CN101170969A - 人造椎间盘 - Google Patents

Abstract

一种用于植入两个相邻椎骨中间的人造椎间盘包括外壳体、容纳在外壳体内的内壳体、以及容纳在内壳体内的弹性核体。内壳体和外壳体分别由两个互锁构件形成。弹性核体被偏压抵住形成内壳体的两个构件，由此弹性地分离两个构件。该人造椎间盘包括各种阻抗装置以用于约束和限制它们之间的旋转和平移运动的范围。

Description

人造椎间盘

技术领域

本发明涉及脊柱植入物的领域，尤其涉及包括提供动态脊柱稳定的椎间盘置换的植入物。

背景技术

脊柱是由各种结构组织组成的复杂结构，尽管具有极大的挠性，但其为身体提供结构和稳定性。脊柱由椎骨组成，每个椎骨具有大体圆柱形的椎体。相邻椎体的相对表面由纤维软骨材料组成的椎间盘(或盘)连接在一起和分离。椎体也由一起作用的韧带的复杂布置彼此连接，以限制过度运动和提供稳定性。稳定脊柱对于防止使丧失能力性疼痛、渐重性畸形和神经损害是重要的。

脊柱的组织结构允许在没有大阻力的情况下发生运动(沿正向和反向的平移和旋转)，但是当运动的范围达到生理极限时，运动阻力逐渐增加以使运动以受控方式逐渐地停止。

椎间盘是具有高度功能性并且复杂的结构。它们包含亲水性蛋白物质，所述亲水性蛋白物质能够吸水，由此增加其体积。所述蛋白也被称为髓核，由被称为纤维化环的韧带结构围绕和容纳。椎间盘的主要功能是承载载荷和运动。通过它们的承重功能，椎间盘将载荷从一个椎体传递到下一个，同时在相邻椎体之间提供缓冲。椎间盘允许运动发生在相邻椎体之间，但是在有限范围内发生，由此提供脊柱结构和硬度。

由于许多因素，例如年龄、损伤、疾病等，常发现椎间盘失去其尺寸稳定性并且塌陷、收缩、移位、或者以另外方式被损坏。通常用本领域中已知的假体和各种形式的此种假体或植入物来置换病变或受损椎间盘。已知方法之一包括在椎间盘所占据的空间中用垫块置换受损椎间盘。然而，这样的垫块也将相邻椎骨融合在一起，由此防止它们之间的任何相对运动。

最近，已提出允许相邻椎骨之间运动的椎间盘置换植入物。在以下美国专利：no.5,562,738(Boyd等人)；no.6,179,874(Cauthen)；和no.6,572,653(Simonson)中，提供了一些现有技术的植入物的例子。

不幸的是，在现有技术中教导的椎间盘置换(即植入物)方案通常是有缺陷的，原因在于它们并不考虑脊柱的独特和生理功能。例如，许多已知的人造椎间盘植入物关于脊柱的正常生理运动范围在多数运动平面中无约束。尽管一些现有技术的设备提供了运动的约束范围，但是这些约束常在正常生理运动范围之外；由此导致此种设备在功能上无约束。此外，已知的无约束植入物依赖于正常结构、以及在许多情况下例如变性小面的病变结构来限制过度运动。这常常导致小面关节过早变性和对脊柱组成的其他附带损害。

另外，本领域中已知的许多人造椎间盘并不提供使突然运动所引起的相邻结构上的应力最小化的机构。

因此，需要存在一种克服现有技术方案中的至少一些缺陷的椎间盘植入物。尤其是，需要存在这样一种脊柱植入物，其允许重建脊柱结构，同时防止运动和保护脊柱的受影响区段的小面关节不加速变性。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于置换椎间盘的植入物。

在另一方面，本发明提供了一种人造椎间盘，其允许相邻椎骨绕不同轴线的一定范围的运动。此种运动被限制在预定范围内，在所述预定范围内相邻椎骨的运动不会导致相邻脊柱结构部件的退化。

