KR101421684B1 - 추간판 보철물 - Google Patents

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루츠 비더만
빌프리드 맷티스
위르겐 하름스
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비이더만 테크놀로지스 게엠베하 & 코. 카게
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Abstract

추간판 보철물로서,
베이스 플레이트(1),
톱 플레이트(2),
상기 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 중심을 관통하여 연장하는 중심축선(M),
상기 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 사이에 배치된 각각 루프 형상의 부분(6)과 2개의 자유단부(5a, 5b)를 구비하는 적어도 2개의 스프링(4)을 포함하고,
상기 자유단부 중의 하나의 자유단부(5a)는 상기 베이스 플레이트에 연결되고, 상기 자유단부 중의 다른 하나의 자유단부는 상기 톱 플레이트에 연결되고, 상기 루프 형상의 부분은 상기 중심축선으로부터 이격되는 방향에 위치하는 추간판 보철물이 제공된다.
추간판, 보철물(prosthesis), 베이스(base), 톱(top), 플레이트

Description

추간판 보철물{Intervertebral disc prosthesis}
본 발명은 베이스 플레이트, 이 베이스 플레이트의 대향측의 톱 플레이트, 상기 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 중심을 관통하여 연장하는 중심축선, 이 중심축선의 외주에 배치된 루프형상의 부분과 2개의 자유단부를 구비하는 복수의 스프링을 구비하는 추간판 보철물로서, 상기 양 자유단부는 각각 베이스 플레이트 및 톱 플레이트에 연결되고, 상기 루프형상의 부분은 상기 중심축선으로부터 이격된 방향에 위치하는 추간판 보철물에 관한 것이다.
베이스 플레이트와 톱 플레이트 사이에 배치된 금속 스프링을 이용한 추간판 보철물은 예를 들면 미국특허 US 4,309,777로부터 공지되어 있다. 이 인공 추간판은 상부 디스크 부분과 하측 디스크 부분 및 상부 디스크 부분으로부터 하측 디스크 부분까지 연장하여 상하측 디스크 부분들을 가압하여 상호 이격시키는 다수의 헬리컬 스프링을 포함한다.
미국특허 US 6,770,094 B2에는 스프링에 의한 가압시 상호 탄성적으로 지지되는 상부 디스크 및 하부 디스크를 포함하는 추간판 보철물이 개시되어 있다. 스프링은 체온에서 초탄성 특성을 발휘하는 형상기억합금으로 구성되어 있다. 일 실 시예에서, 상기 스프링은 스트립 형태를 가지는 판스프링에 의해 형성되고, 이 판스프링의 일단부는 상부 디스크에 타단부는 하부 디스크에 장착된다.
미국특허 US 7,201,776 B2에는 상하측 추체 중의 하나에 부착되는 한 쌍의 대향 엔드 플레이트 부품; 이 엔드 플레이트 부품들의 사이에 배치된 완충 부품; 및 이 완충 부품 내에 수용된 충전 물질을 포함하는 인공 디스크 대체물(artificial disc replacement; ADR)이 개시되어 있다. 일 실시예에서, 상기 완충 부품은 타이어 형상의 부품으로서 중심에 금속 허브가 결합되어 있고, 타이어 내부에는 공기, 유체, 젤 또는 기타 물질이 수용되어 있다.
시판되는 추간판 보철물은 축방향 감쇄력 결핍, 회전 제어의 부재, 천연 추간판에 비해 과도한 자유도 및 운동범위(Range of Motion; ROM)의 회복 결핍과 같은 하나 이상의 결점을 가질 수 있다.
본 발명의 목적은 회전제어 및 굴곡/신장 제어와 동시에 축방향 감쇄(damping)가 향상된 추간판 보철물을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 추간판 보철물에 의해 해결된다. 추가의 특징은 종속 청구항들에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 추간판 보철물은 중심축선으로부터 이격된 방향에 루프 부분을 구비하는 루프 형상의 스프링에 의해 높은 축방향 감쇄를 달성한다. 상기 스프링은 그 자유단부들이 각각 베이스 플레이트에 연결되어 있으므로 회전 제어가 달성된다. 굴곡/신장 운동범위(ROM)는 약 ±5°까지 감소되고, 그 결과 주변의 관절부분들, 특히 면관절(facet joints)이 보호된다.
