Искусственный межпозвонковый диск
Изобретение относится к медицине. Искусственный межпозвонковый диск для имплантации между первым и вторым смежными позвонками позвоночника содержит внешний каркас, внутренний каркас и эластичное ядро. Внешний каркас содержит согласованно действующие первую и вторую оболочки и ограничивает первую ячейку. Первая и вторая оболочки являются относительно подвижными одна относительно другой. Внутренний каркас содержит чашку и согласованно действующую крышку. Чашка и крышка относительно подвижны одна относительно другой. Упомянутый внутренний каркас ограничивает вторую ячейку. Крышка и чашка упомянутого внутреннего каркаса имеют такие размеры, чтобы какая-то одна из упомянутых чашки или крышки размещалась в другой из упомянутых чашки или крышки. Внутренний каркас, по существу, заключен в первую ячейку внешнего каркаса. Эластичное ядро, по существу, заключено во второй ячейке внутреннего каркаса. Ядро прижато к чашке и крышке для упругого разделения упомянутых чашки и крышки. Изобретение обеспечивает диапазон движения смежных позвонков вокруг различных осей, данное движение ограничивается заданным диапазоном, в пределах которого перемещение смежных позвонков не приводит к повреждению соседних компонентов позвоночной структуры. 18 з.п. ф-лы, 13 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области позвоночных имплантатов и, в частности, к имплантатам, содержащим замещения межпозвонковых дисков, которые обеспечивают динамическую стабилизацию позвоночника.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Позвоночник является сложной структурой, состоящей из множества разных анатомических компонентов, которая, при том, что является очень гибкой, обеспечивает каркас и стабильность для тела. Позвоночник состоит из позвонков, каждый из которых имеет переднее тело, в общем, цилиндрической формы. Противолежащие поверхности тел смежных позвонков соединяются и разделяются межпозвонковыми дисками (или «дисками»), состоящими из фиброзно-хрящевого материала. Тела позвонков соединены между собой также сложной системой связок, совместно действующих для ограничения чрезмерной подвижности и обеспечения стабильности. Стабильный позвоночник важен для предотвращения ограничивающих дееспособность болей, прогрессирующей деформации и рисков неврологического характера.
Анатомия позвоночника допускает движение (поступательное перемещение и поворот в положительном и отрицательном направлении) без значительного сопротивления, но, когда диапазон движения достигает физиологических пределов, сопротивление движению постепенно возрастает с приведением движения к постепенному и контролируемому останову.
Межпозвонковые диски являются сложными структурами с широкими функциональными возможностями. Диски содержат гидрофильное белковое вещество, которое способно притягивать воду и, тем самым, увеличивать свой объем. Белок, также называемый пульпозным ядром, окружен и удерживается связочной структурой, называемой фиброзным кольцом. Основной функцией дисков является несение нагрузки и движение. В рамках данной функции выдерживания веса диски передают нагрузки от одного тела позвонка следующему с обеспечением амортизации между смежными телами. Диски допускают относительное перемещение между телами смежных позвонков, но в ограниченном диапазоне, и, тем самым, обеспечивают форму и жесткость позвоночника.
Из-за ряда факторов, например возраста, травмы, заболевания и т.п., часто обнаруживается, что межпозвонковые диски лишаются стабильности их размеров и сжимаются, сокращаются, смещаются или иначе повреждаются. Заболевшие или поврежденные диски обычно принято замещать протезами и разнообразными вариантами данных протезов или имплантатами, которые известны в данной области. Один из известных способов заключается в замещении поврежденного диска распоркой в пространстве, занимаемом диском. Однако такие распорки также сращивают смежные позвонки и, тем самым, не допускают никакого относительного перемещения между ними.
В последнее время предложены имплантаты замещения дисков, которые допускают относительное перемещение между смежными позвонками. Примеры некоторых из известных имплантатов приведены в следующих патентах США: №5,562,738 (Boyd et al.); №6,179,874 (Cauthen); и №6,572,653 (Simonson).
К сожалению, решения с замещением диска (т.е. имплантатом), предлагаемые известным уровнем техники, обычно несовершенны в том, что они не учитывают своеобразную и физиологическую функцию позвоночника. Например, многие из известных имплантированных искусственных дисков не ограничены нормальным физиологическим диапазоном движения позвоночника в большинстве плоскостей движения. Хотя некоторые из известных устройств обеспечивают ограниченный диапазон движения, данные ограничения часто находятся за пределами нормального физиологического диапазона движения, вследствие чего данные устройства оказываются лишенными функции сдерживания. Кроме того, известные несдерживаемые имплантаты опираются на нормальные и, во многих случаях, больные структуры, например дегенеративно-измененные фасетки, для ограничения чрезмерного движения. Это часто приводит к ускоренной дегенерации фасеточных суставов и другому сопутствующему повреждению компонентов позвоночника.
Кроме того, многие из искусственных дисков, известных в данной области, не обеспечивают механизма минимизации нагрузок на смежные структуры, обусловленных резкими движениями.
Следовательно, существует потребность в имплантате межпозвонкового диска, который устраняет, по меньшей мере, некоторые из недостатков известных решений. В частности, существует потребность в позвоночном имплантате, который допускает восстановление позвоночных структур при сохранении движения и защите фасеточных суставов пораженного сегмента позвоночника от ускоренной дегенерации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предлагается имплантат для замещения межпозвонкового диска.
В соответствии с другим аспектом изобретения, предлагается искусственный межпозвонковый диск, который обеспечивает диапазон движения смежных позвонков вокруг различных осей. Данное движение ограничивается заданным диапазоном, в пределах которого перемещение смежных позвонков не приводит к повреждению соседних компонентов позвоночной структуры.
В соответствии с другим аспектом, вышеупомянутое движение вокруг различных осей может быть связанным для более точной имитации естественного движения.
Следовательно, в соответствии с одним аспектом изобретения, предлагается искусственный межпозвонковый диск для имплантации между первым и вторым смежными позвонками позвоночника, при этом диск содержит:
- внешний каркас, содержащий согласованно действующие первую и вторую оболочки и ограничивающий первую ячейку, причем, первая и вторая оболочки являются относительно подвижными одна относительно другой;
- внутренний каркас, содержащий чашку и согласованно действующую крышку, причем, чашка и крышка являются относительно подвижными одна относительно другой, и внутренний каркас ограничивает вторую ячейку; и,
- эластичное ядро;
- причем
a) крышка и чашка внутреннего каркаса имеют такие размеры, чтобы какая-то одна из чашки или крышки размещалась в другой из чашки или крышки;
b) внутренний каркас, по существу, заключен в первую ячейку внешнего каркаса; и,
c) эластичное ядро, по существу, заключено во второй ячейке внутреннего каркаса, причем ядро прижато к чашке и крышке для упругого разделения чашки и крышки.
Внешний каркас снабжен, по меньшей мере, одним первым сдерживающим средством для ограничения относительного перемещения между упомянутыми первой и второй оболочками.
Внутренний каркас может быть снабжен, по меньшей мере, одним вторым сдерживающим средством для ограничения относительного перемещения между упомянутыми чашкой и крышкой.
Первое и второе сдерживающие средства содержат стопоры для предотвращения относительного перемещения за пределами установленной точки.
