專利名稱：含有以非均勻的空間分布顆粒的骨粘固劑復合材料和用于實施的裝置的制作方法
含有以非均勻的空間分布顆粒的骨粘固劑復合材料和用于實施的裝置 對相關申請的交叉引用
該申請要求2006年1月23日提交的美國臨時申請?zhí)?0/761,454在35 U.S.C. § 119之下的優(yōu)先權，將其公開內(nèi)容通過參考全部結合于此。
背景技術：
本發(fā)明涉及骨粘固劑，并且具體而言涉及含有顆粒的骨粘固劑，以便 改善它的生物力學的和生物材料的性質(zhì)。本發(fā)明還涉及用于它的實施的裝 置和方法，也將其公開在這里。
骨粘固劑己經(jīng)經(jīng)常用作提供支持的漿，或者用于假體的植入或用于患 病骨的復位。骨粘固劑己經(jīng)廣泛地用于整形外科中的人造全關節(jié)置換術以 便將植入物結合至骨。
一種制劑將混合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的粉末和單體直到它達到 "捏塑體狀"階段，然后通常在壓力下將其插入到預先制備的松質(zhì)骨空腔 中。PMMA流入所述松質(zhì)骨基質(zhì)的空腔以及全部潛在的空隙間的空間。 然后將假體的主干插入到捏塑體狀的PMMA中。在幾分鐘后，所述 PMMA硬化，因而緊固所述金屬的整形外科的植入物。雖然，這已經(jīng)是 稍微滿意的，但是這樣的粘固劑受到每天生活的循環(huán)負荷支撐，因而，腐 蝕疲勞。因為部分圍繞所述松質(zhì)骨基質(zhì)的粘固劑是裂紋引發(fā)劑，"便士" 裂紋自然地形成。 一旦啟動，裂紋可以經(jīng)過所述凝固的聚合物傳播。圖 1提供顯示裂紋引發(fā)和它的作為純PMMA粘固劑的應力強度因子的函數(shù) 的擴展速率的數(shù)據(jù)(即，所述曲線由圖l左邊的三角形數(shù)據(jù)點表示)。為此， 利用這樣的骨粘固劑固定的植入物，有時經(jīng)歷機械故障，在平均10年以 后，需要另外的外科手術，例如，修正修復。
也己知的是，含有與粘固劑混合的顆粒的復合材料粘固劑作為裂紋滯 止劑(crack arrestors)。
圖1還顯示關于作為復合材料PMMA的應力強度 因子的函數(shù)的裂紋擴展速率的數(shù)據(jù)，所述復合材料PMMA含有30重量％
的大小在150至300微米之間的無機骨顆粒(g卩，由圖1的右側上的交叉數(shù) 據(jù)點代表的曲線)。所述數(shù)據(jù)顯示，顆粒的存在產(chǎn)生比相應的純的固化的 PMMA聚合物的裂紋擴展速率慢一個數(shù)量級的裂紋擴展速率。
另外的關聯(lián)參數(shù)是骨和粘固劑之間界面的剪切強度。充滿骨-骨-顆粒 的骨粘固劑界面的實驗犬試驗己經(jīng)顯示，在5個月以后，當與骨和PMMA 粘固劑之間的界面剪切強度相比時，骨和復合材料骨粘固劑之間的界面剪 切強度提高了 3.6的因數(shù)。組織學和接觸輻射照相術證實骨向內(nèi)生長到天 然骨和充滿骨顆粒的骨粘固劑之間的界面空間中。這些發(fā)現(xiàn)是對于粘固劑 而獲得的，所述粘固劑包含在整個粘固劑區(qū)域分配的顆粒。由于在正常揉 捏方法中將PMMA聚合物粉末與顆粒和PMMA單體混合的方法，所述粘 固劑中的顆粒分布可以是稍微不均勻的，但是任何這樣的非均勻性是非受 控的。這些發(fā)現(xiàn)描述在下列文獻中Y. K. Liu, J. B. Park, G. 0. Njus，和D. Stienstra，"充滿骨-顆粒的骨粘固劑體外研究(Bone-Particle-impregnated bone cement: An in vitro study)", Journal of Biomedical Materials Research(生 物醫(yī)學材料研究雜志)，第21巻，247-261, 1987; H.C.Park, Y.K. Liu和R. S. Lakes,"充滿骨顆粒的PMMA的材料性質(zhì)(The material properties of bone-partical-impregnated impregnated PMMA)"， Journal of Biomechanical Engineering(生物力學工程雜志)，第108巻，141-148， 1986;和在K.R.Dai, Y. K. Liu, J. B. Park, C. R. Clark， K. Nishiyama, Z. K. Zheng,"充滿骨-顆粒 的骨粘固劑體內(nèi)重量支承研究"(Bone-Particle-impregnated bone cement: An in vivo weight-bearing study ) ， Journal of Biomedical Materials Research(生物醫(yī)學材料研究雜志)，第25巻，141-156， 1991。
為了椎體成形術或椎體后凸成形術中的粘固劑植入的例舉性情況，使 用含有顆粒的PMMA粘固劑，顆粒分配在整個粘固劑中作為裂紋滯止劑， 可以減輕"純的"無顆粒PMMA的腐蝕疲勞損壞。這樣的低體積植入物 可以原因在于另外的原因損壞，即，由于稀疏的顆粒-骨粘固劑接觸，導致 很少或沒有骨向內(nèi)生長，在骨-骨粘固劑界面的剪切應力損壞。當粘固劑 復合材料的體積降低時，界面的剪切應力損壞變得劇烈，例如，在椎體成 形術和椎體后凸成形術中，粘固劑復合材料表面的相互接觸的顆粒的數(shù)量 減少。因而，關于粘固劑主體中的疲勞壽命和骨-粘固劑界面的界面剪切
強度兩者，分別存在改善的空間。
在其它工作中，授予park的美國專利號5,343,877和授予Caldarise的 美國專利號5,681,317，兩者都通過參考全部結合于此，公開了骨-粘固劑 接合，其中接近所述骨的區(qū)域含有顆粒，而骨粘固劑的主體區(qū)域不含有顆 粒。這些技術是為植入金屬的臀和膝假體的金屬主干中的應用而設計的， 所述假體在天然骨的邊緣具有含有顆粒的區(qū)域。在這些用途中，充滿顆粒 的粘固劑涂布的區(qū)域?qū)⒃谝呀?jīng)論述的薄層中獲得最小裂紋滯止益處，但是 僅有粘固劑(無顆粒)的內(nèi)部主體區(qū)域?qū)⒕哂袑τ诨旧霞兊墓袒腜MMA
粘固劑所發(fā)現(xiàn)的相同的對于腐蝕疲勞的易損性。由于使用少量的粘固劑體 積，骨和骨-粘固劑界面之間的骨向內(nèi)生長的可能性很可能是低的。
關于不涉及金屬植入物的外科手術，例如，被稱為椎體成形術和椎體 后凸成形術的外科手術程序，其涉及骨粘固劑注射到在單獨的椎間關節(jié)之 內(nèi)有或者沒有空腔的任何一個松質(zhì)骨中，授予Stalcup的美國專利號 6,332,894，將其通過參考全部結合于此，公開了融合兩個椎骨的方法，所 述方法在沒有用裝置內(nèi)固定的情況下，通過將粘固劑注入椎骨之間的環(huán)形 氣囊中以實現(xiàn)椎間運動片段融合，所述粘固劑可以含有骨顆粒。
將合乎需要的是，提供改善的骨粘固劑體系，其具有最佳裂紋滯止和 界面剪切強度兩個特征，用于假體的植入，用于椎骨和其它骨的修復，并 且用于任何其它的適當外科手術程序。
還將合乎需要的是，提供用于產(chǎn)生和分配這樣的復合材料的裝置和方法。
發(fā)明概述
本發(fā)明的實施方案包括在骨之內(nèi)或和骨接觸的復合材料，其中所述復 合材料各處含有骨粘固劑，其含有至少一些非零體積分數(shù)的顆粒(其可以是 生物相容的和可生物再吸收的)。在該復合材料中，顆粒的局部體積分數(shù)可 以以受控方式在所述復合材料中的各處有差異。所述差異可以是通過可識 別的區(qū)域或者可以是以顆粒的局部體積分數(shù)梯度的形式。在至少一些位 置，顆粒的局部體積分數(shù)可以是這樣的，以便由所述顆粒產(chǎn)生的空間作為 裂紋滯止劑。在接近于與天然骨的界面的位置，顆粒的局部體積分數(shù)可以 些位置，顆粒的局部體積分數(shù)可以是這樣 的，以容許骨向內(nèi)生長到所述復合材料的適當區(qū)域中，得到很大提高的界 面剪切強度。本發(fā)明的實施方案也包括用于產(chǎn)生和分配該復合材料的特 別構造的方法和裝置，其可以包括插管導引器和可展開的雙傘籃狀物
(double-umbrella basket)的應用。
在一個方面中，公開的是包括骨粘固劑的復合材料，和在所述骨粘固 劑中含有的顆粒。所述復合材料可以具有至少兩種不同的顆粒的非零局 部顆粒濃度?？梢钥刂凭植款w粒濃度而在需要的位置具有所需的值。在一 些方面中，緊鄰骨的復合材料具有大于遠離所述骨的顆粒濃度的顆粒濃 度。在一些方面中，所述骨粘固劑基本上是不可生物再吸收的，或可以 是基本上可生物再吸收的。所述復合材料可以包含在患者的一個或多個
骨中的一個或多個空腔之間。所述復合材料可以顯示所述顆粒的局部濃 度的梯度。
在一些實施方案中，所述顆?？梢园ㄏ铝形镔|(zhì)的至少一種無機骨； 去礦物質(zhì)的骨；天然骨；骨形態(tài)發(fā)生蛋白質(zhì)；膠原；明膠；多糖類；聚己 內(nèi)酯(PCL);聚乙交酯(PGA);聚丙交酯(PLA);作為PLA和PGA的共聚 物的DLPLG;聚對二噁烷酮(PPDO);其它的脂肪族聚酯；聚磷酸酯；聚 磷腈；聚酐；聚羥基丁酸酯；聚芳基醚酮；聚氨酯；磷酸銨鎂；含鍶的羥 基磷灰石；P磷酸三鈣；其它形式的磷酸鈣；和碳。在一些實施方案中， 所述骨粘固劑包括下列物質(zhì)的一種或多種聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA); 甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA);聚鏈烷酸酯(鹽)；聚醚氨酯；聚碳酸酯氨基甲 酸乙酯；聚硅氧烷氨基甲酸乙酯；和聚氟乙烯。 .
在一些方面中，還公開的是，包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的復合材料， 所述第一區(qū)域包括含有第一非零濃度的第一顆粒的骨粘固劑，所述第二區(qū) 域包括含有第二非零濃度的第二顆粒的骨粘固劑。第二顆粒的第二濃度可 以不同于第一顆粒的第一濃度，并且可以控制所述區(qū)域以占據(jù)需要位置。 在一些方面中，第一區(qū)域接觸骨并且第二區(qū)域基本上不接觸所述骨。第 一顆粒的第一濃度可以大于第二顆粒的第二濃度。在一些方面中，第一 顆粒和第二顆粒基本上是相互相同的。在其它方面中，第一顆粒和第二 顆粒在其些方面相互不同。在一些實施方案
的是，僅由骨粘固劑部分接觸或甚至不由所述骨粘固劑接觸的另外的第一 顆粒。在一些實施方案中，也包括在所述復合材料中的是，第一和第二 區(qū)域之間的含有梯度的區(qū)域。 .
