KR20020012535A - 압축성 보디를 갖춘 추간 원판 보철 - Google Patents

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KR20020012535A
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plate
intervertebral disc
disc prosthesis
face
plates
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파비앙 고쉐
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Abstract

본 발명은 2개의 플레이트(4) 및 이 플레이트 사이에 삽입되고 하나의 플레이트와 접촉영역을 갖는 적어도 하나의 단부(18)를 갖는 압축성 보디(12)를 구비하는 추간 원판 보철에 관한 것이다. 보디(12) 및 플레이트(4)는 접촉영역이 보디를 향해 플레이트의 응력이 증가될 때에 증가하는 표면적을 갖도록 배치되어 있다.

Description

압축성 보디를 갖춘 추간 원판 보철 {Intervertebral disc prosthesis with compressible body}
EP-0 356 112의 공보에는 통상 편평한 2개의 플레이트 및 이 플레이트 사이에 삽입되어, 이의 편평한 단면에 의해 플레이트에 고정된 엘라스토머 보디를 구비하는 추간 원판 보철이 개시되어 있다. 이 보철의 기계적 특성은 특히 보디가 2개의 플레이트사이에서 압축될 때에 건강한 보통 사람의 추간 연골의 기계적 특성과 상당히 유사하다는 것이다.
본 발명은 추간 원판 보철에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 보철의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 보철의 평면(Ⅱ-Ⅱ)에 대한 축단면도,
도 3은 도 2에 나타낸 세부(D)에 대한 큰 스케일도,
도 4는 플레이트 사이의 거리 변화 함수로서 쿠션에 대하여 2개의 플레이트에 의해 가해진 압축력(F)을 나타내는 곡선,
도 5는 보철의 변형체의 세부에 대한 단면도, 및
도 6은 제 2 변형체를 도시하는 도 2와 유사한 개략도.
본 발명의 목적은 건강한 보통 사람의 추간 연골의 기계적 특성과 매우 친밀한 상이한 형태의 추간 원판 보철을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 2개의 플레이트 및 이 플레이트 사이에 삽입되고 하나의 플레이트와 접촉영역을 갖는 적어도 하나의 단부를 갖는 압축성 보디를 구비하는 추간 원판 보철에 있어서, 보디 및 플레이트는 플레이트에 대한 응력이 보디 방향으로 증가될 때에 접촉영역이 증가하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철을 제공한다.
따라서, 보디 상의 압축응력이 적정값 또는 제로로부터 증가할 때에, 한 플레이트로부터 다른 한 플레이트까지 측정된 보디의 높이는 비교적 빨리 감소된다. 계속해서, 접촉영역이 증가함에 따라, 보디의 반작용은 커지므로, 높이를 동등량 만큼 감소시키기 위해서는 비교적 큰 응력이 가해져야 한다. 즉, 최저 압축값에 대해서는 압축시에 보디의 기계적 반작용이 높이 변화 함수로서 거의 변화하지 않는다. 따라서, 높이 변화 함수로서의 가해진 응력을 나타내는 곡선은 저 압축값에 대해서는 수평에서 소량으로만 경사진다. 따라서, 스트로크의 초기시에, 공급된 로드는 작다. 이 특성은 또한 건강한 보통 사람의 추골 연골의 특성이다. 따라서, 보디의 특성은 재료 선택 뿐만 아니라 건강한 보통 사람의 추골 연골의 기계적 특성과 가능한한 밀접하여 가깝도록 변화하는 접촉영역을 갖는 단면의 형상에 의해서도 적합하게 될 수 있다.
유리하게는, 접촉영역은 플레이트의 면 및 보디의 단면에 의해 한정되는데, 플레이트 또는 보디의 면 중 하나, 특히 보디의 면은 곡선형으로서 볼록하고, 다른 면은 편평하다.
유리하게는, 접촉영역은 플레이트의 면 및 보디의 단면에 의해 한정되고, 양면은 적어도 하나의 공통 방향으로 만곡되는데, 하나는 오목하고 다른 하나는 볼록하며, 오목한 면은 상응하는 볼록한 면의 곡률 반경보다 큰 적어도 하나의 곡률반경을 갖는다.