在另一方面，绕不同轴线的上述运动可被耦合以更近似地模拟自然运动。

因而，在一个方面，本发明提供了一种用于植入脊柱的第一和第二相邻椎骨之间的人造椎间盘，所述椎间盘包括：

-外壳体，其包括配合的第一和第二封壳并且限定第一隔室，封壳第一和第二封壳能够彼此相对移动；

-内壳体，其包括杯体和配合盖，所述杯体和盖能够彼此相对移动，所述内壳体限定第二隔室；以及

-弹性核体；

-其中，

a)所述内壳体的盖和杯体的尺寸形成为使得所述杯体或盖中的一个接收在所述杯体或盖中的另一个内；

b)内壳体基本上容纳在外壳体的第一隔室内；以及

c)弹性核体基本上容纳在内壳体的第二隔室内，所述核体被偏压抵住所述杯体和盖以用于弹性地分离所述杯体和盖。

附图说明

在以下参考附图的具体描述中将更清楚本发明的特征，其中：

图1是椎骨的运动范围的示意图。

图2是沿图4的线I-I所剖得的本发明的实施方式的侧视横截面图。

图3是沿图4的线II-II所剖得的图2的实施方式的端视横截面图。

图4是沿图2的线III-III所剖得的俯视横截面图。

图5是图示图2的椎间盘侧视横截面图的脊柱射线照片。

图6是沿图8的线V-V所剖得的本发明的另一实施方式的侧视横截面图。

图7是沿图8的线VI-VI所剖得的图6的实施方式的端视横截面图。

图8是沿图6的线IV-IV获得的俯视横截面图。

图9是本发明的另一实施方式的侧视横截面图。

图10是图示根据本发明的另一实施方式的椎间盘的侧视横截面的脊柱射线照片。

图11是在俯视横截面中示出图5的椎间盘的射线照片。

图12是根据另一实施方式的本发明的封壳(或“端板”)的立体图。

图13是图12的封壳的端视图。

具体实施方式

在以下描述中，将使用术语“上”、“下”、“前”、“后”、和“侧向”。这些术语表示描述本发明的植入物定位在脊柱内时的方向。因而，当脊柱处于竖直位置时，“上”是指植入物(或其他脊柱组成)的顶部，“后”是指植入物(或其他脊柱组成)的面对身体后面的部分。可以理解的是，这些位置术语无意将本发明限制于任何特定方向，而是用于方便对植入物进行描述。

本发明提供了用于置换受损或以另外方式出现功能障碍的椎间盘的人造椎间盘或植入物。本发明的植入物设计成允许相邻椎体之间的但在正常限度内的运动。

图1通过标示关联于椎骨的各种自由度而示出椎骨运动的复杂度。在生理运动的正常范围内，椎骨在“中性区”和“弹性区”之间延伸。中性区是总运动范围内的区域，在该区域内韧带相对不受应力；也就是说，韧带提供相对小的运动阻力。当运动发生在运动范围极限处或附近时，就到达了弹性区。在该区域，韧带的粘弹性质开始提供运动阻力，由此限制该运动。日常运动大多发生在中性区内，仅偶尔延续进弹性区内。包含在中性区内的运动不会对软组织结构施压，而进入弹性区内的运动将引起不同程度的弹性反应。因此，尤其在脊柱植入物的领域中，通过将运动约束于中性区内，将使对相邻骨组织和软组织结构的应力最小化。例如，此运动约束将减小小面关节变性。弹性区弹性区弹性区弹性区

一般而言，本发明提供了一种用于置换椎间盘的脊柱植入物。本发明的植入物通常由各种互锁部分组成，所述互锁部分相对于彼此可移动并且容纳弹性的吸力核体。本发明的椎间盘的部件之间的相对运动包括各种自由度，但是该自由度限制于特定范围。本发明提供一种用于置换脊柱内的椎间盘的人造脊椎盘。如下面将进一步所述，本发明允许在脊柱***部位处的无约束或部分受约束的椎骨运动。尤其是，本发明的人造椎间盘提供类似于中性和弹性区内的正常运动(即与正常或完整椎间盘相联系的运动)的旋转、屈曲、伸展和侧向运动。另外，本发明的装置也允许此类运动的各种组合，例如耦合运动。例如，本发明的椎间盘可受到屈曲和平移、或侧向屈曲和侧向平移、或屈曲和旋转。本领域的技术人员在本公开内容的基础上将清楚各种其他运动。

在图2-4中示出了本发明的脊柱植入物的一个实施方式。在这些图中示出的实施方式中，植入物10由两个叠盖壳体组成，即基本上由外壳体14包封的内壳体12。如图所示并且本领域的技术人员可以理解，在该上下文中使用的术语“基本上”表示内壳体12的大部分由外壳体14围绕，但是内壳体的一些部分可暴露(即未包封)。每个壳体12和14由两个配合部分组成。分别在11和13处示出植入物的前和后端。如图所示，内壳体12由上部分或盖16(或“上环状体”)和下部分或杯体18(或“下环状体”)组成。类似地，外壳体14由上部分或上封壳20(或“上端板”)和下部分或下封壳22(或“下端板”)组成。这些部分在下面进行进一步讨论。应当注意的是尽管在该说明书全文中使用了术语“环状体”，但是这样做完全是为了方便起见，并且该术语并不意味着表示盖16或杯体18必须具有开口，不过这在本发明的一个实施方式中是可行的。

如图2-4中所示，当从上方观察时(即图4)外壳体14具有大体卵体形或椭圆形的、并具有侧向延伸的主要轴线和前后延伸的次要轴线的形状。外壳体的上封壳和下封壳或端板20和22分别具有凸形弯曲状外表面24和26。在一个实施方式中，外表面24和26设置有部分球面曲率。此种曲率提供各种优点。例如，弯曲状配置提供与相邻骨结构接触的增加表面，由此促进骨向内生长。另外，本发明的人造椎间盘的弯曲状外部结构使植入时椎间盘的占用空间最大。

