CN101351160A - 脊柱稳定系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了脊柱稳定装置、系统和方法。在第一方面中，孔间隔器包括适合于保持孔间隙完好性的刚性构件。在第二方面中，提供小关节稳定构件和人工小关节以加强或替换原有小关节。在第三方面中，侧向脊柱稳定系统适合于连接到相邻椎体的侧面。在第四方面中，前脊柱稳定系统适合于连接到相邻椎体的前面。在第五方面中，对动力脊柱稳定装置和系统的几个实施例进行了说明。前述的每个装置、系统和方法都适合于独立使用，与此处所述的其它装置、系统和方法组合使用，和/或与现有技术已知的人工椎间盘组合使用。

Description

脊柱稳定系统和方法

技术领域和背景技术

脊柱由24块椎骨组成，其彼此相迭一个位于另一个之上，以形成脊柱。脊柱提供力量和支承以实现身体的直立并提供灵活性和运动能力。每个椎骨的截面包括一通道，其为脊髓通过脊柱提供通道。由此脊柱包住并保护脊髓。脊髓又包括31对从脊髓任一侧分支的神经根，其延伸通过椎骨之间被称为神经孔的间隙。

椎间盘位于每对椎骨之间。椎间盘由三部分组成：(1)髓核；(2)纤维环；和(3)椎体软骨板。椎间盘可用于以下几种目的，包括吸收冲击，减缓摩擦，以及吸收施加在与该椎间盘相关的上椎体和下椎体之间的压力。椎间盘还可减轻椎体间的压力，而该压力会导致椎体的退化或破裂。

脊柱病症是美国人和世界其它国家的人民面临的最昂贵和最严重的健康问题之一，每年花费上亿美元。而且，随着这些人口年龄的不断增长，脊柱疾病的出现将继续增加。典型病症包括那些由疾病，创伤，遗传障碍或其它原因引起的病症。

现有技术包括许多治疗方法。医药治疗，锻炼和物理治疗是通常的保守治疗方法。不保守疗法包括外科手术，其包括显微手术、椎体后凸成形术、椎板切除术、动力稳定、椎间盘置换术以及脊柱融合术。通常，采用能够取得理想结果的最保守治疗方法，这些方法都是独立而不是结合应用的。

发明名称为“人工椎间盘”的美国临时专利申请No.60/713671(’671申请)于2005年9月1日提交，并委派给Spinal Kinetics公司、本申请的代理人。’671申请特别说明了一种将人工椎间盘与动力稳定系统相结合的治疗方法。此处通过参考其全部内容包含在此。

在1992年，Panjabi提出了一种动力脊柱稳定系统模型，其描述了脊柱中提供稳定性的部件之间的相互作用。根据脊髓节的中性平衡位置附近的被称为“中性区”的松弛区域，该模型确定了脊柱的不稳定性。Panjabi MM，“脊柱的稳定系统。第二部分，中性区和不稳定假设。”J Spinal Disord 5(4)：390-397，1992b。在椎间盘退化、脊柱损伤和脊柱固定的情况下，存在一些中性区增加的迹象。随后IdPanjabi说明了动力稳定系统，其当脊柱处于该中性区时提供更大的机械支承，当脊柱移离中性区时提供较小的支承。参见2004年11月25日公开的美国公开专利申请No.2004/0236329，通过参考其内容包含在此。