일레스토머 재료로 제조되는 것이 바람직한 엔드 스토퍼는 축방향의 운동을 더욱 제한함과 동시에 더욱 감쇄시킨다.
가요성 보호 슬리이브는 스프링들 사이의 공간부 내로 혈관 및 조직이 성장해 들어가지 않도록 방지해 준다.
본 기술분야의 전문가는 설명을 위해 도시되고 기술된 본 발명의 바람직한 실시예의 설명으로부터 본 발명의 추가의 특징 및 장점을 명백히 이해할 수 있을 것이다. 이해되는 바와 같이, 본 발명은 기타 다른 실시예가 가능하고, 그 세부사 항은 다양한 관점에서 개조될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 설명 및 도면은 설명을 위한 것으로 간주되어야 하고, 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1 내지 도 4로부터 볼 수 있는 바와 같이, 이 추간판 보철물은 베이스 플레이트(1) 및 이 베이스 플레이트의 대향측의 톱 플레이트(2)를 포함한다. 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)는 각각 플레이트 부분(1a, 2a) 및 중앙의 원통상 돌출부(1b, 2b)를 구비한다. 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)는 이들 원통상 돌출부(1b, 2b)가 상호 대면하도록 배치되어 있다. 중심축선(M)은 돌출부(1b, 2b)의 중심을 관통하여 연장한다. 나사산이 형성된 보어(11)는 상기 원통상 돌출부(1b, 2b)와 동축을 이루는 상태로 상기 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)를 관통하여 연장한다. 이 실시예에서 플레이트 부분(1a, 2a)은 원형이지만 임의의 다른 형상 특히 인접하는 추체들의 엔드 플레이트의 외형에 부합하는 형상을 가질 수 있다. 플레이트 부분(1a, 2a)은 외면이 약간 만곡되어 있고, 인접하는 추체들의 엔드 플레이트에 고정되기 위한 다수의 치(3)를 포함하고 있다.
베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)는 티타늄 또는 스텐레스강 또는 생체적합성 플라스틱 재료(예, 폴리아릴에테르에테르케톤(PEEK))과 같은 생체적합성 재료로 제작된다.
다수의 스프링(4)이 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2) 사이에 배치된다. 특히, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 각 스프링(4)은 판스프링과 유사한 실 질적으로 평평한 스트립의 형상을 가지고, 2개의 자유단부(5a, 5b) 및 이들 자유단부(5a, 5b) 사이의 루프 형상의 굴곡부분(6)을 포함하고 있다. 바람직한 일 실시예에서, 상기 스프링은 판스프링이다.
특히 제1도에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 자유단부(5a, 5b)는 직선상의 평평한 부분이다. 스프링(4)을 형성하는 스트립의 폭은 다수의 스프링(예, 6개의 스프링)이 상기 중심축선(M)의 외주에서 인접하는 스프링 사이에 일정한 공간을 가지도록 배치될 수 있는 폭이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스트립의 폭(w)은 루프 형상의 부분(6)의 최외측 부분에서 가장 크고, 자유단부(5a, 5b) 쪽을 향하여 감소된다. 자유단부(5a, 5b)로부터 루프 형상의 부분(6)의 최외측 부분까지의 스프링(4)의 길이(l)는 스프링이 장착되었을 때 루프 형상의 부분(6)이 플레이트 부분들(1a, 2a)의 사이에 위치하는 길이로 되어 있다. 보철물의 중심축선(M)에 평행한 방향에서 루프 형상의 부분(6)의 최대 직경(d)은 도 1 및 도 2에 도시된 장착 상태에서 스프링(4)과 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)의 사이에 일정한 간격이 존재하는 직경이다.
