作和使用中，所述椎骨杆系统与用于治疗脊柱病症的外科手术一起使用，所述脊柱病症影响患者脊柱的节段，如本文所讨论的。所述椎骨杆系统也可以与其它外科手术一起使用。具体地，所述椎骨杆系统与用于治疗脊柱的受累节段(包括椎骨V)的病症或损伤的外科手术一起使用，如图6和7所示。预见到，将所述椎骨杆系统附接至椎骨V， 用于脊柱的受累节段的动态稳定，从而为愈合和治疗性处理提供稳定性，同时允许所需范围的运动或荷载分担能力。在使用中，为了治疗脊柱的受累节段，医学从业人员以任意适当的方式(诸如通过组织的切割和收缩)获得对外科手术部位(包括椎骨V)的接近。预见到，所述椎骨杆系统可以用于任意现有的外科手术方法或技术中，包括开放外科手术、微型开放外科手术、微创伤手术和经皮外科手术植入，其中通过微型切口或套管(其提供通向所述区域的保护通道)接近椎骨V。一旦接近了外科手术部位，进行特定的外科手术，用于治疗脊柱病症。然后采用所述椎骨杆系统来促进外科手术治疗。所述椎骨杆系统可以作为预先组装的装置来递送或植入，或可以在原位组装。所述椎骨杆系统可以被完全地或部分地修改、去除或替换，例如，仅替换缓冲件50，替换杆30和缓冲件50，和使用就位的紧固元件。第一紧固元件(例如，固定螺钉组件70)被构造成将上部分32附接至椎骨义。第二紧固元件(例如，固定螺钉组件71)被构造成将下部分34连接至邻近椎骨V2。在椎骨 \、V2中制成导向孔，用于接收固定螺钉组件70、71。固定螺钉组件70、71包括带螺纹的骨接合部分72，所述骨接合部分插入或以其它方式连接至椎骨Vp V2，这根据外科手术治疗的具体需要。固定螺钉组件70、71各自具有头部74(其具有孔或贯穿开口)和紧定螺钉76， 所述固定螺钉组件各自转矩连接在部分32、34上，以将杆30连接在椎骨V的适当位置，如将要描述的。如图6所示，所述椎骨杆系统包括2个在轴向上对齐且分开的杆30，部分32、34的部分穿过头部74的孔伸出。每个头部74的紧定螺钉76转矩连接在杆30的端部部分上， 以固定地连接杆30和椎骨\、\。在固定所述椎骨杆系统和椎骨V以后，将椎骨杆30构造成提供对部分32、34在脊柱的屈曲和伸展过程中的运动的递增抵抗力。例如，如图7A所示， 椎骨杆30是处于未加载的或中性的状态，这对应上面讨论的第一取向，其中在脊柱运动节段(包括椎骨VpV2和二者之间的椎间盘)上没有可感知的拉伸载荷或压缩载荷。在由患者的对应运动造成的脊柱运动节段的屈曲和/或伸展中，杆30与杆30向第二、第三或更多取向运动期间的递增抵抗力起作用。在屈曲中，如图7B所示，上部分32相对于部分34在箭头F的方向运动。接头构件37围绕缓冲件50在周边柔性地压迫，使得中间部分36压迫缓冲件50。该构造会增加在屈曲期间的抵抗力。在伸展中，如图7C所示，上部分32相对于部分34在箭头E所示的方向运动。接头构件37围绕缓冲件50在周边柔性地扩展。邻近缓冲件50的内表面38处于拉伸中，接头构件37的相对边缘处于压缩中，使得接头构件37不会显著地压迫缓冲件 50。在伸展过程中，抵抗力增加。在屈曲和伸展过程中的抵抗力增加，会提供椎骨V的有限运动，从而实现脊柱的治疗区的动态稳定。还预见到，杆30可以以反转取向连接至脊柱运动节段，使得缓冲件50和所述中间部分中的开口取向离开脊柱运动节段的方向。在该情况下，缓冲件50在屈曲过程中处于更少的压缩下，并在脊柱运动节段的伸展过程中处于更多的压缩下。所述椎骨杆系统可以与在脊柱外科手术中所用的不同骨螺钉、椎弓根螺钉或多轴螺钉(MAQ —起使用。预见到，所述椎骨杆系统可以与用于增强骨固定的椎弓根螺钉一起使用，所述椎弓根螺钉包被有骨传导材料(诸如羟磷灰石)和/或骨诱导剂(诸如骨形态形成蛋白蛋白)，以促进治疗的脊柱区的运动。杆30和缓冲件50可以由射线可透过的材料 (诸如聚合物)制成。可以包括放射性标志物，用于在χ-射线、荧光屏透视检查、CT或其它成像技术下的鉴别。可以使用金属的或陶瓷的放射性标志物(诸如钽珠、钽针、钛针、钛端盖和钼丝)，例如设置在杆30的端部部分处和/或沿着其长度邻近接头构件37或缓冲件 50。参考图8-10，在一个与上述的椎骨杆30类似的替代实施方案中，椎骨杆130包括 确定纵向轴线aa的上部分132，和确定纵向轴线ΙΛ的下部分134。上部分132包括第一种材料，例如，具有第一弹性模量的细长形杆芯182。下部分134包括第二种材料，例如，具有第二弹性模量的细长形杆芯184。预见到，具有所述第一模量和所述第二模量的材料可以在 10-400Gpa范围内，优选地在50_250Gpa范围内。另外预见到，所述第一种材料和所述第二种材料可以具有替代的、不同或基本上相同的弹性模量。