对改进的脊柱稳定系统、系统的组合及其使用方法的需求仍然存在。

发明内容

提出了脊柱稳定组件、系统和方法。该脊柱稳定组件适合单独、共同使用或与其它已知的脊柱稳定组件和系统一起使用。

在第一方面中，描述了孔间隔器和其使用方法。该孔间隔器包括一构件，其尺寸和形状适合插入位于一对相邻椎体之间的孔中，以防止该对椎体相互挤压，即保持相邻椎体间的椎弓根间距。孔间隔器还优选包括通道或其它构件，当它穿过孔时，其保护神经根免受挤压或其它物理冲击。在第一实施例中，孔间隔器包括一上C形构件，一下C形构件和将该上C形构件连接到下C形构件的连接构件。上C形构件适合于连接到上椎体的椎弓根，并进入该对椎体所确定的孔中，而下C形构件适合于连接到下椎体的椎弓根，并进入该对椎体所确定的孔中。当连接在一起时，上和下C形构件确定了一通道，神经根可由此通过。连接构件可包括榫槽接合装置，搭配装置，或用于将上和下C形构件连接在一起的其它合适装置。可选地，上C形构件和下C形构件都可设置适合彼此相对对接的表面以形成对接。在另一实施例中，该C形构件是成对的，使得它们可以彼此相对发生一些移动(例如，伸展)，例如在弯曲、伸展和横向弯曲时可能需要的移动，并保持该通道的开放允以许神经根通过。

在第二实施例中，孔间隔器包括上段和下段。上段适合于连接到上椎体的椎弓根并进入该对椎体所确定的孔中，下段适合于连接到下椎体的椎弓根并进入该对椎体所确定的孔中。上段或下段的其中一个的内表面以及上段或下段的另一个的外表面确定了一对圆形啮合面，该对啮合面形成了支承结构，允许上段相对下段转动。由此该上段和下段可作为确定旋转中心的轴承。一旦上段和下段连接到各自的椎体并相互接合，那么孔间隔器就可提供一支承结构，该支承结构还能保护穿过孔的神经根，并允许上下椎体彼此相对转动。

优选，孔间隔器由刚性的生物相容性材料制成，例如不锈钢、金属合金或其它金属材料，或刚性聚合材料。在可选实施例中，孔间隔器设有由柔软的适宜材料(例如弹性聚合物如聚氨酯)形成的外层，以适应孔的几何形状，并允许脊柱的弯曲、伸展和横向弯曲。在又一实施例中，孔间隔器包括由柔软和/或低摩擦的材料制成的内衬，以为神经根的通道提供可防止损伤的表面。

在第二方面中，提出了加强和置换小关节的装置、系统和方法。该装置和系统用于稳定脊柱，增加孔内间距，从而降低神经根损伤的可能性。在第一实施例中，通过将一稳定元件插入小关节以恢复孔内的距离，而实现脊柱的稳定和孔内间距的增加。该稳定元件包括一种结构，其能够吸收冲击、减缓震动和支承小关节。在几个实施例中，稳定元件包括覆膜衬垫。在其它实施例中，稳定元件包括一种结构，其具有一对通过弹性中心构件分隔的椎板。

在第二实施例中，使用小关节移植术取下并置换上下椎体的一些或所有小关节。在几个实施例中，小关节移植包括连接到上椎体的上人工关节和连接到下椎体的下人工关节。每个人工关节通过螺钉或其它类似机构连接到其各自的椎体。每个人工小关节包括一对相对的椎板和设置在该对相对的椎板之间的中心构件。人工小关节可以这样的方式，即，以使它可非常接近地模拟原有小关节的功能和特性的方式构造和连接。

在第三方面中，提供了一种侧向脊柱稳定装置。该侧脊柱稳定装置包括用于分别连接到上下椎体的侧面的上连接构件和下连接构件，以及连接在每个上下连接构件之间并在其间延伸的稳定元件。在一个实施例中，该稳定元件包括制动机构。在其它实施例中，该稳定元件包括一对通过弹性中心构件分隔的椎板。

在第四方面中，提供了一种前脊柱稳定装置。该前脊柱稳定装置适合于连接到一对椎体的前面并在该对椎体之间延伸，以实现椎体单位前部的稳定。在第一实施例中，前脊柱稳定装置采用弹簧的形式，其具有在移植和连接到椎体单位之后可足够承受负载的结构。尽管后路入路和外侧入路也是可能的，但是前稳定装置优选前路微创入路置换术。

