專利名稱：順應(yīng)性的動態(tài)式脊柱植入物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例大體地涉及機械式脊柱植入物，更特別地涉及減輕退行性脊柱疾病的癥狀、使不健康的脊柱恢復(fù)健康運動并促進脊柱組織康復(fù)的動態(tài)式脊柱植入物。
背景技術(shù)：
人體脊柱通過解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的數(shù)個部分的復(fù)雜相互作用來起作用。圖1和2(圖1 的截面A-A)示出脊柱4的一段，具有椎骨5。椎骨5包括椎體6、棘突8、橫突10、椎弓根12 和椎板14。包括多個椎骨5 (通常被細分為已知的頸椎、胸椎、腰椎、骶椎和尾椎區(qū)域的一部分)的功能性脊柱向頭部、頸部、軀干提供支撐，并將重量傳遞到下肢，保護脊髓30 (從其伸出外周神經(jīng)3 ，并在坐下或站立時將身體保持為直立姿態(tài)。仍如圖1和2中所示，脊柱節(jié)段4包括將相鄰椎骨5分開的椎間盤20。椎間盤20 提供相鄰椎骨5之間的運動、載荷支承和緩沖。椎間盤20是身體內(nèi)最大的無血管結(jié)構(gòu)，依靠擴散供其營養(yǎng)。椎間盤20在通常的運動過程中經(jīng)受的壓縮循環(huán)幫助營養(yǎng)物的擴散，這排出廢物并使流體循環(huán)。躺倒和倚靠減小椎間盤20上的載荷，從而允許營養(yǎng)物擴散到椎間盤 20中。仍如圖1和2中所示，脊柱節(jié)段包括脊柱小面關(guān)節(jié)16。脊柱小面關(guān)節(jié)16連接相鄰的椎骨6。脊柱小面關(guān)節(jié)16是與手指的關(guān)節(jié)非常像地起作用的滑液關(guān)節(jié)。脊柱小面關(guān)節(jié)16與椎間盤20 —起用于向脊柱節(jié)段4提供適當?shù)倪\動和穩(wěn)定性。這樣，每個脊柱節(jié)段 4包括三個關(guān)節(jié)位于脊柱節(jié)段4的前部的椎間盤20和位于脊柱節(jié)段4的后部的兩個脊柱小面關(guān)節(jié)16。為使脊柱節(jié)段4健康，椎間盤20和脊柱小面關(guān)節(jié)16的每一個都必須健康。為了保持健康，這些關(guān)節(jié)需要運動。椎間盤20和脊柱小面關(guān)節(jié)16 —起用于提供運動的質(zhì)量和量。運動的質(zhì)量由脊柱節(jié)段4的非線性能量儲存(力-偏斜/偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動)特性來呈現(xiàn)。運動的量是節(jié)段轉(zhuǎn)動和平移的范圍。由于患病的、受損的和/或退變的椎間盤20和/或脊柱小面關(guān)節(jié)16引起的背部疼痛在美國和世界上都是重大的健康問題。患病的和/或受損的椎間盤的一個非窮舉和非限制的示例在圖3中示出。盡管在脊柱節(jié)段18的頂部示出了健康的椎間盤20，但患病的和 /或受損的椎間盤也被示出。患病的和/或受損的椎間盤包括退化的椎間盤22、膨大的椎間盤M、突出的椎間盤25、變薄的椎間盤沈、顯示了骨刺形成的退化癥狀的椎間盤觀以及肥大的脊柱小關(guān)節(jié)面四。退化的脊柱節(jié)段18被認為是其生物化學(xué)和生物力學(xué)的不利變化的結(jié)果。這些不利的變化產(chǎn)生影響運動的質(zhì)量和/或量的退行性級聯(lián)作用，并且會最終導(dǎo)致疼痛。例如，隨著脊柱節(jié)段18的健康退化和/或改變，供脊髓30和外周神經(jīng)32(圖1和幻通過的空間會變得收縮并由此壓迫神經(jīng)，從而引起疼痛。例如，脊髓30或外周神經(jīng)32可能被如圖3所示的膨大的椎間盤M或突出的椎間盤25或肥大的脊柱小關(guān)節(jié)面四碰觸。作為另一個示例， 脊柱節(jié)段18中的例如由變薄的椎間盤沈引起的變化可能改變椎間盤起作用的方式，以致于椎間盤和脊柱小關(guān)節(jié)面可能無法提供減輕肌肉、韌帶和腱的緊張(strain)所需的穩(wěn)定性或運動。換句話說，需要肌肉系統(tǒng)來補償患病的脊柱節(jié)段18的結(jié)構(gòu)缺陷和/或不穩(wěn)定性， 從而導(dǎo)致肌肉疲勞、組織緊張和脊柱小關(guān)節(jié)面的肥大，進而引起背部疼痛。由這引起的疼痛常常使患者限制引起疼痛的運動；但是，該受限的運動雖然提供了暫時的緩解，但可能導(dǎo)致長期的損害，因為運動的缺乏會限制如上所述的、椎間盤排出廢物和獲得營養(yǎng)物的能力。當然，椎間盤的其它疾病和其它的背部相關(guān)問題和/或疾病使許多人痛苦。例如， 隨著椎間盤退化，脊柱小面關(guān)節(jié)經(jīng)受運動上和載荷上的變化。這導(dǎo)致脊柱小面關(guān)節(jié)開始退化。脊柱小面關(guān)節(jié)炎是另外的疼痛來源。此外，在圖4中示出脊柱的側(cè)凸或側(cè)向彎曲?；颊叩纳眢w40以輪廓圖示出。還示出了受側(cè)凸折磨的側(cè)凸脊柱42的側(cè)向彎曲。與健康的脊柱或功能性脊柱單元的健康的中心線或軸線46相比，示出了側(cè)凸的脊柱42的側(cè)凸的中心線44。諸如駝背、導(dǎo)致圓形上背部的脊柱胸椎區(qū)域的過大的向外-向后彎曲、脊柱前凸、脊柱的腰椎和頸椎區(qū)域的過大的向前彎曲之類的病癥和其它疾病也使一些患者痛苦。對于退行性椎間盤疾病的許多情況，脊椎的融合是外科手術(shù)治療的處理標準，如圖5所示。僅在美國，每年要進行約349，000例脊柱融合，估計花費202億美元。隨著人口老化，到2030年，在美國進行的下背部或腰椎的融合的數(shù)量預(yù)計增長到每年約5百萬，增加 2，200%。脊柱融合旨在限制脊椎的不穩(wěn)定的或引起患者疼痛和/或其它癥狀的運動。脊柱融合通常包括去除患病的椎間盤50，如圖5中的輪廓所示。被去除的椎間盤50用一個或多個融合器(融合籠)52替換，所述融合器由通常通過切除一個或多個脊柱小面關(guān)節(jié)57而獲得的自體移植骨充填或包圍。與被去除的椎間盤50鄰近的椎體51利用一個或多個后部支撐件58來穩(wěn)定，后部支撐件58利用椎弓根螺釘M固定地連接到椎體51，所述椎弓根螺釘例如通過采用螺栓式的頭部56使椎弓根螺釘M轉(zhuǎn)動而被旋擰到在椎體51的椎弓根12中鉆出的孔中。然而，融合在大約一半的治療中通常不能提供充分或足夠的長期緩解，導(dǎo)致低的患者滿意度。此外，顧名思義，融合會限制被治療的功能性脊柱單元的總體運動，從而使脊柱節(jié)段的與被融合的椎體51鄰近的部分具有增大的應(yīng)力和運動范圍。脊柱節(jié)段的融合已被指出是與該融合鄰近的節(jié)段產(chǎn)生退化的潛在原因。由于融合，鄰近的脊柱小面關(guān)節(jié)57和鄰近的椎間盤59常常必須承受比通常的情況更大的載荷，從而導(dǎo)致可能的過載，進而引起退化。這樣，手術(shù)融合常常提供短期的緩解，但是可能發(fā)生比不進行手術(shù)融合所具有的脊柱退化更長期的脊柱退化。這樣，對緩解與各種疾病有關(guān)的背部疼痛的挑戰(zhàn)是尋找這樣一種療法，其在理想情況下不用去除患病的椎間盤或使脊柱小面關(guān)節(jié)受損，并向患病的節(jié)段提供足夠的穩(wěn)定性以緩解疼痛和/或其它癥狀，同時仍能提供充分的運動自由度以允許椎間盤和脊柱小面關(guān)節(jié)恢復(fù)健康。另一個挑戰(zhàn)僅在于與功能性脊柱單元有關(guān)的運動的復(fù)雜的多維性質(zhì)。在圖6中示出了功能性脊柱單元繞其運動的不同的、正交的軸線。例如，椎骨5被示出為具有X軸線 60，沿向前方向的前向彎曲運動或屈曲61繞該軸線發(fā)生。屈曲61是例如在人向前彎曲時發(fā)生的運動。也示出了后向彎曲運動或伸展62。Y軸線63是側(cè)向伸展或彎曲64繞其向左和向右發(fā)生的軸線。Z軸線65是軸向轉(zhuǎn)動66繞其向左和向右發(fā)生的軸線。如上所述，脊柱融合限制或阻止屈曲61-伸展62，但是也限制或阻止側(cè)向伸展或彎曲64和軸向轉(zhuǎn)動66中的運動。這樣，融合的改進替換療法優(yōu)選地允許繞三條軸線60、63和65的每一個以改善的穩(wěn)定性進行運動。與脊柱的復(fù)雜運動有關(guān)的另一個困難是繞X軸線60、Y軸線63和Z軸線65中各條的運動的轉(zhuǎn)動中心對于各條軸線彼此不同。