椎骨杆130是复合的动态的或载荷分担的装置，且部分132、134各自具有基于杆芯182、184的构造的加强构造，使得杆130具有增加的部分刚度和强度，同时在使用过程中实现总体的杆柔性和耐久性。外层186围绕杆芯182设置，且由下述材料制成诸如本文所述的那些，所述材料的弹性模量小于第一弹性模量，从而为上部分132提供柔性和顺应性。外层186与杆芯182相比具有低弹性模量，并围绕杆芯182，所述杆芯由具有高弹性模量的材料形成，从而在力/应力施加过程中为椎骨杆130提供增加的节段劲度和强度，正如下面将描述的。外层188围绕杆芯184设置，且由下述材料制成所述材料的弹性模量小于第二弹性模量，从而为下部分134提供柔性和顺应性。外层188与杆芯184相比具有低弹性模量， 并围绕杆芯184，所述杆芯由具有高弹性模量的材料形成，从而在力/应力施加过程中为椎骨杆130提供增加的节段劲度和强度。杆芯182、184可以包括高弹性模量材料，例如，第5 级钛(Ti-6A1-4V)、商业上纯的钛(CP Ti)、钴-铬(Co-Cr)、不锈钢、镍钛记忆合金和/或碳加强的聚醚醚酮PEEK、商业上纯的钛、钛合金、超弹性钛合金、钴铬合金、不锈钢合金和/或用长的和/或连续的碳纤维加强的PEEK。外层186、188可以包括低模量材料，诸如PEEK、 用短的和/或切碎的碳纤维加强的PEEK、聚氨酯、环氧树脂、CPT和/或镍钛记忆合金。外层186、188可以包括围绕杆芯182、184设置的套管、涂层或包裹层。杆芯182、184可以沿着整个杆部分或仅其一部分延伸。预见到，杆芯182、184可以延伸进椎骨杆130的中间部分136中(在下面讨论)，并延伸至中间部分136的内表面138。部分132、134、136可以包括沿着它们各自的长度的材料变化。用于更高模量区域的材料的其它实例包括钴铬合金、钛合金、超弹性的金属合金 (例如镍钛记忆合金、超弹性塑料金属，诸如由日本的ToyotsuMaterial Incorporated生产的GUM金属 )、不锈钢合金、连续的碳纤维加强的PEEK和/或短的碳纤维加强的PEEK。 用于更低模量区域的材料的其它实例包括PEEK、短的碳纤维加强的PEEK、连续的碳纤维加强的PEEK、超弹性的金属合金(例如镍钛记忆合金、超弹性塑料金属，诸如由日本的 Toyotsu MateriaUncorporated生产的GUM金属 )、PEKK、聚氨酯、聚乙烯和/或聚亚苯基。杆芯182、184各自的横截面构造可以具有替代性的形状，诸如圆形、卵形、椭圆形、长方形、正方形、矩形、三角形、五角形和六角形。预见到，杆芯182、184各自可以沿着它的长度具有可变的横截面。杆芯182、184和/或外层186、188可以具有机械加工的表面、 抛光的表面，光滑的表面，有织纹的表面，尖头冲击的表面，磨光的表面，多孔的表面，有图案的表面和波状表面。使用不同的过程或材料(包括氧化、阳极化、等离子体处理、蒸汽沉积、电镀、涂布和蚀刻)，可以化学地处理或改性杆芯182、184和/或外层186、188的表面。 预见到，所述椎骨杆可以采用具有不均勻的碳含量的异质复合材料。杆芯182、184和/或外层186、188可以位于杆130的轴线aa、bb的中心，或位于离开轴线aa、l3b—定偏移距离处。预见到，杆130可以具有连续的或不连续的杆芯。外层 186、188可以是连续的、不连续的，和/或提供杆芯182、184的完全或不完全覆盖。预见到， 外层186、188可以是实体的或多孔的，例如，实体的套盖、多孔的套盖和编织的套盖。另外预见到，外层186、188包括单一材料或复合材料，或可以具有围绕杆芯的可变厚度，和/或包括沿着杆芯的可变厚度。预见到，在第一取向，纵向轴线aa可以相对于纵向轴线ΙΛ在不同的角度取向(例如，本文讨论的那些)设置。另外预见到，部分132、134可以包括侧向偏移的取向、弓形部分和替代长度，例如，本文讨论的那些。预见到椎骨杆130在一个或多个取向之间的运动， 且可以包括一定范围的递增的和递减的抵抗力水平。预见到，使用弯曲技术(加热或不加热)，可以弯曲、屈曲或变形部分132、134。另外预见到，各个杆芯会促进所需的弯曲的或变形的形状。中间部分136与部分132、134相连，并设置在二者之间，作为椎骨杆130的组件的连接部分，其类似于本文讨论的中间部分。中间部分136由具有第三弹性模量的第三种材料形成。所述第一模量和所述第二模量各自大于所述第三模量，使得上部分132和下部分 134提供椎骨杆130的加强构造，且中间部分136具有相对柔性的构造。另外预见到，所述第一种、第二种和第三种材料可以具有替代的、不同的或基本上相同的弹性模量。或者，中间部分136可以具有与部分132、134不同的形状、几何形状或横截面构造。