따라서, 이러한 형태로 인해 상술한 바와 같이 기계적 반작용의 변화가 도입될 수 있다. 또한, 보디가 플레이트에 관하여 자유로이 측방향으로 이동하는 경우에는, 후술하는 바와 같이, 이러한 형태로 인해 양면의 상대 센터링을 확보할 수 있다. 예를 들면, 양면이 서로에 대하여 이동된 후에, 곡률에 의해 양면을 자동적으로 리센터할 수 있다.
유리하게는, 보디는 한 플레이트와 접촉하는 적어도 하나의 단부를 가지며, 플레이트에 평행한 방향으로 플레이트에 관하여 자유로이 이동한다.
따라서, 이러한 배치형태에 의해, 척주의 세로방향에 수직인 방향으로 2개의 척추골 사이에 나타나는 과다한 응력, 즉 전단 응력의 위험을 줄일 수 있다.
유리하게는, 보디는 단부에 대한 측방향 스톱을 형성하는 한 플레이트의 함몰부에 수용되는 단부를 갖고 있다.
따라서, 플레이트에 대한 보디의 측방향 이동은 제한되거나 심지어는 저지될 수 있다.
유리하게는, 보디는 점탄성 재료, 특히 실리콘으로 구성된다.
이러한 재료로 인해, 이의 변화하는 높이에 관하여 압축 보디 상의 응력을 나타내는 곡선에 히스테리시스(hysteresis) 형상을 부여할 수 있다. 이 곡선이 또한 건강한 보통 사람의 추간 연골에 대한 곡선이기 때문에, 이의 기계적 특성은 훨씬 더 밀접하게 가깝다.
보철은 유리하게는 플레이트 사이에 개재되는 유체를 포함한다.
따라서, 유체의 첨가로 인해, 특히 유체가 가스 또는 액체 중에 부분적으로 용해하는 가스와 액체의 혼합물 등과 같은 압축성을 지닌 경우에 히스테리시스 형상을 증대시킨다.
유리하게는, 유체는 플레이트와 접촉하고 있다.
유리하게는, 보철은 유체를 함유하고, 서로를 향해 플레이트를 푸시하는 응력이 변화할 때에 실제로 변화하지 않는 플레이트에 평행한 단면적을 갖도록 구성된 인클로저(enclosure)를 구비한다.
유리하게는, 보철은 척주의 허리 부위용으로 의도된 것이다.
본 발명의 다른 특성 및 이점은 바람직한 실시형태 및 비한정적인 예로 주어진 2개의 변형체에 대한 하기 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 추간 원판 보철(2)은 이 경우에는 특히 인체의 척추의 허리 부위용으로 의도된 것이다. 평면도로 도시된 후부측에 문(hilum)을 갖는 일반적인 콩 형상의 2개의 플레이트(4)로 구성되어 있다. 각각의 플레이트(4)는 중앙의 원형 디쉬(6) 및 원형 디쉬 평면에서 원형 디쉬의 주변에 뻗어있는 링(8)으로 구성되어 있다. 정지시에, 2개의 플레이트(4)는 이들의 아웃틀라인이 일치하도록 서로 대향하는 거리에서 서로에 대하여 평행하게 놓여 있다. 각각의 플레이트(4) 상에는, 링(8) 및 원형 디쉬(6)가 시일(31)을 수용하도록 홈(27)을 갖고 있다.
