CN1436518A - 椎间融合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于颈椎前路手术的椎间融合器，呈空心状柱体，横截面为多边形或圆形，侧壁开孔，上下表面均有尖齿；由可被人体吸收的聚合物材料聚DL－乳酸、聚L－乳酸，聚乙醇酸或它们之间共聚物制成，它具有早期的确实制动作用、后期的骨性融合作用、生物相容性好、合适机械强度、椎体融合后能自行降解的优点。不产生排异反应，也可用于胸椎、腰椎手术。

Description

椎间融合器

                    技术领域

本发明属于医用材料领域，更具体地说，涉及一种医用手术植入物，用于颈椎前路手术的一种椎间融合器。也适用于腰椎、胸椎手术。

                    背景技术

自Robinson-Smith和Cloward于20世纪50年代开创颈椎前路减压植骨融合术(Anterior cervical decompression and fusion ACDF)以来，由于该术能有效清除突向椎管前面的椎间盘、增生骨赘以及骨折的碎片，而且可同时植骨融合，故已被广泛地应用于治疗颈椎创伤、肿瘤、颈椎病。颈椎前路减压融合术中，采用何种植骨方式、何种植骨材料仍为目前争论的焦点：多节段融合的临床满意率及植骨融合率远远低于单节段融合，常需要二次前路或后路融合手术，以致于使用传统的植骨方法行多节段融合因疗效不确切而难以被医生和患者接受。因此颈椎前路减压融合术中迫切需要一种既能提高颈椎融合率，又能降低并发症的植骨方法。

传统的植骨方法采用自体髂骨的三面皮质骨，但是自体髂骨植骨并发症的发生率高，Sawin(Sawin PD，Traynelis VC，Menezes AH.Acomparative analysis of fusion rates and donor-site morbidityfor autogenetic rib and iliac crest bone grafts in posteriorfusions.J Neurosurgery，1998；88：255-65.)等报告自体髂骨植骨并发症的发生率为25.3％，这些并发症包括失血量增加、血肿、供骨区疼痛、髂骨骨折、股部感觉异常等；自体髂骨植骨后，常因强度不足而塌陷，直接影响椎管容积的大小和减压效果。

颈椎前路内固定在恢复颈椎稳定性、减少植骨块移位、减少对外固定的依赖方面有确切的作用。学者们对于颈椎创伤中使用前路钢板已达成共识，但在颈椎退行性疾患前路减压融合术后、颈椎体切除、大块植骨术后前路钢板的作用尚存在众多争议。多数学者认为下颈椎前路内固定确能明显提高植骨融合率(1.Das K，Couldwell WT，SavaG，et al.Use of cylindrical titanium mesh and locking plates inanterior cervical fusion：Technical note.J Neurosurg，2001，94(1 Suppl)：174-178.2.Wang JL，McDonough PW，Kanim LE，et al.Increased fusion rates with cervical plating forthree-level anterior cervical discectomy and fusion.Spine，2001，26(6)：643-647。3.Wang JC，McDonough PW，Endow KK，et al.Increased fusion rates with cervical plating for two-levelanterior cervical discectomy and fusion.Spine，2000，25(1)：41-45.)，也有学者持怀疑态度，认为内固定对提高植骨融合率意义不大，Lowery(Lowery GL，McDonough RF.The significance ofhardware failure in anterior cervical plate fixation.Spine，1998，23：181-187)报道了一组随访2-7年的病例，应用Orozco钢板、CSLP及Orion的融合失败率依次为30％、27％及18％。下颈椎前路内固定术的并发症亦不容忽视，Lowery对133例颈椎前路钢板固定的患者进行2-7年的随访发现：金属疲劳(螺钉松动、退钉、断钉、钢板断裂)的发生率为35％；前路内固定后相邻节段退变的发生率为3.6％～35.7％，出现时间为术后6～30个月(Panjabi MM，Isomi T，and Wang JL.Loosening at thescrew-vertebra junction in multilevel anterior cervical plate constructs.Spine，1999，24(22)：2383-2388.)。