中间部分136可以具有弓形部分、屈曲或弯曲。中间部分136可以具有C或U形，以增加柔性和抗疲劳性。中间部分136可以具有基本上矩形的横截面构造，以增加柔性和抗疲劳性。与杆芯182、184相比，中间部分136具有低弹性模量以实现柔性，所述杆芯由具有高弹性模量的材料形成，从而在力/应力施加过程中为椎骨杆130提供增加的节段劲度和强度。中间部分136可以包括低模量材料，诸如PEEK、短的或切碎的碳纤维PEEK、含有低百分比(诸如在1-10%范围内)的短的和/或切碎的碳纤维的PEEK、没有加强和/或部分加强的仅PEEK，从而在所述中间部分的柔性部分中提供不连续的加强，并取向所述中间部分的中央逐渐减小加强。预见到，中间部分136被完全加强，从而在所述中间部分的柔性部分中设置连续的加强。中间部分136包括柔性的接头构件137，所述柔性的接头构件具有U-形构造，并限定对应的形成的弓形内表面138和敞开端部140。敞开端部140限定由其限定的缺口或开口的间隔开的尺寸，并限定设置在部分 132、134之间的中间部分136的间隔开的区域。预见到，敞开端部140的高度可以在3_20mm 范围内，优选地在3-15mm范围内，最优选地在3_10mm范围内。
12
部分132、134各自限定厚度的尺寸。例如，部分132限定这样的外径，所述外径包括外层186的厚度的2倍和杆芯182的直径。部分134限定这样的外径，所述外径包括外层188的厚度的2倍和杆芯184的直径。预见到，部分132、134的外径可以在2_llmm范围内，优选地在2. 5-9mm范围内，最优选地在3_7mm范围内。预见到，部分132、134可以具有替代性的几何横截面构造，例如，椭圆形、矩形、多角形、不规则的、均勻的和不均勻的。如图10所示，柔性的接头构件137比部分132、134扩大，并限定宽度W。预见到， 柔性的接头构件137的宽度w可以在3-20mm范围内，优选地在3_15mm范围内，最优选地在 3-10mm范围内。柔性的接头构件137另外限定厚度，且预见到，柔性的接头构件137的厚度可以在I-IOmm范围内，优选地在2-8mm范围内，最优选地在2_6mm范围内。预见到，柔性的接头构件137可以具有替代性的几何学横截面构造，例如，圆形、椭圆形、矩形、多角形、不规则的、均勻的和不均勻的。内表面138限定内腔146，所述内腔构造成设置阻力部件(未显示)，例如，本文讨论的那些。中间部分136和所述阻力部件可以包括锁定部件(与本文所述的那些类似)， 所述锁定部件用于将这些组件锁定就位。椎骨杆130可以与用于治疗脊柱病症(与上面讨论的那些类似)的外科手术一起使用。所述椎骨杆系统可以与基于椎弓根的动态的脊柱杆或装置、柔性的复合杆、后部转变装置、后部载荷分担装置或脊柱杆和低模量脊柱杆一起使用。预见到，所述椎骨杆系统可以与微创性应用一起使用，例如，采用接近4. 75mm和/或 5. 5mm的杆部分直径的那些。参考图11，力(N)相对于位移(mm)的简图解释了杆芯182、184的替代实施方案的椎骨杆130在应力下的计算挠度。如在图11所示的简图表中所列出的，杆芯182、184可以包括根据本公开内容的原理的替代材料和厚度。通过PEEK复合杆的PTD脊柱杆劲度悬臂梁载荷的计算建模，得到在图11中提供的数据，所述PEEK复合杆具有IOOmm的长度和4. 75mm 的外径，具有不同的杆芯材料和尺寸(当指出时除外)。在一个实施例中，部分132、134具有实体PEEK材料(不具有金属杆芯)的4. 75mm横截面，其在施加等于5N的应力下具有大约13mm的总变形。在另一个实施例中，部分132、134具有Ti材料的3mm杆芯182、184，其在施加等于5N的应力下具有5. 1092mm的总变形。在另一个实施例中，部分132、134具有Co Cr材料的3mm杆芯182、184，其在施加等于5N的应力下具有4. 1128mm的总变形。在另一个实施例中，部分132、134具有Ti材料的2mm杆芯182、184，其在施加等于5N的应力下具有9. 3756mm的总变形。在另一个实施例中，部分132、134具有Co Cr材料的2mm杆芯182、 184，其在施加等于5N的应力下具有7. 9513mm的总变形。在另一个实施例中，部分132、134 具有Ti材料的4mm杆芯182、184，其在施加等于5N的应力下具有3. 8496mm的总变形。在另一个实施例中，部分132、134具有Co Cr材料的杆芯182、184，其在施加等于5N的应力下具有3. 4382mm的总变形。在另一个实施例中，部分132、134具有实体PEEK材料(不具有金属杆芯)的椭圆形横截面(6. 35mmx7. 2mm)，其在施加等于5N的应力下具有3. 7873mm 的总变形。在通过计算建模得到的计算挠度的另一个实施例(在图11中未显示)中，部分 132、134具有Co Cr材料的3. 5mm杆芯182、184，其在施加等于5N的应力下具有3. 4118mm 的总变形。在通过计算建模得到的计算挠度的另一个实施例(在图11中未显示)中，部分 132、134具有Ti材料的3. 5mm杆芯182、184，其在施加等于5N的应力下具有4. 0521mm的总变形。