Первая оболочка внешнего каркаса обеспечена над крышкой внутреннего каркаса, и при этом первая оболочка может сдвигаться по внешней поверхности крышки.
Внешняя поверхность упомянутой крышки содержит выпуклый участок, первая оболочка содержит внутреннюю поверхность с согласованно действующим вогнутым участком для вмещения выпуклого участка крышки.
Выпуклый участок крышки изогнут в сагиттальной плоскости.
Крышка и чашка внутреннего каркаса имеют, в общем, круглую форму.
Первая и вторая оболочки внешнего каркаса содержат выпуклые внешние поверхности, при этом первая и вторая оболочки могут являться выпуклыми как во фронтальной, так и в сагиттальной плоскостях.
Внешние поверхности первой и второй оболочек являются, в общем, сферическими.
По меньшей мере, участок внешних поверхностей первой и второй оболочек снабжен физическими и/или химическим промоторами роста кости.
Внешние поверхности первой и второй оболочек могут содержать стабилизирующие элементы для фиксации оболочек к костным конструкциям смежных позвонков при имплантации. Упомянутые стабилизирующие элементы содержат вырезы для вмещения винтов фиксации к кости.
Диск содержит переднюю, заднюю и латеральные части, при этом первая и вторая оболочки внешнего каркаса шарнирно сцеплены на упомянутой задней части.
Какая-то одна из первой или второй оболочек внешнего каркаса содержит первый гребень на каждой латеральной части, и при этом другая из первой или второй оболочек содержит дополнительную первую канавку на каждой латеральной части, причем упомянутые первые канавки выполнены с возможностью вмещения упомянутых первых гребней.
Какая-то одна из крышки или чашки внутреннего каркаса может содержать второй гребень на каждой из передних и задних частей, и при этом другая из крышки или чашки содержит дополнительную вторую канавку на передней и задней частях, причем упомянутые вторые канавки выполнены с возможностью зацепления упомянутых вторых гребней.
Канавки могут быть выполнены шире, чем гребни, вследствие чего крышка и чашка являются поступательно подвижными одна относительно другой.
Выпуклый участок крышки и согласованно действующий вогнутый участок первой оболочки обеспечены на передней части диска.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Признаки изобретения более очевидны из подробного описания, приведенного ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фигура 1 - схематическое изображение диапазона движений позвонка.
Фигура 2 - вид сбоку в разрезе варианта осуществления изобретения, выполненном по линии I-I на фигуре 4.
Фигура 3 и 3а - виды в разрезе краевой части варианта осуществления, показанного на фигуре 2 по линии II-II на фигуре 4.
Фигура 4 - вид сверху в разрезе по линии III-III на фигуре 3.
Фигура 5 - рентгеновский снимок позвоночника, поясняющий вид сбоку в разрезе диска, показанного на фигуре 2.
Фигура 6 - вид сбоку в разрезе другого варианта осуществления изобретения по линии V-V на фигуре 8.
Фигура 7 - вид в разрезе краевой части варианта осуществления, показанного на фигуре 6, выполненном по линии VI-VI на фигуре 8.
Фигура 8 - вид сверху в разрезе по линии VI-VI на фигуре 6.
Фигура 9 - вид сбоку в разрезе другого варианта осуществления изобретения.
Фигура 10 - рентгеновский снимок позвоночника, поясняющий вид сбоку в разрезе диска в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Фигура 11 - рентгеновский снимок, показывающий диск, представленный на фигуре 5, на виде сверху в разрезе.
Фигура 12 - вид в перспективе оболочек (или «концевых пластин») в соответствии с изобретением в другом варианте осуществления.
Фигура 13 - вид сзади оболочек, показанных на фигуре 12.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже в описании применяются термины «вышерасположенный», «нижерасположенный», «передний», «задний» и «латеральный». Данные термины предназначены для описания ориентации имплантатов в соответствии с изобретением, при установке в позвоночник. Следовательно, определение «вышерасположенный» относится к верхнему участку, и определение «задний» относится к участку имплантата (или других компонентов позвоночника), выходящему на заднюю сторону тела, когда позвоночник находится в вертикальном положении. Следует иметь в виду, что данные термины, связанные с положением, не предполагают ограничения изобретения какой-либо конкретной ориентацией, но служат для облегчения описания имплантата.
Настоящее изобретение предлагает искусственные диски или имплантаты для замещения межпозвонковых дисков, которые повреждены или по иным причинам не выполняют свою функцию. Имплантаты в соответствии с настоящим изобретением выполнены с возможностью сохранения относительного движения между телами смежных позвонков, но в нормальных пределах.
Фигура 1 поясняет сложность перемещения позвонка посредством указания различных связанных с ним степеней подвижности. В пределах нормального диапазона физиологического движения позвонки продолжаются между «нейтральной зоной» и «упругой зоной». Нейтральная зона является зоной в пределах общего диапазона движения, в которой связки являются относительно ненагруженными; то есть связки оказывают относительно слабое сопротивление перемещению. Вход в упругую зону происходит, когда перемещение происходит на пределе или вблизи предела диапазона движения. В данной зоне вязкоупругие по своему характеру связки начинают обеспечивать сопротивление движению и, тем самым, ограничивают движение. Большая часть ежедневных движений происходит в нейтральной зоне и только изредка продолжается в упругую зону. Движение, ограниченное пределами нейтральной зоны, не нагружает структуры мягких тканей, тогда как движение в упругой зоне будет вызывать разные степени упругих откликов. Поэтому в области позвоночных имплантатов, в частности при ограничении движения пределами нейтральной зоны, нагрузки на смежные костные структуры и структуры мягких тканей будут ослабляться до минимума. Например, такое ограничение перемещения будет ослаблять дегенеративное изменение фасеточных суставов.
В общих чертах, настоящее изобретение предлагает позвоночный имплантат для замещения межпозвонковых дисков. Имплантат в соответствии с изобретением обычно состоит из различных взаимно сцепляющихся секций, которые могут перемещаться одна относительно другой и которые содержат эластичное ядро, амортизирующее усилие. Относительное перемещение между компонентами диска в соответствии с изобретением содержит различные степени подвижности, но ограничено заданным диапазоном. Настоящее изобретение предлагает искусственный межпозвонковый диск для замещения межпозвонковых дисков в позвоночном столбе. Настоящее изобретение, как следует из нижеприведенного описания, допускает несдерживаемые и частично сдерживаемые движения позвонков в месте вставки в позвоночный столб. В частности, искусственный диск в соответствии с изобретением обеспечивает поворотное, сгибательное, разгибательное и латеральные движения, которые аналогичны нормальным перемещениям в нейтральной и упругой зонах (т.е. перемещения, соответствующие нормальному или неповрежденному диску). Кроме того, устройство в соответствии с изобретением допускает также различные сочетания таких движений, например связанные движения. Например, диск в соответствии с изобретением может претерпевать сгибание и поступательное смещение или латеральное сгибание и латеральное поступательное смещение, или сгибание и поворот. С учетом настоящего описания, специалистам в данной области будут очевидны различные другие движения.