상기 스프링(4)은 임의의 높은 가요성을 가지는 생체적합성 재료로 제작될 수 있다. 예를 들면, 상기 스프링은 초탄성을 발휘하는 형상기억재료, 특히 니켈 티타늄 합금과 같은 형상기억금속으로 제작될 수 있다. 이 합금의 특수한 예는 니티놀(nitinol)이다.
도 1, 3, 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)의 사이에 스프링을 장착하기 위해 장착나사(7)가 제공된다. 각 장착나사(7) 는 나사산이 형성된 나사부분(8) 및 체결공구와 결합하기 위해 장착나사의 자유단부에 형성된 오목부(9)를 포함한다. 장착나사(7)의 자유단부의 대향부에는 디스크 형상의 부분(10)이 포함되어 있다. 이 디스크 형상의 부분의 직경은 원통상 돌출부(1b, 2b)의 직경에 대응한다. 각 나사부분(8)은 베이스 플레이트(1) 및 그 원통 형상의 돌출부(1b) 및 톱 플레이트(2) 및 그 원통 형상의 돌출부(2b)를 각각 관통하여 연장하는 나사산이 형성된 동축 보어(11)와 결합한다. 나사부분의 길이는 장착나사(7)가 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)에 각각 연결됨과 동시에 스프링(4)이 디스크 형상의 부분(10)과 원통 형상의 돌출부(1b, 2b)에 의해 클램핑되었을 때 오목부(9)에 나사체결공구가 결합될 수 있는 길이이다.
장착나사(7)의 디스크 형상의 부분(10)들 사이에는 감쇄부재(12)가 제공된다. 이 감쇄부재는 디스크 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 폴리카보네이트 우레탄(PCU)과 같은 일레스토머 재료로 제작된다. 디스크의 두께는 장착나사(7)들 사이의 공간을 충전하도록 선택된다. 상기 재료는 소망의 감쇄효과가 달성될 수 있도록 선택된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(1)로부터 톱 플레이트(2)까지 연장하고, 스프링(4)의 외주를 둘러싸는 보호 슬리이브(13)가 제공된다. 이 슬리이브(13)는 스프링(4)의 루프 형상의 부분(6)의 일부를 반경방향에서 감싸고 있다. 이에 따라, 루프 형상의 부분(6)은 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)의 플레이트 부분(1a, 2a)과 직접 접촉하지 않게 된다. 이 구조에 의해 축방향의 추가의 감쇄작용이 유발된다. 보호 슬리이브(13)는 가요성 재료, 특히 폴리 카보네이트 우레탄(PCU)과 같은 일레스토머 재료로 제작될 수 있다.
이 추간판 보철물은 장착나사(7)의 디스크 형상의 부분(10)과 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)의 각각의 원통 형상의 돌출부(1b, 2b)의 사이에 스프링(4)이 클램핑되는 구조로 사전조립된다. 감쇄부재(12)는 장착나사의 디스크 형상의 부분(10)의 자유측면(free side)에 예를 들면 접착을 통해 고정될 수 있다. 모든 스프링이 클램핑된 후, 보호 슬리이브가 장착된다.
사용시, 본 추간판 보철물은 추간판을 대체하기 위해 2개의 인접하는 추체들 사이에 삽입된다. 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 외면상의 치(3)들은 인접하는 추체의 엔드 플레이트에 결합한다. 척추의 굴곡변형 및 신장변형시 하나의 스프링 또는 다수의 스프링 상에 압력이 가해지거나 압력이 해제됨으로써 스프링들은 압축되거나 신장된다. 이와 동시에 감쇄부재(12)는 축방향 운동만을 감쇄시킨다. 스프링(4)은 또한 회전제어를 제공한다. 이것은 베이스 플레이트 및 톱 플레이트가 상호 비틀림 운동될 때 자유단부(5a, 5b)는 고정되어 있으므로 루프 형상의 부분(6)이 특정의 각도까지 비틀림 변형되기 때문이다.