除了提供增加的表面积之外，上封壳和下封壳的外表面可设置有用于骨向内生长的一个或多个其他促进物。这样的因素本质上可为物理的和/或化学的。例如，外表面可设置有骨可附接的多个孔或销及类似物。替代地或组合地，封壳的外表面可设置有骨向内生长的化学成分。这些以及其他骨向内生长因素对于本领域的技术人员来说将是已知的。

外壳体14的下封壳22(或下端板)包括用于接收杯体或下环状体18的大体圆形凹窝28(或“盘状凹窝”)。如图2和3中所示，凹窝28的尺寸形成为稍大于杯体18。下封壳22的后端包括大体向上延伸并包括钩部32的凸缘30，其目的将在下面进行解释。另外，封壳22的前端设置有凸肩或***部以阻止容纳有椎间盘的部件挤出，其将在下面进一步讨论。

内壳体12的杯体18(或下环状体)包括大体圆形的基部34，该基部具有大体向上延伸的侧壁36。如图2中所示，侧壁36优选地在前端具有较大高度，而在后端具有较小高度。

杯体18的基部34适合接收和容纳弹性核体37，将在下面对核体37进一步讨论。根据图2和3所示的本发明的实施方式，当容纳在装置中时核体37大体呈楔形盘的形状，核体具有厚的前部分39和薄的后部分41。核体的下表面或基部43大体平坦。因此，核体的后部分41的上表面或顶表面45包括斜面45。从以下公开内容中可以理解，核体37可由这样的楔形形状制造成或者可简单地包括大体盘状的弹性主体，当容纳在盘腔内(如下面进一步所述)时，所述弹性主体呈腔的形状。

内壳体12的盖16(或上环状体)适于配合在杯体18上。盖16包括大体圆形盖38，如图3中所示，所述盖38具有比杯体18的半径稍大的半径。盖38设置有大体向下延伸的侧壁40，该侧壁40与杯体18的侧壁36交迭。如图3中所示，凹窝28的尺寸形成为容纳盖38的侧壁40的直径。此外，应当注意的是凹窝28的尺寸也形成为足够深，以当盖16和杯体18朝着彼此移动时允许侧壁40至少部分地被容纳。可以理解，当侧壁40接触凹窝28的基部时，盖16朝着杯体18的移动将被限制。侧壁40的前端和后端分别设置有凹窝或凹槽42和44，以用于接收从杯体18的侧壁36突出的突舌。如图2中所示，凹槽42和44适配成允许侧壁36在其内上下往复运动，并且如下所述，允许盖16和杯体18绕竖直轴线相对于彼此旋转。如图2中所示，在一个实施方式中，至少前凹槽42和从下环状体18延伸的相关突舌优选地朝着后向成倾角。在另一实施方式中，凹槽42和44均以此方式成倾角。另外，在一个优选实施方式中，凹槽42和44以及相关突舌是楔形的，其中每个凹槽的口部是其最宽部分。该倾角和楔形的突舌和凹槽组合使核体上的剪切应力最小化并且用于辅助压缩核体37。

图2b示出了凹槽42的尺寸变化。如图所示，一方面，盖16的凹槽42可比(或过大于)杯体18的侧壁36宽。可以理解，这样的尺寸差异将允许杯体和盖之间一定程度的相对平移运动。因而，在该方面，椎间盘将限制屈曲，但是将允许某种程度的腹侧或背侧平移。可以理解的是，所允许的平移运动的程度将取决于在凹槽42内提供给侧壁36的间隙总量。也可以理解的是，在盖16的相对凹槽44内可提供类似的过大尺寸。

盖16的外部上表面46设置有凸形弯曲状前部分48和大体平坦的后部分50或“龟背板(turtledeck)”。盖16的下表面包括前部分47，该前部分47适于容纳核体的较厚前部分39。盖的下表面也包括后部分49，该后部分49倾斜角度以容纳核体的倾斜表面45。因而，杯体18的上表面和盖16的下表面的组合形成核体腔，以在其内容纳核体37。可以理解，在将压缩力施加到植入物上期间，核体腔的体积将被减小。为此原因，如图2和3中所示，本发明的一个实施方式要求在不受力位置时(即当不施加压缩力时)核体腔的容积大于核体37的体积。以此方式，当压缩力施加到椎间盘10上，允许弹性核体37变形以占用减小的核体腔体积。

应当注意的是，在其他实施方式中弯曲状部分48的位置和曲率半径可以变化。例如，依据期望的运动范围，弯曲状部分可被进一步向后放置。另外，可以理解的是，弯曲状部分48的曲率半径也将影响本发明的椎间盘所提供的运动范围。这将在本文进一步进行讨论。