這在圖7中示出，其中，繞X軸線60的屈曲 61-伸展62運動的轉(zhuǎn)動中心位于屈曲-伸展轉(zhuǎn)動中心70。繞Y軸線63的側(cè)向伸展或彎曲 64運動的轉(zhuǎn)動中心位于側(cè)向伸展或彎曲轉(zhuǎn)動中心73。繞Z軸線65的軸向轉(zhuǎn)動66的轉(zhuǎn)動中心位于軸向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動中心75。對于更復(fù)雜的運動類型(例如，組合的屈曲、側(cè)向伸展/彎曲等)，轉(zhuǎn)動中心的二維表達就不夠了，而是可采用被稱為螺旋運動軸線的三維等同物、或瞬時螺旋軸線。迫使脊柱節(jié)段繞除自然的螺旋軸線之外的其它任意軸線轉(zhuǎn)動的脊柱療法對患病的脊柱節(jié)段和鄰近的脊柱節(jié)段處的組織結(jié)構(gòu)施加額外的應(yīng)力。使轉(zhuǎn)動中心的問題更復(fù)雜的是它們實際上在運動過程中改變位置，即，轉(zhuǎn)動中心的位置是瞬時的。這樣，脊柱問題的優(yōu)選療法應(yīng)考慮到運動范圍內(nèi)的不同的瞬時轉(zhuǎn)動中心。換句話說，脊柱問題的優(yōu)選療法應(yīng)允許患病的脊柱節(jié)段和鄰近的脊柱節(jié)段的運動接近自然的螺旋軸線在運動范圍內(nèi)的運動。之前已作出許多努力來解決至少一些與脊柱融合有關(guān)的問題，但是成功的程度不同。例如，Sengupta和Mulholland的美國專利No. 7，632，292( ‘292專利)公開了一種通過椎弓根螺釘附接到鄰近椎骨上的弓形的彈簧機構(gòu)。該裝置依靠彈簧的伸展和壓縮來提供圖6所示的繞X軸線60的屈曲61和伸展62。‘292專利中公開的裝置僅針對屈曲-伸展， 而未涉及側(cè)向伸展/彎曲和軸向轉(zhuǎn)動，它們?nèi)詫⒈徊贿m當?shù)刂?。此外，?92專利未考慮瞬時轉(zhuǎn)動中心；換句話說，對于除屈曲以外的運動，轉(zhuǎn)動中心將被錯置。此外，可預(yù)料到，該裝置要么過于剛硬而無法提供適當?shù)倪\動，要么伸展-壓縮循環(huán)會導(dǎo)致裝置的疲勞失效。另一個示例是Ritland的美國專利No. 6，966，910( ‘910專利)及其相關(guān)的同族申請。與‘292專利一樣，‘910專利依靠彈簧機構(gòu)的伸展-壓縮循環(huán)一具體地是機構(gòu)內(nèi)的反轉(zhuǎn)曲線一來提供圖6所示的繞X軸線60的屈曲61和伸展62。側(cè)向伸展/彎曲和軸向轉(zhuǎn)動未被提及。這樣，需要一種保護脊髓和外周神經(jīng)不受損害的脊柱植入物。此外，需要一種可減小患病的和/或受損的椎間盤上的應(yīng)力而不會使鄰近的椎間盤和椎骨過載(所述過載可能引發(fā)鄰近的椎間盤和椎骨中的逐漸加重的退化或疾病)的脊柱植入物。另一個需要是一種盡量減小或避免磨損的脊柱植入物。先前的具有相互抵著運動的部分的脊柱植入物可能導(dǎo)致磨損顆?；蛩槠患?，小塊的植入物一脫開，可能使植入物松動和/或降低植入物的穩(wěn)定性，和/或由于污染而可能使鄰近的骨頭或組織退化。此外，磨損顆?？赡芨淖兩锵嗳菪匝b置的化學(xué)結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)穩(wěn)定性，使得所得到的化學(xué)結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)穩(wěn)定性變成非生物相容的或使植入物加速退化。還需要這樣一種脊柱植入物，其可提供脊柱植入物的適當?shù)牧?偏斜特性(動力學(xué))-一如上面在圖6的討論中所述一優(yōu)選地接近正常的功能性脊柱單元的特性以緩解椎間盤上的載荷和緊張，保護脊柱小面關(guān)節(jié)，降低與患病的節(jié)段鄰近的脊柱節(jié)段受損的風(fēng)險，減少肌肉疲勞以及減輕和/或消除隨后的疼痛。還需要這樣一種脊柱植入物，其呈現(xiàn)出運動學(xué)特性一例如上面在圖7的討論中所述的運動范圍和轉(zhuǎn)動中心的限制一該運動學(xué)特性優(yōu)選地被保持為與功能性脊柱單元的特性接近，以維持椎間盤、脊柱小面關(guān)節(jié)、脊柱周圍的肌肉、韌帶和腱的有效運動范圍，并減少神經(jīng)元的緊張、例如脊髓和/或神經(jīng)系統(tǒng)的其它部分上的緊張的量。仍需要一種可緩解一部分載荷、否則該部分載荷將由患病的椎間盤承受的脊柱植入物。此外，一種順應(yīng)性的(compliant)脊柱植入物優(yōu)選地轉(zhuǎn)移(或擴展)與患病的椎間盤鄰近的椎骨之間的空間一包括前部的和/或后部的空間。此外，需要一種優(yōu)選地恢復(fù)與健康的功能性脊柱單元接近的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性的脊柱植入物。包括一個或多個所述的特征和優(yōu)點的脊柱植入物可提高治愈患病的脊柱節(jié)段和/ 或椎間盤和/或脊柱小面關(guān)節(jié)的機會。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開的本發(fā)明的各個特征和實施例是正在進行的大量實驗的主題，并且已顯示出對現(xiàn)有技術(shù)的重大改進。除其它改進之外，本發(fā)明的實施例尤其提供了具有較小的廓形且與現(xiàn)有技術(shù)的單軸線運動相比允許按三條軸線的運動的堅固和耐用的順應(yīng)性的脊柱植入物?？上嘈牛鰧嵤├餐睾?或單獨地展示了本領(lǐng)域中的令人意想不到的進步， 并且將使得醫(yī)生能夠提供可被選擇并在手術(shù)之前、手術(shù)之內(nèi)(即，手術(shù)期間)和手術(shù)之后被單獨調(diào)節(jié)的脊柱植入物，以恢復(fù)受損的或患病的脊柱節(jié)段的正?；蚪咏５墓δ堋ｍ槕?yīng)性的動態(tài)式脊柱植入物的實施例包括這樣的幾何結(jié)構(gòu)，該幾何結(jié)構(gòu)一旦被植入便被構(gòu)造為允許患病的和/或受損的椎間盤和鄰近的椎骨進行與健康的脊柱節(jié)段類似的具有瞬時或接近瞬時的轉(zhuǎn)動中心的屈曲-伸展和/或側(cè)向伸展/彎曲和/或軸向轉(zhuǎn)動。 這樣，植入物恢復(fù)到與患病的和/或受損的椎間盤和鄰近的椎骨的正常運動接近的程度， 這又會促進患病的和/或受損的椎間盤的治愈。脊柱植入物的其它實施例通過減小有害的、損傷性的和/或疼痛的運動的風(fēng)險來提供對脊柱、椎間盤、脊髓和外周神經(jīng)的保護，同時仍提供充分的運動范圍以促進治愈，且同時減小鄰近的椎間盤和椎骨受損和/或患病的風(fēng)險。脊柱植入物的實施例通過減小患病的和/或受損的脊柱節(jié)段上的應(yīng)力而不使包括鄰近的椎間盤、脊柱小面關(guān)節(jié)和椎骨在內(nèi)的鄰近脊柱節(jié)段過載(這會使得鄰近的脊柱節(jié)段產(chǎn)生逐漸加重的退化或疾病)來做到這些。 例如，脊柱植入物的實施例優(yōu)選地緩解一部分壓縮載荷(否則該部分壓縮載荷會由患病的椎間盤承受)，并且優(yōu)選地，分散(或增大)與患病的椎間盤鄰近的椎骨之間的空間，這可提高患病的椎間盤治愈的機會。
脊柱植入物的實施例優(yōu)選地提供與正常的功能性脊柱單元一例如患者的受損的和/或患病的脊柱節(jié)段附近的健康的椎間盤和/或脊柱小面關(guān)節(jié)一接近的力-偏斜特性，以減輕肌肉疲勞和隨后的疼痛。此外，脊柱植入物的實施例優(yōu)選地提供適當?shù)倪\動一例如轉(zhuǎn)動中心(瞬時的或非瞬時的)、對運動范圍的限制和運動的類型一這些運動被保持為與功能性脊柱單元的運動接近，以維持脊柱周圍的肌肉和腱的有效運動范圍并減小脊髓的緊張量。例如，順應(yīng)性的脊柱植入物的實施例優(yōu)選地恢復(fù)與健康的功能性脊柱單元接近的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性。本發(fā)明的實施例與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比呈現(xiàn)出減小的或受限的磨損。這種減小的磨損優(yōu)選地通過使植入物本身之內(nèi)只有很少的部分或沒有部分抵著脊柱植入物的其它部分或抵著椎骨和/或可能引起植入物磨損的其它骨骼組織運動或磨損而被提供。這樣，在與現(xiàn)有的裝置相比時，所述脊柱植入物的實施例產(chǎn)生很少的或不產(chǎn)生磨損顆粒。