在一些實施方案中，公開的是一種復合材料，所述復合材料包括骨粘 固劑和包含在所述骨粘固劑中的顆粒。所述復合材料可以具有至少一些位
置，所述位置在骨的不超過約2mm之內(nèi)。所述復合材料還可以具有至少 約60%的顆粒的局部重量分數(shù)。遠離所述骨超過約2mm的復合材料可以 具有不超過約40%的顆粒的局部重量分數(shù)。
在一些其它方面中，所述復合材料可以具有至少一些位置，其在處于 骨向內(nèi)生長狀態(tài)的骨的大約2 mm之內(nèi)。所述復合材料還可以具有遠離所 述在裂紋滯止狀態(tài)中的骨的超過約2mm的位置。
在其它的方面中，含有超過三種所述顆粒的任何的基本上等軸的局部 空間，在那里可以限定局部顆粒濃度，并且所述復合材料可以顯示所述局 部顆粒濃度的梯度。
在其它方面中，公開的是穩(wěn)定的椎骨或其它骨，其包括具有空腔的， 和空腔中的復合材料的椎骨或其它骨。所述復合材料包括骨粘固劑和包含 在所述粘固劑之內(nèi)的顆粒。所述顆?？梢栽趶秃喜牧现畠?nèi)的不同位置具有 不同的顆粒濃度。同樣，緊鄰椎骨或其它骨的骨材料的顆粒濃度可以大 于遠離所述椎骨的骨材料的顆粒濃度。在一些實施方案中，所述顆粒在復 合材料之內(nèi)的不同位置具有不同的顆粒濃度，并且控制所述顆粒濃度以在 限定的位置具有需要的值。
還在本文公開的是用充滿顆粒的骨粘固劑復合材料填充骨腔的方法。 所述方法包括在所述空腔的內(nèi)表面上沉積可生物再吸收的第一顆粒，并且 將包含第二顆粒的粘固劑前體沉積到所述空腔中殘留的空間中的步驟。表 面上的第一顆粒的第一濃度可以大于粘固劑前體中的第二顆粒的第二濃 度。在一些實施方案中，沉積第一顆粒包括下列物質(zhì)的至少一種或多種 無機骨；去礦物質(zhì)的骨；天然骨；骨形態(tài)發(fā)生蛋白質(zhì)；膠原；明膠；多糖 類；聚己內(nèi)酯(PCL);聚乙交酯(PGA);聚丙交酯(PLA);作為PLA和PGA 的共聚物的DLPLG;聚對二噁烷酮(PPDO);其它的脂肪族聚酯；聚磷酸 酯；聚磷腈；聚酐；聚羥基丁酸酯；聚芳基醚酮；聚氨酯；磷酸銨鎂；含
鍶的羥基磷灰石；P磷酸三鈣；其它形式的磷酸鈣；和碳。所述粘固劑 前體可以包括選自由下列組成的組的至少一種物質(zhì)聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA);甲基丙烯酸羥乙酉旨(HEMA);聚鏈垸酸酯(鹽)；聚醚氨酯；聚碳 酸酯氨基甲酸乙酯；聚硅氧烷氨基甲酸乙酯；和聚氟乙烯。在一些實施 方案中，沉積第一顆粒包括利用導引器和顆粒展開裝置沉積所述第一顆 粒，所述顆粒展開裝置諸如可展開的籃狀物，例如，雙傘籃狀物。沉積第 一顆粒還可以涉及利用在所述籃狀物上包括穿孔外部膜狀覆蓋物的雙傘 籃狀物。此外，利用雙傘籃狀物沉積第一顆?？梢园ㄔ谒龌@狀物上破 裂穿孔的外部膜狀覆蓋物。利用雙傘籃狀物沉積第一顆粒還可以包括在覆 蓋物在骨腔內(nèi)部中時破裂穿孔的膜狀覆蓋物。在一些實施方案中，在所述 方法期間的任何階段，可以進行由于空腔內(nèi)部的雙傘籃狀物的擴展和/或展 開(deployment)的壓力而引起所述空腔變形的另外步驟。
在本文還公開的是，用于在骨腔壁上遞送和沉積顆粒的裝置。所述裝 置可以是雙傘籃狀物。所述雙傘籃狀物可以配置成由機械力或壓力擴展， 并且當擴展時釋放所述顆粒。所述顆粒可以是生物相容的和/或可生物再吸 收的顆粒。雙傘籃狀物上的穿孔的外部膜狀覆蓋物可以能夠由于施加在雙 傘籃狀物上的壓力或力而破裂，或者備選地所述膜狀覆蓋物可以分解。
在本文還公開的是，用于在骨腔壁上遞送和沉積顆粒的裝置。所述裝 置包括雙傘籃狀物。所述雙傘籃狀物可以配置成由機械力或壓力擴展，并 且當擴展時釋放所述顆粒。在一些實施方案中，所述顆粒是生物相容的和 可生物再吸收的顆粒。在一些實施方案中，雙傘籃狀物上的穿孔外部膜 狀覆蓋物能夠由于施加在雙傘籃狀物上的壓力或力而破裂。
還公開的是，治療骨的方法，所述方法包括在骨內(nèi)引入包括顆粒的粘 固劑的步驟，其中所述顆粒包括骨誘導(osteoinductWe)物質(zhì)。所述骨誘導 物質(zhì)還可以是骨傳導(osteoconductive)的。
在又一個方面中公開的是治療骨的方法，所述方法包括在骨之內(nèi)引入 包括顆粒的粘固劑，其中所述顆粒包括活性藥物成分。所述活性藥物成分 可以是，例如，抗腫瘤藥。
也公開的是產(chǎn)生空腔的方法。所述方法包括產(chǎn)生入口。接著，可以將 裝置引入到第一構造中的入口中。所述裝置可以在入口之內(nèi)擴展以產(chǎn)生所
述空腔。接著，所述裝置可以在空腔內(nèi)收縮或充分收縮。然后可以將所述 裝置在空腔之內(nèi)旋轉。然后可以將所述裝置在空腔之內(nèi)再擴展。接著，可 以將所述裝置充分收縮以促進從空腔除去所述裝置。旋轉所述裝置可以包 括旋轉一個角度，所述角度小于所述裝置的相鄰支柱之間的間隔角的約至 少約整數(shù)倍數(shù)。同樣，所述方法可以包括下列步驟，在所述空腔之內(nèi)再擴 展所述裝置以后，進一步將所述裝置擴展到更大的程度。
在一個方面中，公開的是在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的方法，所述方法包括下 列步驟產(chǎn)生入口孔；將收縮構造形式的裝置引入到入口孔中，所述收縮 構造具有多個包括鋒利邊緣的支柱；在入口孔之內(nèi)擴展所述裝置以產(chǎn)生空 腔；在所述空腔內(nèi)充分旋轉所述裝置而在所述空腔之內(nèi)切割骨；和收縮所 述裝置以促進從空腔除去所述裝置。所述方法還可以包括從所述空腔移除 切割的骨。
在另一個方面中，公開的是用于在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置 包括具有多個支柱的可擴展的籃狀物。所述支柱可以具有配置用于切穿骨 的鋒利邊緣。
在這里也公開了用于在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的裝置。所述裝置包括具有多 個支柱的可擴展的籃狀物；其中所述支柱具有橫向于所述支柱長軸的各種 維數(shù)。在一些實施方案中，至少一些支柱在所述支柱的中間區(qū)域比在所述 支柱的末端區(qū)域更寬。
在一些方面中，公開的是用于在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的裝置。所述裝置包 括具有多個支柱的可擴展的籃狀物，所述支柱具有第一近端和第二遠端。 還包括的是，連接到所述籃狀物的第一近端或與所述籃狀物的第一近端接 觸的第一基本上剛性的構件，以及連接到所述籃狀物的第二遠端或與所述 籃狀物的第二遠端接觸的第二基本上剛性的構件。而且，所述裝置可以包 括包含螺桿的組件。所述組件優(yōu)選適合于在所述構件的一個上相對于另一 個構件施加軸向力。在一些實施方案中，所述螺桿組件包括配置成相對于 帶螺紋的不可旋轉的元件旋轉的球形突出物。所述螺桿組件可以接收來 自平移構件的旋轉。
在本文還公開了用于在骨內(nèi)產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括具有多 個支柱的可擴展的籃狀物，所述支柱具有近端和遠端；和適合于將反應力 傳送到所述籃狀物的端蓋(endcap)，其中所述端蓋具有基本上平的末端。 在一些實施方案中，所述端蓋還包括對于所述籃狀物所配置的肩部區(qū)域用 于相對支撐。
在一些方面中，公開了用于在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括 具有多個支柱的可擴展的籃狀物和適合于將力傳送到所述籃狀物的端蓋， 所述支柱具有第一末端和第二末端。所述端蓋的直徑可以小于所述可擴展 籃狀物的遠端外徑。
在本文還公開了用于產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括具有多個支柱的 可擴展的籃狀物，和配置成所述支柱向外移動時向外移動的柔性膜狀覆蓋 物。在一些實施方案中，當所述裝置是以未擴展的構造形式存在時，所述 膜狀覆蓋物向內(nèi)折疊以產(chǎn)生配置成含有顆粒的空間。在一些實施方案中， 所述顆?？梢园ㄖ辽偈枪莻鲗У幕蚬钦T導或兩者的材料。在一些實施方 案中，所述膜狀覆蓋物在所述裝置周圍是連續(xù)的。在一些實施方案中，所 述膜狀覆蓋物在所述裝置周圍是散布的。在一些實施方案中，也包括配 置成或者破裂或者分解的外部膜狀覆蓋物。在其它實施方案中，所述外部 膜狀覆蓋物也包括孔或狹縫。所述支柱可以具有配置成含有顆粒的空間。
在一些方面中，還公開了用于產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括當所 述彈性體被軸向擠壓時在徑向上展開的彈性體；和用于軸向壓縮所述彈性 體的工具。在一些實施方案中，第一顆粒是不透射線的并且第二顆粒不是 不透射線的。
另外，公開了用于治療或預防椎骨壓縮骨折的方法。所述方法包括將
插入裝置經(jīng)皮插入到椎體中的步驟。接著，所述方法可以包括下列步驟
將空腔形成裝置經(jīng)過所述插入裝置插入到椎體中的松質(zhì)骨區(qū)域。另外，所
述方法可以包括下列步驟用空腔形成裝置置換松質(zhì)骨以產(chǎn)生由松質(zhì)骨表 面限定的空腔。同樣，所述方法可以包括下列步驟將第一介質(zhì)引入到
空腔中以嵌入(line)所述表面的至少一部分，因此減少空腔的體積；和用第
二介質(zhì)填充所述空腔的至少一部分。
在另一個方面中，公開了用于治療或預防椎骨壓縮骨折的方法。所述 方法可以包括將插入裝置經(jīng)皮插入到椎體中的步驟。接著，所述方法可
以包括下列步驟將空腔形成裝置經(jīng)過所述插入裝置插入到椎體中的松質(zhì)
骨區(qū)域中。接著，可以進行下列步驟用空腔形成裝置置換松質(zhì)骨以產(chǎn) 生由松質(zhì)骨表面限定的空腔。另外，還可以進行下列步驟將第一介質(zhì)引 入到空腔中以嵌入所述表面的至少一部分，因此減少空腔的體積；和用第 二介質(zhì)填充所述空腔的至少一部分。所述插入裝置可以是針，在一些實施 方案中，其可以是十一號針。在一些實施方案中，所述空腔形成裝置可
以選自由下列組成的組機械夯具(tamp)，鉸刀，鉆，沖孔器(hole puncher),
和氣囊導管。將第一介質(zhì)引入到空腔中可以包括將散劑、糊劑、和/或混懸 劑引入到所述空腔中。
在一些方面中，還公開了治療骨的方法?？梢栽谒少|(zhì)骨內(nèi)產(chǎn)生空腔。所 述空腔的至少一部分可以用第一介質(zhì)嵌入。所述空腔的至少一部分可以 用第二介質(zhì)填充。第一介質(zhì)可以包括松質(zhì)骨向內(nèi)生長特性。第二介質(zhì)可 以包括裂紋擴展滯止劑特性。
在一些方面中，還公開了治療或預防椎骨壓縮骨折的方法?？涨豢梢?在椎體的松質(zhì)骨內(nèi)產(chǎn)生。所述空腔的至少一部分可以用第一介質(zhì)嵌入。 所述空腔的至少一部分可以用第二介質(zhì)填充以形成具有外表面和核心的 構造。所述外表面的材料可以包括比所述核心材料相對更大的骨向內(nèi)生 長特性。在其它實施方案中，所述核心材料具有比所述外表面材料相對更 大的對裂紋擴展的抗性。
在本文還公開了用于治療椎骨壓縮骨折的試劑盒。所述試劑盒可以包 括空腔形成裝置，用于針對所述空腔壁展開第一介質(zhì)的第一展開裝置，和 用于在所述空腔內(nèi)展開相鄰第一介質(zhì)的第二介質(zhì)的第二展開裝置。所述試 劑盒還可以另外包括一定體積的第一介質(zhì)，和/或一定體積的第二介質(zhì)。在 一些實施方案中，第二介質(zhì)可以包括PMMA的聚合物和單體。所述試劑 盒還可以另外包括用于對椎體產(chǎn)生入口的入口工具。
公開了用于治療椎骨壓縮骨折的多種試劑盒。所述試劑盒可以包括空 腔形成裝置，用于針對所述空腔壁展開第一介質(zhì)的第一展開裝置，和用于 在所述空腔內(nèi)展開鄰近于第一介質(zhì)的第二介質(zhì)的第二展開裝置。所述試劑 盒還可以另外包括一定體積的第一介質(zhì)，和/或一定體積的第二介質(zhì)。在一 些實施方案中，第二介質(zhì)可以包括PMMA的聚合物和單體。所述試劑盒 還可以另外包括用于對椎體產(chǎn)生入口的入口工具。在一些試劑盒中，包
括用于進入所述骨內(nèi)部的鉆。在一些試劑盒中，所述空腔形成裝置可以是， 例如，可臌脹的氣囊或其它可擴展的裝置。所述試劑盒還可以包括移除工 具諸如用于切割松質(zhì)骨的可旋轉的環(huán)或切刀，用于在所述空腔之內(nèi)分配顆 粒的分配工具，和/或用于在顆粒之內(nèi)分配骨粘固劑的分配工具。
在一些實施方案中，試劑盒可以包括下列的一種或多種鋒利的切割 工具諸如一個或多個解剖刀，保持切口開放的夾具或擴展器，用于在椎骨
壁或椎弓根(pedicle)中產(chǎn)生入口的鉆，和用于在松質(zhì)骨中產(chǎn)生空腔的器具。
也可以包括的是空腔產(chǎn)生支撐器具諸如用氣囊產(chǎn)生空腔的情況下的充氣 器和需要移除松質(zhì)骨材料情況下的抽吸裝置。還可以包括用于注入骨粘固 劑的裝置，或所述空腔中的前體，和輔助器具，諸如夯具，注射器，以及 促進粘固劑的固化過程的裝置。 一些試劑盒也包括傷口閉合裝置，諸如縫 線，鎖環(huán)，或粘合劑。
附圖簡述
將本發(fā)明進一步圖解在下圖中。