추간 원판 보철(2)은 2개의 플레이트(4)사이에 삽입된 쿠션 또는 중간부(10)를 구비한다. 쿠션은 이 경우에 점탄성 재료, 예를 들면 실리콘으로 제조된 견고한 압축성 보디(12)로 구성된다. 이 보디는 유리하게는 60과 100 사이, 이 경우에는 약 80의 쇼어 A 경도를 갖는다. 보디(12)는 주축(14)에 대한 회전 보디이다. 이는 원통형 측면(16) 및 통상 축(14)에 대하여 수직을 이루고 약간 구형인 볼록 형상으로 된 2개의 축단면(18)을 구비한다. 따라서, 각각의 면(18)은 서로에 대하여 수직을 이루는 평면에서 2개의 동일한 만곡부를 갖는다. 보디(12)는 원형 디쉬(6)와 동축상으로 배열되어 있다. 각각의 원형 디쉬(6)는 축(14)에 대하여 수직을 이루고 보디(12)의 각각의 축단면(18)과 접촉하고 있는 편평한 내부 중앙면(20)을 갖고 있다. 따라서, 보디의 볼록한 구형면(18)은 플레이트의 평면(20)에 놓여 있다. 보디(12)는 원형 디쉬에 평행한 방향, 즉 주축(14)에 대하여 수직을 이루는 방향으로 각각의 플레이트에 관하여 이동할 수 있도록 각각의 플레이트(4)에 대하여 기계적으로 연결되지 않고 놓여 있다. 이렇게 하여, 측방향 응력은 척추골 간에 전달되지 않는다.
쿠션(10)은 또한 벨로즈(bellows; 22)를 포함한다. 벨로즈는 이것과 동축상으로 이로부터 거리를 두고 있는 보디(12)를 둘러싸고 있다. 이는 축(14)에 대한 회전의 대칭 보디이다. 측면에서 보아, 이의 벽은 축(14)에 대하여 직각을 이루는이의 단면의 표면적을 상당량 변화시키지 않고도, 벨로즈(22)의 길이가 축방향(14)을 따라 변화될 수 있는 파형부(24)를 갖고 있다. 이 경우에는, 벨로즈는 플레이트(4)와 마찬가지로 티탄 또는 티탄 합금으로 제조되므로, 특정한 축방향 강성을 가지며 압축 스프링을 형성한다. 또한 축(14)에 대하여 수직을 이루는 방향으로 변형되거나, 또는 축(14) 또는 이것에 수직인 축에 대하여 토션을 받을 수 있다.
양 축단부에서, 벨로즈(22)는 내면(20)으로부터 돌출하는 원형 디쉬(6)의 각각의 에지에 결합된 에지를 갖고 있다. 이 결합은 벨로즈(22)가 보디(12) 주변에 뻗어있는 밀폐된 가변 체적 인클로저를 2개의 원형 디쉬(6)로 형성하도록 누설방지되어 있다. 이 인클로저는 유체, 이 경우에는 공기인 가스를 포함한다. 보디(12)에 가장 근접한 파형부(24)는 하나의 원형 디쉬(6)에서 다른 원형 디쉬로 가스가 자유로이 이동할 수 있도록 보디로부터 소정 거리를 두고 있다.
이 경우의 벨로즈(22)는 10개의 소용돌이, 즉 플레이트에 부착된 2개의 융기부이외에도 8개의 외측 융기부를 갖고 있다. 여기서, 약 30㎜의 외경 및 약 17㎜의 내경을 갖는다. 보철이 하중하에 놓여 있지 않을 때에는 높이가 10㎜이다. 벨로즈의 벽은 각각 두께가 0.1㎜이고 두께 합이 벽의 두께를 형성하는 1개, 2개 또는 3개의 시트로 구성될 수 있다. 벨로즈의 강성은 그 자체로서 약 1.6N/㎜이다.
각각의 애뉼러스(annulus; 8)는 플레이트의 평면과 직각을 이루는 플레이트(4)의 외면에서 돌출하는 2개의 돌기부(25)를 구비한다. 각각의 돌기부(25)는 이 돌기부 전체에 대하여 관통하고 원형 디쉬의 중심을 향해 있는 오리피스(27), 및 플레이트(4)와 외면하는 돌기부(25)의 면 상의 구형 압입부(impression)를 포함한다. 오리피스(27)는 관련된 돌기부에 관하여 본 스크루(26)가 자유로이 배향될 수 있도록, 하면이 돌기부(25)의 피메일(female) 압입부와 맞물리는 메일(male) 구형상을 지닌 헤드(28)를 갖는 본 스크루(26)를 수용하도록 되어있다.
척추에 추간 원판 보철(2)을 단기간 고정하기 위해서는, 스크루(26)는 대체할 추간 원판에 인접한 척추에 고정될 수 있다.