其它實施例包括具有被設(shè)計和構(gòu)造成提供一個或多個上述優(yōu)點的幾何結(jié)構(gòu)的脊柱植入物。所述脊柱植入物的實施例包括第一段上的第一附接部和第二段上的第二附接部。每個附接部被構(gòu)造為用于連接和附接至一裝置(雖然不是必需的，但通常為椎弓根螺釘或其它類似裝置)，用于暫時地或永久地將脊柱植入物固定至一個或多個椎骨。所述第一段和第二段由具有設(shè)計成提供一個或多個上述優(yōu)點的幾何形狀的第三部段連接。脊柱植入物優(yōu)選地依靠植入物被制造的幾何形狀和材料以提供轉(zhuǎn)矩來抵抗脊柱的屈曲-伸展，而不是現(xiàn)有技術(shù)裝置中那樣的壓縮-伸展。此外，脊柱植入物優(yōu)選地依靠植入物被制造的幾何形狀和材料來提供壓縮和伸展以抵抗脊柱的側(cè)向伸展/彎曲。脊柱植入物的實施例優(yōu)選地由生物相容的材料制成，包括但不限于生物相容的聚合物和塑料、生物可吸收材料、不銹鋼、鈦、鎳鈦諾(nitinol)、形狀記憶材料和/或合金及其它類似的材料。此外，脊柱植入物的實施例可采用這樣的材料來制造，該材料提供植入物的手術(shù)前、手術(shù)中和手術(shù)后調(diào)節(jié)，以及其響應(yīng)給定輸入如應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)矩的方式，對于手術(shù)后調(diào)節(jié)的情況，優(yōu)選地通過微創(chuàng)技術(shù)、更優(yōu)選地通過無創(chuàng)傷技術(shù)進行。也公開了調(diào)節(jié)脊柱植入物的方法的實施例。還公開了植入脊柱植入物的方法的實施例。還公開了利用上述系統(tǒng)檢測泄漏的方法。如本文所用，“至少一個”、“一個或多個”和“和/或”是操作中既結(jié)合又分離的開放式表述。例如，表述“A、B和C中的至少一個”、“A、B或C中的至少一個”、“A、B和C中的一個或多個”、“A、B或C中的一個或多個”和“A、B和/或C”中的每一個都是指，A單獨地、 B單獨地、C單獨地、A和B共同地、A和C共同地、B和C共同地、或A、B和C共同地。本發(fā)明的各個實施例在附圖和具體實施方式
中闡述，如在本文中給出和通過權(quán)利要求實施的那樣。但是，應(yīng)當理解，這種概括不包含一項或多項本發(fā)明的所有方面和實施例，不意味著以任何方式限制或約束，并且此處公開的本發(fā)明將被且應(yīng)被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解為涵蓋了對其進行的明顯改進和變型。本發(fā)明的其它優(yōu)點將從下面尤其是在結(jié)合附圖時進行的討論中變得顯而易見。


為了進一步闡明一項或多項本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點及特征，在附圖中示出了對其具體實施例的參照。附圖僅示出了示例性的實施例，因此不應(yīng)被認為是限制性的。通過采用附圖將更加具體和細節(jié)化地描述和說明一個或多個實施例，在附圖中圖1是功能性脊柱單元的節(jié)段；圖2是沿圖1的截面A-A截取的、圖1所示的功能性脊柱單元的節(jié)段的剖視圖；圖3是示出各種椎間盤病狀的脊柱節(jié)段；圖4是側(cè)凸的脊柱；圖5是現(xiàn)有技術(shù)的椎間盤切除術(shù)和脊柱融合；圖6示出功能性脊柱單元繞其運動的三條運動軸線；圖7示出功能性脊柱單元的運動中心；圖8示出從后視圖/背視圖示出的、亦即在被植入時從人的后部所看到的未植入的順應(yīng)性的動態(tài)式脊柱植入物的實施例；圖9是圖8中示出的脊柱植入物的側(cè)視圖/側(cè)面圖；圖10示出在從后部看去時呈現(xiàn)為植入在一對腰椎骨中的脊柱植入物的實施例；圖11是圖10的脊柱植入物之一的側(cè)視圖/側(cè)面圖；圖12是經(jīng)受扭轉(zhuǎn)載荷的圖8的脊柱植入物的后視圖；圖13是經(jīng)受扭轉(zhuǎn)載荷的圖9的脊柱植入物的側(cè)視圖；圖14是經(jīng)受壓縮載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的圖8的脊柱植入物的后視圖；圖15是經(jīng)受壓縮載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的圖9的脊柱植入物的側(cè)視圖；圖16是針對示例性的健康脊柱和示例性的退化脊柱在經(jīng)受屈曲和伸展時對于給定的轉(zhuǎn)矩所發(fā)生的轉(zhuǎn)動的曲線圖；圖17是圖16所示的退化脊柱和健康脊柱的響應(yīng)之間的力矩差(moment difference)以及力矩差的線性曲線擬合的曲線圖；以及圖18是圖16的健康脊柱和對于具有脊柱植入物一實施例的退化脊柱(圖16所示)的給定轉(zhuǎn)矩所隨之發(fā)生的轉(zhuǎn)動的曲線圖，所述脊柱植入物已被調(diào)節(jié)為具有這樣的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，該轉(zhuǎn)矩響應(yīng)是圖17所示的線性曲線擬合的負斜率。附圖不必是按比例的。
具體實施例方式如上所述，脊柱的動力學(xué)特性和運動學(xué)特性非常復(fù)雜，涉及運動繞其發(fā)生的三條不同的軸線和對于不同運動的三個不同的轉(zhuǎn)動中心。申請人認識到，先前的脊柱植入物常常僅針對一種形式的運動，通常為屈曲和伸展，常常通過使用屈曲和壓縮的某種類型的彈簧來實現(xiàn)。針對多于一種模式的轉(zhuǎn)動或運動的努力通常趨于復(fù)雜、大，并且常常不能像專門針對單種運動的裝置那樣有效地處理各種運動。通過大量的實驗和設(shè)計工作，申請人發(fā)現(xiàn)了部分地依賴于扭轉(zhuǎn)的概念而非主要是彈簧的壓縮和伸展的幾何結(jié)構(gòu)，從而提供一種表面上簡單而實際上復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，其考慮了繞所述三條軸線的運動和剛度并考慮了各種運動(屈曲-伸展、側(cè)向伸展或彎曲、和軸向轉(zhuǎn)動)的不同的轉(zhuǎn)動中心。順應(yīng)性的機構(gòu)由柔性的彈性構(gòu)件的偏斜獲得其運動。這樣的裝置不用傳統(tǒng)的滑動接頭和軸承的幫助而運動，由此提高了精度并消除了摩擦和磨損。它們還結(jié)合了彈簧和鉸鏈的功能，從而允許進行期望的力-偏斜特性的設(shè)計。
順應(yīng)性的動態(tài)式脊柱植入物100的一個實施例在圖8和9中示出，其是部分地實現(xiàn)在上面和背景技術(shù)部分中提出的目的的幾何結(jié)構(gòu)的一個實施例。脊柱植入物100的后視圖在圖8中呈現(xiàn)---參照在脊柱植入物被植入患者體內(nèi)時其將被觀察的方向。換句話說，圖 8中的脊柱植入物100呈現(xiàn)為從患者的背部看去的樣子。植入物的側(cè)向或側(cè)視圖在圖9中呈現(xiàn)。應(yīng)理解，雖然為清楚起見提供了這些對視圖的參照，但是應(yīng)當理解，圖8和9所示的脊柱植入物呈現(xiàn)其無應(yīng)力、植入前的狀態(tài)，這將在下面更詳細地說明。在該特定實施例中， 脊柱植入物100包括多個相接的部段。在一個實施例中，這些相接的部段包括具有第一長度107、第一寬度111和第一高度或厚度118的第一部段101 ；具有第二長度108、第二寬度112和第二高度或厚度119的第二部段102 ；具有第三長度109、第三寬度和第三高度或厚度的第三部段103 ；具有第四長度、第四寬度113和第四高度或厚度的第四部段104。脊柱植入物100還包括具有第五長度110、第五寬度114和第五高度或厚度120的第五部段 105。當然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，還存在其它的幾何形狀和構(gòu)型一包括更多或更少的部段一部分地實現(xiàn)所述的目的。在該特定實施例中，第三寬度是與第四寬度113相同的寬度。同樣，第四長度是與第三長度109相同的長度。此外，所討論的各個部段的高度，包括第三和第四高度，分別與第一高度118、第二高度119和第五高度120相同。當然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能理解，具體的尺寸一包括那些未單獨討論的一可以相同，或者它們可彼此不同。