圖1舉例說明顯示裂紋擴展增長率的試驗數(shù)據(jù)，"a/^7V，作為應力強度 因子AK的函數(shù)，用于純的PMMA骨粘固劑以及用于含有30重量％的無 機骨顆粒的PMMA骨粘固劑，這是由Y.K. Liu， J. B. Park, G. O. Njus， 禾口 D. Stienstra發(fā)王見的，"bone-particle-impregnated bone cement: An in vitro study(充滿骨-顆粒的骨粘固齊lj:體外研究"，Journal of Biomedical Materials Research(生物醫(yī)學材料研究雜志)，第21巻，247-261， 1987以優(yōu)化標準 環(huán)境試驗中的疲勞壽命。
圖2是舉例說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的在骨中適當位置的復合 材料之內(nèi)的兩個區(qū)域的橫截面。
圖3還舉例說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，第一區(qū)域具有更高的顆 粒體積分數(shù)并且第二區(qū)域具有更低的顆粒體積分數(shù)。在該說明中，復合 材料粘固劑材料基本上圍繞全部顆粒并且接觸天然骨。
圖4舉例說明稍微類似于圖3的區(qū)域；然而，根據(jù)本發(fā)明的一個實施 方案，該說明顯示存在一些僅被所述粘固劑部分接觸或根本不被所述粘固 劑接觸的顆粒。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其說明具有顆粒的局部 體積分數(shù)的梯度的復合材料。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示椎骨的椎弓根
壁(pedicular wall)凹口 ，所述凹口由作為外科手術程序的一部分的套管針 產(chǎn)生。
圖6B是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示，作為外科手 術程序的一部分的鉆頭經(jīng)過椎骨的椎弓根壁鉆入椎骨的松質(zhì)骨中的孔。
圖6C是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示，作為外科手 術程序的一部分，經(jīng)過椎骨的椎弓根壁鉆入椎骨的松質(zhì)骨中的孔。
圖6D是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示，作為外科手 術程序的一部分，經(jīng)過椎骨的椎弓根壁并且進入椎體的松質(zhì)骨基質(zhì)內(nèi)部的 入口通道放入的插管導引器。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示，在致密填充的 顆粒層定位在骨腔壁上以后的圖6D的潛在腔的。
圖8類似于圖7，但是進一步地顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所 述含有顆粒的粘固劑已經(jīng)被引入到由聯(lián)結潛在的空腔壁的致密填充的顆 粒層限定的區(qū)域內(nèi)部中。
圖9類似于圖8，但是進一步地顯示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案， 所述粘固劑可以在其最初引入的空間以外擴展并且可以在致密填充顆粒 層的顆粒之中延伸，所述顆粒層聯(lián)結潛在的空腔壁和之外。
圖10-19舉例說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的外科手術程序的步 驟，所述外科手術程序包括可展開的雙傘籃狀物裝置形式的可擴展的籠狀 物(cage)，用于將復合材料骨粘固劑遞送并沉積到骨腔中。具體而言，圖 IO是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示，在外科手術部位以外 的插管導引器47和雙傘籃狀物48的組件。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示，可以插入到外 科手術部位150中的插管導引器47和雙傘籃狀物48的組件。
圖12顯示側剖視圖(左側)和末端剖視圖(右側)，其顯示，根據(jù)本發(fā)明 的一個實施方案，在雙傘籃狀物48的每個支柱51之間的是連續(xù)的或半連 續(xù)的內(nèi)膜覆蓋物50，所述內(nèi)膜覆蓋物50可以圍繞或部分圍繞雙傘籃狀物48并且可以將顆粒172保持在未展開的雙傘籃狀物48之內(nèi)。內(nèi)膜覆蓋物 50可以以未展開的構造向內(nèi)折疊以產(chǎn)生含有顆粒的儲層(reservoirs)。將顆 粒172另外用生物相容的和可生物再吸收的外膜覆蓋物53包含，可以將 其穩(wěn)固地固定到支柱51。支柱51之間的外膜覆蓋物53可以用穿孔的撕開 狹縫52預制。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其說明，在插管導引器 47和雙傘籃狀物48的組件達到外科手術部位150之內(nèi)以后，插管導引器 47可以部分縮回，暴露未展開的雙傘籃狀物48。
圖14A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的裝置的立體圖，當棒54組件 的球形突出物55以適當方向旋轉時，所述裝置可以通過機械螺桿54展開 雙傘籃狀物48。旋轉棒54的球形突出物55可以遠端移動棒54，其將軸 向力施加到籃狀物組件上。所述軸向力可以引起所述籃狀物組件支柱51 向外彎曲；因而，產(chǎn)生端對端的雙傘籃狀物形狀。圖14B是裝置的橫截面 視圖，其顯示作為一件組件的基本上剛性的中心棒59和端蓋57，其構成 所述裝置的最內(nèi)部的核心和端蓋。
圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面示意圖，其中具有其 內(nèi)膜覆蓋物50(在本文也稱為膜狀覆蓋物)的雙傘籃狀物48完全擴展而在 外科手術部位150產(chǎn)生所需形狀，并且也將顆粒172擠壓并沉積到骨壁空 腔154的表面上。
圖16顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，當雙傘籃狀物48展開并且支 柱51向外彎曲時；當所述外膜覆蓋物53(在本文也稱為膜狀覆蓋物)破裂 時，包含在內(nèi)膜覆蓋物50之內(nèi)的顆粒172可以釋放。左手的圖是側剖視 圖，而右手的圖是通過左手的圖的線A-A的剖視圖。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示插管導引器47 和雙傘籃狀物48，其具有從外科手術部位150除去的任何殘留的外膜覆蓋 物53和沉積在骨壁空腔154的壁上的顆粒172。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示骨140中的外科 手術部位150，其用含有顆粒172的粘固劑前體177和顆粒174的混合物 填充。
圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面，其顯示已經(jīng)硬化而形成
含有顆粒172和顆粒174的粘固劑176的骨140中的粘固劑前體177;
圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面示意圖，其舉例說明在椎 體200的松質(zhì)骨206之內(nèi)的導引器工具208。
圖21A舉例說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的空腔形成工具220的示 意圖。
圖21B舉例說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的顆粒分配工具234的示 意圖。
圖22舉例說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的顯示在圖21A中空腔形 成工具220，其同軸推進經(jīng)過入口插管導引器208上的中央腔216。
圖23是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面示意圖，其說明已經(jīng)被轉 變成其放大的模式的空腔形成工具220的空腔形成元件228。
圖24是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面示意圖，其舉例說明在除 去空腔形成工具220以后的入口插管導引器208。
圖25是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面示意圖，其舉例說明顆粒 分配工具234正在同軸推進經(jīng)過入口插管導引器208的中央腔216。
圖26顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的在收回顆粒分配工具234以后 的入口插管導引器208。
圖27是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的橫截面示意圖，其舉例說明在除 去入口插管導引器208并引入植入物252以后的椎骨200。
圖28A-E示意性說明根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案利用具有一般矩形形 狀支柱的可擴展裝置在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的步驟。
圖29示意性說明根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案利用具有一般矩形形狀 的支柱的可擴展裝置在骨空腔之內(nèi)沉積顆粒。
圖30A-B示意性描述根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案利用具有一般矩形形 狀支柱的可擴展裝置在骨空腔內(nèi)擴展顆粒的方法。
圖31A-E示意性說明根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案利用具有一般"蝴蝶 結領結(bow-tie)"形狀的支柱的可擴展裝置在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的步驟。
圖32示意性說明根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案利用具有一般"反蝴蝶結 領結"形狀的支柱的可擴展裝置在骨空腔之內(nèi)沉積顆粒。
圖33A-B示意性描述根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案利用具有一般"反蝴蝶結領結"形狀支柱的可擴展裝置在骨空腔內(nèi)擴展顆粒的方法。
優(yōu)選實施方案詳述
在粘固劑中通過最佳的顆粒重量分數(shù)(在優(yōu)選實施方案中大于約25%，
并且小于約35%)說明的復合材料的組成方式可以被描述為裂紋滯止方式。
基于所述顆粒和所述聚合物的已知比例，可以預期，這樣的復合材料含有 圍繞顆粒的硬化丙烯酸粘固劑的基本上連續(xù)的相，其很少相互接觸。據(jù)信， 在基本上連續(xù)的聚合物相中產(chǎn)生的裂紋僅能夠傳送短距離，之后它們達到 顆粒的孔，其接著滯止裂紋擴展的增長。如果復合材料含有更高的顆粒體 積分數(shù)，則它可以在體內(nèi)顯示另外的行為方式。在這樣一種情況下，將再 次存在至少一些連續(xù)相互連接的硬化丙烯酸粘固劑的相，但是，同時，許 多顆粒將已經(jīng)與一個或多個臨近的顆粒直接接觸。如果所述顆粒是可生物 再吸收的，則顆粒的再吸收和新骨的向內(nèi)生長可以同時發(fā)生并且可以預期
最終使天然骨向內(nèi)生長到骨粘固劑中。其中骨已經(jīng)生長到聚合物相中約2 mm或以上的情況可以預期產(chǎn)生特別好的界面剪切強度。該情況可以稱為 "骨向內(nèi)生長"方式。
本發(fā)明提供改善的骨粘固劑復合材料，其主體提供通常用含有顆粒的 粘固劑可得到的疲勞壽命，并且還在骨-粘固劑界面顯示比通常利用純的骨 粘固劑獲得的更大的界面剪切強度。
認為本發(fā)明的骨粘固劑復合材料在其主體的大部分中以裂紋滯止方式 在接近與天然骨的界面以骨向內(nèi)生長方式中起作用。在骨-粘固劑界面處增 強的剪切強度可以使許多植入物用于延長未曾需要修正外科手術的患者 的壽命。
通常，根據(jù)本發(fā)明通過提供骨粘固劑復合材料而實現(xiàn)上述，在所述骨 粘固劑復合材料中，復合材料中的顆粒的局部體積分數(shù)是以受控方式在空 間上不均勻的。
本發(fā)明的一個實施方案是所述復合材料當它存在于在完成外科手術程 序以后的患者體內(nèi)時的構造，其中所述復合材料具有兩個區(qū)域。這在圖2 中舉例說明。圖2說明了骨140的部分，其具有外科手術部位150。外科 手術部位150可以具有潛在的空腔開口 152，并且所述潛在的空腔可以含有復合材料160。復合材料160可以包括第一區(qū)域162和第二區(qū)域164， 其在某些方面相互不同。在圖2中，區(qū)域162—般鄰接骨140，其限定潛 在的空腔開口 152的邊界。在一些實施方案中，區(qū)域164可以一般由區(qū)域 162所圍繞，并且一般地可以不與形成潛在空腔開口 152的邊界的骨140 接觸。在一些實施方案中，也可以存在局部的例外或反常。