그러나, 소위 장기간 고정상태는 또한 인접 척추골과 접촉하는 플레이트(4)의 표면이 히드록시아파타이트, 또는 골격 성장을 자극할 수 있는 그 자체로서 공지된 다른 물질로 커버되어 있다. 이들을 커버하기 전에, 상기 표면은 상기 골조직과 양호하게 접촉할 수 있도록, 골조직에 대하여 고정점을 갖는 다소 다공성의 표면상태를 얻도록 처리될 수 있다.
축방향(14)으로의 쿠션의 길이(l; 또는 2개의 플레이트간의 거리)의 변화함수로서, 축방향(14)으로 이들의 변형성을 무시하고서(실제로 제로이다), 쿠션(10; 즉, 양 플레이트(4))에 가해진 압축 로드(F)의 세기를 나타내는 곡선(C)이 도 4에 도시되어 있다. 이 곡선은 또한 동일한 조건하에서의 쿠션(10)의 기계적 반작용(R)을 나타낸다. 이 곡선(C)은 선형이 아니다. 또한, 이는 히스테리시스 형상을 나타낸다: 원점 제로에서 압축력(F)의 증가를 나타내는 곡선(Ca)은 원점으로 내려가는 압축력(F)의 감소를 나타내는 곡선(Cd)과 분리되어, 모든 점에서 그 위에 있다. 이러한 뚜렷한 히스테리시스 형상은 주로 보디의 점탄성 재료로 인한 것이고, 약간은보디(12)의 쿠션(10) 및 유체의 조합으로 인한 것이다.
또한, 압축력(F)의 증가에 관한 곡선(Ca)은 원점(O)에서 시작하여 얕은 경사도를 갖는 부분(Ca1)에 이어서 급경사도를 갖는 부분(Ca2)을 나타낸다. 압축력(F)의 감소를 나타내는 곡선(Cd)은 압축력(F)의 최고값으로서 급경사도를 갖는 부분(Cd1), 이어서 압축력(F)의 최저값으로서 얕은 경사도를 갖는 부분(Cd2)을 나타낸다. 곡선(Ca, Cd)의 경우에는 원점 부근에서 얕은 경사도롤 갖는 부분의 존재는 주로 보디(12) 및 플레이트(4)의 접촉면(18, 20)의 일치로 인한 것으로, 일반적으로 디스크 형상인 각각의 플레이트와 보디 사이의 상호 접촉 영역이 압축력(F)과 함께 증가하는 효과를 갖는다. 이러한 증가는 면(18) 전체가 플레이트(4)와 접촉할 때에, 접촉영역의 최대 표면적이 달성될 때까지 계속된다.
접합점(Ja, Jd)은 각각 곡선(Ca1, Ca2 및 Cd1, Cd2) 사이에 접합부를 형성한다. 곡선(Ca)에서, 접합점(Ja)은 플레이트와 보디간에 최대접촉영역이 달성된 때의 로드(F)에 해당한다. 마찬가지로, 곡선(Cd)에서, 접합점(Jd)은 이들 영역이 최대값에 멈출 때의 로드에 해당한다.
보철은 접합점(Ja)이 사용 중의 보철에 기대된 길이의 최대 변화량의 25% 내지 75%에 있는 값(△l)에 일치하도록 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 변형체(다른 점에서 도 1에 도시된 보철의 다른 특성을 갖는다)에서 보디(12)와 대면하는 각각의 플레이트(4)의 면(20)이 보디의 대응하는 축단면(18)이 위치하는 측방향 스톱을 형성하는 이 경우에는 U자형인 함몰부(32)를 구비할 수 있다. 그리하여, 각각의 플레이트(4)에 관하여 보디(12)의 측방향 상대이동은 특정 범위로 유지되거나, 또는 심지어는 아주 저지된다.