Один вариант позвоночного имплантата в соответствии с изобретением изображен на фигурах 2-4. В варианте осуществления, показанном на данных фигурах, имплантат 10 состоит из двух накладывающихся каркасов, внутреннего каркаса 12, который, по существу, охвачен внешним каркасом 14. Как показано на фигурах и как очевидно для специалистов в данной области, термин «по существу» в контексте настоящего описания означает, что внутренний каркас 12 большей частью окружен внешним каркасом 14, но что какой-то участок внутреннего каркаса может быть открытым (т.е. неохваченным). Каждый из каркасов 12 и 14 состоит из двух согласованно действующих секций. Передняя и задняя части имплантата показаны позициями 11 и 13, соответственно. Как показано, внутренний каркас 12 состоит из вышерасположенной секции или крышки 16 (или «вышерасположенного кольца») и нижерасположенной секции или чашки 18 (или «нижерасположенного кольца»). Аналогично, внешний каркас 14 состоит из вышерасположенной секции или вышерасположенной оболочки 20 (или «вышерасположенной концевой пластины») и нижерасположенной секции или нижерасположенной оболочки 22 (или «нижерасположенной концевой пластины»). Данные секции дополнительно поясняются ниже. Следует отметить, что, хотя в настоящем описании применяется термин «кольцо», это делается только для удобства, и данный термин не подразумевает такого смысла, что крышка 16 или чашка 18 должны иметь отверстие, хотя такая возможность существует в одном варианте осуществления изобретения.
Как показано на фигурах 2-4, внешний каркас 14 имеет, в общем, овоидную или эллипсоидную форму, при наблюдении сверху (т.е. на фигуре 4), с большой осью, продолжающейся латерально, и малой осью, продолжающейся в передне-заднем направлении. Вышерасположенная и нижерасположенная оболочки или концевые пластины 20 и 22 внешнего каркаса имеют выпукло криволинейные внешние поверхности 24 и 26, соответственно. В одном варианте осуществления внешние поверхности 24 и 26 имеют частично сферическую кривизну. Данная кривизна дает разнообразные преимущества. Например, криволинейная конфигурация обеспечивает увеличенную площадь поверхности, находящейся в контакте со смежными костными структурами и, тем самым, стимулирует врастание кости. Кроме того, криволинейная внешняя конструкция искусственного диска в соответствии с изобретением максимально увеличивает пространство, занимаемое межпозвонковым диском после имплантации.
В дополнение к обеспечению увеличенной площади поверхности, внешние вышерасположенная и нижерасположенная оболочки можно снабдить, по меньшей мере, одним из других промоторов врастания кости. Данные факторы могут быть физическими и/или химическими по своему происхождению. Например, внешнюю поверхность можно снабдить множеством отверстий или штифтов и чем-то подобным, к чему может прикрепляться кость. В альтернативном варианте или в сочетании, внешние поверхности оболочек можно снабдить химическими составляющими для роста кости. Данные и другие факторы роста кости известны специалистам в данной области.
Нижерасположенная оболочка 22 (или нижерасположенная концевая пластина) внешнего каркаса 14 содержит, в общем, круговую выемку 28 (или «дисковидную выемку») для размещения чашки или нижерасположенного кольца 18. Как показано на фигурах 2 и 3, выемка 28 выполнена с такими размерами, чтобы быть немного больше, чем чашка 18. Задняя часть нижерасположенной оболочки 22 содержит продолжающуюся, в общем, вверх полку 30, содержащую захват 32, назначение которого поясняется ниже. Кроме того, передняя часть оболочки 22 снабжена бортиком или возвышением для предотвращения выдавливания компонентов, заключенных в диске, как дополнительно поясняется ниже.
Чашка 18 (или нижерасположенное кольцо) внутреннего каркаса 12 содержит, в общем, круглое основание 34 с продолжающейся, в общем, вверх боковой стенкой 36. Как показано на фигуре 2, боковая стенка 36 предпочтительно имеет большую высоту в передней части и меньшую высоту на заднем краю.
Основание 34 чашки 18 выполнено с возможностью размещения и удерживания эластичного ядра 37, которое дополнительно описано ниже. Ядро 37 в соответствии с вариантом осуществления изобретения показано на фигурах 2 и 3, в общем, имеет форму клиновидного диска, когда установлено в устройстве, при этом ядро имеет утолщенный передний участок 39 и тонкий задний участок 41. Нижерасположенная поверхность или основание 43 ядра является, в общем, плоским. В результате, вышерасположенная или верхняя поверхность 4 5 задней секции 41 ядра содержит уклон 45. Как станет ясно из нижеследующего описания, ядро 37 может быть изготовлено с такой клиновидной формой или может просто содержать, в общем, дисковидное эластичное тело, которое при установке в полость диска (как дополнительно поясняется ниже) принимает форму полости.
Крышка 16 (или вышерасположенное кольцо) внутреннего каркаса 12 выполнена с возможностью установки на чашку 18. Крышка 16 содержит в общем, круговое днище 38, имеющее, как показано на фигуре.3, радиус, немного больший, чем радиус чашки 18. Днище 38 снабжено продолжающейся, в общем, вниз боковой стенкой 40, которая частично перекрывает боковую стенку 36 чашки 18. Как показано на фигуре 3, выемка 28 выполнена с размером для вмещения диаметра боковой стенки 40 днища 38. Кроме того, следует отметить, что выемка 28 также имеет размер по глубине, достаточный, чтобы обеспечивать возможность, по меньшей мере, частичного вмещения боковой стенки 40, когда крышку 16 и чашку 18 сдвигают одну к другой. Как становится понятно, перемещение крышки 16 к чашке 18 будет ограничено, когда боковая стенка 40 придет в контакт с основанием выемки 28. Передняя и задняя части боковой стенки 4 0 снабжены выемками или канавками 42 и 44, соответственно, для вмещения гребней, выступающих из боковой стенки 36 чашки 18. Как показано на фигуре 2, канавки 42 и 44 выполнены с возможностью допуска возвратно-поступательного, вверх и вниз, перемещения боковой стенки 36 внутри данных канавок и, как поясняется ниже, допуска поворота крышки 16 и чашки 18 одной относительно другой вокруг вертикальной оси. Как показано на фигуре 2, в одном варианте осуществления, по меньшей мере, передняя канавка 42 и соответствующий гребень, продолжающийся из нижерасположенного кольца 18, предпочтительно наклонены под углом к заднему направлению. В другом варианте осуществления обе канавки 42 и 44 наклонены под углом подобным образом. Кроме того, в одном предпочтительном варианте осуществления канавки 42 и 44 и соответствующие гребни являются клиновидными, причем, устье каждой канавки является ее самым широким участком. Данное сочетание клиновидных гребня и канавки сводит к минимуму сдвиговые напряжения через ядро и служит для поддержки сжатия ядра 37.
На фигуре 2b изображен вариант размерного исполнения канавки 42. Как показано, в соответствии с одним аспектом, канавка 42 крышки 16 может быть шире (или большего размера), чем боковая стенка 36 крышки 18. Можно понять, что такое различие размеров будет создавать, в какой-то степени, возможность относительного поступательного перемещения между чашкой и крышкой. Следовательно, в соответствии с данным аспектом, диск будет ограничивать сгибание, но будет допускать, в какой-то степени, вентральное или дорсальное поступательное перемещение. Можно представить, что степень допускаемого поступательного перемещения будет зависеть от величины просвета, обеспечиваемого для боковой стенки 36 в канавке 42. Следует также понимать, что аналогичное превышение размера можно обеспечить в противолежащей канавке 44 крышки 16.