上封壳20(或上端板)包括具有前端的内表面，该前端设置有凹表面52，所述凹表面52适于在盖16的凸表面48上滑动(如下面进一步所述)。类似地，上封壳20内表面的后端包括大体水平表面53，该水平表面53适于在盖16的50上滑动。如图2所示，在中性位置处，上封壳20的平坦表面53与盖16的平坦表面50稍微分离。这种布置用于允许上封壳向下运动一定范围，直到表面50和53接触为止，此运动在该点达到“硬止动”。在脊柱大致在矢状面内伸展期间，也就是从前向后运动期间，将发生这种类型的运动。可以理解，由植入物所提供的伸展运动范围可通过设计表面50和53之间的特定间隙来预先确定。

上封壳20的后端包括大体向下延伸的凸缘54，凸缘54的末端具有钩部56。如图2所示，钩部56与下封壳的钩部32配合以防止上封壳和下封壳分离。这通过每个钩部指向相反方向并且以面对布置方式放置而实现。在图2所示的实施方式中，钩部32面向前，而钩部56面向后。然而，本领域的技术人员清楚其他布置。如图所示，提供一定量的间隙，以在钩部32和56接合之前允许凸缘30和54相对于彼此移动。当钩部接合时，此种布置允许上封壳20上升到极限处。可以理解的是，凸缘30和54的组合在封壳后端处提供上封壳和下封壳之间的铰链。这种功能在下面进一步进行描述。

如图3所示，下封壳22设置有两个定位在封壳侧向边缘上的狭槽58和60。狭槽58和60适合适当地接收设置在上封壳20上的定位突出部62和64。突出部62和64作用为“稳定器”，并且用于限制植入物的上部分和下部分之间的相对旋转。具体而言，如图3和4所示，狭槽58和60的尺寸形成为大于突出部62和64，由此允许突出部62和64在狭槽58和60内的某种运动自由度。如图3所示，突出部62和64也比相应的凹窝58和60的深度短，由此允许上封壳20相对于下封壳(22)的一定范围的侧向倾斜。以此方式，配合突出部和狭槽提供两个益处。首先，它们作用为封壳或端板20和22之间的相对轴向旋转的限制器或“硬止动件”。当突出部接触相应狭槽的侧壁时，使此轴向旋转达到硬止动。可以理解，可通过适当地限定突出部和狭槽的尺寸而预先确定旋转运动的角范围。此外，突出部和狭槽的组合用于限制封壳20和22在矢状(前-后)面或冠状(侧向或侧面-侧面)面内封壳之间的相对平移运动。

也如图3所示，每个上封壳和下封壳或端板20和22的侧向边缘可分别设置有从封壳的边缘延伸的凸肩66a、66b和68a、68b。凸肩66a和68a从相应的封壳20和22延伸，并且指向彼此以使它们之间的间隙变窄。凸肩66b和68b类似地布置在封壳的相对端上。凸肩66a，b和68a，b的布置在植入物的两个侧向侧面上产生“排障器”结构。此种排障器布置用于在植入本发明之后最小化疤痕组织形成程度，并且因此使由此引起的椎间盘运动范围的任何潜在减小最小化。本领域的技术人员可以理解，疤痕组织形成的减少是相对凸肩66a/68a和66b/68b之间的“钳”状动作的结果。具体而言，椎间盘正常运动时，相对凸肩彼此接触，由此剪断任何疤痕组织并且切断对此处的供血。

如上所述的本发明的核体37包括弹性材料。在一个实施方式中，此种材料包括水凝胶，其是本领域中已知的材料。然而，替代材料也可以用于该核体。例如，核体可包括本领域的技术人员已知的机械弹簧、或替代性的可压缩材料的组合。一般而言，核体由弹性可压缩材料制成。在图2和3可以看到，并且如上所述，核体用于使人造椎间盘的下部分和上部分抵对着彼此偏压。可以理解的是，核体用于吸收使植入物的下部分和上部分朝向彼此的压缩力。也可以理解，由于核体的弹性性质，椎间盘的上部分基本上“浮置”在下部分上。更具体而言，通过使上封壳20大体宽松地附接到下封壳22，可以看到上封壳20基本上“浮置”在环形结构(由上环形部分16和下环形部分18形成)上。因而，环状体(16和18)以及核体37组合以形成支撑封壳20和22的“旋转平台”。可以理解并且如上所述，核体37可设置成任何形状，并且当容纳在核体腔内时将呈图中所示的形状。

图5示出了当植入脊柱内时将呈现的本发明的人造椎间盘10。可以理解，在切除受损或病变的椎间盘之后，将椎间盘10植入到相邻椎骨之间的椎间空隙内。在图5中也示出了限定上环状体20的弯曲状部分46的旋转轴线。可以看到，在部分46上所设置的弯曲部由从轴线点“P”延伸的定半径“r”的弧线限定。如本文所述，在屈曲期间，上封壳20首先在上环状体16上移动，由此经过弯曲状部分46的弧线。此种运动发生在运动的中性区内。当运动延续到弹性区内时，核体37开始压缩并提供一定的运动阻力，由此形成运动的“软止动”。最后，如上所述，当设置在上封壳和下封壳上的定位于后面的钩部(32和56)彼此接合以形成“硬止动”时，屈曲运动被限制。如图5所示，旋转轴线P位于人造椎间盘10的下方并且位于相邻下椎体内。另一轴线点P位于此相邻椎体的前缘附近，由此提供类似于完整、正常的椎间盘的生理轴线的旋转轴线。如下面进一步解释并且本领域的技术人员可以理解，轴线点“P”的位置和半径“r”的长度可改变以为椎间盘提供不同功能特性。例如，轴线点“P”可在下邻的椎体内进一步向后定位。