在第五方面，对几种动力稳定装置进行了说明。每个动力稳定装置都是用于向一个或多个脊柱单位提供稳定力的合力，从而有助于支承和传递负载。在第一实施例中，动力稳定装置包括后间隔元件，其通常设置在脊柱后侧的一对相邻椎体之间。优选该后间隔元件通常由柔性材料制成，用于保持该对相邻椎体之间的间距，同时允许椎体之间的相对运动。在一优选形式中，后间隔元件通常采用短圆柱体的形式，其具有用于一个或多个带束层通过的中央通孔，下文将对其进行更详细的说明。然而，根据脊柱治疗位置的尺寸和形状，间隔元件可采用其它形状或形式。动力稳定装置还包括一个或多个带束层，每个带束层优选包括由弹性材料制成的线圈。每个带束层具有这样的尺寸和形状，其适于连接到从相邻椎体后部伸出的棘突，或通过合适的连接装置连接到相邻的椎体板。一旦连接到脊柱的后部，带束层就可提供稳定和柔量。带束层的性能属性可通过材料的选择、带束层的尺寸以及通过相邻椎体间带束层的线路改变。例如，垂直朝向的带束层将比斜向的带束层能给脊柱的弯曲提供更大的阻力，尽管更斜的朝向将给扭转运动提供额外的阻力。

在其它实施例中，构造了一种动力稳定装置，其包括可在手术后对装置进行调节的材料。例如，在一个实施例中，动力稳定装置包括用于连接到上椎体椎弓根的上连接构件，用于连接到下椎体椎弓根的下连接构件，以及一个或多个在上下连接构件之间延伸并连接该上下连接构件的弹簧元件。在该优选形式中，弹簧元件由形状记忆金属例如镍钛合金(镍钛诺)制成。由此弹簧元件的特性可在手术后通过例如使用电流对装置的元件加热而进行改变。由于形状记忆材料可在移植前通过热处理程序训练，所以弹簧元件的特性能够通过这种热应用方法以已知的方式进行改变。优选地，在X射线或其它引导下通过将导线与弹簧元件接触放置而应用电流。已知的弹簧元件可伸长或缩短以提供更大或更小的负载支承，或改变装置的任何其它操作特性。

在又一实施例中，提供了一种脊柱稳定装置，其能够将来自一个脊柱段的反应传递到相邻脊柱段。因此，脊柱稳定装置可恰当地以与原有脊柱段相同的操作方式传递负载和反应。脊柱稳定装置包括至少一个与每个椎体相连的固定元件，和在每对上和下固定元件之间延伸的连接元件。每个固定元件都允许连接元件转动，从而提供了这样的能力，即一个脊椎段根据相邻脊椎段经历的动作而或者处于压缩或者扭转的被加载(或卸载)。

在另一实施例中，动力稳定装置包括椎间稳定元件的组合以及一个或多个基于稳定元件的椎弓根。在一优选形式中，通过偏压该对相邻的椎体使其分开，该一个或多个基于稳定元件的椎弓根发挥作用，而通过将该对相邻椎体的棘突偏压到一起，椎间稳定元件发挥作用。椎间元件和基于元件的椎弓根的联合作用产生了力矩，其可减小来自椎间盘的压力。

在又一实施例中，提供了一种动力稳定装置，其在从该对椎体伸出的一对或两对横突的脊椎处或附近连接到该对相邻的椎体。例如，将至少一个上连接构件例如螺钉连接到上椎体的横突，至少一个下连接构件例如螺钉连接到下椎体的横突，一加载元件在该上下连接构件之间延伸并使其互相连接。可选地，连接构件可延伸通过横突进入椎体，或者可将它们连接到与横突相邻的椎体。

在另一实施例中，连接一动力稳定装置，使得稳定元件位于患者的表皮之外。在这些实施例中，稳定元件通过一对螺钉连接到一对相邻椎体，该对螺钉延伸通过患者的皮肤进入该对椎体。然后将稳定元件连接到处于患者皮肤之外的该对螺钉部分，并在该对螺钉之间延伸。优选该装置是可完全调节的。