상기 스프링의 탄성 및 스프링의 형상은 굴곡변형/신장변형의 운동범위(ROM)를 약 ±5°까지 제한한다. 그 결과 면관절 및 인대와 같은 주변의 구조에 과부하가 걸리는 것이 방지된다. 천연 추간판과 유사한 실질적인 축방향 감쇄작용은 축방향 압축력을 생리적 범위까지 제한하고, 인공 추간판과 면관절(록 페시트; lock facets)의 탄성적인 상호작용을 가능하게 한다.
다양한 변경도 가능하다. 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 형상은 추체의 엔드 플레이트에 해부학적으로 더 잘 들어맞는 구조로 형성할 수 있다. 따라서, 양 플레이트의 형상은 신장형(kidney-shaped), 타원형, 또는 기타형으로 형성할 수 있다. 상기 치들은 도면에 도시된 것과 다른 형상을 취할 수 있다. 예를 들면, 스파이크 형상이나 비대칭 형상을 취할 수 있다. 더욱, 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)의 외면은 엔드 플레이트의 내부로의 성장진입을 향상시키기 위한 거칠기 가공 또는 코팅처리될 수 있다.
상기 스프링은 클램핑하는 대신 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)의 돌출부(1b, 2b)에 직접 나사체결하여 장착될 수 있다.
감쇄부재(12)는 예를 들면, 히드로겔 쿠션(hydrogel cushion)이나 헬리컬 스프링 또는 디스크 스프링과 같은 다른 종류의 스프링과 같은 다른 구조로 구현될 수 있다.
감쇄부재(12)는 생략될 수도 있다. 그러나 이 경우에는 축방향 감쇄작용의 이점은 감소된다. 보호 슬리이브도 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추간판 보철물의 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 추간판 보철물의 부분 단면이 도시된 측면사시도이다.
도 3은 추간판 보철물의 분해사시도이다.
도 4는 추간판 보철물의 측면사시도이다.
도 5는 톱 플레이트에 스프링을 결합하는데 사용되는 추간판 부분을 도시한 도면이다.

Claims (13)

  1. 추간판 보철물로서,
    베이스 플레이트(1),
    톱 플레이트(2),
    상기 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 중심을 관통하여 연장하는 중심축선(M),
    상기 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 사이에 배치된 각각 루프 형상의 부분(6)과 2개의 자유단부(5a, 5b)를 구비하는 적어도 2개의 스프링(4)을 포함하고,
    상기 자유단부 중의 하나의 자유단부(5a)는 상기 베이스 플레이트에 연결되고, 상기 자유단부 중의 다른 하나의 자유단부는 상기 톱 플레이트에 연결되고, 상기 루프 형상의 부분은 상기 중심축선으로부터 이격되는 방향에 위치하는 추간판 보철물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스프링(4)은 평평한 스트립인 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자유단부(5a, 5b)를 상기 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)에 클램핑하는 클램핑 장치(7)가 제공되는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 플레이트(1) 및 톱 플레이트(2)는 각각 상기 중심축선에 동축임과 동시에 상호 대면하는 돌출부(1b, 2b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스프링의 자유단부(5a, 5b)는 상기 돌출부(1b, 2b)에 클램핑되는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 사이에 감쇄부재(12)가 배치되는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 감쇄부재는 일레스토머인 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중심축선(M)의 외주에 다수의 루프 형상의 스프링(6)이 원형 배열로 제공되는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스프링(4)은 초탄성을 발휘하는 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스프링(4)은 니켈 티타늄과 같은 형상기억합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 사이에 가요성의 보호 슬리이브(13)가 배치되는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 플레이트 및 톱 플레이트의 상기 스프링(4)에 대향하는 측면은 인접 추체의 엔드 플레이트와 결합하기 위한 결합구조(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자유단부는 루프 형상의 부분에 인접하는 것을 특징으로 하는 추간판 보철물.
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