Вышерасположенная внешняя поверхность 46 крышки 16 снабжена выпукло криволинейным передним участком 48 и, в общем, плоским задним участком 50 или «воротом». Нижерасположенная поверхность крышки 16 содержит переднюю секцию 47, которая выполнена с возможностью вмещения утолщенного переднего участка 39 ядра. Нижерасположенная поверхность крышки содержит также заднюю секцию 4 9, которая наклонена под таким углом, чтобы вмещать наклоненную поверхность 45 ядра. Следовательно, вышерасположенная поверхность чашки 18 и нижерасположенная поверхность крышки 16 в сочетании образуют полость ядра для размещения в ней ядра 37. Следует понимать, что во время приложения сжимающего усилия к имплантату объем" полости ядра будет уменьшаться. По этой причине, как показано на фигурах 2 и 3, в одном варианте осуществления изобретения требуется, чтобы объем полости ядра в физиологическом положении (т.е. когда не прилагается никакого сжимающего усилия) был больше, чем объем ядра 37. При этом при приложении сжимающего усилия к диску 10, эластичное ядро 37 имеет возможность деформироваться, чтобы занимать уменьшающийся объем полости ядра.
Следует отметить, что положение и радиус кривизны криволинейного участка 48 могут быть изменены в других вариантах осуществления. Например, в зависимости от диапазона требуемого движения криволинейный участок может находиться в более заднем положении. Кроме того, можно представить, что радиус кривизны криволинейного участка 48 также будет влиять на диапазон движения, обеспечиваемого диском в соответствии с изобретением. Это дополнительно поясняется ниже.
Вышерасположенная оболочка 20 (или вышерасположенная концевая пластина) содержит внутреннюю поверхность, имеющую переднюю часть, снабженную вогнутой поверхностью 52, которая выполнена с возможностью сдвига по выпуклой поверхности 48 крышки 16 (как дополнительно поясняется ниже). Аналогично, задняя часть внутренней поверхности вышерасположенной оболочки 20 содержит, в общем, горизонтальную поверхность 53, которая выполнена с возможностью сдвига по плоской поверхности 50 крышки 16. Как показано на фигуре 2, в нейтральном положении плоская поверхность 53 вышерасположенной оболочки 20 немного отделена от плоской поверхности 50 крышки 16. Данная схема расположения служит для обеспечения диапазона перемещения вниз вышерасположенной оболочки до тех пор, пока поверхности 50 и 53 не придут в контакт, и в этот момент наступает «жесткий останов» данного движения. Движение такого рода будет происходить во время разгибания позвоночника, то есть во время передне-заднего перемещения, в общем, в сагиттальной плоскости. Можно понять, что диапазон разгибательного движения, предлагаемый имплантатом, может быть заранее задан конструкцией заданного просвета между поверхностями 50 и 53.
Задняя часть вышерасположенной оболочки 20 содержит продолжающуюся, в общем, вниз полку 54, заканчивающуюся захватом 56. Как показано на фигуре 2, захват 56 взаимодействует с захватом 32 нижерасположенной оболочки так, чтобы предотвращать разделение вышерасположенной и нижерасположенной оболочек. Это достигается направлением каждого захвата в противоположном направлении и их расположением по схеме с обращением одного к другому. В варианте осуществления, показанном на фигуре 2, захват 32 обращен вперед, тогда как захват 56 обращен назад. Однако специалистам в данной области будет очевидна возможность других схем расположения. На фигурах заметно, что предусмотрен просвет некоторой величины, чтобы полки 30 и 54 могли двигаться одна относительно другой, пока захваты 32 и 56 не сцепятся между собой. Данная схема расположения позволяет вышерасположенной оболочке 20 подниматься до предела, когда захваты сцепляются. Как можно понять, сочетание полок 30 и 54 обеспечивает шарнирное соединение между вышерасположенной и нижерасположенной оболочками на их задних частях. Данная функция дополнительно описана ниже.
Как видно на фигуре 3, нижерасположенная оболочка 22 снабжена двумя пазами 58 и 60, расположенными на ее латеральных кромках. Пазы 58 и 60 выполнены с возможностью вмещения соответственно расположенных лапок 62 и 64, обеспеченных на вышерасположенной оболочке 20. Лапки 62 и 64 действуют как «стабилизаторы» и служат для ограничения относительного поворота между вышерасположенной и нижерасположенной секциями имплантата. В частности, как показано на фигурах 3 и 4, пазы 58 и 60 выполнены с размером, большим, чем лапки 62 и 64 и, тем самым допускают некоторую свободу перемещения второй относительно первой. Как показано на фигуре 3, лапки 62 и 64 также короче, чем глубина соответствующих выемок 58 и 60, что обеспечивает некоторый диапазон латерального наклона вышерасположенной оболочки 20 относительно нижерасположенной оболочки 22. При этом взаимодействующие лапки и пазы дают два преимущества. Во-первых, они действуют как ограничитель или «жесткий стопор» при относительном осевом повороте между оболочками или концевыми пластинами 20 и 22. Данный жесткий стопор осевого поворота достигается, когда лапки приходят в контакт с боковыми стенками соответствующих пазов. Понятно также, что угловой диапазон поворотного движения можно предварительно задавать выбором соответствующих размеров лапок и пазов. Кроме того, сочетание лапок и пазов служит для ограничения относительного поступательного перемещения между оболочками 20 и 22 в сагиттальной (передне-задней) плоскости или фронтальной (латеральной или поперечной) плоскости.
Как также показано на фигуре 3, латеральные края каждой из вышерасположенной и нижерасположенной оболочек или концевых пластин 20 и 22 могут быть снабжены, соответственно, бортиками 66а, 66b и 68а, 68b, продолжающимися из краев оболочек. Бортики 66а и 68а продолжаются из соответствующих оболочек 20 и 22 и направлены один к другому для сужения зазора между ними. Бортики 66b и 68b расположены аналогично на противоположной стороне оболочек. Расположение бортиков 66a,b и 68a,b обеспечивает, в результате, конструкцию «предохранительной решетки» по обеим латеральным сторонам имплантата. Подобная предохранительная схема расположения служит для сведения к минимуму интенсивности образования рубцовой ткани после имплантации устройства по изобретению и, следовательно, сводит к минимуму любое потенциально получаемое уменьшение диапазона перемещения диска. Как должно быть понятно специалистам в данной области, уменьшение образований рубцовой ткани происходит в результате сходного с «клещами» действия между противолежащими кромками 66а/68а и 66b/68b. В частности, при нормальном движении диска противолежащие кромки контактируют между собой и, тем самым срезают любую рубцовую ткань и отсекают поступление в нее крови.