本發(fā)明將在本文在上下文中主要描述將這里所描述的復合材料骨粘固 劑引入到椎體中。然而，預期的是，在本文公開的復合材料可以被引入到 遍及身體的各式各樣的骨中，并且任選連同空腔的預先或同時的形成。這 樣的骨可以包括，例如，骨盆，股骨，腓骨，脛骨，肱骨，尺骨，撓骨， 肋骨，或頭蓋的或面部的顱骨的多種組分結構。本領域普通技術人員將理 解該方法的各式各樣的應用，并且可以包括用于骨的退行性、滲透性、外 傷性和/或惡性腫瘤的缺陷的治療介入，其包括但不限于佩吉特病，骨質(zhì) 疏松癥，骨軟化癥，骨髓瘤，轉移性上皮惡性腫瘤，原發(fā)的或轉移性肉瘤， 成骨不全，軟骨骨瘤和/或骨的其它非轉移性致畸缺陷，包括血管瘤。
另外，在上下文中可以將本發(fā)明描述為將所述復合材料引入到椎體中 以復原椎體高度，或使椎體的進一步退化最小化。除了填充骨中的空腔 以外，本發(fā)明的復合材料還可以用于多種其它應用的任一種，其中骨或非 骨假體或裝置粘附到骨是合乎需要的。例如，本發(fā)明的復合材料可以用于 幫助多種裝置的任何一種固定到骨內(nèi)或外表面，諸如，例如，骨髓釘或棒、 螺釘、板的固定，及其它穩(wěn)定，固定或活動性保存硬件。具體應用可以包 括全肩部或全髖部置換的固定，諸如在髓管內(nèi)通過假體干的固定。所述 復合材料還可以用于重建的應用，例如，先天異常的重建，面部結構、骨 盆的和/或其它骨部位的外傷后重建，或具有上皮細胞的或骨惡性腫瘤的患 者中的切除后的重建，包括，但不限于，頭頸癌，在切除以后的骨盆肉瘤 或離散的骨轉移瘤或其它消融的方法，包括射頻(RF)和高強度聚焦超聲波 (HIFU)消融治療。
本發(fā)明的復合材料可以另外用于幫助將多種骨錨定物，懸浮懸?guī)?，?可植入的診斷或治療裝置的任一種固定到骨，如本領域技術人員在考慮到 這里的公開內(nèi)容而將是顯然的。另外，本發(fā)明的復合材料可以另外用于 穩(wěn)定或固定骨移植物，同種異體移植物，合成的骨移植物，或在骨之內(nèi)或
臨近骨的其它植入物。
在圖3中通過進一步顯示區(qū)域162和164還可以分別含有顆粒172和 174而更詳細地說明區(qū)域162和164。在圖3中，以及在本文的其它類似 的圖中，將顆粒172和174圖解為等直徑的球體。然而，應當理解，這僅 是便于說明的理想化，并且實際上，顆粒172， 174的任何一種可以在下 列性質(zhì)的任何一種或多種上有差異，諸如，例如，尺寸，形狀，大小分布， 形狀分布，或其它幾何特性。顆粒172和174可以或者是相互相同或者 在某些方面相互不同，如在本文中的其它地方所論述。
在描述粘固劑中的顆粒的存在中，術語(顆粒的)濃度在本文用作關于 所述粘固劑中的顆粒的體積分數(shù)或重量分數(shù)的一般術語。如果顆粒濃度報 道為重量分數(shù)，如本領域普通技術人員將理解，可以計算對應的顆粒體積 分數(shù)，條件是所述顆粒材料的質(zhì)量密度和所述粘固劑的質(zhì)量密度是己知 的。如果顆粒材料的質(zhì)量密度和粘固劑的質(zhì)量密度剛好相同，則所述顆粒 的重量分數(shù)和體積分數(shù)將在數(shù)字上是相同的。如本領域技術人員所知，如 果兩種質(zhì)量密度不相等，則數(shù)值計算可以從質(zhì)量分數(shù)轉變成體積分數(shù)，或 者反之亦然。
在一些實施方案中，至少一些復合材料160可以含有粘固劑176的連 續(xù)相，其可以在所述粘固劑之內(nèi)具有分散的固體顆粒H2和174。在區(qū)域 162和區(qū)域164兩者中，所述復合材料可以具有顆粒172和174的非零的 局部體積分數(shù)。顆粒172和174的非零局部體積分數(shù)可以是這樣的，以便 所述復合材料具有比無顆粒的或基本上無顆粒的粘固劑的疲勞壽命更長 的疲勞壽命。在所述復合材料之內(nèi)，區(qū)域162中的顆粒172的局部濃度可 以不同于區(qū)域164中的顆粒174的局部濃度。如圖2和3中所說明，鄰接 骨的區(qū)域162可以具有更大的顆粒172的非零局部體積分數(shù)，并且一般不 鄰接骨的區(qū)域164可以具有較小的顆粒174的非零局部體積分數(shù)。
在指定為164的區(qū)域中，遠離骨-復合材料界面的緊接附近，顆粒174 的濃度可以通過指定為a的重量分數(shù)所描述。例如，顆粒174的這種濃度 可以在大約至少約10重量％至大約不超過約50重量％的范圍內(nèi)。在另一 個實施方案中，區(qū)域164中的顆粒174的濃度可以在大約至少約20重量％ 至大約不超過約40重量％的范圍內(nèi)。在又一個實施方案中，區(qū)域164中的
顆粒174的濃度優(yōu)選為至少約25重量％但是不超過約35重量％。在另一 個實施方案中，區(qū)域164中的顆粒174的濃度優(yōu)選為大約30重量％?？梢?至少部分地，選擇顆粒174的濃度，以致提供所得復合材料的所需的疲勞 性能。雖然顆粒的大約30%重量濃度已經(jīng)在文獻中報道為用于報道的材料 組合的最佳濃度，但是，更一般地，產(chǎn)生最好的疲勞性能的顆粒濃度對于 特定的顆粒組成和性質(zhì)以及粘固劑組成和性質(zhì)的組合可以是獨特的。在復 合材料的區(qū)域164中，復合材料的性質(zhì)可以是這樣的，以便重量支承行為 可以被描述為以"裂紋滯止"方式。在該方式中， 一般而言，顆粒174的 大部分可以直接由粘固劑176所圍繞，而不與其它顆粒174直接接觸。在 圖2中，將區(qū)域164說明為含有顆粒174，其中顆粒174的至少大部分不 接觸任何其它的顆粒174。平均起來，這樣的顆粒174可以相互分開，僅 通過小數(shù)目的顆粒直徑或甚至僅通過一部分的顆粒直徑。該情況指的是， 平均起來，這樣的距離是最大的長度，對于所述長度，粘固劑176中的裂 紋很可能在遇到顆粒174以前增長，這將滯止裂紋擴展的增長。 一旦滯止 裂紋，則可能需要另外的周期性負載以引發(fā)新的裂紋或傳播存在的裂紋。 據(jù)信,顆粒諸如顆粒174的存在的主要機理可以改善該方式中的疲勞性能。 然而，其它機理也可以促進增強該方式中的疲勞壽命。
在圖2中，將更致密填充的區(qū)域162說明為含有顆粒172，其中顆粒 172的大部分直接接觸其它顆粒172。同時，顆粒172可以至少部分由粘 固劑176所圍繞。在骨-粘固劑界面緊鄰處，在區(qū)域162中，粘固劑復合 材料可以具有顆粒172的局部體積分數(shù)，將其用e所指定。可以注意，基 于幾何填充考慮并且假設球形的相等大小的顆粒，在任何情況下的最大可 能的顆粒體積分數(shù)不超過約70%，有一些變化，可能取決于顆粒的精確填 充安排，并且具有這樣的可能性，即如果存在多種尺寸的球狀顆?；蛉绻?存在非球狀顆粒形狀，則所述數(shù)量可以稍微高于約70%。如本文中別處 所論述，用顆粒和粘固劑的各自質(zhì)量密度的知識，可以由本領域技術人員 計算顆粒的局部體積分數(shù)和顆粒的局部質(zhì)量分數(shù)之間的關系。在骨-粘固劑 界面的緊鄰的區(qū)域162中，顆粒172的濃度可以在約50重量％至約80重 量％的范圍內(nèi)，或更優(yōu)選在約60重量％至約80重量％的范圍內(nèi)。在這樣 一個實施方案中，所述復合材料的區(qū)域162中的顆粒172的顯著分數(shù)，諸
如超過約50%，可以與附近的顆粒172具有直接接觸。換言之，直接與骨 接觸的顆粒172，可以被新的骨生物降解或替代。然后，所述骨還可以與 另一個顆粒172進行接觸，所述另一個顆粒172已經(jīng)與先前存在的顆粒172 接觸，之后所述顆粒被骨所替代。在此發(fā)生時，可以存在顆粒再吸收和骨 向內(nèi)生長的方法的重復。通過該方法，天然骨的連續(xù)連通網(wǎng)絡向內(nèi)生長到 所述復合材料中可以進行達到一些數(shù)目的顆粒直徑進入所述復合材料的 距離。為此，這樣的復合材料可以稱為以"骨向內(nèi)生長方式"。
通常，在本發(fā)明中，在骨-粘固劑界面的緊鄰處(區(qū)域162)，所述復合 材料可以具有比遠離骨-粘固劑界面的緊鄰處(區(qū)域164)的顆粒174的局部 體積分數(shù)更大的顆粒172的局部體積分數(shù)。區(qū)域162可以具有接觸其他 的顆粒的局部體積分數(shù)，其將它放在骨向內(nèi)生長方式中。據(jù)信，這有助于 提高骨-粘固劑結合的強度，諸如剪切中的界面強度。這是因為剪切強度是 由骨向內(nèi)生長提供的，并且可以預期向內(nèi)生長的量隨著所述顆粒的濃度或 體積分數(shù)以及顆粒相互接觸而形成相互接觸顆粒的程度而增加(這可以預 期為隨著所述顆粒的局部濃度或體積分數(shù)而增加)。具有相對較高的顆粒局 部濃度的復合材料區(qū)域可以預期含有顯著數(shù)目的直接接觸其它顆粒172的 顆粒172。直接接觸其它顆粒172的顆粒172的存在，可以預期產(chǎn)生相互 連接的顆粒，然后又可以預期有助于通過骨再吸收和向內(nèi)生長而產(chǎn)生骨向 內(nèi)生長。然而，再次，不希望受限于任何這些理論或解釋。
骨-復合材料界面的緊鄰處在本文中可以限定為指的是某處的距離在 大約O.l mm至大約2 mm的范圍內(nèi)，或不超過約2 mm。同樣，局部顆 粒濃度可以規(guī)定為空間中包含的顆粒的重量或體積(根據(jù)所論述的體積分 數(shù)或重量分數(shù))除以所述空間中包含的全部材料的總重量或體積，其中所述 空間在全部三個正交維數(shù)中至少是大約等軸的并且具有足以含有至少大 約3個顆?；蝾w粒的部分。對于本申請，在一些實施方案中，顆粒162 和172的典型的平均總尺寸或直徑可以是至少約50微米至不超過約500 微米，并且在另一個實施方案中，至少是約150微米至不超過約300微米。 在圖3中，將顆粒174圖解為被粘固劑完全包圍。然而，這不是必需的， 并且本發(fā)明的另一個實施方案可以包括不完全被粘固劑所包圍的顆粒 174。在圖4中，顆粒188僅部分地與粘固劑接觸。而且，可以存在不與
任何粘固劑接觸的顆粒諸如顆粒190。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，還可以的是，即使骨-復合材料界面的
大部分隨著接觸區(qū)域162的骨140而存在，如圖2中所說明，可以存在一 些分離的位置，其中這樣一種明顯不同的區(qū)域162不將區(qū)域164與松質(zhì)骨 140分開，并且，例如，以裂紋滯止方式操作的區(qū)域164可以接觸松質(zhì)骨 140。還顯示了骨皮質(zhì)170的外層。
例如圖2，3和4的描述在本文指的是在復合材料之內(nèi)含有可識別區(qū)域 諸如區(qū)域162和164的復合材料。備選地，作為本發(fā)明的又一個實施方案， 有可能的是，顆粒的局部體積分數(shù)可以顯示空間上的非一致性，但是如己 經(jīng)說明的，不總是具有準確限定的可識別區(qū)域162和164。例如，在所述 復合材料之內(nèi)從一個位置到另一個位置可以存在顆粒局部體積分數(shù)的梯 度。這在圖5中說明。在圖5中，最接近骨的顆粒194 一般接觸其它顆粒， 并且復合材料內(nèi)部的顆粒194 一般不直接接觸其它顆粒，但是這兩種情況 之間的變化比圖3和4中所說明的是更逐步的。在圖5中，顆粒194一般 表示與圖3和4中的顆粒172和174相同的顆粒，但是在圖5中，顆粒194 的局部體積分數(shù)在空間上以稍微連續(xù)變化方式變化，而不是以大約逐步的 方式變化。更進一步的可能性是，可以存在可識別的區(qū)域諸如區(qū)域162和 164，以便在單獨的區(qū)域內(nèi)，顆粒的濃度基本上是恒定的，但是在兩個區(qū) 域相互交會的地方的緊接附近，可以存在顆粒濃度的梯度。
在任何情況(梯度的或可識別的區(qū)域或其它情況)下，顆粒的局部體積 分數(shù)的分布可以是這樣的，以致在所述粘固劑之內(nèi)的顆粒局部體積分數(shù)在 骨界面的緊鄰處比它遠離所述骨界面更大。通常，局部顆粒濃度可以在空 間上是不均勻的，并且在所述復合材料的各處基本上是非零的。顆粒濃度 的這些空間變化可以是受控的變化，其在特定的位置實現(xiàn)所需的顆粒濃 度。如在本文中的其它地方所描述，出于與生物學考慮或斷裂力學有關的 原因，可以選擇所需的顆粒濃度。
在其它實施方案中，有可能的是， 一些零局部顆粒濃度的局部區(qū)域可 以存在，而同時，在含有顆粒的復合材料的那部分中，存在局部顆粒濃度 的空間上非均勻分布。例如，在全膝和髖關節(jié)置換中，這可以與空腔的填 充相關聯(lián)地發(fā)生在相比于長骨是較小的骨諸如椎骨中。
材料
所述顆?？梢允巧锵嗳莸暮?或可生物再吸收的。具體而言，在含有
可識別的區(qū)域諸如區(qū)域162和164的實施方案中，區(qū)域162(其鄰接天然骨 140)中的至少顆粒172可以是可生物再吸收的。更一般地，諸如在具有梯 度的實施方案中，至少在與天然骨的界面的緊鄰處的顆?？梢允巧镌傥?收的。在其中需要骨向內(nèi)生長的區(qū)域諸如區(qū)域162中，所述區(qū)域中的顆粒 172的生物可再吸收性可以容許那些顆粒被天然骨所替代，用于形成強的 界面結合。在所述復合材料的更內(nèi)部，諸如在區(qū)域164中，所述顆粒也可 以是可生物再吸收的，但是不需要是可生物再吸收的。