如所示，所述多個部段在相鄰的部段相交的位置形成角度。換句話說，存在多個角度，兩個相鄰部段之間的每個相交處有一個角度。例如，第一部段101連接到第三部段103， 從而在第一部段101和第三部段103之間形成第一角度115。第三部段103連接到第五部段，從而形成第二角度117。第五部段105又連接到第四部段104，從而形成在此情況下與第二角度117相同的第三角度。第四部段104又連接到第二部段102，從而形成第四角度 116。在說到各個部段被“連接”時，應(yīng)理解的是，各部段可通過可移除的連接件如螺栓、 螺釘、生物相容的粘合劑等暫時地連接?；蛘?，一個或多個所述部段可例如通過使用生物相容的環(huán)氧樹脂、聚合物和其它已知的部段連接方法被永久地連接。在另一個實施例中，各個部段可例如通過層壓、模制、擠壓、沖壓、碾軋和其它已知的方法形成為單個整體式的部件。在所示的實施例中，每個角度115、116和117都是直角，由此形成各相接部段的 “U”構(gòu)型或形狀(其中每個部段在植入之前都大致位于同一平面內(nèi))，但是各個角度的大小可與其它的不同，并落在多個范圍內(nèi)。例如，一個或多個所述角度的大小可為從約80°到約 100°，從約70°到約110°，及從約45°到約135°等等。如所述，脊柱植入物100的實施例部分地使用扭轉(zhuǎn)向患者的脊椎施加力或載荷。 通常，雖然不是必須的，但脊柱植入物100通過如圖9所示具有曲率半徑121的扭轉(zhuǎn)角度 122而具有初始的裝置曲率。處于植入前狀態(tài)的圖9包括該扭轉(zhuǎn)角度122，因此，如將在下面說明植入該裝置的過程時所要討論的，當脊柱植入物為了植入而被伸直時，脊柱植入物將提供已知的或選定的轉(zhuǎn)矩。當然，該轉(zhuǎn)矩的大小是曲率半徑121、制造脊柱植入物100的材料和各個部段的具體幾何形狀的函數(shù)。脊柱植入物100可選地包括用于將脊柱植入物100連接到安裝機構(gòu)的至少一個安裝連接部。例如，安裝連接部的實施例包括通孔106(圖8)，通常但非必須地為椎弓根螺釘?shù)陌惭b機構(gòu)穿過該通孔被安設(shè)成將脊柱植入物在患者體內(nèi)保持就位一即，安裝機構(gòu)將脊柱植入物100附接至脊柱節(jié)段的至少一部分，例如將在下面討論的椎骨、椎弓根或患者的其它骨骼結(jié)構(gòu)。當然，椎弓根螺釘僅僅是用于將脊柱植入物100附接至患者脊椎的安裝機構(gòu)的一個示例。其它的安裝機構(gòu)例如使用銷、生物相容的粘合劑、條帶等也在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)。脊柱植入物100可由生物相容的塑料、聚合物、金屬、金屬合金、層壓材料 (laminate)、形狀記憶材料和其它類似的材料形成，或者總體為一種材料，或者為材料的組合一也就是說，不同的部段可由不同的材料制成?？蛇x地，脊柱植入物的實施例可由生物可吸收的材料制成，隨著時間推移，患者的身體可自然地分解該材料，從而可能避免通過第二次手術(shù)取出脊柱植入物100的需要，這種選擇被證明是必要的和/或期望的。脊柱植入物100的實施例能可選地用鎳鈦諾一鎳和鈦的一種金屬合金一制成，其提供形狀記憶能力。由這樣的材料制成的脊柱植入物100將被制造成具有已知的和期望的第一轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的第一形狀或幾何結(jié)構(gòu)或構(gòu)型(例如，第一和第二部段101和102的長度，曲率半徑121等)。然后，脊柱植入物100將被操控為具有已知的和期望的第二轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的第二形狀或幾何結(jié)構(gòu)。隨后，處于第二形狀或幾何結(jié)構(gòu)或構(gòu)型的脊柱植入物100將被植入到患者體內(nèi)。在植入后，醫(yī)生可施用活化劑，例如熱、電流或其它參量，以使脊柱植入物100回到其初始的第一形狀或幾何結(jié)構(gòu)，從而允許材料由此回到其第一轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。這樣， 對脊柱植入物100的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的一定程度的可調(diào)節(jié)性---甚至是在手術(shù)之后---也可被制造在脊柱植入物100中。例如，對于鎳鈦諾的情況，向脊柱植入物施用參量例如熱、并且在這樣做時將脊柱植入物升高到鎳鈦諾金的轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度使得脊柱植入物回到其第一形狀或幾何結(jié)構(gòu)。在這樣做時，脊柱植入物的剛度可通過例如使脊柱植入物剛硬得多、以致于其更加接近由脊柱融合手術(shù)提供的剛度而改變。脊柱植入物100的另一個實施例可如上所述由生物可吸收的材料制成。患者的身體將慢慢地吸收脊柱植入物100，并且在這樣做的過程中，隨著患者的脊柱被治愈和/或在健康和強度方面被改善，由脊柱植入物100提供或承受的壓縮載荷或力和轉(zhuǎn)矩將慢慢地轉(zhuǎn)移到患者的椎間盤和/或脊椎。這樣，生物可吸收裝置預(yù)期并允許患者重新獲得他或她的脊柱健康、力和轉(zhuǎn)矩從脊柱植入物向患者身體的調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)移，以及脊柱植入物通過吸收而非手術(shù)的最終去除。所公開的脊柱植入物的實施例的一個優(yōu)點一假設(shè)它們被制造成單個整體式部件一在于，它們沒有任何可能相互摩擦或磨損的接頭或表面，因為這些實施例依靠部段的偏斜來提供力和/或轉(zhuǎn)矩。與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比相對缺少抵著其它元件的摩擦或運動可盡量減少或防止磨損顆粒的形成(若有這些摩擦或運動則會產(chǎn)生磨損顆粒)。對于具有生物相容的表面的那些現(xiàn)有技術(shù)的裝置來說是這樣的情況，其可能磨損掉而露出非生物相容的表面，或者在某些情況下，磨損使生物相容的表面變成非生物相容的，從而導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)的裝置加速地額外磨損。對上下文來說，圖10和11示出在脊柱植入物200被植入到患者脊柱的腰部上時所呈現(xiàn)的實施例。脊柱植入物200固定在與患病的椎間盤206鄰近的椎骨204上。在該實施例中，椎弓根螺釘202被用于將脊柱植入物200固定至椎骨204。(手術(shù)植入的方法將在下面更詳細地討論。)一旦被植入，如果脊柱植入物200被預(yù)加應(yīng)力的話，則脊柱植入物200可選地提供伸展力210，如將在下面討論的那樣，以幫助將椎骨204從患病的椎間盤206 移開?；蛘撸怪踩胛?00抵抗來自人的正常重力作用的壓縮力214，從而支撐一部分載荷(否則該部分載荷將由患病的椎間盤206承受)。此外，脊柱植入物提供將患病的椎間盤206移開、優(yōu)選地將患病的椎間盤206的前部207移開的轉(zhuǎn)矩212(繞與圖10的頁面垂直的軸線)。由脊柱植入物200施加的轉(zhuǎn)矩212可被選擇和調(diào)節(jié)為至少部分地、優(yōu)選幾乎全部地補償患病的椎間盤206，如將在下面進一步說明的那樣。轉(zhuǎn)到圖12和13，這些圖示出圖8和9中的脊柱植入物100在手術(shù)植入期間的樣子。如上面在圖9的討論中所述，脊柱植入物100可選地被制造(或成形，在諸如鎳鈦諾的形狀記憶材料的情況下)成具有第一幾何結(jié)構(gòu)，其可包括第一曲率半徑121，該曲率半徑繞著與脊柱的軸線(例如，圖4中的軸線44)正交的軸線。為了植入脊柱植入物100，外科醫(yī)生可使用定位工具，該定位工具在所示的情況下提供使曲率半徑121增大(可能增大至無限)的轉(zhuǎn)矩130。在這種姿態(tài)下，外科醫(yī)生可利用椎弓根螺釘或其它方法將脊柱植入物100 固定至患者的脊椎(圖10和11中的椎骨204)。一旦定位工具被釋放且因此轉(zhuǎn)矩130去除，脊柱植入物100趨于回到其初始的無應(yīng)力狀態(tài)，并且在這樣做時，向椎骨204施加轉(zhuǎn)矩 212，如圖10和11中所示。圖14和15示出處于壓縮力142下的脊柱植入物100。在被植入患者體內(nèi)時該載荷可由正常的重力作用引起，由此脊柱植入物100承受一些壓縮載荷。