在一个替代实施方案中，部分132、134可以由复合材料(诸如设置在PEEK套管或外层或涂层内的Co-Cr杆芯)制成，柔性中间部分136由更低模量材料诸如PEEK制成，因而沿着杆长度和杆横截面具有材料变化。在另一个实施方案中，部分132、134是由高模量材料(诸如Co-Cr或Ti_6Al_4V 或长的和/或连续的碳纤维PEEK)制成，柔性中间部分136是由复合材料(诸如在PEEK套管内的Co-Cr杆芯或Ti-6A1-4V杆芯)制成，因而沿着杆长度和沿着杆横截面具有材料变化。在另一个实施方案中，部分132、134是由复合材料(诸如在PEEK中的30%短的和 /或切碎的碳纤维)制成，柔性中间部分136是由复合材料(诸如在PEEK中的10%短碳纤维)制成，因而沿着杆长度具有碳纤维含量变化。参考图12-14，在一个与上述的椎骨杆130类似的替代实施方案中，椎骨杆230包括上部分232和下部分234。上部分232包括具有第一弹性模量的细长形杆芯观2，下部分 234包括具有第二弹性模量的细长形杆芯观4，如上所述。部分232、234各自具有基于杆芯观2、观4的构造的加强构造，使得椎骨杆230在使用过程中具有增加的刚度和强度。外层观6围绕杆芯282设置，且其形成材料的弹性模量小于第一弹性模量，从而为上部分232提供柔性和顺应性。外层286具有比杆芯282低的弹性模量，并环绕杆芯观2，所述杆芯由具有高弹性模量的材料形成，从而为椎骨杆230 提供增加的劲度和强度。外层288围绕杆芯284设置，且其形成材料的弹性模量小于第二弹性模量，从而为下部分234提供柔性和顺应性。外层288具有比杆芯284低的弹性模量，并环绕杆芯观4， 所述杆芯由具有高弹性模量的材料形成，从而为椎骨杆230提供增加的劲度和强度。中间部分236与部分232、234相连，并设置在二者之间，作为椎骨杆230的组件的连接部分。中间部分236包括加强部分，例如，由具有大于上面讨论的第三模量的弹性模量的材料形成的杆芯四0。杆芯290具有弓形构造，所述弓形构造符合弓形内表面238的构造。中间部分236具有外层四2，所述外层由具有第三弹性模量的第三种材料形成。外层 292具有比杆芯290低的弹性模量，并环绕杆芯四0，所述杆芯由具有高弹性模量的材料形成，从而在力/应力施加过程中为椎骨杆230提供增加的劲度和强度。外层四2的弹性模量小于杆芯四0的弹性模量，从而为中间部分236提供柔性和顺应性。杆芯四0的横截面构造可以具有替代性的形状，诸如圆形、卵形、椭圆形、长方形、 正方形、矩形、三角形、五角形和六角形。杆芯290可以具有沿着它的长度可变的横截面。杆芯290可以具有机械加工的表面、抛光的表面、光滑的表面、有织纹的表面、喷丸处理的表面、磨光的表面、多孔的表面、有图案的表面和波状表面。使用不同的过程或材料(包括氧化、阳极化、等离子体处理、蒸汽沉积、电镀、涂布和蚀刻)，可以化学地处理或改性杆芯290 的表面。杆芯290可以是连续的或不连续的。外层292可以是连续的、不连续的，和/或提供杆芯四0的完全或不完全覆盖。外层292可以是实体的或多孔的，例如，实体的套盖、多孔的套盖、编织的套盖和/或套管构造。预见到，外层292可以包括单一材料或复合材料， 具有围绕杆芯四0的可变厚度，和/或具有沿着杆芯四0的可变厚度。杆芯观2、284和四0的弹性模量等于和大于第三模量，使得上部分232、下部分 234和中间部分236提供椎骨杆230的加强构造，它们各自的外层提供柔性和顺应性。预见到，杆芯四0的模量可以在10-400Gpa范围内，优选地在50-250Gpa范围内。另外预见到， 杆芯观2、284和四0的弹性模量可以具有替代性的或基本上相同的弹性模量。杆芯290连接杆芯282和观4，使得部分232、234和236形成椎骨杆230的连续加强构造。预见到，杆芯观2、284和290可以包括部分加强，包括不连续的高模量材料，诸如间断部分或多个部分，或者，可以包括完全加强，包括连续的高模量材料。参考图15-17，在一个与上述的椎骨杆30类似的替代实施方案中，椎骨杆330包括上部分332和下部分334。上部分332包括第一种材料，例如，具有第一弹性模量的外层 386。下部分334包括第二种材料，例如，具有第二弹性模量的外层388。