顆粒172和174的任何一種可以包括下列材料的一種或多種無機骨； 去礦物質(zhì)的骨；天然骨；骨形態(tài)發(fā)生蛋白質(zhì)；膠原；明膠；多糖類；聚己 內(nèi)酯(PCL);聚乙交酯(PGA);聚丙交酯(PLA);作為PLA和PGA的共聚 物的DLPLG;聚對二噁烷酮(PPDO);其它的脂肪族聚酯；聚磷酸酯；聚 磷腈；聚酐；聚羥基丁酸酯；聚芳基醚酮；聚氨酯；磷酸銨鎂；含鍶的羥 基磷灰石；e磷酸三鈣；其它形式的磷酸鈣。所述顆?？梢院羞m合于在 人體中使用的任何形式的碳。所述顆?？梢允枪莻鲗У?，骨誘導的或兩者。 如果所述顆粒至少是骨傳導的，則它們已經(jīng)被下列文獻所顯示Y.K.Liu， J. B. Park, G. O. Njus，禾卩D. Stienstra， "Bone-particle-impregnated bone cement: An in vitro study(骨-顆粒-充滿的骨粘固劑體外研究)"，Journal of Biomedical Materials Research(生物醫(yī)學材料研究雜志)，第21巻，247-261， 1987，那些相互接觸的顆粒將通過同時的破骨和成骨活動而促進骨的形成 和向內(nèi)生長到所述粘固劑中。如果所述顆粒是骨誘導的并且粘固劑諸如 PMMA的放熱移動將破壞骨誘導材料的一些或全部骨誘導性質(zhì)，則其骨傳 導性將仍然保持。
如本領域普通技術人員所理解，骨傳導顆粒類型的實例包括無機骨顆 粒，膠原，P磷酸三鈣及其它形式的磷酸鈣。骨誘導顆粒的實例包括成骨 蛋白質(zhì)-1，去礦物質(zhì)的骨基質(zhì)(DBM)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白質(zhì)-2。骨傳導和骨 誘導顆粒的實例包括天然骨，例如，同種異體的和自體的骨移植物以及膠 原礦物復合材料移植物，例如，與羥基磷灰石和磷酸三鈣組合的膠原。
顆粒172和174，或任何單獨區(qū)域中的顆粒，可以是超過一種顆粒的
混合物，并且可以具有大小、形狀及其它性質(zhì)的分布。所述顆?？梢跃哂?任何形狀。在一些實施方案中，所述顆粒還甚至具有拉長的或非-等軸的形 狀如纖維。纖維可以有利地用作復合材料中的增強劑。
區(qū)域162中的顆粒172和區(qū)域164中的顆粒174在全部其物理性質(zhì)諸 如組成和幾何和空間的性質(zhì)上可以基本上相互相同。備選地，兩個區(qū)域162 和164中的顆粒172和174在下列性質(zhì)的任何一種或多種或任何組合上可 以相互不同組成，生物相容性，再吸收性或再吸收速率，尺寸，形狀， 大小分布，形狀分布，或任何其它性質(zhì)。在任何單獨區(qū)域中，可以適當選 擇所述區(qū)域中的顆粒的組成，尺寸形狀，和任何其它性質(zhì)以產(chǎn)生具有機械 和材料或其它性質(zhì)的復合材料，所述性質(zhì)對于所述單獨區(qū)域是所需的。
如剛才所提到，在其中存在顆粒濃度梯度的情況下，在顆粒的任何物 理性質(zhì)中，從一個位置到另一個位置還可以存在差異。
顆粒大小或顆粒大小分布可以根據(jù)顆粒的組成和預期的臨床性能而廣 泛地改變。通常，具有例如尺寸為至少約150微米至不大于約300微米的 顆粒對于骨的骨誘導向內(nèi)生長到所述復合材料可以是最佳的(見J. J. Klawitter禾口 S. F. Hulbert 的"Application of Porous Ceramics for the Attachment of Load Bearing Internal Orthopedic Applications(多孑L陶瓷用于 固定承載內(nèi)部整形外科應用)"，J. Biomed.Mater.Res. Symp.(生物醫(yī)學材料 研究會議雜志)，2(1)， 161-229， 1972)，和；J. B. Park禾口 R. S. Lakes的 "Biomaterials: An Introduction-Second Edition(生物材料導論-第二版"， Plenum出版社，1992， 177-178頁)。
在本發(fā)明中，所述骨粘固劑可以是不可再吸收的或者可以僅具有非常 慢的吸收速率，諸如花費超過大約50年而在人或動物體的環(huán)境中再吸收。 所述骨粘固劑可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粘固劑。備選地，或另 外，所述骨粘固劑可以包括下列的任何一種或多種甲基丙烯酸羥乙酯 (HEMA);聚鏈烷酸酯(鹽)；聚醚氨酯；聚碳酸酯氨基甲酸乙酯；聚硅氧烷 氨基甲酸乙酯；和聚氟乙烯?？梢园ㄔ赑MMA/顆粒聚集體的組成中的 試劑可以包括凝血酶，血纖蛋白原，e-氨基己酸(Amicar)或在空腔周圍促 使局部凝固的其它試劑；用于在手術部位預防感染的顆粒或可溶性抗生
素；刺激新血管形成或另外促進植入材料的高濃度顆粒組分結合的生長因 子，包括但不限于內(nèi)皮生長因子諸如VEGF; G-CSF， GM-CSF，或血小 板生成素；在手術期間或之后增強植入材料的可視化的對比材料；在惡性 替換或骨破壞情況下，可以引入可溶的、凝膠或固相的化療劑，其包括但 不限于阿霉素和順鉑；也可以將單一的或多種成骨作用增強劑在引入粘固 劑和可生物再吸收的顆粒之前、期間或之后結合到化合物中。
方法
或者單獨地或者與其它植入物組合將本發(fā)明的復合材料引入到骨中可 以以本領域技術人員應當理解的多種方式的任一種實現(xiàn)。通常，在填充骨 中形成的空腔的實施例中，可以通過下列方式實現(xiàn)顆粒梯度引入與限定 空腔的骨的表面接觸的顆粒層，并且其后將骨粘固劑引入以夾合粘附所需 的骨粘固劑和骨表面之間的顆粒層。根據(jù)所需結果，空腔的壁可以完全用 顆粒層覆蓋，或者僅選擇的部分可以用顆粒覆蓋。
用于產(chǎn)生或改變空腔的方法，無論是重新的或先前存在的，包括但不 必要地限于經(jīng)皮或開放的氣吸，外科手術切除，射頻(RF)消融或高強度
聚焦超聲波(HIFU)消融，熱消融，機械移位，酶催化的或其它增溶方法， 或通過本領域技術人員已知的多種機械方法引入不可壓縮的流體。
在一些實施方案中，可以將所述顆粒以干粉形式引入到所述空腔中， 諸如通過在來自展開腔或噴霧頭的壓力下噴霧或擠出粉末。備選地，可以 推進所述干粉與空腔壁進行接觸，諸如通過在可擴展構件的表面上攜帶諸 如氣囊、海綿或其它可擴展的結構。
在其它實施方案中，可以將所述顆粒連同一種或多種載體一起引入。 例如，可以以另外可以包括粘度增強劑的懸浮液或漿諸如水性漿的形式引 入所述顆粒。還可以包括本領域已知的一些試劑以改變粘度或改變空腔和 方法的其它特征，包括凝血酶，血纖蛋白原或其它凝血劑；酶物質(zhì)諸如透 明質(zhì)酸酶或其它溶胞物質(zhì)；成骨作用增強劑；和抗微生物劑諸如抗生素。
在本發(fā)明的一個實施中，將顆粒在具有足夠的粘度和粘附特性的糊劑 或凝膠中攜帶，以致它將粘附在薄層到骨表面中?？梢岳枚喾N裝置的任 何一種將所述顆粒的糊劑或懸浮液分配在限定所述空腔的骨的表面，所述 裝置諸如涂布器，噴霧器，或氣囊或其它可擴展的結構而將所述顆粒分配 在骨的整個表面。
己經(jīng)采用和描述了進入椎體的多種外科手術方法。方法的選擇取決于 臨床判斷，解決的具體缺陷，和椎骨水平，因為一些水平更適合于前部方 法而不是后部方法。然而選擇可以包括側面的方法，經(jīng)椎弓根的方法；本 領域技術人員可以采用或設想一般描述為"后部"方法的多種直接或間接 的方法。
根據(jù)載體的屬性，可以容許與骨表面接觸的顆粒層硬化或部分硬化， 然后引入骨粘固劑的其余部分以形成原位形成的植入物的核心。
本發(fā)明的另一個方面包括將沉積所述顆粒以形成特別的復合材料的方
法。最初，如圖6A-6D中所說明，利用本領域技術人員己知的骨鉆或其它 工具和程序，外科手術部位150可以發(fā)生在骨140中。如本文中其它地方 所描述，沉積顆粒172的層的一個方法是經(jīng)過展開機械可擴展支架的插管 導引器47。然后，如圖7中所說明，顆粒172的層可以沉積在骨140中的 空腔154的至少一些內(nèi)壁上。在一些實施方案中，可以將顆粒172的層的 厚度從至少約0.1 mm改變至不超過約4 mm。也可以通過更簡單的方法沉 積顆粒172，所述方法諸如通過使用手持工具諸如刮勺，拭子，或其它涂 藥器。
備選地，可以利用壓縮空氣引入干粉形式的顆粒，諸如從注射器，擠 壓球，或其它來源。天然骨的內(nèi)表面，尤其是剛剛壓縮的或壓碎的天然松 質(zhì)骨的內(nèi)表面，可以是用血液，骨髓，和組織液濕潤的或甚至是濕的。水 分或濕度可以有助于在該敷用程序期間以及之后不久將顆粒172保持在適 當位置。作為又一個備選方案，顆粒172可以以糊劑形式沉積，可能通過 將所述顆粒與水，血液，其它身體體液，或具有適當?shù)奈锢硪恢滦缘钠渌?載體一起混合而進行。
在適當?shù)臅r間，可以通過如本文中其它地方論述的捏塑方法制備粘固 劑前體177，因此粘固劑前體177將通過一個時期諸如幾分鐘硬化以形成 粘固劑176。制備的粘固劑前體177可以是剛剛混合的聚合粘固劑前體， 其具有適于外科手術程序的已知硬化時間，如小于約5分鐘。例如，粘固 劑前體可以含有如本領域技術人員已知的適當?shù)挠不瘎┗虼龠M劑或不透
射線的添加劑。粘固劑前體177可以含有顆粒174，顆粒密度由a表示?？?以將該混合物引入到在顆粒172沉積期間產(chǎn)生的空腔154中，并且可以對 著顆粒172的層擠壓，其鄰接骨140中的空腔154的壁。
圖8示意性顯示，剛進行了該填充以后的外科手術部位的外觀。該粘 固劑前體177可以含有由a表示的顆粒濃度的顆粒，其等于或近似等于主 體內(nèi)部區(qū)域164中的粘固劑176中的顆粒174的所需終濃度。如本文中其 它地方所論述，粘固劑前體177中包含的顆粒174可以與預先引入的顆粒 172基本相同，或者，備選地，粘固劑前體177中包含的顆粒174可以在 一些特征上與顆粒172不同?？梢詫⒑蓄w粒174的粘固劑前體177用 足夠的壓力引入到空腔154中，以近似符合外科手術部位150的形狀或尺 寸?？梢酝ㄟ^骨粘固劑從骨皮質(zhì)的排出而限制注射壓力，如用熒光透視 法可以檢測。
在粘固劑前體177硬化之前期間，并且取決于含有顆粒174的粘固劑 前體177被引入空腔154的壓力，一些粘固劑前體177，PMMA和顆粒174 的混合物，可以移動到預先引入的顆粒172之間的間隙?？梢酝ㄟ^將壓力 施加到含有顆粒174的粘固劑前體177而引起或輔助該移動。另外，該 移動可以產(chǎn)生圖9中所示的情況，其中所述粘固劑前體177基本上圍繞與 粘固劑前體177混合的最初引入的顆粒172和顆粒174兩者。區(qū)域162 的顆粒172的所需體積分數(shù)可以部分地通過控制沉積在骨140中空腔154 的壁上的顆粒172的量而實現(xiàn)。隨著時間的推移，粘固劑前體177可以硬 化并且變成粘固劑176。這可以有助于產(chǎn)生骨-粘固劑界面區(qū)162的形成， 具有相對大的局部顆粒濃度e 。可以選擇區(qū)域162中的顆粒濃度P以致將 所述區(qū)域放入最佳骨向內(nèi)生長方式以實現(xiàn)最大的界面剪切強度，而骨粘固 劑的主體(區(qū)域164)將具有最長的疲勞壽命，因為它可以具有對于裂紋擴 展滯止所優(yōu)化的局部顆粒濃度a 。
圖9中還應當指出，骨-接觸區(qū)域162和主體內(nèi)部區(qū)域164之間的明顯 邊界的說明是部分地為了便于說明?？赡艿氖?，復合材料中的顆粒的局部 體積分數(shù)可以稍微逐漸從顆粒的局部體積分數(shù)(表征骨-接觸區(qū)域162)改變 到表征主體區(qū)域164的顆粒的局部體積分數(shù)。在本文其它地方論述了可以 用于實現(xiàn)差異顆粒密度的某些技術。
注射粘固劑前體177(含有顆粒174)或通常注射任何流體到骨中的內(nèi)部 空腔，其可以或可以不包括可展開的雙傘籃狀物，如本文中其它地方所描 述，可以利用外科手術程序領域的技術人員熟知的足夠壓力進行。這樣的 壓力可以在強度上受到限制，以避免引起任何涉及外科手術程序的骨的災 變(catastrophic)失效。如果需要，可以將這樣的壓力保持足夠長的時間， 以便粘固劑前體177保持在壓力下，直到它完成其至少大部分的轉化成粘 固劑176。在沉積全部所述物質(zhì)以后并且(如果必要)在容許適當量的時間 用于粘固劑前體177硬化而形成粘固劑176時，可以利用眾所周知的外科 手術技術閉合所述外科手術部位。
在一些實施方案中，作為所述程序的一部分，通過利用插管導引器47 和介質(zhì)展開裝置諸如可展開的機械可擴展的籃狀物裝置沉積顆粒172的層 是可能的。該程序的一個實施方案進一步說明在圖10-19中，有關裝置的 另一個實施方案進一步舉例說明在圖14A-B中。
如圖11中所示，所述裝置可以包括管狀的導引器47，經(jīng)過其可以展 開空腔形成工具諸如可擴展的籃狀物48。在一些實施方案中，所述導引器 具有約4-8mm之間的直徑，更優(yōu)選約5-6 mm之間的直徑。在一些實施方 案中，導引器的長度一般在約12 cm到約30 cm的范圍內(nèi)。在圖11中， 導引器47和雙傘籃狀物48組件可以利用本領域技術人員已知的外科手術 技術放置在骨140之內(nèi)。如圖13中所示，然后可以將導引器47部分縮回 并且可以將雙傘籃狀物48定位用于展幵。