在再一实施例中，提供一种动力稳定装置，其包括填充式调节机构。该装置包括优选连接到上椎体棘突的上连接构件，优选连接到下椎体棘突的下连接构件，以及在该上下连接构件之间延伸并使其互相连接的稳定元件。该连接构件可包括螺钉或其它合适的连接机构。一罐设置在至少其中一个连接构件和稳定元件之间。当罐被填充时，例如在罐中注入生物相容性材料，如含有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的骨接合剂时，罐中所占据的额外容量减小了稳定元件的运行长度，从而也改变了给定稳定元件的性能特征。因此，向罐中增加材料可以实现手术后调节装置的能力。优选，术后调节可经由皮肤进行。

在另一实施例中，动力稳定装置包括具有完整的稳定椎间盘的椎间间隔器，该组合装置设置在一对相邻椎体的棘突之间。

前面所述的每个装置、结构和方法都适于独立使用或两个或多个组合使用。优选，几个装置、结构或方法结合使用以获得预期的结果。特别地，前面所述的每个装置可与人工椎间盘联合应用以获得预期的治疗效果。

通过参照附图和下文的详细说明，将对其它和附加装置、设备、结构和方法进行描述。

附图说明

此处所包含的附图并不完全是按规定比例绘制的，为了清楚起见，一些部件或特征可能是被放大了的。

图1是一对相邻椎体的侧视图，其中包括孔和穿过该孔的神经根的视图；

图2A-G是根据本发明的孔间隔器的视图；

图3是一对相邻椎体的后位视图，其中包括小面和小关节的视图；

图4是小关节稳定元件的实施例的透视图；

图5是植入小关节中的小关节稳定元件的另一实施例的侧视图；

图6A-B是人工小面的视图；

图7是脊柱的一部分的视图，该脊柱具有许多代替原有小面的人工小面；

图8是一对椎体的侧视图，一侧向稳定装置植入该对椎体之间；

图9A是一对椎体的侧视图，一前稳定装置和一后稳定装置植入该对椎体之间；

图9B是前稳定装置的视图；

图10A是间隔器元件的视图；

图10B-D是包括间隔器元件和带束层的后动力稳定装置的视图；

图11是另一动力稳定系统的后位视图；

图12是又一动力稳定系统的后位视图；

图13是另一动力稳定系统的侧视图；

图14是再一动力稳定系统的后位视图；

图15是另一动力稳定系统的侧视图；

图16是又一动力稳定系统的侧视图；

图17是再一动力稳定系统的侧视图；

图18是一示例性人工椎间盘的三维横剖视图。

具体实施方式

在对本发明进行描述之前，应当理解的是本发明并不局限于所述的实施例，而是可以变化的。还应当理解的是此处所使用的术语仅仅是为了说明特定的实施例，并不是限定性的，因为本发明的范围仅通过从属权利要求确定。

在这里提供了一个数值范围，我们应当理解的是如果上下文没有其它明确说明，那么位于此范围上下边界值之间、直到该下边界值的至少十位的每个插入值和在所述范围内的任何其它所述或插入值都包含在本发明中。可单独包括在该更小范围中的这些更小范围的上下边界值也包含在本发明中，同时认可要明确排除的所述范围中的边界值。这里所述范围包括一个或两个边界值，不包括一个或两个边界值的范围也包括在本发明中。

除非另有定义，否则此处所用的所有科技术语均与如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的那样具有相同的意思。尽管在本发明的执行或测试中可使用任何与此处所述的方法和材料相似或等同的方法和材料，但是现在将对优选的方法和材料进行说明。通过参考公开文本，所述的公开包含在此，并对与公开文本所述的那些有关的方法和/或材料进行说明。