预见到，第一模量和第二模量可以是在10-400Gpa范围内，优选地在50-250Gpa范围内。另外预见到，所述第一种材料和所述第二种材料可以具有替代性的或基本上相同的弹性模量。椎骨杆330是复合动态装置，部分332、334各自具有基于外层386、388的构造的加强构造，使得椎骨杆330在使用过程中具有增加的刚度和强度。外层386围绕细长形杆芯 382设置，所述细长形杆芯由诸如本文所述的那些材料形成，且其弹性模量小于第一弹性模量，从而为上部分332提供柔性和顺应性。杆芯382具有比外层386低的弹性模量，并设置在外层386内，所述外层由具有高弹性模量的材料形成，从而在力/应力施加过程中为椎骨杆330提供增加的劲度和强度。外层388围绕细长形杆芯384设置，且其形成材料的弹性模量小于第二弹性模量， 从而为下部分334提供柔性和顺应性。杆芯384具有比外层388低的弹性模量，并设置在外层388内，所述外层由具有高弹性模量的材料形成，从而在力/应力施加过程中为椎骨杆330提供增加的劲度和强度。外层386、388可以包括高弹性模量材料，例如，商业上纯的钛、钛合金、超弹性钛合金、钴铬合金、不锈钢合金和/或用长的和/或连续的碳纤维加强的 PEEK。杆芯382、384可以包括低模量材料，诸如PEEK和/或用短的和/或切碎的碳纤维加强的PEEK。外层386、388可以包括围绕杆芯382、384设置的套管、涂层或包裹层。外层386、388的横截面构造可以具有替代性的形状，诸如圆形、卵形、椭圆形、长方形、正方形、矩形、三角形、五角形和六角形。外层386、388可以具有沿着杆330的长度可变的横截面。外层386、388可以具有机械加工的表面、抛光的表面、光滑的表面、有织纹的表面、尖头冲击的表面、磨光的表面、多孔的表面、有图案的表面和波状表面。使用不同的过程或材料(包括氧化、阳极化、等离子体处理、蒸汽沉积、电镀、涂布和蚀刻)，可以化学地处理或改性外层386、388的表面。外层386、388可以是连续的或不连续的。外层386、388可以提供杆芯的连续的、不连续的、完全的或不完全的覆盖。外层386、388可以是实体的或多孔的，例如，实体的套盖、多孔的套盖和编织的套盖。预见到，外层386、388可以是单一材料或复合材料，具有围绕杆芯的可变厚度，和/或具有沿着杆芯的可变厚度。中间部分336(与上述的中间部分136类似)与部分332、334相连，并设置在二者之间，作为椎骨杆330的组件的连接部分，因此上部分332和下部分334提供杆330的加强构造，且中间部分336具有相对柔性的构造。参考图18-27，显示了上述椎骨杆130的替代实施方案。如图18所示，椎骨杆130 的一个替代实施方案包括第一部分432，所述第一部分具有由上述具有第一弹性模量的材料的形成的第一细长形杆芯482，且具有从第一部分432的第一端部494延伸至中间部分 136的内表面138的横截面。杆芯482的横截面包括第一部分432在第一端部494附近的外径D1、逐渐变细的部分496，所述逐渐变细的部分在内表面138附近处具有与外径D。相比减小的直径D2。具有小于第一弹性模量的弹性模量的外层486围绕逐渐变细的部分496 设置。随着杆芯482的厚度向内表面138减小，外层486的厚度增加。椎骨杆130包括第二部分434，所述第二部分具有由上述具有第二弹性模量的材料的形成的第二细长形杆芯484，且具有从第二部分434的第一端部496延伸至内表面138 的横截面。杆芯484的横截面包括第二部分434在第一端部496附近的外径D3、逐渐变细的部分498，所述逐渐变细的部分在内表面138附近处具有与外径1)3相比减小的直径D4。具有小于第二弹性模量的弹性模量的外层488围绕逐渐变细的部分496设置。随着杆芯484 的厚度向内表面138减小，外层488的厚度增加。该构造提供了在中间部分136附近的增加的柔性和顺应性。如图19所示，椎骨杆130的另一个替代实施方案包括部分132，所述部分具有杆芯加强件582，所述杆芯加强件由上述具有第一弹性模量的材料形成，并至少部分地延伸至中间部分136内。部分132的外层486和中间部分136的外层590各自具有小于第一弹性模量的弹性模量，所述外层围绕杆芯加强件582设置。椎骨杆130还包括部分134，所述部分具有杆芯加强件584，所述杆芯加强件由上述具有第二弹性模量的材料形成，并至少部分地延伸至中间部分136内。部分134的外层488和外层590各自具有小于第二弹性模量的弹性模量，所述外层围绕杆芯加强件584设置。椎骨杆130的该构造提供了进入中间部分 138中的部分加强件。如图20所示，椎骨杆130的另一个替代实施方案包括加强杆芯690，所述加强杆芯具有相对高的弹性模量，并设置在中间部分136内部。