如圖12中所示，可擴展的籃狀物48可以包括多個柔性支柱51，所述 支柱可以相互近似以相同縱向方向定向。在未展開的狀態(tài)下，支柱51 — 般具有軸向構造。支柱51可以能夠假定展開的狀態(tài)，其中所述支柱51是 向外彎曲的，或放射狀展開，因而在一些實施方案中產(chǎn)生末端到末端的雙 傘籃狀物形狀。在雙傘籃狀物48的每個支柱51之間的是將顆粒172保持 在未展開的雙傘籃狀物48之內(nèi)的連續(xù)內(nèi)膜覆蓋物50。將顆粒172另外用 生物相容的和可生物再吸收的外膜覆蓋物53包含，可以將其穩(wěn)固地固定 到支柱51。支柱51之間的外膜覆蓋物優(yōu)選是用一個或多個可切斷的區(qū)域 預制的，諸如穿孔的撕開狹縫52。
在圖16中，當雙傘籃狀物48展開時，包含在內(nèi)膜覆蓋物50之內(nèi)的顆
粒172可以在外膜覆蓋物53伸展并且撕開時釋放。在達到一定量變形時， 外膜53上的穿孔撕開狹縫52能夠破裂或撕開(術語破裂和撕開在本文可互 換地使用)，其在展開雙傘籃狀物48時發(fā)生。然后可以將雙傘籃狀物48 在第一方向上旋轉約20到30度，然后在第二方向上旋轉約20到30度， 并且預先沉積的顆粒172可以對著所述骨的壁表面擴展。在圖10， 11和 13中，為了便于說明，不顯示顆粒172。所述顆粒172可以是干燥或濕的， 并且伴有本領域己知的液體或載體物質(zhì)。圖10顯示外科手術部位以外的 導引器47和雙傘籃狀物48的組件。圖11顯示被插入到外科手術部位150 中的相同組件。在所述裝置達到外科手術部位150之內(nèi)以后，所述插管導 引器47可以部分縮回，暴露未展開的雙傘籃狀物48，如圖13中所示。
在一些實施方案中，雙傘籃狀物48可以由外科手術不銹鋼或任何形狀 的記憶金屬合金制成。這樣的材料的非限制性實例是316L不銹鋼，鈷-絡-鉬合金，或任何形狀的記憶合金諸如Nitinol 。外膜覆蓋物53可以由 相對薄的生物相容的和可生物再吸收的聚合物制成。這樣的材料的實例包 括聚己內(nèi)酯和DLPLG，如本文中其它地方所描述，和具有作為用于心導 管檢査和類似應用的膜的已知用途的多種材料的任何一種。
在圖14A中，可擴展的籃狀物48可以通過軸向壓縮利用任何種類的 機制展開，所述機制諸如機械帶螺紋的活塞管54，在棒54的球形突出物 55旋轉時。旋轉球形突出物55可以遠端移動棒54，這將軸向壓縮力施加 到籃狀物組件上。所述壓縮力可以引起所述籃狀物組件支柱51向外彎曲； 因而，產(chǎn)生端對端的雙傘籃狀物形狀。該程序利用不銹鋼應當是足夠的， 然后沒有進一步的展開動作可以是必要的。在其它實施方案中，可擴展的 籃狀物48可以由，例如，形狀-記憶金屬合金或鈷-鉻-鉬合金制成。在該 實施方案中，所述支柱51可以預形成所需尺寸。所需尺寸可以熱固成雙 傘籃狀物展開的尺寸和形狀。在機械或溫度依賴的激活時，雙傘籃狀物48 展開成所需的尺寸和形狀。雙傘籃狀物48可以向外彎曲以占據(jù)較大的體 積。圖15顯示展開的可擴展的籃狀物48而在外科手術部位150產(chǎn)生所需 形狀。在機械或溫度依賴的激活時，雙傘籃狀物48將構造改變成所需的 尺寸和形狀。雙傘籃狀物48可以向內(nèi)縮回以占據(jù)較小體積，足以縮回到 插管導引器47中。圖17顯示從外科手術部位150除去的未展開的雙傘籃
狀物48。
再次參考圖16， 一旦外膜53在雙傘籃狀物48展開時機械松解，則包 含在內(nèi)膜覆蓋物50中的顆粒172可以通過籃狀物組件的擴展向外擠壓并 且可以沉積到骨壁空腔154的表面上。在骨140中的骨壁154內(nèi)表面己經(jīng) 從內(nèi)膜覆蓋物50接收顆粒172的層以后，在外膜覆蓋物53撕開或分解以 后。然后可以將籃狀物組件裝置(作為剛性體)在第一方向上旋轉約20至 30度，并且然后在第二方向上向后旋轉20至30度，所述第二方向優(yōu)選與 第一方向相反。這些旋轉可以稍微均勻地消除顆粒172。
為了從外科手術部位150除去雙傘籃狀物48，將棒54組件的球形突 出物55在適當?shù)姆较蛏闲D而將不銹鋼雙傘籃狀物48返回至它最初的未 展開的尺寸和形狀。作為在一些實施方案中的備選方案，可以使用形狀記 憶金屬合金雙傘籃狀物，以致棒54的球形突出物55的旋轉可以軸向地將 籃狀物組件拉至折疊回到它的給予形狀記憶合金超彈性的最初形狀。這個 回復到最初尺寸和形狀可以允許全部組件收回。當籃狀物組件從外科手術 部位收回時，可以被部分除去的外膜覆蓋物53的殘余物，或者外膜覆蓋 物53或外膜53的部分可以留在外科手術部位150內(nèi)部并且可以隨著時間 的過去被身體再吸收。
如本領域技術人員所理解，粘固劑前體H7(含有顆粒174)可以以通常 的方式制備并且插入或注入到骨腔外科手術部位154。圖17顯示插管導引 器47和從外科手術部位150除去的任何殘留的外膜覆蓋物53。圖18顯示 用含有顆粒174和顆粒.172的粘固劑前體177的混合物填充的骨140中的 外科手術部位150。最終，圖19顯示己經(jīng)硬化而形成粘固劑176的骨140 中的粘固劑前體177，其含有顆粒174和顆粒172。
應當理解，在上述方法中，如果顆粒172沉積為具有斂集率的基本上 相互接觸的顆粒172的層，，并且如果在注射入含有它本身顆粒174的粘 固劑前體177以后，可以存在粘固劑前體177的一些流動進入預放置的顆 粒172之內(nèi)的間隙中。然而，包含在粘固劑前體177中的顆粒174，不能 移動到顆粒172之間的間隙中。這種一些顆粒的退縮可以在區(qū)域162和164
之間的界面的緊接附近導致顆粒濃度的少于完全急劇變化 (less-than-fiilly-sharp variation)。在區(qū)域162和164之間的界面附近，可以
存在其中顆粒濃度高于它在注射入的粘固劑混合物中的位置，然而所述濃 度可以不如預先放置的顆粒172的高。這可以呈現(xiàn)為顆粒濃度中的局部梯
度。顆粒涂層172可以延遲所述骨以外的復合材料粘固劑的滲漏。復合材
料粘固劑和顆粒的滲漏可以變成栓塞物， 一種椎體成形術和椎體后凸成形 術方法中的不需要的副作用。
最后，可以按照本領域技術人員已知的外科手術程序閉合所述外科手
術切口。圖19顯示修復的椎骨，在其它實施方案中其可以是另一種骨， 其中所述復合材料具有不均勻的顆粒局部濃度，即，緊接于骨的區(qū)域162 中的更高顆粒密度(-e)允許更多的骨向內(nèi)生長發(fā)生，和骨粘固劑主體164 中更低的顆粒密度(= )提供最大的疲勞耐受復合材料以支撐修復的骨。 再次，應當注意，圖19中的骨-接觸區(qū)域162和骨粘固劑主體區(qū)域164之 間的顯然區(qū)別部分地用于舉例說明性目的。實際上，可以存在局部轉換， 其中骨粘固劑中顆粒濃度可以經(jīng)過某一距離從骨接觸區(qū)域162中的濃度逐 漸改變至內(nèi)部主體區(qū)域164中的濃度。在圖19中，為了表明表示醫(yī)療處 理的完成的情況，將己經(jīng)標記在上述附圖中的作為粘固劑前體177的標記 為粘固劑176(已經(jīng)基本上完成了它的硬化過程)。
圖20至27說明了本發(fā)明的一種實施，其中空腔形成工具和顆粒分配 工具是分離裝置。參考圖20，舉例說明了椎體諸如腰椎骨體200的側面部 分剖視圖。如在其它地方已經(jīng)論述，將椎體用作舉例說明性的骨并且本發(fā) 明可以在身體內(nèi)各式各樣的骨的任何一種上實施。
椎體200的外部一般包括覆蓋骨皮質(zhì)薄壁的在上的端板202和在下的 端板204。包含在椎體200之內(nèi)的是松質(zhì)骨基質(zhì)網(wǎng)絡206。
如在脊骨的上下文中所應用的，本發(fā)明的方法可以使用開放外科手術 入口或更少侵入性入口如經(jīng)皮穿刺實現(xiàn)。如圖20中所說明，延長的入口 插管導引器208已經(jīng)經(jīng)皮引入到患者中并且經(jīng)過軟組織推進，以致遠端 214定位在松質(zhì)骨206之內(nèi)。入口插管導引器208包括延長的管狀體210， 具有近端212，遠端214和中央腔216。優(yōu)選地，如本領域技術人員所理 解，遠端214裝有諸如單倍，雙倍或三倍斜角的鋒利的尖端或套管針。入 口插管導引器208優(yōu)選包括醫(yī)學級材料諸如外科手術用鋼；雖然也可以利 用具有適合的物理特性的多種材料的任何一種。近端212可以裝有近側的
中心軸(hub)218，以促進操作并且也任選允許可釋放的用多種工具的嚙合，
所述工具適于經(jīng)過中央腔216延伸。
可以推進入口插管導引器208經(jīng)過患者背部上的軟組織并且進入椎體 200。如本領域技術人員所理解，用于引入入口插管導引器208的擴展軸 可以是經(jīng)椎弓根的，雖然可以使用其它途徑諸如側面、后側面、椎弓根外 (extrapedicular)和/或前部，根據(jù)治療的脊骨的水平和/或介入解剖特性。如 本領域所理解，根據(jù)入口插管導引器208的規(guī)格，可以將內(nèi)部阻塞器或通 針(未圖解)移動定位在中央腔216之內(nèi)。優(yōu)選地， 一旦管狀入口插管導引 器208已經(jīng)如圖20中所圖解地定位，則它將在所述方法的步驟的其余部 分提供通向椎體內(nèi)部的入口。
在入口插管導引器208的插入期間，可以利用多種可視化設備的任一 種監(jiān)控插管導引器208的位置，所述裝備諸如熒光透視法(S卩，實時X-射 線)，超聲波，CT掃描設備，MRI，或通常使用的其它監(jiān)控設備包括計算 機輔助的引導和測繪設備。
在本發(fā)明的一個實施中，入口插管導引器208的遠端214定位在椎體 200中，位于對著椎體200的后側的位置。備選地，遠端214可以定位在 遍及椎體200的多種位置的任何一種中，諸如對著前側。
參考圖21A，示意性圖解了根據(jù)本發(fā)明的空腔形成工具220?？涨恍?成工具220包括延長體222，其具有近端224、遠端226和在遠端226上 的空腔形成元件228。如本領域技術人員所理解，可以設置近端的輪轂230。
本文所描述的工具可以由醫(yī)療裝置領域中眾所周知的多種材料的任何 一種制造，并且具有將對于特定預定靶的骨優(yōu)化的尺寸。在本實施例中， 入口插管導引器208可以具有在大約7cm至約35 cm范圍內(nèi)的長度，和不 大于約12mm的外徑，并且，在某些實施方案中，不大于約7mm。如本 領域技術人員所理解，有關的儀器將與中央腔216的長度和直徑協(xié)同定尺 寸。
將空腔形成工具220形成尺寸以軸向擴展經(jīng)過入口插管導引器208上 的中央腔216，以進入松質(zhì)骨206?？涨恍纬稍?28可以是諸如在本文 中其它地方所描述那些的多種空腔形成元件的任何一種。例如，空腔形成 元件228可以包括單壁的可臌脹的氣囊、雙壁的可臌脹的氣囊、雙傘機械
可展開的籃狀物或其它機械擴展元件，可以將其每一個用于形成被骨壓緊 的空腔。備選地，所述空腔可以通過除去骨而形成。這可以利用多種切刀、 磨石或刷子的任何一種實現(xiàn)，其可以在椎體200之內(nèi)操作以形成空腔。通 過除去材料的空腔形成也可以通過引入多種化學的或生物化學的試劑諸 如酶類、酸，或減少或除去松質(zhì)骨的其它材料而實現(xiàn)或輔助其實現(xiàn)。
作為另一個備選方案，空腔形成元件228可以包括多種能量轉換器或 能源的任何一種，諸如射頻(RF)電極、微波或高強度聚焦超聲波(HIFU)轉 換器、熱源或低溫冷卻室，其可以用于破壞并促進松質(zhì)骨的選擇部分的除 去。在圖解的實施方案中，所述空腔形成元件228是可臌脹的氣囊，其通 過膨脹腔232與身體222的近端224聯(lián)系?？呻浀臍饽铱梢哉郫B并且裝 有光滑涂層或其它特征以促進經(jīng)過入口插管導引器208中的中央腔216的 軸向推進，而可臌脹的氣囊是在排氣的狀態(tài)中。
空腔形成元件的擴展優(yōu)選實現(xiàn)到足夠的程度，以便在除去空腔形成工 具220以后將保持所需尺寸的空腔。在圖解的實施方案中，可臌脹的氣囊 的膨脹體積一般是至少約0.2",但是可以是更大的諸如至少約1， 2， 4， 6或8cc或以上，取決于骨性質(zhì)和密度。另外，膨脹氣囊的尺寸以及氣囊 的形狀將受到其中實現(xiàn)所述治療的骨的屬性的影響。為了椎體中的處理， 經(jīng)?？梢允褂们蛐螝饽一驁A柱形氣囊。然而，對于在最接近的股骨中的治 療，例如，延長的圓柱的或截頭圓錐體形狀的氣囊或不規(guī)則幾何形狀的氣 囊可以用于容納不規(guī)則形狀的髓管。
也可以使用多種備選的空腔形成裝置的任何一種，諸如授予Osorio等 的美國專利號6,726,691，標題為"Methods for Treating Fractured and/or Diseased Bone (治療骨折和/或患病的骨的方法)"中公開的那些，將其通 過參考結合于此。
圖21B示意性說明顆粒分配工具234。通常，顆粒分配工具234包括 延長的管狀體236，其具有近端238和遠端240。遠端240裝有分配頭242， 其可以是如本文中其它地方已經(jīng)公開的用于分配顆粒的多種結構的任何 一種。例如，分配頭242可以是具有多個穿孔的可臌脹的氣囊。備選地， 分配頭242可以包括具有截留在壁之間的顆粒的雙壁氣囊，其中外壁氣囊 在原位是可破裂的。備選地，分配頭242可以包括多個沿著管狀體236的
側壁的多個縫隙，用于在所述骨之內(nèi)釋放顆粒材料。
顆粒分配工具234可優(yōu)選的另外設置有用于連接到顆粒材料源的近側
輪轂輪轂244。，如在本文中其它地方所論述，依靠待分配的顆粒的組成性 質(zhì)(例如，干粉，凝膠，漿，糊劑等)，分配頭242和近側輪轂244的屬性 可以廣泛地改變。
參考圖22，已經(jīng)將空腔形成工具220經(jīng)過入口插管導引器208上的中 央腔216同軸推進而在松質(zhì)骨206之內(nèi)在排氣的或減'少狀態(tài)構造中的同時 定位空腔形成元件228。