Ядро 37 в соответствии с изобретением, как упоминалось выше, содержит эластичный материал. В одном варианте осуществления данный материал содержит гидрогель, который является известным в технике материалом. Однако в ядре можно также применять альтернативные материалы. Например, ядро может содержать комбинацию механических пружин или альтернативных сжимаемых материалов, известных специалисту в данной области техники. В общем, ядро выполнено из эластично сжимаемых материалов. Как можно видеть на фигурах 2 и 3 и как пояснялось выше, ядро служит для оказания давления нижерасположенной и вышерасположенной секций искусственного диска одной на другую. Следует понимать, что ядро служит для амортизации сжимающих усилий, которые вынуждают нижерасположенную и вышерасположенную секции имплантата давить одна на другую. Как также очевидно, благодаря эластичным свойствам ядра вышерасположенная секция диска, по существу, «плавает» на нижерасположенной секции. В частности, при, в общем, незакрепленном соединении вышерасположенной секции 20 с нижерасположенной секцией 22 можно видеть, что вышерасположенная секция 20, по существу, «плавает» на конструкции кольца (образованной вышерасположенной и нижерасположенной секциями колец 16 и 18). Следовательно, кольца (16 и 18) и ядро 37 объединены с образованием «поворотной платформы», которая поддерживает оболочки 20 и 22. Как можно представить и как упоминалось выше, можно обеспечить ядро 37 любой формы, и оно будет принимать форму, показанную на фигурах, при заключении в полость ядра.
На фигуре 5 изображен искусственный диск 10 в соответствии с изобретением в том виде, который он принял бы при имплантации в позвоночник. Как следует понимать, диск 10 имплантирован в межпозвонковое пространство между смежными позвонками после удаления поврежденного или пораженного межпозвонкового диска. На фигуре 5 показана также ось поворота, задающая криволинейный участок 46 вышерасположенного кольца 16. Как можно видеть, кривая, обеспеченная на участке 46, определяется дугой установленного радиуса «r», продолжающегося от осевой точки «Р». Как поясняется в настоящем описании, во время сгибания вышерасположенная оболочка 20 сначала движется по вышерасположенному кольцу 16 с перемещением, тем самым по дуге криволинейного участка 46. Данное перемещение происходит в пределах нейтральной зоны движения. Когда перемещение продолжается в упругую зону, ядро 37 начинает сжиматься и оказывает некоторое сопротивление движению, с созданием, тем самым, «плавного стопора» при движении. И, наконец, как описано выше, сгибательное перемещение ограничивается, когда расположенные сзади захваты (32 и 56), обеспеченные на вышерасположенной и нижерасположенной оболочках, сцепляются один с другим с формированием «жесткого стопора». Как показано на фигуре 5, ось Р поворота расположена ниже искусственного диска 10 и расположена внутри смежного нижерасположенного тела позвонка. Кроме того, осевая точка Р расположена около переднего края данного смежного тела, что обеспечивает ось поворота, которая аналогична физиологической оси неповрежденного нормального диска. Как дополнительно поясняется ниже, и что должно быть очевидно специалисту в данной области, местоположение осевой точки «Р» и длину радиуса «г» можно изменять для обеспечения диска с отличающимися функциональными характеристиками. Например, осевая точка «Р» может находиться более постериорно в теле нижерасположенного позвонка.
На фигурах 6-8 изображен другой вариант осуществления изобретения, в котором элементы, общие с вышеописанным вариантом осуществления, обозначены общими числовыми позициями, но с буквой «а», добавленной для ясности. Как в вышеописанном варианте осуществления, искусственный диск 10а, показанный на фигуре 6, также состоит из эластичного ядра 37а, окруженного вышерасположенным и нижерасположенным кольцевыми компонентами, 16а и 18а, а также вышерасположенной и нижерасположенной оболочками 20а и 22а. Вышерасположенное кольцо 16а содержит криволинейный передний участок 48а, на котором обеспечена, с возможностью сдвига, вышерасположенная оболочка 20а.
Как можно видеть, в варианте осуществления, показанном на фигурах 6-8, диск 10а имеет, в общем, прямоугольное сечение с плоскими внешними поверхностями 24а и 26а, обеспеченными на оболочках 20а и 22а, соответственно. Данная конфигурация может быть предпочтительной в ситуациях, в которых место дискэктомии (в которое надлежит вставить имплантат) имеет прямоугольное очертание, в отличие от двояковогнутого места, в котором предыдущий вариант осуществления был бы предпочтительнее. Для улучшения имплантации диска 10а каждая внешняя поверхность 24а и 26а снабжена парой удлиненных ребер или «стабилизирующих килей» 70. Как показано на фигуре 8, кили 70 также предпочтительно снабжены несколькими отверстиями 72, сквозь которые можно вставлять фиксирующие (к кости) винты. Следует также понимать, что данные винты можно использовать для фиксации искусственного диска в соответствии с изобретением к другим смежным структурам, например искусственным позвонкам и т.п.
Дополнительный вариант осуществления изобретения изображен на фигуре 9, на которой элементы, общие с вышеописанными вариантами осуществления, обозначены общими числовыми позициями, но с буквой «b», добавленной для ясности. В данном варианте осуществления нижерасположенная оболочка 22b содержит выемку 28b, которая имеет вогнутую кривизну для вмещения нижерасположенного кольца 18b, причем последнее имеет аналогично искривленную нижерасположенную поверхность 34b. Данная схема расположения допускает скольжение
нижерасположенного кольца по нижерасположенной оболочке, в частности, во время изгиба во фронтальной плоскости (т.е. латерально) или во время аксиального поворота. Вышерасположенное кольцо 16b снабжено криволинейным передним участком 46b, как описано выше, который облегчает сгибательное и разгибательное перемещения (т.е. перемещения в сагиттальной плоскости). Как также показано, ядро в данном варианте осуществления имеет латеральное сечение (взятое, в общем, вдоль сагиттальной плоскости), которое является, по существу, «ромбовидным» и в котором самый толстый участок обеспечен в центре ядра, и передняя и задняя части имеют меньшую толщину. Такое строение ядра является особенно подходящим для аксиальных нагрузок.
Дополнительный вариант осуществления изобретения изображен на фигуре 10, и элементы, общие с вышеописанными вариантами осуществления, обозначены общими числовыми позициями, но с буквой «с», добавленной для ясности. В данном варианте осуществления криволинейный участок 46с продолжается, по существу, по всей верхней поверхности вышерасположенного кольца 16с. Криволинейный участок 46с следует по дуге, имеющей ось P2 поворота и радиус r2 кривизны. При сравнении с фигурой 5 следует отметить, что ось P2 поворота по-прежнему расположена внутри нижерасположенного тела смежного позвонка, но дальше назад. Следует понимать, что варианты осуществления, изображенные на фигурах 5 и 10, будут применяться в различных местах позвоночника или в одинаковых местах, но с разными целями, например, для восстановления лордоза в кифотическом сегменте. Как показано на фигуре 10, форма полости ядра иная, чем в ранее описанных вариантах осуществления, чтобы вмещать ядро 37с, имеющее укороченный и более крутой наклонный участок 45с.
На фигуре 11 изображен искусственный диск, показанный на фигуре 5, но на виде сверху. Как можно видеть, основание 34 нижерасположенного кольца меньше, чем дисковидная выемка 28, обеспеченная в нижерасположенной оболочке. Как пояснялось выше и как дополнительно поясняется ниже, такое различие в размерах допускает поступательное перемещение нижерасположенного кольца относительно нижерасположенной оболочки. Такое поступательное перемещение может происходить в сагиттальном и/или латеральном (фронтальном) направлениях. Такое поступательное перемещение показано на фигуре 11. Как показано, поворотное перемещение вышерасположенной оболочки в направлении, показанном стрелкой 74, приводит также к повороту нижерасположенного кольца. Однако в дополнение получается поступательное перемещение нижерасположенного кольца, где данное поступательное перемещение показано стрелками 76.