加强杆芯690具有弓形构造，并符合内表面138的形状。具有比杆芯690低的弹性模量的外层692围绕加强杆芯690设置。杆芯690具有与杆芯182间隔开的第一端部693和与杆芯184间隔开的第二端部694，从而提供进入中间部分138中的部分加强件。如图21所示，椎骨杆130的另一个替代实施方案包括杆芯182、184，所述杆芯具有鸠尾榫加强连接790、792，它们分别具有第一和第二弹性模量。鸠尾榫加强连接790、792 设置在开口 140附近，并将部分132、134连接至中间部分136上，同时为椎骨杆130提供增加的强度和刚度。如图22所示，椎骨杆130的另一个替代实施方案包括中间部分836，所述中间部分在无应力取向具有与轴线aa轴向对齐的线性构造。中间部分836由如上所述的具有第三弹性模量的材料形成。如图23所示，椎骨杆130的另一个替代实施方案包括中间部分936， 所述中间部分在无应力取向具有与轴线aa轴向对齐的线性构造。中间部分936由具有第三弹性模量的材料形成，且包括侧向突出物990，以增加强度和刚度。如图M所示，椎骨杆 130的另一个替代实施方案包括中间部分936A，所述中间部分具有减小的曲率特性。中间部分936A的内表面938A具有弓形构造，使得中间部分936A的侧向突出物990A增加椎骨杆130的强度和刚度。如图25所示，上面关于图15-17所述的椎骨杆330的一个替代实施方案包括中间部分1036，所述中间部分在无应力取向上具有与轴线aa轴向对齐的线性构造。中间部分 1036由如上所述的具有第三弹性模量的材料形成。如图沈所示，椎骨杆130的另一个替代实施方案包括中间部分1136，所述中间部分在无应力取向具有与轴线aa轴向对齐的线性构造。杆芯182、184在均勻的横截面中延伸至岔开的腿部分，所述岔开的腿部分延伸至中间部分1136。中间部分1136由如上所述的具有第三弹性模量的材料形成。如图27所示，椎骨杆130的另一个替代实施方案包括中间部分1236，所述中间部分在无应力取向具有与轴线aa轴向对齐的线性构造。中间部分1236由具有第三弹性模量的材料形成，且包括一对相对的侧向突出物1四0，以增加强度和刚度。参考图28和四，在一个与上述的椎骨杆130类似的替代实施方案中，椎骨杆1330 包括上部分1332和下部分1334。上部分1332包括第一种材料1390，它是聚合物复合材料， 诸如具有第一弹性模量的碳-PEEK或碳-PEKK。下部分1334包括第二种材料1392，它是聚合物复合材料，诸如具有第二弹性模量的碳-PEEK或碳-PEKK。预见到，第一模量和第二模量可以在2. 5-100Gpa范围内，优选地在5_50Gpa范围内。另外预见到，所述第一种材料和所述第二种材料可以具有替代性的或基本上相同的弹性模量。椎骨杆1330是不均勻的复合动态装置，且具有基于第一种和第二种材料的构造的加强构造，使得椎骨杆1330在使用过程中具有增加的刚度和强度。部分1332、1334被例如碳纤维高度加强，以提高劲度和强度。中间部分1336(与上面讨论的中间部分136类似) 未被加强或轻度加强，以实现柔性和顺应性。过渡区1337设置在部分1332、1334和中间部分1336之间。优选地，过渡区1337具有加强(例如碳纤维的百分比)的逐渐变化，以诱导部分1332、1334和中间部分1336之间的模量的逐渐变化。预期模量的逐渐变化会使在过渡区1337处的应力梯级(riser)和破坏潜力最小化。预见到，过渡区1337和/或中间部分1336可以包括没有逐渐变化的均勻加强。参考图30-33，上述的椎骨杆130的替代实施方案例证了具有多个柔性中间部分的多级复合杆的实施例。预见到，可以替代性地构造所述中间部分中的每一个。例如，由于几何形状、横截面积或材料组成的差异，第一中间部分可以具有比第二或第三中间部分更大的柔性。另外预见到，具有更高柔性的中间部分可以用于支撑未融合的脊柱或脊柱的运动保持水平。这样，具有更高劲度的中间部分可以用于支撑融合的水平，这时希望在稳定和载荷分担之间的最佳平衡。预见到，所述椎骨杆的加强材料或杆芯可以不同于所述杆的螺钉接合部分，从而为所述杆的不同部分提供不同的劲化效应。例如，可以用3. 5mm Co-Cr杆芯加强所述杆的上部分，可以用3. Omm短的和/或切碎的碳纤维加强的PEEK加强柔性中间部分，且可以用2. 5mm Ti_6Al_4V加强下部分。如图30所示，在一个与上述的椎骨杆130类似的替代实施方案中，椎骨杆1430包括上部分1432和中间部分1434。上部分1432包括具有第一弹性模量的细长形杆芯1482。 中间部分1434包括具有第二弹性模量的细长形杆芯1484。