도 6에 도시된 변형체에 있어서는, 플레이트의 면(20)은 이 경우에서와 같이, 한 방향 또는 양방향으로 구부려진 오목형상을 지닐 수 있고, 면(18)은 상응하는 방향으로 구부려진 볼록 형상을 지닐 수 있으며, 각각의 방향에 대한 면(20)의 곡률반경은 상응하는 방향으로 면(18)의 곡률반경보다 크다. 여기서 두 면(18, 20)은 구형이다. 면(18, 20)의 곡률반경은 예를 들면 각각 70 내지 80㎜, 140 내지 200㎜일 것이다. 이러한 배치상태는 척주의 세로방향에 수직을 이루는 방향으로 플레이트에 관하여 보디(12)의 측방향 상대 이동을 허용하면서 두 면의 셀프센터링을 부여한다.
도 2에 도시된 실시형태에 있어서, 보디(12)의 양단부는 관련된 플레이트와 접촉하고 있는 면(18)을 갖고 있으며, 이 영역은 가변적이고 보디에 관하여 측방향으로 이동할 수 있다.
대조적으로, 도 6에 도시된 변형체에 있어서, 보디(12)의 단부(18) 중 하나만이 이러한 특성을 갖는다. 도 6에서 하단부인 다른 단부는 관련된 플레이트와의 접촉영역이 변화하지 않고 이에 대하여 고정된다.
물론 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 본 발명의 다양한 변경이 이루어질 수 있다.
유체는 액체, 또는 심지어는 액체와 가스의 혼합물일 수 있고, 가스는 예를 들면 액체 중에 약간 용해한다.
보디는 축(14)을 통한 단면이 타원형일 수 있다.
플레이트(4)의 내면(20)은 볼록 형상일 수 있고, 보디(12)의 축단면(18)은 편평하거나, 또는 플레이트의 면(20)의 곡률반경보다 큰 곡률반경을 갖는 오목 형상일 수 있다. 플레이트 및 보디의 2개의 접촉면은 볼록 형상일 수 있다.
면의 만곡부는 단일평면으로 한정될 수 있다.
엔벨로프(envelope; 22)에 관한 특성(스프링, 보디(12)로부터의 거리)은 다른 특성과 별개로 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 2개의 플레이트(4) 및 이 플레이트 사이에 삽입되고 하나의 플레이트와 접촉영역을 갖는 적어도 하나의 단부(18)를 갖는 압축성 보디(12)를 구비하는 추간 원판 보철에 있어서, 보디(12) 및 플레이트(4)는 플레이트에 대한 응력이 보디 방향으로 증가될 때에 접촉영역이 증가하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  2. 제 1 항에 있어서, 접촉영역은 플레이트의 면(20) 및 보디의 단면(18)에 의해 한정되고, 플레이트 또는 보디의 면 중 하나, 특히 보디의 면(18)은 곡선형으로서 볼록하고, 다른 면(20)은 편평한 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  3. 제 1 항에 있어서, 접촉영역은 플레이트의 면(20) 및 보디의 단면(18)에 의해 한정되고, 양면은 적어도 하나의 공통 방향으로 만곡되는데, 하나는 오목하고 다른 하나는 볼록하며, 오목한 면(20)은 상응하는 볼록한 면(18)의 곡률반경보다 큰 적어도 하나의 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 보디(12)는 한 플레이트(4)와 접촉하는 적어도 하나의 단부(18)를 가지며, 플레이트에 평행한 방향으로 플레이트에 관하여 자유로이 이동하는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 보디(12)는 단부에 대한 측방향 스톱을 형성하는 한 플레이트(4)의 함몰부(32)에 수용되는 단부(18)를 갖는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 보디(12)는 점탄성 재료, 특히 실리콘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 플레이트 사이에 개재되는 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  8. 제 7 항에 있어서, 유체는 플레이트와 접촉하는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 유체는 보디(12) 주변에 있는 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 유체를 함유하고, 서로를 향해 플레이트를 푸시하는 응력이 변화할 때에 실제로 변화하지 않는 플레이트(4)에 평행한 단면적을 갖도록 구성된 인클로저(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 추간원판 보철.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 허리 부위용 추간 원판 보철인 것을 특징으로 하는 추간 원판 보철.
KR1020017007281A 1998-12-11 1999-12-09 압축성 보디를 갖춘 추간 원판 보철 KR20020012535A (ko)

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