Дополнительный вариант осуществления изобретения изображен на фигурах 12 и 13, на которых элементы, общие с вышеописанными вариантами осуществления, обозначены общими числовыми позициями, но с буквой «d», добавленной для ясности. В данном варианте осуществления показан измененный вариант механизма фиксации между вышерасположенной оболочкой 20d и нижерасположенной оболочкой 22d. Для ясности, на фигурах 12 и 13 не показаны другие элементы диска. Как описано выше, одним вариантом осуществления механизма взаимодействия между оболочками 20 и 22 было обеспечение полок 30 и 54 с взаимодействующими захватами на каждой для образования шарнирного соединения между оболочками. В варианте осуществления, показанном на фигурах 12 и 13, данные полки и захваты заменены модификацией шарнирного механизма, состоящего из узла из захвата и паза, как показано. В частности, в соответствии с одним аспектом, вышерасположенную оболочку 20d можно снабдить, в ее задней части, полкой 50d, которая заканчивается захватом 56d. Однако нижерасположенная оболочка 22d снабжена пазом 80, в который продолжаются захват 56d и полка 50d вышерасположенной оболочки 20d. Как можно видеть, узел захвата и паза, показанный на фигурах 12 и 13, функционирует, по существу, таким же образом, как узел захвата, показанный на предыдущих фигурах. Паз 80 предпочтительно шире, чем полка 50d, для обеспечения, в какой-то степени, возможности относительного поворота между вышерасположенной и нижерасположенной оболочками на шарнире. Кроме того, как показано, полка 50d является удлиненной, чтобы продолжаться сквозь паз 80. Таким образом, полка 50d будет оставаться внутри паза 80, причем будет допускать небольшое разделение оболочек 20d и 22d. Данная схема расположения будет допускать расширение внутренней части (т.е. крышки, чашки и ядра), но при этом не допустит чрезмерного расширения. Кроме того, полка 50d продолжается с наклоном от вышерасположенной оболочки 20d, что позволяет вышерасположенной оболочке претерпевать сгибание, но с сопротивлением, обусловленным подобной наклонной конфигурацией. Сгибание будет продолжаться, пока захват 56d не войдет в контакт с верхней перекладиной 82 паза 80.
Краткое описание отличительных признаков изобретения
Как описано выше, искусственный диск в соответствии с настоящим изобретением содержит различные отличительные признаки, которые кратко описаны ниже. Во-первых, в соответствии с одним аспектом, диск разделяет аксиальный поворот, латеральный изгиб и сгибание/разгибание на составляющие вектора и содержит различные конструктивные компоненты для обеспечения данных перемещений. В результате, диск, в общем, воспроизводит нейтральную зону и упругую зону перемещений, соответствующие неповрежденному диску, вдоль данных отдельных составляющих векторов. Кроме того, изобретение допускает несдерживаемые и частично сдерживаемые связанные перемещения с использованием технически созданных конечных точек, которые предотвращают излишнее или нефизиологическое перемещение. Полностью сдерживаемые механизмы остановов (т.е. «жестких стопоров») гарантируют непродолжение перемещения за пределы упругой зоны.
В другом варианте изобретения диск в соответствии с настоящим изобретением может быть, в общем, клиновидным в сагиттальной плоскости для встраивания в лордотическую конфигурацию позвоночника и поддержки данной конфигурации. Данный имплантат можно применять в случаях, когда добиваются спинальной реконструкции. Например, диск может иметь большую высоту в передней части по сравнению с высотой задней части, для обеспечения вышеупомянутой клиновидной формы. Аналогично, такую разницу по высоте можно также обеспечить между латеральными сторонами диска, то есть во фронтальной плоскости. Конфигурацию такого типа можно применить, например, для коррекции смещения, например, сколиоза.
В общем, сферически искривленные внешние поверхности оболочек снабжают диск в соответствии с настоящим изобретением овоидной кривизной во фронтальной плоскости. Данная конструкция увеличивает до максимума площадь поверхности сопряжения диска с костью и, тем самым, стимулирует врастание кости. Данная структура также максимально увеличивает заполнение протезом дискового пространства при стабилизации диска относительно кости после имплантации. Следует также понимать, что овоидная латеральная кривизна также максимально повышает стабильность плавающего комплекса кольца/ядра во фронтальной плоскости.
Как должно быть очевидно специалистам в данной области, клиновидная конфигурация ядра и внутреннего каркаса 12, в сочетании с, в общем, незакрепленной сборкой вышерасположенной и нижерасположенной оболочек (20 и 22), облегчает удаление и замену комплекса кольца/ядра при доступе спереди. Данный отличительный признак важен, когда ядро и/или кольцо требуется извлечь после имплантации для последующего осмотра и замены.
Как описано выше, вышерасположенная оболочка 20 соединяется без закрепления с нижерасположенной оболочкой 22, что позволяет вышерасположенной оболочке 20 плавать на конструкциях кольца и ядра. Поэтому кольцо и ядро служат для обеспечения «поворотной платформы», которая поддерживает оболочки 20 и 22.
Вертикально продолжающиеся стабилизаторы оболочек или концевых пластин служат для обеспечения «жесткого стопора», не допускающего излишнего фронтального или сагиттального поступательного перемещения оболочек, при разрешении умеренных степеней относительного поступательного перемещения в тех же плоскостях между такими компонентами, как концевые пластины, кольца и ядро. Стабилизаторы оболочек также обеспечивают жесткий стопор при аксиальном повороте по достижении предварительно заданного размаха углового движения.
Между вышерасположенным и нижерасположенным кольцами создано взаимное расположение «гребня и канавки», которое обеспечивается гребнями, продолжающимися из нижерасположенного кольца и вмещающимися в переднюю и заднюю канавки 42 и 44, соответственно, обеспеченные на вышерасположенном кольце. Схема расположения гребней и канавок предпочтительно со скосом или под углом, в сочетании с предпочтительно клиновидной (вышеописанной) конструкцией, служит для сведения к минимуму поступательного перемещения (сдвига) по ядру, при облегчении сжатия ядра, в положениях сгибания, нейтральном или разгибания.
Как показано на фигурах, площади поверхностей основания 43 нижерасположенного кольца (или чашки) 18 и выемки 28 нижерасположенной оболочки являются относительно большими по сравнению с искусственным диском. Очевидно, что при максимальном увеличении площадей поверхностей данных компонентов любая осевая нагрузка на диск распределяется по большей площади во время всех перемещений. В частности, такое распределение нагрузки достигается во время сгибательного и разгибательного перемещений, со сведением, тем самым, к минимуму износа по границе между нижерасположенным кольцом 18 и нижерасположенной оболочкой 22.
Задний механизм захвата оболочек предусматривает поворот его фиксирующих компонентов для сохранения способности фиксации во время сгибания и поступательного перемещения вышерасположенной оболочки на кольце/ядре/нижерасположенной оболочке.
Плавающая конфигурация кольца/ядра и вышерасположенной/нижерасположенной оболочек передает несдерживаемые аксиальные нагрузки через ядро, даже если позвоночник не находится в нейтральном положении.