应当注意的是如果上下文没有其它明确说明，那么此处和从属权利要求中所使用的单数形式“a”，“an”和“the”也包括所指对象的复数形式。

此处所讨论的公开文本仅提供了本申请的提交日之前的公开内容。此处没有任何内容可理解为：本发明不能先于现有发明的公开文本获取授权。此外，所提供的公开日期可能与实际公开日期不同，这需要单独证明。

在阅读本公开文本之后，对本领域的技术人员将是很明显的，此处所述和所示的每个个体实施例都具有分立元件和特征，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，其可与任何其它几个实施例的特征分开或与其组合。

现在参照附图，图1示出了一对相邻椎体，其包括上椎体100和下椎体102。每个椎体包括一对横突104a-b和通常从每个椎体100，102后面伸出的棘突106。椎间盘108位于上椎体100和下椎体102之间。脊髓110延伸通过由脊柱形成的中央通道，神经根112穿过由该对椎体确定的孔隙114。

当椎间盘由于创伤、疾病或其它症状而受到损伤时，上椎体100和下椎体102往往彼此相迭在一起，从而减小了孔114形成的间隙的量。当椎体受到疾病的困扰或骨折或其它损伤时通常也会出现这种结果。当孔间隙减小时，椎体100，102往往在神经根112上挤压，从而引发不适、疼痛和对神经根的可能损伤。通过保持孔的打开，并保护神经根免受椎体的挤压，此处所述的孔间隔器用于消除这个问题。

参照图2A到2G，示出了几个孔间隔器的实施例。在图2A-D所示的第一实施例中，孔间隔器120包括上C形构件122和下C形构件124。这对C形构件优选包括连接机构或一对啮合面。例如，如图2B所示，上C形构件122的下接触面128上设有凹槽126，而下C形构件124包括位于其上接触面132上的匹配的凸键130。可选地，凸键可设置在上C形构件上，凹槽可设置在下C形构件上，或者也可使用其它的连接构件，例如搭配机构或其它类似结构。在又一实施例中，啮合面128，132可彼此相对形成对接，从而防止孔间隙相迭。当组合在一起时，该对C形构件确定了具有中央通孔136的基本为圆盘形状的构件134。中央通孔136具有适合神经根112无挤压通过的尺寸和形状，例如，在凸2C和2D中所示。

参照凸2E，孔间隔其120可设有外层140，其包括柔软适宜材料的涂层。优选外层140覆盖孔间隔器120所有的外接触面，特别是那些设置用于与椎体表面接合的表面。外层140优选由柔软适宜的生物性相容材料制成，例如硅树脂、聚氨酯或其它类似聚合材料制成，并且可通过现有技术已知的方法应用于孔间隔器120。外层140可为形成孔间隙的椎体提供结构保护，还使得孔间隔器120能够适合由椎体形成的变化的孔的几何形状。

在确定通孔136的暴露面上可设置可选内层或衬层142。内层或衬层142优选由柔软和/或低摩擦材料的涂层制成，以为神经根112的通过提供可防止其损伤的表面。优选，内层142由与外层140所用材料相似的材料制成，包括硅树脂、聚氨酯或其它类似聚合材料。可选地，内层或衬层142可包括聚乙烯、聚四氟乙烯或其它类似材料的涂层。

此外，可在上C形构件122和下C形构件124之间可设置可选弹簧元件、垫圈、衬垫或其它类似材料或装置(图中未示)。优选，弹簧元件(或类似物)可设置在两个C形构件的相邻表面上。当弹簧元件伸展或压缩时，该弹簧元件(或类似物)为间隔器120提供垂直伸展或压缩的能力，从而提供移动范围，以便支承该孔间隙。