作為重力載荷的替換或附加，這種力也可由于側(cè)向伸展而產(chǎn)生---即，患者由于繞圖6所示的Y軸線63的轉(zhuǎn)動 64而朝一側(cè)傾斜。如圖14所示，第三部段103和第四部段104偏斜，從而分別導(dǎo)致第一、第二和第四角度115、117和116改變。部段103和104的偏斜產(chǎn)生平衡壓縮力142的轉(zhuǎn)矩。此外，轉(zhuǎn)矩140可施加給脊柱植入物100，當患者向前傾斜、從而在已固定有脊柱植入物100的脊柱區(qū)域內(nèi)引起屈曲即沿向前方向繞X軸線60的轉(zhuǎn)動(屈曲61)時可能發(fā)生這種情況。這種運動將導(dǎo)致患病的椎間盤206的前部區(qū)域207受壓，如圖11所示。脊柱植入物100通過彎曲施加一轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩將至少部分地抵消由屈曲引起的轉(zhuǎn)矩142。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，具有例如所示的選定幾何形狀的脊柱植入物100的實施例能提供類似的轉(zhuǎn)矩來平衡和/或抵消通過屈曲-伸展、側(cè)向伸展/彎曲和軸向轉(zhuǎn)動引起的其它力。所述脊柱植入物的實施例的一個優(yōu)點是，它可根據(jù)特定的患者和該患者的病狀被單獨地調(diào)節(jié)，而不必依賴針對預(yù)定的一小群人而制造的現(xiàn)有技術(shù)的裝置。后一種方法的缺點是，個別患者的病狀很少能剛巧與裝置完全匹配。這樣，患者必須更大或更小程度地在可通過某些現(xiàn)有技術(shù)的裝置獲得的性能和緩解上妥協(xié)讓步。參照圖16-18，將對用于根據(jù)患者的病狀選擇和調(diào)節(jié)脊柱植入物的方法進行討論。 圖16是經(jīng)受屈曲和伸展(即如圖6所示的繞X軸線60的屈曲61和伸展62中的轉(zhuǎn)動)并與俯身或前傾和后彎或后傾對應(yīng)的、健康的和患病或退變的椎間盤的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動響應(yīng)的曲線圖。曲線圖的X軸300是以牛頓 米(Nm)測量的轉(zhuǎn)矩。曲線圖的Y軸305是以度測量的轉(zhuǎn)動運動范圍。實(健康)曲線310是健康的功能性脊柱單元(例如可包括圖11中示出的椎間盤208)的響應(yīng)。虛(退化)曲線315是患病的或退化的椎間盤(例如圖11中示出的椎間盤206)的響應(yīng)。定性地說，圖16顯示患病的椎間盤在更低的轉(zhuǎn)矩下轉(zhuǎn)動得比健康的椎間盤多，這表明在患病的椎間盤中存在更大的松弛度，可表現(xiàn)為在前膨出和壓靠脊髓的椎間盤，從而引起疼痛和/或其它類似病狀。這些測量可針對脊柱整體進行，但是更優(yōu)選地，所述測量在與患病的椎間盤鄰近的椎骨處進行。這是因為鄰近的健康椎骨和椎間盤的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動響應(yīng)應(yīng)當與患病的椎間盤在其曾經(jīng)健康時的響應(yīng)最相似，既然希望患病的椎間盤恢復(fù)健康，這是一個考慮因素。現(xiàn)在參照圖17，該曲線圖采用與圖16中的曲線圖相同的軸和比例。在這種情況下，圖17繪出了實(力矩差)曲線320，其是圖16中的實(健康)曲線310和虛(退化) 曲線315之間的響應(yīng)的計算差異。虛(線性)曲線325是實(力矩差)曲線320的線性曲線擬合。此處公開的脊柱植入物的實施例的差別和改進在于，脊柱植入物的幾何形狀可選地采用該計算力矩差作為設(shè)計過程中的輸入。圖10和11的脊柱植入物200例如可被設(shè)計為具有曲率半徑121 (圖9中示出)，如上所述，在被植入到患者時該曲率半徑提供期望的和已知的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。在該示例中，脊柱植入物200將在屈曲-伸展方面具有線性的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動響應(yīng)，其斜率為虛(線性)曲線200的負值。圖18示出用于形成脊柱植入物的原因，其部分地依賴于健康的椎間盤和患病的椎間盤之間的力矩差。同樣，在圖18中使用與圖16中相同的軸和比例。在該曲線圖中， 繪出了原始的實(健康)曲線310。但是，現(xiàn)在，已如上參照圖10和11所述植入了針對患者的病狀設(shè)計和調(diào)節(jié)的脊柱植入物。換句話說，脊柱植入物200現(xiàn)在支撐著患病的椎間盤 206和鄰近的椎骨204。如在圖18中可見，脊柱植入物提供期望的剛度，將虛(退化)曲線 315的響應(yīng)恢復(fù)為與實(健康)曲線210相似的虛(線性和退化)曲線330的響應(yīng)。定性地說，可以看到通過采用脊柱植入物，對于給定轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)動響應(yīng)與健康的椎間盤非常接近。 雖然該示例是針對屈曲和伸展提供的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，也可針對側(cè)向伸展和軸向轉(zhuǎn)動進行類似的測量，使得結(jié)果可被部分地用作脊柱植入物的幾何形狀的輸入，并因此允許脊柱植入物適應(yīng)和支撐脊柱按如上所述的三條軸線的運動。簡言之，脊柱植入物的實施例可針對個別患者的病狀而在手術(shù)前被部分地設(shè)計和調(diào)節(jié)。脊柱植入物的實施例可至少部分地為患病的脊柱恢復(fù)健康的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性。測量轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動和類似數(shù)據(jù)以用作輸入的上述方法的另一個優(yōu)點是，其避免了現(xiàn)有技術(shù)的裝置中出現(xiàn)的問題。如簡要提及的，許多現(xiàn)有技術(shù)的裝置具有有限的作用范圍，典型地是指通常依賴彈簧的裝置在壓縮和伸展方面的力-位移。這些裝置通常不針對個體被標定。結(jié)果，常見的是，這些現(xiàn)有技術(shù)的裝置使用對于給定的個體來說過大的伸展力來移開患病的椎間盤，從而在周圍的肌肉和韌帶上引起不當?shù)木o張，這可能導(dǎo)致不適當?shù)奶弁?。在嚴重的情況下，這所引起的疼痛可能導(dǎo)致患者不當?shù)叵拗扑蛩倪\動范圍，從而導(dǎo)致營養(yǎng)不足和與脊柱和椎間盤的運動小或缺乏有關(guān)的其它問題，而這是原本要避免的結(jié)果。此處公開的脊柱植入物的實施例提供了附加的益處，例如治療脊柱側(cè)凸、駝背、脊柱前凸和/或類似病狀例如，參照示出了表現(xiàn)為側(cè)凸的脊柱的圖4，所公開的脊柱植入物的實施例可治療脊柱側(cè)凸。這是使用具有彼此不同的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性的脊柱植入物來完成的。也就是說，與使用圖10所示的具有同一轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性的脊柱植入物200不同，對脊柱側(cè)凸的情況，脊柱植入物之一將具有與另一個植入物不同的且可能是相反的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性。此外，可對脊柱植入物中的一個或兩個施加預(yù)應(yīng)力，使得它們向側(cè)凸脊柱的一側(cè)或兩側(cè)施力。換句話說，由脊柱植入物施加的轉(zhuǎn)矩和/或任何力將是不平衡的，以便抵消側(cè)凸脊柱的彎曲。例如，在圖4中，可由一個脊柱植入物在脊柱腰部區(qū)域的右側(cè)施加伸展力82，而在左側(cè)，另一個脊柱植入物可在脊柱腰部區(qū)域的左側(cè)施加壓縮力，趨于使腰脊柱變直。作為不平衡的力的替換或附加，可通過脊柱植入物向脊柱施加轉(zhuǎn)矩84和86。類似的策略可用于治療與脊柱側(cè)凸具有類似病狀的其它脊柱疾病，例如駝背、脊柱前凸等。提供椎骨的轉(zhuǎn)移以允許治愈患病的椎間盤如所述，脊柱植入物可被預(yù)加應(yīng)力而提供轉(zhuǎn)矩和/或伸展力，以在前部、在后部或在前部和后部移開椎骨的與患病的椎間盤鄰近的部分。