В других вариантах осуществления, криволинейный участок 48 вышерасположенного кольца 16 можно перемещать дальше вперед или назад для создания отличающихся осей поворота при сгибании/разгибании для разных участков позвоночника. В других вариантах осуществления, для создания отличающихся осей поворота при сгибании/разгибании можно увеличивать или уменьшать радиус кривизны криволинейного участка 48.
Внешние поверхности вышерасположенной и нижерасположенной оболочек могут быть криволинейными или сферическими (т.е. овоидными, эллиптическими) или прямолинейными (например, прямоугольными) для вставки в двояковогнутое или прямоугольное место дискэктомии в любой области позвоночника. Внешние поверхности можно, при желании, снабжать фиксирующими ребрами или килями для закрепления диска к смежным костным структурам. Кили предпочтительно обеспечивают на внешних поверхностях «прямоугольных» оболочек для повышения стабильности протеза после имплантации. Кили, предпочтительно обеспечиваемые попарно на каждой поверхности, служат также для обеспечения проходов под винты для прикрепления искусственного диска к искусственному телу позвонка. Кили можно также применять с поперечным расположением (т.е. параллельно фронтальной плоскости), в частности, для имплантации дисков с латеральной стороны.
В одном варианте осуществления вышерасположенная оболочка может быть больше в диаметре в сагиттальной плоскости (т.е. передне-заднем направлении), чем нижерасположенная оболочка, чтобы лучше соответствовать «нормальному» состоянию.
В одном варианте осуществления можно обеспечить углубления или возвышения на передней и задней срединной линии внешних поверхностей оболочек, чтобы их совмещение и позиционирование можно было проверять рентгеновским методом.
В другом варианте осуществления клиновидные лордотические оболочки можно заменить криволинейными или прямоугольными оболочками для содействия реконструкции позвоночника.
Площадь опорной поверхности диска предпочтительно максимально увеличивают как во фронтальной, так и в сагиттальной плоскостях, чтобы способствовать исключению проседания. Следует понимать, что размеры дисков в соответствии с изобретением будут изменяться в соответствии с различными размерами дисков в нормальном позвоночнике.
Передняя часть нижерасположенной оболочки и дисковидная выемка снабжены бортиками для предотвращения выдавливания ядра и/или кольца после имплантации протеза.
Другие характерные особенности изобретения поясняются ниже с конкретными ссылками на направленные перемещения.
1. Сгибание и разгибание
Как указано выше и как показано на фигуре 5, ось поворота внешней криволинейной поверхности вышерасположенного кольца предпочтительно расположена в теле смежного позвонка, находящегося ниже искусственного диска и, более предпочтительно, вблизи переднего края тела позвонка. Данная ориентация имитирует физиологическую ось в неповрежденном нормальном диске. В результате, например, предотвращается тенденция спадания позвоночника вперед в кифоз, и вместо этого позвоночник сохраняет лордотическую ориентацию.
В других вариантах осуществления изобретения ось поворота кривой вышерасположенного кольца может быть расположена в других местах, и/или может быть изменен радиус кривизны. Например, в альтернативном варианте осуществления криволинейная область вышерасположенного кольца может быть помещена дальше к заднему участку дискового корпуса для изменения характеристик спинального сгиба и аксиальной нагрузки на искусственный диск. Это можно наблюдать из сравнения фигур 5 и 10.
Как очевидно из вышеприведенного описания, перемещение искусственного диска в соответствии с изобретением в нейтральной зоне в начале сгибания обеспечивается поворотом вышерасположенного кольца по выпуклой области нижерасположенного кольца. Перемещение в упругой зоне происходит со сжатием кольца, которое вынуждается постепенным вытяжением задних позвоночных элементов во время сгибания вперед. Перемещение в упругой зоне при сгибании разгружает фасетки поворотом вышерасположенной фасетки дальше от нижерасположенной фасетки смежного позвонка и не вызывает ущемления фасеток или сдвига по ним.
«Жесткий стопор» для сгибательного движения обеспечивается задним механизмом захвата оболочек или захватами после перемещения на предварительно заданную величину. Данный жесткий стопор предотвращает движение за пределы упругой зоны. Фиксирующие компоненты заднего механизма захвата оболочек предпочтительно расположены под углом для сохранения способности фиксации во время сгибания и поступательного перемещения. Очевидно, что сжатие ядра до зацепления жесткого стопора (причем, сжатие ядра выполняет функцию мягкого стопора) служит для ослабления степени износа механизма захвата.
Плавающая конфигурация вышерасположенной оболочки на вышерасположенном кольце допускает также перемещение в нейтральной зоне при разгибании. Такое перемещение сужает зазор или пространство над плоской частью поверхности вышерасположенного кольца. Сжатие горизонтального участка вышерасположенного кольца на плоской части поверхности во время разгибания передается на ядро и, тем самым, обеспечивает перемещение в упругой зоне. Плоская часть поверхности обеспечивает также жесткий стопор после перемещения на предварительно заданную величину для предотвращения излишнего перемещения.
Взаимное расположение гребня и канавки вышерасположенного кольца и нижерасположенного кольца, дополнительно к заднему механизму захвата оболочек, обеспечивает жесткий стопор при разгибании и, тем самым, предотвращает излишнее перемещение, при посредстве протеза, после движения на предварительно заданную величину.
2. Поворот
Боковые стенки вышерасположенной оболочки ограничивают вышерасположенное кольцо. Кроме того, следует понимать, что благодаря тому, что нижерасположенное кольцо ограничено вышерасположенным кольцом, любое поворотное перемещение вышерасположенной оболочки вынуждает все кольцо (т.е. вышерасположенные и нижерасположенные части) и эластичное ядро, заключенное в нем, поворачиваться с вышерасположенной оболочкой относительно нижерасположенной оболочки.
В предпочтительном варианте осуществления дисковидное по форме днище нижерасположенного кольца сопрягается с более крупной дисковидной выемкой в нижерасположенной оболочке. Это допускает сагиттальное и латеральное поступательное перемещение во время скручивающих перемещений и, тем самым, эксцентричный поворот. Как должно быть понятно специалистам в данной области, такие перемещения служат для эффективной имитации физиологической оси поворота нормальных дисков. Кроме того, стенки выемки, обеспеченной в нижерасположенной оболочке, служат также жесткими стопорами против любого излишнего сагиттального или латерального поступательного перемещения нижерасположенного кольца.
Как пояснялось выше, латеральные стабилизаторы оболочек обеспечивают жесткий стопор при относительном повороте вышерасположенной оболочки и нижерасположенной оболочки.
3. Латеральный изгиб
Как указано выше, вышерасположенное кольцо выполнено с возможностью установки сверху нижерасположенного кольца, вследствие чего нижерасположенное кольцо может телескопически выдвигаться внутри вышерасположенного кольца. Пространство между латеральными стенками вышерасположенного кольца и нижерасположенного кольца допускает латеральный изгиб (изгиб во фронтальной плоскости) с эксцентричным сжатием ядра. Нейтральная зона остается ограниченной до нейтрального выравнивания позвоночника, что способствует сохранению позвоночника в прямолинейном состоянии и, тем самым, устранению сколиотического углового положения. Латеральные стабилизаторы, обеспеченные на оболочках, служат жестким стопором после латерального изгиба на предварительно заданную величину. Следует понимать, что данное ограничение предотвращает излишнее латеральное перемещение.