预见到，第一模量和第二模量可以在0-400GPa范围内，优选地在50-250GPa范围内。另外预见到，所述第一种材料和所述第二种材料可以具有替代性的或基本上相同的弹性模量。外层1486围绕杆芯1482设置，并由诸如本文所述的那些材料形成，所述材料的弹性模量小于第一弹性模量，从而为上部分1432提供柔性和顺应性。外层1488围绕杆芯 1484设置，并由其弹性模量小于第二弹性模量的材料形成，从而为下部分1434提供柔性和顺应性。第一柔性中间部分1436(与上述的中间部分136类似)与部分1432、1434相连， 并设置在二者之间，作为椎骨杆1430的组件的连接部分。中间部分1436由具有第三弹性
17模量的第三种材料形成。所述第一模量和所述第二模量各自大于所述第三模量，使得上部分1432和中间部分1434提供杆1430的加强构造，且中间部分1436具有相对柔性的构造。第三细长形部分(例如，下部分1490)包括第四种材料，例如，具有第四弹性模量的细长形杆芯1492。所述第四模量大于第三模量，使得下部分1490提供杆1430的加强构造。外层1494围绕杆芯1492设置，并由诸如本文所述的那些材料形成，所述材料的弹性模量小于第四弹性模量，从而为下部分1490提供柔性和顺应性。预见到，第四模量可以在 10-400GPa范围内，优选地在50_250GPa范围内。另外预见到，所述第四种材料、所述第一种材料和所述第二种材料可以具有替代性的或基本上相同的弹性模量。第二柔性中间部分1496与部分1434、1490相连，并设置在二者之间，作为连接部分。中间部分1496在无应力取向具有与部分1434、1490轴向对齐的线性构造。中间部分 1496由具有小于第四模量的弹性模量的材料形成。部分1490的模量大于中间部分1496的模量，使得下部分1490提供杆1430的加强构造，且中间部分1496具有相对柔性的构造。中间部分1496可以具有比中间部分1436更大或更小的柔性，这取决于椎骨杆1430的组件几何形状、横截面积和材料组成。椎骨杆1430(包括中间部分1496和下部分1490)具有增加的长度，这会提供在2 个或更多个椎间盘水平的上面伸展的能力。预见到，所述椎骨杆系统的构造可以在多个椎骨间水平(包括治疗的和未治疗的椎骨和椎骨间水平)提供动态的或柔性的稳定。另外预见到，中间部分1496和下部分1490会提供与椎骨杆1430的其它组件相比更低柔性或更高刚性的稳定。在外科手术过程中，可以切割或整修椎骨杆1430，使得椎骨杆1430的大小可以根据患者需求或外科手术治疗或医学从业人员的具体需要而修改。椎骨杆1430可以以预弯曲的构造提供，所述构造具有不同的曲率水平，以配合解剖学变化。或者，可以在外科手术进行中弯曲或重新定形直的或预弯曲的椎骨杆1430，以配合特定患者的解剖学。在包括多个柔性中间部分的实施方案中，多个细长形部分和中间部分可以以类似的或交替的取向设置，诸如对齐、不对齐、偏移、敞开端部取向或不取向椎骨和替代性的角度取向。在一个替代实施方案中，如图30A所示，上面讨论的椎骨杆1430包括第一取向，其中纵向轴线aa设置成相对于纵向轴线ΙΛ为180度的角度。预见到，纵向轴线aa可以设置成相对于纵向轴线W3为其它角度取向。部分1434、1496、1490具有弓形构造和增加的长度，这会提供在2个或更多个椎骨间元件的上面伸展的能力。在外科手术过程中，可以切割或整修下部分1490，使得椎骨杆 1430的大小可以根据患者需求或外科手术治疗或医学从业人员的具体需要而修改。部分 1434、1496、1490的弓形构造具有曲率半径rr。理想地，曲率半径rr是在20_400mm范围内， 优选地在50-200mm范围内，最优选地在100_150mm范围内。在另一个替代实施方案中，如图31所示，上面讨论的椎骨杆1430包括具有减小的曲率特性的第二柔性中间部分1596。中间部分1536的内表面1538具有弓形构造，使得中间部分1596的侧向突出物1590增强椎骨杆1430的强度和刚度。中间部分1596可以用于在脊柱的融合水平处的载荷分担稳定。在另一个替代实施方案中，如图32所示，椎骨杆1430包括第二柔性部分1696，所述柔性部分具有一对相对的侧向突出物1698，以增加椎骨杆1430的强度和刚度。在另一个替代实施方案中，如图33所示，椎骨杆1430包括第二柔性部分1796，所述柔性部分具有侧向突出物1798，以增加椎骨杆1430的强度和刚度。在另一个替代实施方案中，椎骨杆1430具有具有C或U形构造的第一柔性中间部分，具有等同轮廓的第二柔性中间部分。两个柔性中间部分仅由PEEK制成。上部分和下部分具有由更高模量材料(诸如Co-Cr或Ti-6A1-4V或长的和/或连续的碳纤维PEEK) 制成的杆芯和围绕所述杆芯设置的外套管，所述套管由更低模量材料PEEK制成。预见到， 由于它的C或U形构造，所述第一柔性中间部分可以比所述第二柔性中间部分具有相对更高的柔性。预见到，所述2个分开的柔性中间部分具有相同的材料组成，具有不同的几何形状。应该理解，可以对本文公开的实施方案做出不同改变。因此，上面的描述不应解释为限制性的，而是仅仅作为不同实施方案的例证。本领域技术人员会预见到在本文所附的权利要求书的范围和精神内的其它改变。