在這樣做時，脊柱植入物承載或承受通常由患病的椎間盤承受的一部分力，以及靜態(tài)式裝置(例如，圖5中的現(xiàn)有技術(shù)的后部支撐件58)不能承載的附加力。該結(jié)構(gòu)允許治愈患病的椎間盤所需的充分的支撐和空間，同時仍提供現(xiàn)有技術(shù)的靜態(tài)式裝置和手術(shù)(例如脊柱融合)不能提供的充分的力矩。換句話說，所述脊柱植入物的實施例為患病的椎間盤提供了治愈的機會，這使得脊柱植入物最終可移除。保護脊髓和外周神經(jīng)所公開的實施例部分地為脊髓和外周神經(jīng)提供了一定程度的保護，以免受膨大和/或突出的椎間盤和/或部分骨骼結(jié)構(gòu)和解剖結(jié)構(gòu)的被上述各種病狀困擾的其它部分的壓迫。限制運動范圍和提供剛度如圖16-18的曲線圖所示，所公開的實施例恢復(fù)了一定程度的剛度并限制了運動范圍，否則可能例如通過為了補償由患病的椎間盤導(dǎo)致的松弛而使肌肉自身用力過度而引起疼痛。通過限制運動范圍，肌肉和韌帶上的緊張被減輕，由此降低了使這些肌肉受傷的風(fēng)險。此外，減小了松弛，由此提高了脊柱的結(jié)構(gòu)剛度(與由用力過度引起的通俗的肌肉剛度相反)。與健康的脊柱類似的動力學(xué)特性與上述的限制運動范圍相關(guān)地，上面關(guān)于圖6 討論的由脊柱植入物的實施例按三條軸線提供的運動與健康脊柱的運動相似。與現(xiàn)有技術(shù)的裝置的情況不同，這提供的是患者的肌肉和韌帶不必補償脊柱植入物的非自然運動。換句話說，脊柱植入物提供更多的自然運動，這將促使患者更多地運動卻伴隨更少的疼痛，因為他們的肌肉將不用為現(xiàn)有技術(shù)的脊柱植入物(這些植入物不提供繞全部三條軸線的這種自然運動)進行補償或過度工作。在這樣做時，運動為椎間盤提供更多的營養(yǎng)，從而增大椎間盤治愈的可能性。與健康的脊柱類似的運動學(xué)特性與動力學(xué)特性相關(guān)的是脊柱植入物的實施例的自然的運動學(xué)特性。如上所述，用于屈曲-伸展、側(cè)向伸展/彎曲和軸向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動中心各自位于不同的位置。現(xiàn)有技術(shù)的裝置不能提供繞多于一條軸線的這些不同的轉(zhuǎn)動中心， 甚至如果這樣的話，它們也不能提供在脊柱節(jié)段運動時運動中心位置的瞬時的或接近瞬時的變化，它們也不能提供與自然的螺旋軸線的運動接近的運動。換言之，對于給定的運動來說，現(xiàn)有技術(shù)的裝置的轉(zhuǎn)動中心常常位于與脊柱的自然轉(zhuǎn)動中心不同的位置。為了補償，具有現(xiàn)有技術(shù)的裝置的患者承受脊髓和外周神經(jīng)上的緊張、由肌肉過度工作和補償兩個不同的轉(zhuǎn)動中心(現(xiàn)有技術(shù)的裝置的轉(zhuǎn)動中心和脊柱的轉(zhuǎn)動中心)所引起的肌肉緊張、韌帶緊張，及由此經(jīng)受疼痛。相比而言，本發(fā)明的脊柱植入物的實施例提供三條軸線中每一條的轉(zhuǎn)動中心，這與患者脊柱的自然轉(zhuǎn)動中心相同或幾乎相同。這樣，患者通常具有較少的疼痛， 且因此具有更多的運動，從而總體對椎間盤和脊柱有益。針對個體脊柱的調(diào)節(jié)如所述，脊柱植入物的實施例可在手術(shù)前針對單個患者的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動響應(yīng)進行設(shè)計和/或選擇，以便提供將患病的椎間盤/脊柱恢復(fù)到接近健康功能的植入物。與此相關(guān)的是在手術(shù)之前或手術(shù)過程中對植入物的實施例預(yù)加應(yīng)力的能力，以允許外科醫(yī)生針對單個患者如在當時確定的那樣進一步單獨地定制脊柱植入物的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動響應(yīng)。此外，脊柱植入物的實施例可在手術(shù)之后進行調(diào)節(jié)。如所述，由生物可吸收的材料制成的脊柱植入物將逐漸降解，且在此過程中，隨著患者脊柱康復(fù)，將先前由脊柱植入物承受的較大部分的力和轉(zhuǎn)矩傳回給患者的脊柱。其另一個好處是，這些實施例不需要隨后被手術(shù)去除，從而降低患者的成本和風(fēng)險?；蛘?，脊柱植入物的實施例可由形狀記憶材料如鎳鈦諾制成。形狀記憶材料的使用允許脊柱植入物在手術(shù)植入時被構(gòu)造成第二幾何結(jié)構(gòu)或形狀，然后在應(yīng)用某些轉(zhuǎn)變參量例如熱時，脊柱植入物回到具有不同機械特性(例如剛度和/ 或轉(zhuǎn)矩)的第一幾何結(jié)構(gòu)或形狀，從而允許醫(yī)生隨后不必手術(shù)介入地改變對患者的治療。減小的磨損如所述，脊柱植入物的實施例不具有運動的部件或相互摩擦的部件， 由此減少或消除了磨損顆粒的產(chǎn)生。此外，由于脊柱植入物的實施例依賴的是扭轉(zhuǎn)和/或抗扭桿，而不是彈簧和其它類似裝置所依賴的壓縮和伸展，所以可減小或消除制造脊柱植入物的材料經(jīng)受疲勞和/或疲勞失效的風(fēng)險，由此增強脊柱植入物的可靠性。這樣，上面公開的除了脊柱植入物的實施例之外還有利用構(gòu)造成提供按三條軸線的運動的脊柱植入物來治療脊柱的方法；利用提供與功能性脊柱類似的動力學(xué)和運動學(xué)特性的脊柱植入物來治療脊柱的方法；治療使脊柱彎曲的病狀的方法；治愈患病的或退化的椎間盤的方法；在不用手術(shù)介入的情況下調(diào)節(jié)脊柱植入物的方法；減小脊柱植入物的磨損的方法；向退化的脊柱提供近乎健康的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性的方法；和本領(lǐng)域技術(shù)人員能認識到的其它方法。如上所提到的，脊柱植入物的實施例通過手術(shù)植入。雖然此處公開的脊柱植入物可利用患者上的前部、后部或側(cè)部的切口被植入，但是優(yōu)選的方法是利用后部的切口。此外，優(yōu)選的是，使用微創(chuàng)手術(shù)，例如通過腹腔鏡檢查法，其中僅形成一個或少量的小切口，并且手術(shù)采用腹腔鏡檢查工具進行。所述方法包括形成切口 ；提供此處公開的脊柱植入物的實施例；利用定位工具定位脊柱植入物及抵抗和預(yù)加脊柱植入物中所設(shè)計的應(yīng)力；和將脊柱植入物固定在兩個相鄰的椎骨上。外科手術(shù)方法不需要椎間盤空間被大范圍地轉(zhuǎn)移以安裝脊柱植入物，由此減少了由患者忍耐的疼痛和恢復(fù)時間。所述方法可選地包括植入具有不同特性的脊柱植入物，例如不同的預(yù)加應(yīng)力轉(zhuǎn)矩，用于治療諸如脊柱側(cè)凸的病狀。將脊柱植入物固定至椎骨可通過應(yīng)用條帶、施用生物相容的粘合劑、安裝椎弓根螺釘和本領(lǐng)域已知的其它類似手段來完成。安置脊柱植入物的替換方法和位置包括將其安置在脊柱的前側(cè)而非后側(cè)。安置于前側(cè)的脊柱植入物可通過患者背部中的切口夠到，并安置在相鄰椎體的橫突之間，或被機械地附接至椎體的前部。本發(fā)明在各個不同實施例中包括提供不具有在本文中描繪和/或描述的各要素或其各種實施例(包括不具有可在先前的裝置或方法中已使用的、例如用于改善性能、便于實施和/或降低實施成本的那些要素)的裝置和方法。已為了例示和說明的目的而提供了對本發(fā)明的前述討論。前面所述并非意圖將本發(fā)明限制于此處公開的形式。在前述的具體描述中，例如，本發(fā)明的各個特征為了簡化公開的目的而在一個或多個實施例中被組合在一起。這種公開方法不應(yīng)被解釋為反映了這樣的意圖，即所要求保護的發(fā)明需要比在各個權(quán)利要求中明確敘述的特征更多的特征。相反，如所附的權(quán)利要求所反映的那樣，創(chuàng)新性的方面在于比所公開的單個前述實施例的全部特征少。這樣，所附的權(quán)利要求在此被結(jié)合在該具體描述中，其中每個權(quán)利要求自身都作為本發(fā)明的一個單獨的優(yōu)選實施例。 此外，盡管對本發(fā)明的描述已包括了對一個或多個實施例及特定的變型和修改的描述，但其它的變型和修改也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如在理解了本發(fā)明公開的內(nèi)容之后可在本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)和知識范圍內(nèi)。意圖獲得的是包括在允許程度內(nèi)的替換實施例的權(quán)利，包括所要求保護內(nèi)容的替換的、可互換的和/或等同的結(jié)構(gòu)、功能、范圍或步驟，而不論這些替換的、可互換的和/或等同的結(jié)構(gòu)、功能、范圍或步驟是否在本文中公開，并且未意圖公開地貢獻任何可獲得專利的主題。