现在参照图2F，图中示出了孔间隔器的另一实施例。在此实施例中，孔间隔器120包括上段150和下段156。上段150具有外表面152，其具有适合与确定孔间隙114的上椎体部分接合的形状。类似地，下段156包括外表面158，其具有适合与确定孔间隙114的下椎体部分接合的形状。上段150的内表面154包括弯曲部分，其适于与下段156的外表面158的相匹配的弯曲部分转动接合。这样，上段150和下段156可彼此转动连接在一起，即，上段150和下段156起类似于具有旋转中心的轴承的作用。当上段150连接到上椎体100，下段156连接到下椎体102时，孔间隔器120允许两个椎体彼此相对转动，从而提供额外的移动范围。可选地，图2F中所示的孔间隔器120还包括前面关于图2E中所述的外层140和内层142。

可通过任意合适的手术技术将孔间隔器120植入，包括经后路或经侧路进入孔间隙。经侧路进入被认为是发现孔位置的最佳进入方式，但是后路椎间盘植骨融合术(PLIF)和经椎间孔腰椎椎体间植骨融合术(TLIF)也可实现充分进入。一旦进入之后，优选孔间隔器120连接到椎弓根或允许间隔器进入孔隙114的其它组织结构。例如，孔间隔器120可压配合进入孔116中，如图2G中所示，或者可设置凸键(图中未示)，将孔间隔器120连接到椎弓根或其它组织结构。

接下来参照图3，图中示出了一对相邻椎体的后位视图。图中示出了上椎体100和下椎体102。每个椎体包括一对横突104a-b和通常从每个椎体100，102后部伸出的棘突106。脊髓110延伸通过由脊柱形成的中央通道，神经根112穿过由该对椎体确定的孔间隙114。小关节118由上下椎体的一对接触小面形成。

为了不对穿过孔的神经形成挤压，设计了几种已知的后脊柱稳定的装置和方法，其能够打开孔或者保持孔内的间距。这通常通过将装置连接到每个椎体的椎弓根并在连接构件之间提供撑开力而实现。此处将对几种可选的新颖装置和方法进行说明。

参照图4，图中示出了小面稳定元件170。小面稳定元件170优选包括包围在套174中的中心构件172。中心构件172优选由水凝胶、聚氨酯或其它聚合材料制成，适合于提供必要震动吸收和间隔功能，以稳定小关节。套174可是生物相容材料的织物，用于保持中心构件172的完好性和形状，另外为小面稳定元件170提供结构力。小面稳定元件170具有适于放置在小关节118中的尺寸和形状，从而实现关节的稳定并防止孔间隙的挤压。

参照图5，示出了小面稳定元件170的另一实施例。在此实施例中，脊柱稳定元件170包括上椎板180，下椎板182，以及在上椎板180和下椎板182之间延伸并使其互相连接的中心构件184。优选，小面稳定元件还包括许多缠绕在上椎板180和下椎板182之间并使其互相连接的纤维186。图5中所示的小面稳定元件170的构造和材料与下文图18中所述的人工椎间盘的构造和材料相似，并与2004年7月30日提交的美国专利申请No.10/903276和2005年9月1日提交的美国专利申请No.60/713671中所述的几个人工椎间盘的构造和材料相似，因此通过参照这些申请包含在此。在前述申请中所述的其它人工椎间盘也适合于用作此处所述的小面稳定元件170。通常小面稳定元件170的尺寸小于前述申请中所述的人工椎间盘的尺寸，但是优选机构的整体构造是相同的。

小面稳定元件170植入到与该对相邻椎体相关联的该对相对的小面之间。其它特征，例如销、固定元件或其它结构(图中未示)也可设置在小面稳定元件170上以限制其移动。小关节是含有滑液的，因此需要通过夹膜移植。通过上面关于孔间隔器的移植所述的任何方法都可进入小关节。

参照图6A-B，图中示出了小面和小关节。在很多脊柱手术程序中，特别是那些经后路进入的手术中，需要将一些或全部小面取走，这样才能进入并将一个或多个人工结构植入。同样地，很多脊柱手术引起椎间盘高度降低或类似的意想不到的结果。在这些情况或在小面或小关节由于创伤、疾病或其它症状而受到损伤的情况中，值得期望的是可以用人工装置替换一些或全部的小面以恢复受损脊柱段的稳定。