权利要求
1.一种椎骨杆，所述椎骨杆包括第一细长形部分，所述第一细长形部分包括具有第一弹性模量的第一种材料，第二细长形部分，所述第二细长形部分包括具有第二弹性模量的第二种材料；和第一中间部分，所述第一中间部分设置在所述第一部分和所述第二部分之间，且包括具有第三弹性模量的第三种材料，所述中间部分具有弓形内表面，所述弓形内表面限定内腔和敞开端部；其中所述第一模量和所述第二模量各自大于所述第三模量，使得所述第一部分和第二部分提供加强的椎骨杆构造，且所述中间部分具有相对柔性的构造。
2.根据权利要求1所述的椎骨杆，其中所述第一弹性模量基本上等于所述第二弹性模量。
3.根据权利要求1所述的椎骨杆，其中所述第一弹性模量不同于所述第二弹性模量。
4.根据权利要求1所述的椎骨杆，其中所述第一部分包括围绕所述第一种材料设置的外层，所述外层由弹性模量不同于所述第一模量的材料形成。
5.根据权利要求1所述的椎骨杆，其中所述第二部分包括围绕所述第二种材料设置的外层，所述第二部分的外层由弹性模量不同于所述第二模量的材料形成。
6.根据权利要求1所述的椎骨杆，其中所述中间部分的至少一部分包括加强部分，所述加强部分的弹性模量大于所述第三模量，所述第三种材料是围绕着所述加强部分设置的外层。
7.根据权利要求6所述的椎骨杆，其中所述中间部分的加强部分具有弓形构造。
8.根据权利要求6所述的椎骨杆，其中所述加强部分连接所述第一种材料和所述第二种材料，使得所述第一部分、第二部分和中间部分处于椎骨杆的连续加强构造。
9.根据权利要求1所述的椎骨杆，其中所述第一部分包括细长形杆芯，所述细长形杆芯由弹性模量小于所述第一模量的材料形成，所述第一种材料是围绕着所述杆芯设置的外层。
10.根据权利要求9所述的椎骨杆，其中所述第二部分包括细长形杆芯，所述细长形杆芯由弹性模量小于所述第二模量的材料形成，所述第二种材料是围绕着所述第二部分的杆芯设置的外层。
11.根据权利要求1所述的椎骨杆，其中所述第一种材料是细长形杆芯，所述细长形杆芯具有从所述第一部分的第一端部延伸至所述中间部分的内表面的横截面，所述杆芯横截面包括所述第一部分在所述第一端部附近的外径，且包括邻近内表面的、相对于所述外径具有减小的直径的锥形部分。
12.根据权利要求11所述的椎骨杆，其中所述第二种材料是细长形杆芯，所述细长形杆芯具有从所述第二部分的第一端部延伸至所述中间部分的内表面的横截面，所述第二部分的杆芯横截面包括所述第二部分在所述第二部分的第一端部附近的外径，且包括邻近内表面的、相对于所述第二部分的所述外径具有减小的直径的锥形部分。
13.根据权利要求6所述的椎骨杆，其中所述中间部分的加强部分围绕着所述内表面弓形地设置，且具有第一端部，所述第一端部与所述第一种材料间隔开。
14.根据权利要求13所述的椎骨杆，其中所述中间部分的加强部分具有第二端部，所述第二端部与所述第二种材料间隔开。
15.根据权利要求1所述的椎骨杆，其中所述第一种材料和所述第二种材料各自是包括碳纤维浓度的聚合物复合材料。
16.根据权利要求1所述的椎骨杆，所述椎骨杆另外包括第三细长形部分，所述第三细长形部分包括具有第四弹性模量的第四种材料；和第二柔性中间部分，所述第二柔性中间部分设置在所述第二部分和所述第三部分之间，其中所述第四模量大于所述第三模量。
17.根据权利要求16所述的椎骨杆，其中所述第二中间部分包括侧向突出物。
全文摘要
一种椎骨杆包括第一细长形部分和第二细长形部分，所述第一细长形部分包括具有第一弹性模量的第一种材料，所述第二细长形部分包括具有第二弹性模量的第二种材料。第一中间部分设置在所述第一部分和所述第二部分之间，且包括具有第三弹性模量的第三种材料。所述中间部分具有弓形内表面，所述弓形内表面限定内腔和敞开端部。所述第一模量和所述第二模量各自大于所述第三模量，使得所述第一部分和第二部分提供加强的椎骨杆构造，且所述中间部分具有相对柔性的构造。
文档编号A61B17/70GK102510741SQ201080040607
公开日2012年6月20日 申请日期2010年9月23日 优先权日2009年9月24日
发明者H·H·特里优 申请人:华沙整形外科股份有限公司