權(quán)利要求
1.一種脊柱植入物，包括多個相接的部段，所述多個相接的部段構(gòu)造成按三條正交的軸線中的任一條向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩；和至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段。
2.如權(quán)利要求1所述的脊柱植入物，其特征在于，所述多個相接的部段中的每一個與相鄰的相接部段在相交處形成一角度；所述角度為從約80度到約110度。
3.如權(quán)利要求1所述的脊柱植入物，其特征在于，所述植入物由生物相容的塑料、聚合物、金屬、金屬合金、層壓材料、形狀記憶材料和生物可吸收材料中的至少一種制成。
4.如權(quán)利要求1所述的脊柱植入物，其特征在于，所述脊柱植入物在未植入狀態(tài)下包括一曲率半徑以提供所述轉(zhuǎn)矩。
5.一種脊柱植入物，包括多個相接的部段，所述多個相接的部段構(gòu)造成按三條正交的軸線中的任一條向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩，所述相接的部段構(gòu)造成向所述退化的脊柱節(jié)段提供與健康的脊柱節(jié)段繞所述軸線的運動范圍接近的繞所述軸線的運動范圍；和至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段。
6.如權(quán)利要求5所述的脊柱植入物，其特征在于，所述多個相接的部段中的每一個與相鄰部段在相交處形成一角度；所述角度為從約80度到約110度。
7.如權(quán)利要求5所述的脊柱植入物，其特征在于，所述植入物由生物相容的塑料、聚合物、金屬、金屬合金、層壓材料、形狀記憶材料和生物可吸收材料中的至少一種制成。
8.如權(quán)利要求5所述的脊柱植入物，其特征在于，所述脊柱植入物在未植入狀態(tài)下包括一曲率半徑以提供所述轉(zhuǎn)矩。
9.一種脊柱植入物，包括多個相接的部段，所述多個相接的部段構(gòu)造成按三條正交的軸線中的任一條向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩，所述相接的部段構(gòu)造成向所述退化的脊柱節(jié)段提供與健康的脊柱節(jié)段繞所述軸線的轉(zhuǎn)動中心接近的繞所述軸線的轉(zhuǎn)動中心；和至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段。
10.如權(quán)利要求9所述的脊柱植入物，其特征在于，所述多個相接的部段中的每一個與相鄰部段在相交處形成一角度；所述角度為從約80度到約110度。
11.如權(quán)利要求9所述的脊柱植入物，其特征在于，所述植入物由生物相容的塑料、聚合物、金屬、金屬合金、層壓材料、形狀記憶材料和生物可吸收材料中的至少一種制成。
12.如權(quán)利要求9所述的脊柱植入物，其特征在于，所述脊柱植入物在未植入狀態(tài)下包括一曲率半徑以提供所述轉(zhuǎn)矩。
13.一種脊柱植入物，包括多個相接的部段，其中所述相接的部段在所述多個相接的部段中兩個相鄰部段相交的位置處形成角度，所述相接的部段中的至少一個被預(yù)加應(yīng)力以在植入之前形成一選定的曲率半徑；和至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到退化的脊柱節(jié)段。
14.如權(quán)利要求13所述的脊柱植入物，其特征在于，所述至少一個被預(yù)加應(yīng)力的相接部段構(gòu)造成在植入之后向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩。
15.如權(quán)利要求13所述的脊柱植入物，其特征在于，所述角度中的每一個為從約80度到約110度。
16.如權(quán)利要求13所述的脊柱植入物，其特征在于，所述植入物由生物相容的塑料、聚合物、金屬、金屬合金、層壓材料、形狀記憶材料和生物可吸收材料中的至少一種制成。
17.一種脊柱植入物，包括多個相接的部段，其中所述相接的部段在所述多個相接的部段中兩個相鄰的相接部段相交的位置處形成角度，所述相接的部段構(gòu)造成向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩；和至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段。
18.如權(quán)利要求17所述的脊柱植入物，其特征在于，所述角度中的每一個為從約80度到約110度。
19.如權(quán)利要求17所述的脊柱植入物，其特征在于，所述植入物由生物相容的塑料、聚合物、金屬、金屬合金、層壓材料、形狀記憶材料和生物可吸收材料中的至少一種制成。
20.如權(quán)利要求17所述的脊柱植入物，其特征在于，所述脊柱植入物在未植入狀態(tài)下包括一曲率半徑以提供所述轉(zhuǎn)矩。
21.一種脊柱植入物，包括多個相接的部段，所述相接的部段被預(yù)加應(yīng)力以施加轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩是退化的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性和健康的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性之間的力矩差的負斜率的函數(shù)；和至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到退化的脊柱節(jié)段。
22.如權(quán)利要求21所述的脊柱植入物，其特征在于，所述多個部段中的每一個與相鄰的部段在相交處形成一角度；所述角度為從約80度到約110度。
23.如權(quán)利要求21所述的脊柱植入物，其特征在于，所述植入物由生物相容的塑料、聚合物、金屬、金屬合金、層壓材料、形狀記憶材料和生物可吸收材料中的至少一種制成。
24.如權(quán)利要求21所述的脊柱植入物，其特征在于，所述脊柱植入物在未植入狀態(tài)下包括一曲率半徑以提供所述轉(zhuǎn)矩。
25.一種治療退化的脊柱節(jié)段的方法，包括獲得第一脊柱植入物和第二脊柱植入物，所述第一脊柱植入物構(gòu)造成向具有異常彎曲的退化的脊柱節(jié)段施加第一轉(zhuǎn)矩，所述第二脊柱植入物構(gòu)造成向所述退化的脊柱節(jié)段施加第二轉(zhuǎn)矩，所述脊柱植入物中的每一個包括多個相接的部段，其中所述相接的部段在所述多個相接的部段中兩個相鄰的相接部段相交的位置處形成角度；至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段；和將所述第一脊柱植入物和所述第二脊柱植入物植入至所述退化的脊柱節(jié)段，使得所述第一轉(zhuǎn)矩和所述第二轉(zhuǎn)矩起到減小所述異常彎曲的作用。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)矩與所述第二轉(zhuǎn)矩在所述轉(zhuǎn)矩的施加方向和所述轉(zhuǎn)矩的大小中的至少一者方面不同。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述角度中的每一個為從約80度到約 110 度。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述植入物由生物相容的塑料、聚合物、 金屬、金屬合金、層壓材料、形狀記憶材料和生物可吸收材料中的至少一種制成。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述脊柱植入物包括一曲率半徑提供所述轉(zhuǎn)矩。