近年来，钛合金椎间融合器(Cage)在颈椎前路手术中已得到广泛应用，Cage是通过其外部结构将椎体撑开来恢复颈椎的生理屈度和高度，由于Cage与椎体的接触面(即受力面)有限，应力相对集中，且需要破坏上下椎体的终板，术后可导致椎体塌陷、畸形愈合、椎间隙狭窄；钛合金Cage，具有足够强度，但其上下均为椎体松质骨，两者的弹性模量不一致，椎体松质骨可因承受压力发生部分吸收，使术后椎间隙的高度随时间延长而有部分丢失；支架永久性置入，可能会产生电解、异物刺激反应，给患者带来精神负担。与颈椎椎间融合器有关的并发症值得引起关注，包括：融合器的下沉导致椎间隙塌陷、融合器脱位、不融合导致的颈椎不稳等(Wilke HJ，Kettler A，Goetz C，et al.Subsidenceresulting from simulated postoperative neck movements：an in vitroinvestigation with a new cervical fusion cage.Spine，2000，25：2762-2770)。Robret报告，颈椎椎间融合器的并发症的发生率为11.8％，包括假关节形成、椎体骨折、融合器周围过多骨形成而导致的继发性椎管狭窄。

综上所述，颈椎前路减压融合术中，自体髂骨植骨供骨区并发症发生率高，颈椎前路钢板金属疲劳发生率高，钛合金Cage可导致椎体塌陷，因此，提高颈椎前路减压融合率的关键之处在于选择理想的植入物，理想的植入物应当既具有骨诱导作用也有骨传导作用；同时植入物能引起新骨形成并能支持其长入。一般认为，骨诱导是由统称为骨形态发生蛋白(BMP)的骨形成性基质蛋白来控制的。骨形态发生蛋白是一种高效骨诱导物质，能够诱导血管周围的未分化间充质细胞向骨和软骨发生不可逆的分化，具有异位成骨的作用。BMP在促进骨缺损修复和骨折愈合过程中的作用，几乎与自体骨移植的效果相同。目前，许多学者证实了重组BMP及提纯的BMP在促进骨修复方面具有显著的作用。随着研究的不断深入和扩大，现已将BMP用于脊柱融合。BMP单独植入体内易被较快吸收、降解，所以多采用复合材料作为载体与BMP复合后植入，从而使其缓慢、持续地发挥作用。用于BMP的复合材料包括聚合体、烧结骨、羟基磷灰石、煅石膏、人纤维蛋白、非胶原性蛋白、多种胶原等。近年来，骨组织工程学的研究结果揭示：聚合体和BMP的复合物被认为是具有较大临床应用前景的骨组织工程的细胞载体。

寻找一种弹性模量接近人体骨骼、植入人体后并发症发生率低的可替代物，成为目前研究的焦点，聚合物材料引起了学者的广泛关注，有报道采用塑料如尼龙、聚醚醚酮的颈椎融合器，与人体的生物相容性有所提高，但植入物仍长期在存在于人体内，产生不同程度的异物反应。近年来，临床医学家们一直在进行可吸收生物材料的研究，大量的研究发现聚乳酸类材料生物相容性极好，可以100％被人体降解吸收，因此，获得了FDA的批准，并进入了美国药典。聚乳酸类材料制成的可吸收螺钉已广泛应用于骨折内固定，临床研究结果表明：它是一种安全、可靠、生物相容性良好的完全可降解吸收的内固定器械。

                        发明内容

本发明的目的是提供一种生物相容性好、有合适机械强度、椎体融合后能自行降解的材料制成的椎间融合器，具有制动、固定及融合作用。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

椎间融合器，呈空心状柱体，其横截面为多边形或圆形，侧壁开孔，上下表面均有尖齿，由可被人体吸收的聚合物材料聚DL-乳酸、聚L-乳酸，聚乙醇酸或它们之间共聚物制成。

本发明的椎间融合器的横截面可以为六边形、八边形或四边形。其中椎体融合器的横截面为四边形最常用。也可根据实际情况设计。

本发明所采用的聚合物材料聚DL-乳酸、聚L-乳酸、聚乙醇酸以及共聚物可以参照中国专利ZL94111758.3报道的方法合成。

本发明的椎间融合器内腔可设有一增强横条。

本发明具有以下优点：

1、早期的确实制动作用：在术后早期使上下椎体被撑开的同时，对周围组织产生张力，使上下椎体立即获得制动作用，这种确实而有效的功能，不仅一般植骨术无法相比，而且各种前路钢板内固定物也也难以获取如此理想的结果。

2、后期的骨性融合作用：将自体碎骨填入椎间融合器中间内腔，通过人体正常愈合机制获得骨性融合。因此，其兼有椎体间植骨融合的疗效和作用。由于椎间融合器由能被人体吸收的聚合物材料制成，随着椎体的融合，聚合物材料逐渐降解，当融合的椎体足以承受生理载荷时，聚合物已降解吸收完全。因此，在人体内不产生任何毒副作用，且不产生异物反应，其降解过程或速率可以根据临床需要控制调节，有利于骨性融合。

3、疗效优于传统疗法：临床研究表明：采用椎间融合器植入的患者疗效佳，患者不仅术后可早期下床活动及重返社会，且其融合率高。椎间融合器植入后对CT及MR检查毫无影响，便于术后随访、观察。