在图6A中，图中示出了植入脊柱的几个位置中的许多人工小面190。每个人工小面190包括连接臂192，其通常是细长弯曲的，以与原有小面的形状和结构相匹配。连接臂192中止于类似原有小面的接触面的椎板194中。连接臂192通过一个或多个螺钉196或其它合适的连接机构连接到相关联的椎体。如前面关于图5中所示的那样，小面稳定元件170设置在一对人工小面190之间，小面椎板194作为小面稳定元件170的椎板。(特别参照图6B)。如图6A所示，人工小关节位于原有小面的平面上。因此，小关节的方向将在椎段之间改变。

图7示出了在几个相邻椎段上使用人工小面190的多层稳定。人工小面190连接到骶骨119，另外的人工小面190连接到L5和L4椎骨。

接下来参照图8，示出了侧向稳定装置。侧向稳定装置200包括适于通过一个或多个螺钉204或其它连接机构连接到上椎体100的上连接臂202a，和适于通过一个或多个螺钉204或其它连接机构连接到下椎体102的下连接臂202b。装置还包括稳定元件206。稳定元件206可包括弹簧，弹簧、制动机构或其它提供预期稳定功能的机构的组合。在一优选实施例中，稳定元件包括与前面关于图5所述的小面稳定元件170相同的结构。

侧向稳定装置200更适合连接到该对相邻椎体100，102的侧面。在一特定优选实施例中，侧向稳定装置200连接到该对椎体的两个侧面上。

图9示出了一对相邻椎体100，102，其具有分别连接到该对椎体的后稳定装置210和前稳定装置220。后稳定装置210包括一对椎弓根螺钉212，其中一个螺钉连接到上椎体100，另一个螺钉连接到下椎体102。稳定元件212在该对椎弓根螺钉212之间延伸，并使其互相连接。稳定元件214可包括弹簧加载的动力承载结构，其包括制动元件或任意此类结构的组合。前稳定装置220包括前部元件222，其细节在图9B中更好的示出。前部元件222优选由具有超弹性特性的材料制成，并具有这样的形状，即允许前部元件222由于微创置换术而被约束。如图所示，前部元件222包括位于每端的连接孔224和中央部分226，中央部分226包括一对确定中心孔230的侧带228a-b。前部元件222可被卷起或压缩成较小轮廓的收缩状态，以便于植入。一旦植入，前部元件从收缩状态部分释放，并连接到与受损的椎间盘108相邻的该对椎体。优选前部元件222通过螺钉或其它合适的机构连接。一旦连接之后，前部元件222完全扩展到它的有效状态，能够支承负载以实现椎段的稳定。

前稳定装置220可单独使用，与图9A中所示的后稳定装置210组合使用，或与任意其它合适的稳定装置或结构组合使用。与仅仅使用单一的稳定结构相比，使用稳定装置的组合，为椎段提供更稳定的状态或另外的稳定方式以及减轻椎段的负载都是可能的。

现在参照图10A-D，示出了后动力稳定装置的几个实施例。动力稳定装置包括后间隔器和一个或多个带束层。如下文所述，该间隔器可与带束层集成在一起，或者它可独立于带束层设置。

首先参照图10A，图中示出了后间隔器240。后间隔器240通常具有短圆柱体的形状，其具有中央通孔242和上表面244以及下表面246。可选地，后间隔器240可设置成任意其它的形式或形状，下文将进行更详细说明。优选间隔器240通常由柔性的生物性相容材料，例如聚氨酯、硅树脂或其它合适的聚合材料制成。如图10B-D所示，间隔器240通常位于一对相邻椎体的棘突之间。间隔器保持椎体之间的间距，同时允许两个椎体之间的预期量的相对运动。