30.一種治療退化的脊柱節(jié)段的方法，所述方法包括 計算健康的脊柱節(jié)段的第一轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性；計算與所述健康的脊柱節(jié)段鄰近的退化的脊柱節(jié)段的第二轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性； 計算所述第一轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性和所述第二轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性之間的力矩差； 選擇至少一個構(gòu)造成施加轉(zhuǎn)矩的脊柱植入物，該轉(zhuǎn)矩是所述力矩差的負斜率的函數(shù)， 所述脊柱植入物包括構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)的至少一個安裝連接部，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段；和將所述脊柱植入物植入至所述退化的脊柱節(jié)段。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，還包括使所述第二轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性改善為接近所述第一轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)動特性。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，提供所述脊柱植入物還包括使所述脊柱植入物具有提供所述轉(zhuǎn)矩的曲率半徑。
33.一種治愈退化的脊柱節(jié)段的方法，包括獲得至少一個脊柱植入物，所述脊柱植入物構(gòu)造成向與退化的椎間盤鄰近的至少一個椎骨施加轉(zhuǎn)矩，所述脊柱植入物包括多個相接的部段，其中所述相接的部段在所述多個相接的部段中兩個相鄰部段相交的位置處形成角度，所述部段構(gòu)造成向患者的至少一個椎骨施加轉(zhuǎn)矩；至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述椎骨；和將所述脊柱植入物植入至所述椎骨，使得所述轉(zhuǎn)矩將所述椎骨從所述退化的椎間盤移開。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述脊柱植入物在未植入狀態(tài)下包括一曲率半徑以提供所述轉(zhuǎn)矩。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩使所述椎骨的前部和后部中的至少一者從所述退化的椎間盤移開。
36.一種手術(shù)地植入脊柱植入物的方法，包括獲得至少一個構(gòu)造成向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩的脊柱植入物，所述脊柱植入物包括多個相接的部段，其中所述相接的部段在所述多個相接的部段中兩個相鄰的相接部段相交的位置處形成角度，所述相接的部段構(gòu)造成向所述退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩；至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段；和利用微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述提供所述脊柱植入物還包括提供具有被選擇為提供所述轉(zhuǎn)矩的曲率半徑的脊柱植入物，所述利用微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)包括利用減小所述曲率半徑的定位工具來允許所述脊柱植入物被附接到所述退化的脊柱節(jié)段。
38.一種制造脊柱植入物的方法，包括由生物相容的塑料、聚合物、金屬、金屬合金、層壓材料、形狀記憶材料和生物可吸收材料中的至少一種形成脊柱植入物，所述脊柱植入物構(gòu)造成向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩，所述脊柱植入物包括多個相接的部段，其中所述相接的部段在所述多個相接的部段中兩個相鄰的相接部段相交的位置處形成角度，所述相接的部段構(gòu)造成向所述退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩；至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，還包括由單片材料形成所述多個相接的部段。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，形成還包括層壓、模制、擠壓、沖壓、碾軋中的至少一種。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述形成所述脊柱植入物包括使所述脊柱植入物形成有被選擇為施加所述轉(zhuǎn)矩的曲率半徑。
42.如權(quán)利要求38所述的方法，還包括用所述形狀記憶材料以具有第一已知轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的第一構(gòu)型形成所述脊柱植入物；和將所述脊柱植入物操控為具有第二已知轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的第二構(gòu)型。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述第一構(gòu)型具有第一曲率半徑，所述第二構(gòu)型具有與所述第一曲率半徑不同的第二曲率半徑。
44.一種調(diào)節(jié)脊柱植入物的方法，包括接近構(gòu)造成向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩的至少一個被植入的脊柱植入物，所述脊柱植入物包括多個相接的部段，其中所述相接的部段在所述多個相接的部段中兩個相鄰的相接部段相交的位置處形成角度，所述相接的部段構(gòu)造成向退化的脊柱節(jié)段施加轉(zhuǎn)矩；至少一個安裝連接部，該至少一個安裝連接部構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段； 在手術(shù)后調(diào)節(jié)所述脊柱植入物以改變所述轉(zhuǎn)矩。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，提供所述脊柱植入物還包括提供由具有第一構(gòu)型和第二構(gòu)型的形狀記憶材料制成的脊柱植入物，所述第一構(gòu)型具有第一已知轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，所述第二構(gòu)型具有第二已知轉(zhuǎn)矩響應(yīng)；在所述脊柱植入物處于其第二構(gòu)型時植入所述脊柱植入物；和向所述脊柱植入物應(yīng)用一參量，所述參量被選擇為使所述脊柱植入物從其第二構(gòu)型變?yōu)槠涞谝粯?gòu)型。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，應(yīng)用所述參量包括向所述脊柱植入物施加熱量。
47.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，提供所述脊柱植入物還包括提供由生物可吸收材料制成的脊柱植入物，由此使所述轉(zhuǎn)矩隨著所述脊柱植入物被吸收而減小。
全文摘要
脊柱植入物(100)包括多個相接的部段(101，102，103，104，105)，所述多個相接的部段構(gòu)造成按三條正交的軸線中的任一條向退化的脊柱節(jié)段(18)施加轉(zhuǎn)矩。至少一個安裝連接部(106)構(gòu)造成將所述脊柱植入物連接到安裝機構(gòu)(202)，所述安裝機構(gòu)構(gòu)造成將所述脊柱植入物附接到所述退化的脊柱節(jié)段。
文檔編號A61L27/04GK102325508SQ201080008522
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者埃里克·M·斯特拉頓, 安東·E·鮑登, 彼得·A·霍爾沃森, 拉里·L·豪厄爾 申請人:埃里克·M·斯特拉頓, 安東·E·鮑登, 彼得·A·霍爾沃森, 拉里·L·豪厄爾