4、材料新颖、设计合理：椎间融合器，上表面为***状，与终板的自然屈度相适应，上下表面均有0.5-1cm的尖齿，增加其在椎间隙内的稳定性，达到最佳解剖位置的椎体间融合，表面的尖齿还可以增大接触面积，减少界面压强，撑开椎间隙，恢复椎间盘高度，保持颈椎保持颈椎正常的生理弧度，减少后纵韧带、黄韧带的皱缩对脊髓的压迫，使椎间孔的面积和容量增加，有利于改善神经根性症状；保留终板的完整性；提供内植物和终板间的最佳界面，减少内植物陷入相邻椎体的可能性。

采用由能被人体吸收的聚合物材料制成的椎间融合器，生物相容性好，弹性模量为2.0～5.0Mpa，接近人体骨骼，在人体内能维持足够的机械强度，具体见表1。

5、操作简便、安全：专为椎间融合器设计的特种器械可以确保手术操作过程的安全性，避免颈椎前路减压融合术的术中、术后并发症的发生。

                          附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为椎间融合器的侧面剖析图。

图2为椎间融合器的俯视图。

图3为椎间融合器的左视图。

椎间融合器呈空心状柱体，其截面为多边形，侧壁开孔，直径为1～5mm，其目的是便于引流，另外，可根据实际情况，椎间融合器内腔可设有一增强的横条以提高机械强度。

                     具体实施方式

实施例1：将聚DL-乳酸材料，分子量30万，通过注射机模具成型，注射温度200℃，制成椎间融合器。椎间融合器呈空心状柱体，其截面有为四边形，也有六边形，侧壁开孔，直径为2mm，成品经测试，抗压力913公斤，体外降解实验见表1。

实施例2：将由DL-***酯与L-***酸(30∶70)的共聚物材料，分子量50万，通过注射机模具成型，制成椎间融合器，注射温度175℃。椎间融合器呈空心状柱体，其截面为八边形，侧壁开孔，直径为4mm，成品经测试，抗压力958公斤，体外降解实验见表1。

实施例3：将L-聚乳酸材料，分子量40万，通过注射机模具成型，制成椎间融合器，注射温度220℃，其截面为四边形，侧壁开孔，直径为1mm，成品经测试，抗压力985公斤，体外降解实验见表1。

实施例4：将由DL-***酯与乙交酯(85∶15)共聚的共聚物材料，分子量15万，通过注射机模具成型，注射温度190℃，制成椎间融合器，其截面为四边形，侧壁开孔，直径为5mm，椎间融合器内腔设有一增强横条。成品经测试，抗压力925公斤。

实施例5：将由L-***酯与乙交酯(85∶15)共聚的共聚物材料，分子量25万，通过注射机模具成型，制成椎间融合器，其截面为圆形，注射温度195℃，成品经测试，抗压力982公斤。

实施例6：将DL-聚乳酸材料，分子量20万，通过注射机模具成型，制成椎间融合器，其截面为圆形，注射温度200℃，成品经测试，抗压力830公斤。

        表1体外降解抗压力实验    单位：公斤

时间/周	0	2	4	8	12	20	26	32
									实施例1	913	909	882	845	711	323	285	102
实施例2	958	922		873	798	350	291	109
									实施例3	985	976	951	902	820	430	370	121
实施例4	925		756		613	321	221	72
									实施例5	982	926	872		687	341	275	89
实施例6	830	806	765		610	312	254	93

体外降解的方法：将测试样品于密封容器，温度在37℃，加入缓冲液，缓冲液与样品比例应大于30∶1，缓冲液为：18.2ml溶液1(9.08gKH₂PO₄溶于1升灭菌注射用水)，81.8ml溶液2(11.876gNa₂HPO₄溶于1升灭菌注射用水)混合配成，pH为7.4±0.2，定期将样品从缓冲液中取出测定。抗压力实验按常规方法测定。

Claims (4)

1.一种椎间融合器，呈空心状柱体，其横载面为多边形或圆形，侧壁开孔，上下表面均有尖齿，其特征在于，所述的椎间融合器由可被人体吸收的聚合物材料聚DL-乳酸、聚L-乳酸、聚乙醇酸或它们之间共聚物制成。

2.按照权利要求1所述的椎间融合器，其特征在于，其中所述的横截面多边形为六边形、八边形或四边形。

3.按照权利要求2所述的椎间融合器，其特征在于，其中所述的柱体的截面多边形为四边形。

4.按照权利要求1所述的椎间融合器，其特征在于，椎间融合器内腔设有横条。