參考圖23，空腔形成元件228已經(jīng)轉換到它的放大的外形，以壓縮松 質(zhì)骨206并且產(chǎn)生空腔246。在圖24中，已經(jīng)除去了空腔形成工具220， 同時入口插管導引器208保持在適當位置以提供通向空腔246的入口 ，用 于所述方法中后續(xù)的步驟。
參考圖25，已經(jīng)將顆粒分配工具234經(jīng)過入口插管導引器208的中央 腔216同軸推進而在空腔246內(nèi)定位分配頭242。如圖25中所圖解，顆粒 正在從分配頭242分配而在所述空腔246的壁248上提供襯里或涂層250， 如在本文中所論述。所述顆?？梢愿煞郏z，糊劑的形式，或其它可流 動的形式，如也己經(jīng)在本文中所論述。
參考圖26，顆粒分配工具234已經(jīng)從入口插管導引器208收回。其后， 可硬化的介質(zhì)諸如PMMA或在本文中其它地方所論述的其他介質(zhì)的來源， 其具有在那里共混以形成填料材料的顆粒，連接到近側輪轂218并且將可 硬化的培養(yǎng)基經(jīng)過中央腔216推進以至少部分填充并且優(yōu)選完全填充在引 入顆粒以后保留的空腔246，以形成復合材料植入物252。參考圖27，其 后可以除去入口插管導引器208。在引入填充劑之后立即可以實現(xiàn)入口插 管導引器208的除去，或在一段時間以后實現(xiàn)入口插管導引器208的除去， 其中所述可硬化的填充劑介質(zhì)開始至少部分硬化以便使不可硬化的或可 硬化的介質(zhì)經(jīng)過入口道的逸出風險最小化。如本領域技術人員所知，其后 可以根據(jù)已知的技術關閉入口道或簡單地進行愈合，取決于直徑和所需的 臨床結果。
圖28至30圖解了本發(fā)明的一個實施，其中空腔形成工具、顆粒分配 工具和顆粒擴展工具是三個單獨的裝置并且它們的使用方法包括多個步驟。
空腔形成工具，其優(yōu)選具有大約1.5 cm至3.0 cm之間的可插入的長度， 可以包括多個柔性的支柱51，其優(yōu)選具有鋒利邊緣。在空腔形成工具的該 實施方案中，如圖28A至28E中所示，所述空腔形成工具是雙傘籃狀物 48的變體。雙傘籃狀物48空腔形成實施方案可以由外科手術不銹鋼或任 何形狀記憶金屬合金制成。這樣的材料的實例是316L不銹鋼，鈷-鉻-鉬合金，或任何形狀-記憶合金諸如Nitinol 。
在這個多步方法的實施例中，雙傘籃狀物48空腔形成工具在椎體的松 質(zhì)骨內(nèi)部之內(nèi)通過軸向力起作用。
在一些實施方案中，所述工具優(yōu)選包括具有整體遠端端蓋57的中心棒 59、雙傘籃狀物48和球形突出物55，所述端蓋57與外套筒54同軸。外 套筒54的遠端優(yōu)選鄰接雙傘籃狀物48組件。套筒54的近端優(yōu)選鄰接球 形突出物55組件。雙傘籃狀物48的遠端可以鄰接中心棒59和末端端蓋 57。如圖14B所示，雙傘籃狀物48空腔形成工具可以鍵入到中心棒59以 防止自轉，因此當球形突出物55旋轉時，來自所述裝置的近端的旋轉可 被應用。旋轉球形突出物55可以對著雙傘籃狀物48向遠端移動外套筒 54。當雙傘籃狀物48對著中心棒59末端端蓋57向遠端移動時，它可以 在可擴展的籃狀物48組件上產(chǎn)生軸向力。備選地，所述裝置可以通過棘 輪或本領域已知的其它機構實現(xiàn)。
軸向力可以引起空腔形成支柱51的籃狀物組件對著松質(zhì)骨基質(zhì)向外 彎曲；因而，如圖28D所示，當充分展開時產(chǎn)生末端對末端的雙傘籃狀物 形狀。
如圖28B所示將雙傘籃狀物48空腔形成工具部分展開并且可以旋轉 切割松質(zhì)骨基質(zhì)并且在松質(zhì)骨中產(chǎn)生空腔。如圖28C和28D所示，隨后 的另外的軸向力產(chǎn)生雙傘籃狀物48空腔形成工具的進一步展開。雙傘籃 狀物48空腔形成工具可以再次旋轉切割更多的松質(zhì)骨并且進一步增加松 質(zhì)骨中空腔的尺寸。增加雙傘籃狀物48空腔形成工具的尺寸的方法可以 根據(jù)需要重復多次，以產(chǎn)生所需的空腔形狀并且可以稱為"空腔校準系 統(tǒng)"。
如圖28E所示， 一旦在本發(fā)明的該實施例應用中的松質(zhì)骨中形成所需
的空腔形狀，則雙傘籃狀物48空腔形成工具可以是未展開的并且通過去 除軸向力而恢復到它的最初管狀形狀。如果需要(根據(jù)籃狀物材料)，可以
將雙傘籃狀物48的近端和遠端錨定或固定到它們各自的用于未展開的支 座上。如本文中上文所述，然后可以將雙傘籃狀物48空腔形成工具從所 述松質(zhì)骨經(jīng)過插管導引器47收回。
在多步方法的該實施例中，顯示在圖29中的第二顆粒分配裝置500 可以用于遞送顆粒172。顆粒分配裝置的遠端可以含有孔501以容許動力 輔助的或手工注射顆粒172。顆粒172的遞送介質(zhì)可以是以凝膠、糊劑、 漿、鹽水、空氣的載體形式，或本領域技術人員已知的其它方法。也可以 包括其它試劑以改變顆粒172載體的粘度或改變空腔和方法的其它特征， 所述其它試劑包括凝血酶、血纖蛋白原或其它凝血酶原試劑、酶物質(zhì)諸如 透明質(zhì)酸酶或其它溶胞物質(zhì)、成骨作用增強劑、備選地或同時可以包括抗 生素。
在多步方法的該實施例中，第三顆粒-載體-涂鋪裝置600可以用于涂 鋪顆粒172，所述顆粒172通過顆粒分配裝置500分配。這樣的顆粒-載體 涂鋪可以用聚合物覆蓋的雙傘籃狀物48、氣囊、機械擦拭器或這類施用的 領域中的技術人員可以得到的其它裝置實現(xiàn)。所述顆粒-涂鋪裝置600可以 展開并根據(jù)需要旋轉多個角度，諸如，例如，至少約10、 20、 30、 40、 50、 60度或以上，以分配顆粒172或填充顆粒的載體。
如圖31-33連同圖28-30中所表示和描述， 一般地圖解在空腔之內(nèi)產(chǎn) 生骨腔并分散顆粒的步驟。然而，圖31A-E和圖33A-B中顯示的籃狀物 48 —般具有"反蝴蝶結"形狀的支柱602，而不是圖28A-E和圖30A-B 中所圖解的一般長方形的支柱601。如圖31A-E和33A-E中所圖解，"反 蝴蝶結"支柱602在寬度上從支柱602的第一末端減小至支柱602的中部， 然后在寬度上從支柱602的中部增加到支柱602的第二末端。該支柱602 構造可以有利地在支柱中部提供增加的強度和穩(wěn)定性。本領域普通技術人 員將理解，各式各樣的其它支柱構造，例如，在沿著支柱的長度的任何地 方具有倒鉤的支柱、具有波動寬度的支柱等等。
使用方法
技術領域：
本發(fā)明的具有非均勻的顆粒濃度的骨粘固劑復合材料可用于假體的植 入，用于椎骨骨折的修復(由于骨質(zhì)疏松癥或損傷引起的壓縮骨折)或用于 椎體成形術或駝背(脊柱后凸)的矯正的外科手術稱為椎體后凸成形術。在 腫瘤學或癌癥情況下，本發(fā)明的骨粘固劑可用于治療多種疾病和病癥，例 如，骨的多發(fā)性骨髓瘤和原發(fā)性或轉移性腫瘤，包括肉瘤，肺癌、結腸癌、 前列腺癌、乳腺癌和甲狀腺癌，尤其是(例如由肺癌、乳腺癌和淋巴結癌產(chǎn) 生的骨轉移性病灶)良性病灶包括，例如，巨細胞瘤和血管瘤，也能利用 由骨粘固劑復合材料提供的梯度系統(tǒng)治療，所述骨粘固劑復合材料具有本 發(fā)明的差示填充的顆粒密度。然而，應當理解，根據(jù)本發(fā)明如此描述的骨 粘固劑不限于它對于小的骨例如椎骨的應用。本發(fā)明的復合材料骨粘固劑 也適用于各種骨病癥的治療，所述病癥或者在主要肌骨胳關節(jié)中或者在長 骨的骨干中。而且，本領域普通技術人員將理解，也可以使用本文中的復 合材料和方法，或適合于，例如，增強骨對于植入物的結合；增強骨對于 骨的結合；使原位形成的植入物的表面變粗糙；增強植入物的骨向內(nèi)生長； 或促進松質(zhì)骨整合。產(chǎn)生空腔和用公開的復合材料填充所述空腔的方法還 可以發(fā)生在體外或先體外后體內(nèi)。
對于選擇的情況，從標準的ASTM疲勞試驗，本發(fā)明人已經(jīng)確定，在 商業(yè)的PMMA的捏塑時期期間充分混合的約30%重量分數(shù)的無機骨顆粒 對于標準化的疲勞試樣產(chǎn)生最佳的裂紋開始耐受性和疲勞壽命，見Y.K. Liu, J. B. Park, G. 0. Njus，禾卩D. Stienstra， "Bone-particle-impregnated bone cement:A z'" W的study (骨-顆粒-填充的骨粘固劑體外研究)"Journal of Biomedical Materials Research(生物醫(yī)學材料研究雜志)，第21巻，247-261， 1987;和在H. C. Park, Y.K. Liu禾卩R. S. Lakes, "The material properties of bone-particle impregnated PMMA(骨顆粒填充的PMMA的材料性質(zhì))"， Journal of Biomechanical Engineering(生物力學工程)，第108巻，141-148， 1986。
將這樣的復合材料引入到全關節(jié)置換應用中，由K. R. Dai, Y. K. Liu, J. B. Park, C. R. Clark， K. Nishiyama, Z.K.Zheng進行的體內(nèi)重量支承的犬實 驗，"Bone-particle-impregnated bone cement:An in vivo weight-bearing study(骨-顆粒-填充的骨粘固劑體內(nèi)重量支承研究)"，Journal ofBiomedical Materials Research(生物醫(yī)學材料研究雜志)，第25巻，141-156， 1991顯示存在足夠的骨向內(nèi)生長進入所述粘固劑而將界面剪切強度增加 了3.6倍。然而，因為復合材料粘固劑體積降低，所以和有生命的骨接觸 的顆粒數(shù)量降低。為了增加界面剪切強度，必須增加所述表面附近的顆粒 的體積分數(shù)。例如， 一些實驗已經(jīng)顯示，骨向內(nèi)生長不必穿透大于約2mm 以獲得它的最大剪切強度。因此，對于小體積應用，例如，椎體成形術或 椎體后凸成形術，可以計算或估計顆粒的體積以占據(jù)2 mm厚的表面球狀 體的適合的體積分數(shù)。
需要占據(jù)2 mm厚表面球狀體的顆粒的適當體積是使用的顆粒和材料 的體積以及所述顆粒和所述材料之間相互作用的函數(shù)。
本發(fā)明的復合材料和方法可以有利地改善骨對于植入物的結合，例如， 骨對于關節(jié)置換、棒、螺桿、其它固定裝置等的結合。骨對于植入物粘固 的假體具有兩個易損壞的界面l)粘固劑對于假體，和2)粘固劑對于骨。 可以解決第一易損性，例如，通過用丙烯酸粘固劑在工業(yè)實驗室條件之下 預涂層所述假體的主干，將使所述界面盡可能的堅固(見J. B. Park和R. S. Lakes "Biomaterials:An Introduction-Second Edition (生物材料弓1言-第二 版)"，Plenum出版社，1992， 324-328頁)。當丙烯酸粘固劑捏塑體在壓力 下并且通過金屬絲伺除去任何氣泡的情況下被引入骨髓內(nèi)管道時，然后將 預涂層的主干經(jīng)過舊的粘固劑與新的粘固劑的聚合而固定。第二易損壞的 界面是通過本發(fā)明解決的，目卩，有生命的骨生長到復合材料粘固劑主體中， 因為顆粒復合材料在椎骨壁面上的存在引起骨傳導或骨誘導或兩者，如上 所述。
雖然粘固的植入物是全關節(jié)置換術的金標準，但是所述植入物平均維 持十年，之后在上述易損壞的界面的任何一處松開。在松開之前，粘固的 假體的成功率對于臀部是顯著的并且對于膝是非常好的。首先，因為所述 粘固劑用作漿，所以它是外科手術容許的。如果修正外科手術是必要的， 則假體的除去將需要切除實質(zhì)的骨質(zhì)量；因而，使修正外科手術更困難。 如果患者未達到老齡，則應當使用非粘固的假體。然而，在該粘固劑少的 實施方案中，所述主干是與和所述主干相同材料的珠熔接的，以產(chǎn)生用于 骨向內(nèi)生長的相互連接的最佳尺寸孔隙。然而，所述方法的成功需要，外
科醫(yī)生經(jīng)由干擾配合在假體放置是精密的。如果所述配合太緊，則它將產(chǎn)
生骨壞死或疏松骨的破裂；如果不足夠緊，則它將在外科手術之后不久松
開。而且，相比于粘固的植入物時，直到手術后很久不容許重量負荷。 如果對于粘固劑較少的假體需要修正外科手術，那么除去所述假體將取走 僅較小部分的松質(zhì)骨，因而容許較容易的修正外科手術，如本領域技術人 員所知。
進一步的說明
本發(fā)明的實施方案包括特別的復合材料骨粘固劑，其內(nèi)部主體體積潛 在地具有在體內(nèi)周期性負載條件之下優(yōu)秀的疲勞性能。復合材料主體中的
顆粒的存在潛在地具有比純的PMMA骨粘固劑長約一個數(shù)量級的疲勞壽 命。疲勞壽命由樣品在它損壞以前經(jīng)歷的負荷或置換循環(huán)數(shù)所決定。在一 些實施方案中，疲勞壽命可以至少約20年、30年、40年、50年或以上。
同時，本發(fā)明的復合材料可以在骨-粘固劑界面提供很好的骨向內(nèi)生 長，因此提供更改善的界面剪切強度和剛性。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參考其實施方案進行了特別顯示并且描述，但是本領 域技術人員應當理解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以在其中的形式 上和細節(jié)上進行多種改變。對于上面描述的全部實施方案，所述方法的步 驟不必順序進行。