图6-8示出了本发明的另一实施方式，其中与上述实施方式相同的元件用相同的参考数字标示，但是为了清楚起见加上字母“a”。与上述实施方式相同，图6所示的人造椎间盘10a也由上环形部件16a和下环形部件18a所围绕的弹性核体37a、以及上封壳20a和下封壳封壳22a组成。上环状体18a包括前弯曲状部分48a，上封壳20a可滑动设在所述弯曲状部分48a上。

在图6-8所示的实施方式中可以看到，椎间盘10a具有大体矩形的横截面，并具有分别设置在封壳20a和22a上的平坦外表面24a和26a。与双凹形部位——其中前一实施方式将是优选的——相比，在椎间盘切除部位(此处将***植入物)具有矩形轮廓的情况下，该种配置是优选的。为了增强椎间盘10a的植入，外表面24a和26a均设置有一对长肋或“稳定龙骨”70。如图8所示，龙骨70也优选地设置有许多孔72，(骨)锚固螺钉可穿过所述孔72***。也将理解的是，此种螺钉可用于将本发明的人造椎间盘锚固到其他相邻结构，例如人造椎骨等。

在图9中示出了本发明的另一实施方式，其中与上述实施方式相同的元件用相同的参考数字标示，但是为了清楚起见加上字母“b”。在该实施方式中，下封壳22b包括凹窝28b，该凹窝包括用于接收下环状体18b的凹曲率，下环状体18b具有类似的弯曲状下表面34b。该布置允许下环状体在下封壳上滑动，特别是在冠状面内(即侧向地)弯曲期间或在轴向旋转期间亦如此。上环状体16b设置有如先前所述的弯曲状前部分46b，弯曲状前部分46b便于屈曲和伸展运动(即在矢状面内的运动)。也如图所示，该实施方式的核体包括侧向横截面(大体沿着矢状面剖得)，其基本上是“菱形”形状，其中最厚部分设在核体的中央，并且前端和后端较薄。此种核体构造特别适合于轴向装载。

在图10中示出了本发明的另一实施方式，其中与上述实施方式相同的元件用相同的参考数字标示，但是为了清楚起见加上字母“c”。在该实施方式中，弯曲状部分46c基本上在上环状体16c的整个上表面上延伸。弯曲状部分46c依循具有旋转轴线P2和曲率半径r2的曲线的弧线。与图5相比，应当注意的是旋转轴线P2仍然位于下相邻椎体内，但是进一步靠后。可以理解的是，图5和10中所示的实施方式将用在脊柱的不同位置处、或者位于相同但为了不同目的的位置处，例如脊柱后凸区段内的脊柱前凸的恢复。如图10中所示，核体腔的形状相对于先前讨论的实施方式不同，以容纳具有较短和较陡倾斜部分45c的核体37c。

图11示出了如图5中所示的人造椎间盘，但是是以俯视图形式示出。可以看到，下环状体的基部34小于设在下封壳内的盘状凹窝28。如上所述，并且如下面进一步阐述，该尺寸差异允许下环状体相对于下封壳的平移运动。此种平移运动可沿矢状和/或侧向(冠状)方向发生。在图11中示出了此种平移运动。如图所示，上封壳沿箭头74所示方向的旋转运动也导致下环状体的旋转。然而，另外，下环状体的平移运动也导致如箭头76所示的此种平移运动。

在图12和13中示出了本发明的另一实施方式，其中与上述实施方式相同的元件用相同的参考数字标示，但是为了清楚起见加上字母“d”。在该实施方式中，示出上封壳20d和下封壳22d之间的锁定机构的变型。为了清楚起见，图12和13并没有显示椎间盘的其他元件。如上所述，封壳20和22之间的相互作用机构的一个实施方式是所提供的凸缘30和54，所述凸缘30和54均具有相互作用钩部以在封壳之间形成铰链。在图12和13所示的实施方式中，此种凸缘和钩部由铰链机构的变型代替，所述铰链机构的变型由如图所示的钩部和狭槽组件组成。更具体而言，在一个方面，上封壳20d可在它们的后端处设置有末端具有钩部56d的凸缘50d。然而，下封壳22d设置有狭槽80，上封壳20d的钩部56d和凸缘50d延伸进所述狭槽内。可以看到，图12和13的钩部和狭槽组件基本上以与前图的钩部组件相同的方式工作。狭槽80优选地宽于凸缘50d，以允许绕铰链的上封壳和下封壳之间一定程度的相对旋转。另外，如图所示，凸缘50d是长的以延伸穿过狭槽80。以此方式，凸缘50d将保持在狭槽80内，同时允许封壳20d和22d稍微分离。此种布置将允许内型心(即盖、杯体和核体)膨胀，但是仍将防止过度膨胀。此外，凸缘50d从上封壳20d倾斜地延伸，因而允许上封壳经受屈曲，但是由于此种倾斜配置而受到阻力。屈曲将继续直到钩部56d接触狭槽80的上杆82为止。