4. Связанные движения
Как описано выше, во время сгибания ядро искусственного диска сжимается, когда вышерасположенная оболочка сдвигается по изгибу вышерасположенного кольца. Данное перемещение вызывает опускание оси поворота относительно тела смежного нижерасположенного позвонка и, тем самым, имитирует физиологические взаимосвязи в неповрежденном нормальном диске. Следовательно, связь перемещения вышерасположенной оболочки по выпуклому изгибу вышерасположенного кольца и сгибания, вызванного сжатием ядра, приводит к постепенной нагрузке нормальных задних элементов при сгибании, пока не достигнут жесткий стопор. Как упоминалось выше, данное комбинированное перемещение уменьшает износ задних элементов оболочек, обеспечивающих жесткий стопор.
Плавающий комплекс кольца/ядра в соответствии с настоящим изобретением, как описано выше, позволяет связывать вышеупомянутые движения сгибания/разгибания и осевого поворота с латеральным изгибом и, тем самым, имитировать нормальное физиологическое перемещение.
Связь латерального поворота и латерального (фронтального) поступательного перемещения с латеральным изгибом имеет место, пока не встречается жесткий стопор латеральных стабилизаторов оболочки.
5. Сжатие
Конструкция из гребня и канавки, созданных на передней и задней частях вышерасположенного и нижерасположенного колец, обеспечивает стабильность и защищает эластичное ядро от поступательного сдвига. Кроме того, данная конструкция обеспечивает заданное ограничение (т.е. жесткий стопор) степени сжатия ядра.
В общем, трапецеидальная форма эластичного ядра (в сагиттальном сечении) обеспечивает максимальную долговечность под нагрузками эксцентричного сжатия в направлениях, отличающихся от точного аксиального нагружения. Как упоминалось выше, полость ядра выполнена так, чтобы быть больше самого ядра. Следует понимать, что данное дополнительное пространство между сторонами эластичного ядра и вышерасположенного кольца и нижерасположенного кольца допускает латеральное расширение во время сжатия ядра, например во время аксиального нагружения диска.
Диск в соответствии с изобретением может быть выполнен из различных материалов, известных специалистам в данной области. Например, секции оболочек и колец могут быть изготовлены из стали, нержавеющей стали, титана, титанового сплава, керамики и пластиков. Ядро может содержать механические пружины (например, выполненные из металла), гидравлический поршень, гидрогель или силиконовую капсулу, резину или полимер, или эластомерный материал.
Выше изобретение описано на примере некоторых конкретных вариантов осуществления, однако специалистам в данной области очевидны различные его модификации, не выходящие за пределы целей и объема изобретения, описанных в настоящей заявке. Описания всех вышеупомянутых ссылочных публикаций в полном объеме включены в настоящую заявку путем отсылки.
1. Искусственный межпозвонковый диск для имплантации между первым и вторым смежными позвонками позвоночника, при этом диск содержит:
внешний каркас, содержащий согласованно действующие первую и вторую оболочки и ограничивающий первую ячейку, причем первая и вторая оболочки являются относительно подвижными одна относительно другой;
внутренний каркас, содержащий чашку и согласованно действующую крышку, причем чашка и крышка относительно подвижны одна относительно другой, и упомянутый внутренний каркас ограничивает вторую ячейку; и
эластичное ядро; причем
a) крышка и чашка упомянутого внутреннего каркаса имеют такие размеры, чтобы какая-то одна из упомянутых чашки или крышки размещалась в другой из упомянутых чашки или крышки;
b) внутренний каркас, по существу, заключен в первую ячейку внешнего каркаса; и
c) эластичное ядро, по существу, заключено во второй ячейке внутреннего каркаса, причем ядро прижато к чашке и крышке для упругого разделения упомянутых чашки и крышки.
2. Искусственный диск по п.1, в котором упомянутый внешний каркас снабжен, по меньшей мере, одним первым сдерживающим средством для ограничения относительного перемещения между упомянутыми первой и второй оболочками.
3. Искусственный диск по п.2, в котором упомянутый внутренний каркас снабжен, по меньшей мере, одним вторым сдерживающим средством для ограничения относительного перемещения между упомянутыми чашкой и крышкой.
4. Искусственный диск по п.3, в котором первое и второе сдерживающие средства содержат стопоры для предотвращения упомянутого относительного перемещения за пределами установленной точки.
5. Искусственный диск по п.1, в котором первая оболочка внешнего каркаса обеспечена над крышкой внутреннего каркаса, и при этом первая оболочка может сдвигаться по внешней поверхности крышки.
6. Искусственный диск по п.5, в котором внешняя поверхность упомянутой крышки содержит выпуклый участок, и при этом упомянутая первая оболочка содержит внутреннюю поверхность с согласованно действующим вогнутым участком для вмещения выпуклого участка крышки.
7. Искусственный диск по п.6, в котором выпуклый участок крышки изогнут в сагиттальной плоскости.
8. Искусственный диск по п.1, в котором крышка и чашка внутреннего каркаса имеют, в общем, круглую форму.
9. Искусственный диск по п.1, в котором первая и вторая оболочки внешнего каркаса содержат выпуклые внешние поверхности.
10. Искусственный диск по п.9, в котором первая и вторая оболочки являются выпуклыми как во фронтальной, так и в сагиттальной плоскостях.
11. Искусственный диск по п.10, в котором внешние поверхности первой и второй оболочек являются, в общем, сферическими.
12. Искусственный диск по п.1, в котором, по меньшей мере, участок внешних поверхностей первой и второй оболочек снабжен физическими и/или химическим промоторами роста кости.
13. Искусственный диск по п.8, в котором внешние поверхности первой и второй оболочек содержат стабилизирующие элементы для фиксации оболочек к костным конструкциям смежных позвонков при имплантации.
14. Искусственный диск по п.13, в котором упомянутые стабилизирующие элементы содержат вырезы для вмещения винтов фиксации к кости.
15. Искусственный диск по любому из пп.1-14, в котором упомянутый диск содержит переднюю, заднюю и латеральные части, и при этом первая и вторая оболочки внешнего каркаса шарнирно сцеплены на упомянутой задней части.
16. Искусственный диск по п.15, в котором какая-то одна из первой или второй оболочек внешнего каркаса содержит первый гребень на каждой латеральной части, и при этом другая из первой или второй оболочек содержит дополнительную первую канавку на каждой латеральной части, причем упомянутые первые канавки выполнены с возможностью вмещения упомянутых первых гребней.
17. Искусственный диск по п.16, в котором какая-то одна из крышки или чашки внутреннего каркаса содержит второй гребень на каждой из передних и задних частей, и при этом другая из крышки или чашки содержит дополнительную вторую канавку на передней и задней частях, причем упомянутые вторые канавки выполнены с возможностью зацепления упомянутых вторых гребней.
18. Искусственный диск по п.17, в котором канавки шире, чем гребни, вследствие чего крышка и чашка являются поступательно подвижными одна относительно другой.
19. Искусственный диск по п.6, в котором выпуклый участок крышки и согласованно действующий вогнутый участок первой оболочки обеспечены на передней части диска.