權利要求
1.一種復合材料，所述復合材料包括(a)骨粘固劑；和(b)包含在所述骨粘固劑中的顆粒，其中所述復合材料具有至少兩種不同的非-零局部顆粒濃度的所述顆粒，控制所述局部顆粒濃度而在所需位置具有所需的值。
2. 權利要求1的復合材料，其中緊鄰骨的所述復合材料的顆粒濃度大 于遠離所述骨的顆粒濃度。
3. 權利要求1的復合材料，其中所述骨粘固劑基本上是不可生物再吸 收的。
4. 權利要求1的復合材料，其中所述顆粒基本上是可生物再吸收的。
5. 權利要求1的復合材料，其中所述復合材料包含在患者的骨空腔之內(nèi)。
6. 權利要求1的復合材料，其中所述復合材料顯示所述顆粒的局部濃 度梯度。
7. 權利要求1的復合材料，其中所述顆粒包含至少一種選自由下列組 成的組的物質(zhì)無機骨；去礦物質(zhì)的骨；天然骨；骨形態(tài)發(fā)生蛋白質(zhì)；膠 原；明膠；多糖類；聚己內(nèi)酯(PCL);聚乙交酯(PGA);聚丙交酯(PLA); 作為PLA和PGA的共聚物的DLPLG;聚對二噁烷酮(PPDO);其它的脂 肪族聚酯；聚磷酸酯；聚磷腈；聚酐；聚羥基丁酸酯；聚芳基醚酮；聚氨 酯；磷酸銨鎂；含鍶的羥基磷灰石；P磷酸三鈣；其它形式的磷酸鈣；和 碳。
8. 權利要求1的復合材料，其中所述骨粘固劑包括選自由下列組成的 組的物質(zhì)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA);甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA);聚鏈 烷酸酯(鹽)；聚醚氨酯；聚碳酸酯氨基甲酸乙酯；聚硅氧烷氨基甲酸乙酯； 和聚氟乙烯。
9. 一種復合材料，所述復合材料包括(a)包括骨粘固劑的第一區(qū)域，所述骨粘固劑含有第一非零濃度的第一 顆粒；和 (b)包括骨粘固劑的第二區(qū)域，所述骨粘固劑含有第二非零濃度的第二 顆粒，所述第二顆粒的所述第二濃度不同于所述第一顆粒的所述第一濃 度，控制所述區(qū)域以占據(jù)所需位置。
10. 權利要求9的復合材料，其中所述第一區(qū)域接觸骨并且所述第二 區(qū)域基本上不接觸所述骨，并且其中所述第一顆粒的所述第一濃度大于所 述第二顆粒的所述第二濃度。
11. 權利要求9的復合材料，其中所述第一顆粒和所述第二顆?；?上是相互相同的。
12. 權利要求9的復合材料，其中所述第一顆粒和所述第二顆粒在一 些方面中相互不同。
13. 權利要求9的復合材料，所述復合材料還包括另外的第一顆粒， 所述第一顆粒僅被所述骨粘固劑部分接觸。
14. 權利要求9的復合材料，所述復合材料還包括另外的第一顆粒， 所述第一顆粒不被所述骨粘固劑接觸。
15. 權利要求9的復合材料，所述復合材料在所述第一和第二區(qū)域之 間還包括含有梯度的區(qū)域。
16. —種復合材料，所述復合材料包括(a) 骨粘固劑；禾口(b) 包含在所述骨粘固劑中的顆粒，其中所述復合材料具有在骨的約2 mm范圍之內(nèi)的至少一些位置，顆 粒的局部重量分數(shù)大于約60%，并且遠離所述骨大于約2毫米的所述復合 材料的顆粒局部重量分數(shù)小于約40%。
17. —種復合材料，所述復合材料包括(a) 骨粘固劑；和(b) 包含在所述骨粘固劑中的顆粒，其中所述復合材料，至少骨的大約2mm之內(nèi)的一些位置，是在骨向 內(nèi)生長狀況中，并且遠離所述骨超過大約2 mm的所述復合材料是在滯止 裂紋狀況中。
18. —種復合材料，所述復合材料包括 (a)骨粘固劑；禾口 (b)包含在所述骨粘固劑中的顆粒，其中在含有超過三個所述顆粒的任何基本上等軸局部空間中，可以限 定局部的顆粒濃度，并且其中所述復合材料顯示所述局部顆粒濃度的梯 度。
19. 一種穩(wěn)定的骨，所述骨包括(a) 具有空腔的骨；(b) 所述空腔中的復合材料，所述復合材料包括骨粘固劑和包含在所述 骨粘固劑之內(nèi)的顆粒，所述顆粒在所述復合材料之內(nèi)的不同位置具有不同的顆粒濃度；其中緊鄰所述椎骨或其它骨的骨材料的所述顆粒濃度大于遠離所述 骨的所述骨材料的所述顆粒濃度。
20. 權利要求19的骨，其中所述骨是椎骨。
21. —種穩(wěn)定的骨，所述骨包括(a) 具有空腔的骨；(b) 所述空腔中的復合材料，所述復合材料包括骨粘固劑和包含在所述 骨粘固劑內(nèi)的顆粒，所述顆粒在所述復合材料之內(nèi)的不同位置具有不同的 顆粒濃度；其中控制所述顆粒濃度而在限定的位置具有所需值。
22. 權利要求21的骨，其中所述骨是椎骨。
23. —種用充滿顆粒的骨粘固劑復合材料填充空腔的方法，所述方法 包括.-(a) 在所述空腔的內(nèi)表面上沉積可生物再吸收的第一顆粒；和(b) 將包括第二顆粒的粘固劑前體沉積到所述空腔中的其余空間。
24. 權利要求23的方法，其中所述表面上的所述第一顆粒的第一濃度 大于所述粘固劑前體中的所述第二顆粒的第二濃度。
25. 權利要求23的方法，其中沉積所述第一顆粒包含至少一種選自由 下列組成的組的物質(zhì)無機骨；去礦物質(zhì)的骨；天然骨；骨形態(tài)發(fā)生蛋白 質(zhì)；膠原；明膠；多糖類；聚己內(nèi)酯(PCL);聚乙交酯(PGA);聚丙交酯(PLA); 作為PLA和PGA的共聚物的DLPLG;聚對二噁烷酮(PPDO);其它的脂 肪族聚酯；聚磷酸酯；聚磷腈；聚酐；聚羥基丁酸酯；聚芳基醚酮；聚氨 酯；磷酸銨鎂；含鍶的羥基磷灰石；P磷酸三鈣；其它形式的磷酸鈣；和碳。
26. 權利要求23的方法，其中所述粘固劑前體包括至少一種選自由下 列各項組成的組的物質(zhì)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA);甲基丙烯酸羥乙酯 (HEMA);聚鏈烷酸酯(鹽)；聚醚氨酯；聚碳酸酯氨基甲酸乙酯；聚硅氧垸 氨基甲酸乙酯；和聚氟乙烯。
27. 權利要求23的方法，其中沉積所述第一顆粒包括利用導引器和可 擴展的籃狀物沉積所述第一顆粒。
28. 權利要求27的方法，其中沉積所述第一顆粒是利用可擴展的籃狀 物實現(xiàn)的，所述可擴展的籃狀物包括在所述籃狀物上穿孔的膜狀覆蓋物。
29. 權利要求27的方法，其中利用所述可擴展的籃狀物沉積所述第一 顆粒包括破裂所述籃狀物上的穿孔外部覆蓋物。
30. 權利要求27的方法，其中利用所述籃狀物沉積所述第一顆粒包括 在所述覆蓋物在所述空腔內(nèi)部時破裂穿孔的膜狀覆蓋物。
31. 權利要求23的方法，所述方法還包括，在所述方法期間的任何階 段，引起所述空腔的變形，原因在于在所述空腔內(nèi)部展開或部分展開可擴 展的籃狀物的壓力。
32. 用于在骨空腔的壁上遞送和沉積顆粒的裝置，所述裝置包括雙傘 籃狀物，將所述雙傘籃狀物配置成用機械力或壓力擴展并且當擴大時釋放 所述顆粒。
33. 權利要求32的裝置，其中所述顆粒是生物相容的和可生物再吸收 的顆粒。
34. 權利要求32的裝置，其中在所述雙傘籃狀物上的所述穿孔的外部 膜狀覆蓋物能夠破裂，原因在于在所述雙傘籃狀物上施加的壓力或力。
35. 產(chǎn)生空腔的方法，所述方法包括 產(chǎn)生入口；將第一構造的裝置引入所述入口； 將所述裝置在所述入口內(nèi)擴展以產(chǎn)生所述空腔； 在所述空腔內(nèi)收縮或充分收縮所述裝置； 在所述空腔內(nèi)旋轉所述裝置； 在所述空腔內(nèi)再擴展所述裝置；并且充分收縮所述裝置以促進從所述空腔移除所述裝置。
36. 權利要求35的方法，其中旋轉所述裝置包括旋轉一個角度，所述角度小于所述裝置的相鄰支柱之間的間距角度的約至少約整數(shù)倍。
37. 權利要求35的方法，所述方法還包括，在所述空腔內(nèi)再擴展所述 裝置以后，將所述裝置進一步擴展到更大的程度。
38. 在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括具有多個支柱的可擴展的籃狀物；其中所述支柱具有設置用于切穿骨 的鋒利邊緣。
39. 用于在骨之內(nèi)產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括 具有多個支柱的可擴展的籃狀物；其中所述支柱具有橫向于所述支柱的長軸的可變尺寸。
40. 權利要求39的裝置，其中至少一些支柱在支柱的中央?yún)^(qū)域比在所 述支柱末端區(qū)域更寬。
41. 用于產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括具有多個支柱的可擴展的籃狀物，所述支柱具有第一近端和第二遠頓；連接到所述籃狀物的第一近端或與所述籃狀物的第一近端接觸的第 一基本上剛性的構件，和連接到所述籃狀物的第二遠端或與所述籃狀物的 第二遠端接觸的第二基本上剛性的構件；和包括螺桿的組件，所述組件適合于將軸向力相對于所述構件的另一個 施加在所述構件的一個上。
42. 權利要求41的裝置，其中所述螺桿組件包括設置為相對于帶螺紋的不可旋轉的元件旋轉的球形突出物。
43. 權利要求41的裝置，其中所述螺桿組件接收來自平移構件的旋轉。
44. 用于產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括具有多個支柱的可擴展的籃狀物，所述支柱具有近端和遠端；和 適合于將反作用力傳送到所述籃狀物的端蓋，其中所述端蓋具有基本 上鈍的末端。
45. 權利要求44的裝置，其中所述端蓋還包括對于所述籃狀物設置而 相對其支撐的肩部區(qū)域。
46. 用于在骨內(nèi)產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括 具有多個支柱的可擴展的籃狀物，所述支柱具有第一末端和第二末丄山順；適合于將力傳送到所述籃狀物的端蓋，其中所述端蓋具有大于所述籃 狀物的外徑的直徑。
47. 權利要求46的裝置，其中所述端蓋具有小于所述端蓋外徑一半的 直徑。
48. 用于產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括 具有多個支柱的可擴展的籃狀物；設置成當所述支柱向外移動時向外移動的柔性的膜狀覆蓋物； 其中，在未展開的構造中，所述膜狀覆蓋物向內(nèi)折疊以產(chǎn)生設置成含 有顆粒的空間。
49. 權利要求48的裝置，其中所述顆粒包含作為骨傳導或骨誘導至少 一種的材料。
50. 權利要求48的裝置，其中所述膜狀覆蓋物在所述裝置周圍是連續(xù)的。
51. 權利要求48的裝置，其中所述膜狀覆蓋物在所述裝置周圍是散布的。
52. 權利要求48的裝置，所述裝置還包括設置成或者破裂或者分解的 外部膜狀覆蓋物。
53. 權利要求48的裝置，所述裝置還包括包含孔或狹縫的外部膜狀覆 蓋物。
54. 權利要求48的裝置，其中所述多個支柱包括設置成含有顆粒的空間。
55. 用于產(chǎn)生空腔的裝置，所述裝置包括 當所述彈性體軸向擠壓時，在徑向上擴展的彈性體；禾口 用于軸向壓縮所述彈性體的工具。
56. 權利要求55的方法，其中所述第一顆粒是不透射線的并且所述第二顆粒不是不透射線的。
57. 用于治療椎骨壓縮骨折的試劑盒，所述試劑盒包括空腔形成裝置；用于針對所述空腔的壁展開第一介質(zhì)的第一展開裝置；和 用于在所述空腔內(nèi)第一介質(zhì)附近展開第二介質(zhì)的第二展開裝置。
58. 如權利要求57中所述的試劑盒，所述試劑盒另外包括一定體積的 所述第一介質(zhì)。
59. 如權利要求57中所述的試劑盒，所述試劑盒另外包括一定體積的 所述第二介質(zhì)。
60. 如權利要求59中所述的試劑盒，其中所述第二介質(zhì)包含PMMA。
61. 如權利要求57中所述的試劑盒，所述試劑盒另外包括用于對椎體 產(chǎn)生入口的入口工具。
62. 裝置用于產(chǎn)生空腔并且治療椎骨壓縮骨折的用途，所述裝置包括: 具有多個支柱的可擴展的籃狀物；設置成當所述支柱向外移動時向外移動的柔性膜狀覆蓋物； 其中，在未展開的構造中，所述膜狀覆蓋物是向內(nèi)折疊的以產(chǎn)生設置 成含有顆粒的空間。
全文摘要
本發(fā)明的一個實施方案包括特異的復合材料(160)，其中骨粘固劑在各處或基本上各處含有至少一些非-零體積分數(shù)的顆粒(172，174)，并且其中局部體積分數(shù)的顆粒(172，174)可以以受控方式從復合材料(160)中的位置(162)改變至位置(164)。所述改變可以通過可識別的區(qū)域(162，164)或可以是顆粒(172，174)的局部體積分數(shù)的梯度形式。在至少一些位置(164)，局部體積分數(shù)的顆粒(174)可以是這樣的，以便所述顆粒(174)作為裂紋滯止劑。接近于具有天然骨(162)的界面，顆粒(172)的局部體積分數(shù)可以是更大的。在至少一些聯(lián)結天然骨(140)的位置(162)中，顆粒(172)的局部體積分數(shù)可以是這樣的，以允許骨向內(nèi)生長到復合材料(160)的適當?shù)囊粋€或多個區(qū)域中，導致改善的界面剪切強度。也公開了用于產(chǎn)生和遞送復合材料(160)的方法和裝置，其可以包括導引器(208)和可展開的籃型裝置(48)的使用。
文檔編號A61K6/08GK101370465SQ200780002897
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月23日 優(yōu)先權日2006年1月23日
發(fā)明者Y·金·劉, 約翰·斯塔爾庫普, 讓·R·勞, 邁克爾·利斯特 申請人:奧賽恩治療公司