本发明的特征的总结

如上所述，本发明的人造椎间盘包括各种特征，现在将对其加以总结。首先，在一个方面，该椎间盘将轴向旋转、侧向弯曲、和屈曲/伸展分成分向量，并且包括各种结构部件以适应此种运动。结果，该椎间盘大体再现与完整椎间盘相关联的沿着此种单独分向量的中性区和弹性区运动。此外，本发明利用防止过度或非生理运动的设计端点来允许无约束和部分受约束的耦合运动。完全约束止动机构(即“硬止动”)保证运动不延伸超过弹性区。

在另一实施方式中，本发明的椎间盘在矢状面内可为大体楔形的，以与脊柱前凸脊柱配置一体形成并促进脊柱前凸脊柱配置。这样的植入物可用在寻求再对准脊柱的情况中。例如，该椎间盘可在前端具有与后端的高度相比更大的高度以提供前述楔形形状。类似地，也可在该椎间盘的侧向侧面之间——也就是冠状面内——提供此种高度差异。该类型的配置例如可用于校正排列不齐，例如脊柱侧凸。

封壳的大体球形弯曲状外表面在冠状面内为本发明的椎间盘提供卵圆形曲率。该结构最大化椎间盘-骨表面面积并且由此促进骨向内生长。这样的结构也使假体占用的椎间盘空间最大化，同时在植入后将椎间盘稳定地抵住骨。也可以理解的是，卵圆形侧向曲率也最大化浮置环状体/核体复合体在冠状面内的稳定性。

本领域的技术人员可以理解，核体和内壳体12的楔形配置与上封壳和下封壳(20和22)的大体宽松结合的组合，便于从前部进路取出和置换环状体/核体复合体。在植入之后为了以后修正或置换需要抽取核体和/或环状体时，这是重要的特征。

如上所述，上封壳20宽松地与下封壳22相关联，由此允许上封壳20浮置在环状体和核体结构上。所以，环状体和核体用于提供支撑封壳20和22的“旋转台”。

垂直延伸封壳或端板稳定器用于提供防止封壳的过度冠状或矢状平移的“硬止动”，同时在这些冠状面或矢状面内允许端板、环状体和核体部件之间的适中程度的平移。当实现预定的角运动量之后，封壳稳定器也提供轴向旋转的硬止动。

在上环状体和下环状体之间提供“突舌和凹槽”关系，其通过从下环状体延伸的突舌分别接收在设置在上环状体上的前凹槽42和后凹槽44内来实现。突舌和凹槽布置的优选的倾斜或倾角性质与优选的楔形设计(如上所述)的组合，用于使横过核体的平移(剪切)最小化，同时在屈曲、中性或伸展姿态中便于核体的压缩。

如图所示，下环状体(或杯体)18的基部43和下封壳的凹窝28的表面积与人造椎间盘相比相对较大。可以理解的是，通过最大化这些部件的表面积，在所有运动期间椎间盘上的任何轴向载荷分布在较大面积上。特别地，在屈曲和伸展运动期间实现此种载荷分布，由此使下环状体18和下封壳22之间的磨损最小化。

在上封壳在环状体/核体/下封壳上屈曲和平移期间，后封壳捕捉机构允许其锁定部件形成角度以保持锁定能力。

环状体/核体和上封壳/下封壳的浮置配置通过核体传递无约束轴向载荷，即使当脊柱未处在中性位置时亦如此。

在其他实施方式中，上环状体16的弯曲状部分48可更向前或向后地移动以产生用于脊柱的不同区域的不同屈曲/伸展旋转轴线。在其他实施方式中，弯曲状部分48的曲率半径可增加或减小以产生不同的屈曲/伸展旋转轴线。

上封壳和下封壳的外表面可以是弯曲状的或球形的(即卵圆形、椭圆形)或直的(即方形)以用于***脊柱的任何区域处的双凹形或矩形椎间盘切除部位。外表面可任选地设置有锚固肋或龙骨以用于将椎间盘固定到相邻骨结构。龙骨优选地设置在“方形”封壳的外表面上，以当植入时用于增加假体的稳定性。优选地成对地设置在每个表面上的龙骨也用于提供螺钉孔，以用于将人造椎间盘封壳附接到人造椎体。特别地对于从侧向暴露植入椎间盘而言，龙骨也可用于沿侧面-侧面(即平行于冠状面)地延伸。

在一个实施方式中，上封壳——在如矢状面(即前-后方向)内所剖得——的封壳直径可大于下封壳的直径，以更好地近似“正常”状态。

在一个实施方式中，凹部或***部可设在封壳外表面的前部和后部中线上，使得它们的对准和定位可用x射线进行验证。

在另一实施方式中，楔形脊柱前凸封壳可由弯曲状或方形封壳代替以辅助重新对准脊柱。

在冠状和矢状面内该椎间盘的覆盖区优选地被最大化，以辅助消除下陷。可以理解，本发明的椎间盘的尺寸将可改变以适应正常脊柱内的各种尺寸的椎间盘。

下封壳的前端和盘状凹窝设置有凸肩，以防止当植入假体时核体和/或环状体向前挤出。

现在将特别参考定向运动讨论本发明的其他特征。

1)屈曲和伸展

如上所述，并且如图5所示，上环状体的弯曲状外表面的旋转轴线优选地位于在人造椎间盘下方的相邻椎体内，并且更优选地位于所述椎体的前缘附近。这样的定向模拟完整正常椎间盘内的生理轴线。因此，防止了例如脊柱向前陷入驼背的趋势，并且相反地脊柱保持脊柱前凸定向。

在本发明的其他实施方式中，上环状体的弯曲部的旋转轴线可定位在其他位置和/或曲率半径可改变。例如在替代实施方式中，上环状体的弯曲状区域可进一步朝着椎间盘体的后部分定位，以便改变人造椎间盘上的脊柱屈曲和轴向载荷的特性。这可在比较图5和10时看出。

从以上讨论中将清楚，在初始屈曲时，通过上封壳在上环状体凸出区域上旋转，提供本发明的人造椎间盘的中性区运动封壳。弹性区运动随着核体的压缩发生，这在屈曲进行期间对于后脊柱元件的逐渐撑开而言是必需的。弹性区通过旋转上小面远离相邻椎体的下小面，屈曲的弹性区运动为小面卸除载荷，而不会导致冲击小面或穿过它们剪切。

在预定的运动量之后，屈曲运动中的“硬止动”由后封壳捕捉机构或钩部提供。此种硬止动防止超出弹性区的过度运动。后封壳捕捉机构的锁定部件优选地倾角以在屈曲和平移期间保持锁定能力。可以理解，在接合硬止动之前的核体的压缩(其中核体压缩作用为软止动)用于减小捕捉机构上的磨损量。

上封壳在上环状体上的浮置配置也允许伸展期间的中性区运动。此种运动使上环状体的龟背板之上的间隙或空间变窄。伸展期间龟背板上的上封壳水平区域的压缩传递到核体，从而提供弹性区运动。龟背板也提供预定运动量之后的硬止动以防止过度运动。

除了后封壳捕捉机构之外，上环状体和下环状体的突舌和凹槽关系提供伸展中的硬止动，从而在预定运动量之后防止通过假体的过度运动。

2)旋转

上封壳的侧壁约束其内的上环状体。进一步地，由于下环状体受上环状体约束的事实，所以可以理解的是，上封壳的任何旋转运动迫使整个环状体(即上部分和下部分)，和容纳在其内的弹性核体随着上封壳克服下封壳旋转。

在优选实施方式中，下环状体的基部的盘状形状与下封壳内的较大盘状凹窝一体形成。这允许扭转运动期间的矢状和侧向平移，由此允许偏心旋转。本领域的技术人员可以理解，此种运动用于有效地模拟正常椎间盘的生理旋转轴线。进一步地，设在下封壳内的凹窝的壁也作用为下环状体的任何过度矢状或侧向平移运动的硬止动。

如上所述，侧向封壳稳定器提供上封壳和下封壳的相对运动的硬止动。

3)侧向弯曲

如上所述，上环状体适于配合在下环状体上，由此下环状体能够套在上环状体内部。上环状体和下环状体的侧壁之间的空隙允许随着核体的偏心压缩而侧向弯曲(在冠状面内弯曲)。中性区被保持限制成中性脊柱对准，从而促使脊柱保持直，避免脊柱侧凸姿态。侧向设置在封壳上的稳定器作用为预定的侧向弯曲量之后封壳的硬止动。可以理解的是，此种限制防止过度侧向运动。

4)耦合运动

如上所述，在屈曲期间，当上封壳在上环状体的弯曲部分上滑动时，人造椎间盘的核体压缩。此种运动导致旋转轴线相对于相邻下椎体下降，由此模拟完整正常椎间盘中的生理关系。因而，上封壳在上环状体的弯曲部上的运动和屈曲引起的核体压缩的耦合导致在屈曲时正常的后元件逐渐加载荷直到达到硬止动为止。如上所述，该组合运动减小了提供硬止动的后封壳元件上的磨损。

如上所述的本发明的浮置环状体/核体复合体允许前述屈曲/伸展和轴向旋转运动与侧向弯曲耦合，由此模拟正常的生理运动。

侧向成角和侧向(冠状)平移与侧向弯曲的耦合发生直到遇到侧向封壳稳定器的硬止动为止。

5)压缩

设置在上环状体和下环状体的前端和后端上的突舌和凹槽布置提供稳定性并且保护弹性核体不受平移剪切。此外，此种布置提供和核体压缩的程度相关的限定的限制(即硬止动)。

弹性核体的大体梯形形状(当在矢状横截面内所剖时)允许在除了正轴向载荷以外的来自其它方向的偏心压缩的载荷下的最大耐用性。如上所述，核体腔被设计成大于核体本身。可以理解的是，在核体的压缩期间，例如在椎间盘轴向加载期间，弹性核体与上环状体和下环状体的侧面之间的此种额外空间允许侧向膨胀。

本发明的椎间盘可用本领域的技术人员已知的各种材料制造。例如封壳和环状体部分可由钢、不锈钢、钛、钛合金、陶瓷以及塑料聚合物制造。核体可包括机械弹簧(例如由金属制造)、液压活塞、水凝胶或硅树脂液囊(silicone sac)、橡胶、或聚合物或弹性材料。

尽管参考某些特定实施方式描述了本发明，但在不脱离本文所述的本发明的意图和范围的情况下本领域的技术人员将清楚其各种修改。上述所有参考文献的全部公开内容以参照方式结合入本文内。

Claims (18)

1.一种用于植入脊柱的第一和第二相邻椎骨之间的人造椎间盘，所述椎间盘包括：

-外壳体，其包括配合的第一封壳和第二封壳并且限定第一隔室，所述第一封壳和所述第二封壳能够彼此相对移动；

-内壳体，其包括杯体和配合盖，所述杯体和所述盖能够彼此相对移动，所述内壳体限定第二隔室；以及

-弹性核体；

-其中，

a)所述内壳体的盖和杯体的尺寸形成为使得所述杯体或所述盖中的一个接收在所述杯体和所述盖中的另一个内；

b)所述内壳体基本上容纳在所述外壳体的第一隔室内；以及

c)所述弹性核体基本上容纳在所述内壳体的第二隔室内，所述核体偏压所述杯体和所述盖以用于弹性地分离所述杯体和所述盖。

2.根据权利要求1所述的人造椎间盘，其中所述外壳体设置有一个或多个第一约束装置以限制所述第一封壳和所述第二封壳之间的相对运动。

3.根据权利要求2所述的人造椎间盘，其中所述内壳体设置有一个或多个第二约束装置以限制所述杯体和所述盖之间的相对运动。

4.根据权利要求3所述的人造椎间盘，其中所述第一约束装置和所述第二约束装置均包括止动器以防止所述相对运动超过设定点。

5.根据权利要求4所述的人造椎间盘，其中所述外壳体的第一封壳设置在内壳体的盖上，并且其中所述第一封壳在所述盖的外表面上能够滑动。

6.根据权利要求5所述的人造椎间盘，其中所述盖的外表面包括凸出部分，并且其中所述第一封壳包括内表面，所述内表面具有用于接收所述盖凸出部分的配合凹陷部分。

7.根据权利要求6所述的人造椎间盘，其中所述盖的凸出部分关于矢状面是弯曲的。

8.根据权利要求7所述的人造椎间盘，其中所述内壳体的盖和杯体是大体圆形的。

9.根据权利要求8所述的人造椎间盘，其中所述外壳体的第一封壳和第二封壳包括凸出的外表面。

10.根据权利要求9所述的人造椎间盘，其中所述第一封壳和所述第二封壳在冠状和矢状面上都凸出。

11.根据权利要求10所述的人造椎间盘，其中所述第一封壳和所述第二封壳的外表面是大体球形的。

12.根据权利要求12所述的人造椎间盘，其中所述第一封壳和所述第二封壳的外表面的至少一部分均设置有物理和/或化学的骨生长促进物。

13.根据权利要求8所述的人造椎间盘，其中所述第一封壳和所述第二封壳的外表面包括稳定构件，以用于当植入时将封壳锚固到相邻椎骨结构。

14.根据权利要求13所述的人造椎间盘，其中所述稳定构件包括用于接收骨锚固螺钉的开孔。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的人造椎间盘，其中所述椎间盘包括前端、后端和侧端，并且其中所述外壳体的第一封壳和第二封壳在所述后端处以铰接方式接合。

16.根据权利要求15所述的人造椎间盘，其中所述外壳体的第一封壳和第二封壳中的一个在每个侧端处包括第一突舌，并且其中所述第一封壳和所述第二封壳中的另一个在每个侧端处包括互补的第一凹槽，所述第一凹槽适于接收所述第一突舌。

17.根据权利要求16所述的人造椎间盘，其中所述内壳体的盖或杯体中的一个在每个所述前端和所述后端处包括第二突舌，并且其中所述盖和所述杯体中的另一个在所述前端和所述后端处包括互补第二凹槽，所述第二凹槽适于与所述第二突舌接合。

18.根据权利要求17所述的人造椎间盘，其中所述凹槽比所述突舌宽，由此所述盖和所述杯体能够相对于彼此以平移方式移动。

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