每个带束层250优选形成连续的线圈，由相对弹性的生物性相容材料例如任意数量的弹性材料和/或适合此目的的聚合材料制成。带束层250连接到后脊柱以提供稳定性和柔度。带束层250或者通过连接螺钉252或其它合适的连接机构(见图10C)连接到层状体，或者它们直接在该对椎体的棘突106上形成环状(将图10B，10D)。可对带束层250的材料、尺寸、结构和线路进行设计以获得预期的类型和约束度。例如，与图10D中所示的垂直相对的线路图案相比，如图10C中所示的斜向相对的线路图案将给扭转运动提供更大的阻力。其它的线路变形也是可能的，这将为本领域的技术人员所认识到。

现在参照图11，示出了动力脊柱稳定装置的另一实施例。该装置包括一种结构，其具有在装置植入后调节稳定装置的性能特征的能力。在该示例性实施例中，脊柱稳定装置260包括上连接构件262和下连接构件264，其分别连接到上椎体100和下椎体102。如图所示，上连接构件262和下连接构件264可连接到各自椎体100，102的棘突106，或者它们可连接到椎体的椎弓根或其它合适部位。尽管其它连接构件也可如预期那样适于使用，但是优选连接构件262，264包括螺钉。稳定装置260包括一个或多个弹簧元件266，其在上连接构件262和下连接构件264之间延伸，并使其互相连接。每个弹簧元件266优选由镍钛合金(Nitinol)或其它合适的生物性相容的形状记忆材料制成。通过例如使用电流加热弹簧元件，每个弹簧元件266的形状和特性可在植入之前或植入之后随时改变。采用本领域的技术人员已知的方式，形状记忆材料可通过加热程序训练，以便在将其加热到预期温度的情况下达到预期的形状。因此使用者可通过对这些元件加热来改变弹簧元件266的形状、尺寸、或性能特征。例如，在植入患者的脊柱中后，在X射线或其它引导下将导线与弹簧元件266接触。然后通过导线将电流供给到弹簧元件266，这样使用者就可以改变弹簧元件的尺寸、形状或性能特征。

尽管在图11中所示的实施例中的弹簧元件266通常是直的支杆，但是可选地，弹簧元件266可以设置成适合给定应用的任意形状、尺寸或方向。

接下来参照图12，图中示意性地示出了另一脊柱稳定装置。图12中所示的脊柱稳定装置适于将负载从一个运动段传递到相邻段。三个相邻的椎体270，272和274在图中示意性示出。一对互连的稳定装置276分别连接到三个椎体。每个稳定装置276包括连接到每个椎体的固定元件278和在相邻的每对固定元件278之间延伸并连接到其上的连接装置280。

每个固定元件278包括支承结构或类似的结构，其具有使连接装置280旋转的能力。这使得第一椎段，例如椎体270响应施加在相邻椎段，例如椎体272和274上的载荷而被加载。作为非限定性的实例，当最下面的椎体274向右移动时，如图中的箭头“A”所示，通过固定元件278的转动将负载施加到连接装置280上的这种载荷的传递带动椎体270向左移动，如图中的箭头“B”所示。这种运动与身体扭曲时脊柱的自然运动一致。压缩和弯曲载荷以类似的方式传递。

如上所述，每个固定元件278优选采用轴承或类似的旋转结构的形式，提供如图中箭头“C”所示的旋转运动。连接装置280可包括弹簧元件或多个弹簧元件，其具有能够响应固定元件278的旋转，提供预期量的负载传递的尺寸、形状、弹簧常数和其它特性。此外，尽管图中示出了两个稳定装置276，但是根据所需或所期望的稳定度可以使用更多或更少的装置。稳定装置276还可在更多(例如四或五个)或更少(例如两个)的相邻椎段之间延伸。

接下来参照图13，图中示意性示出了多组件的动力稳定系统。目前的动力脊柱稳定系统通常是椎间装置(即连接在相邻椎体的棘突之间的)或基于椎弓根螺钉的装置(即连接在连接到相邻椎体的椎弓根的椎弓根螺钉之间的)。这些类型的动力稳定装置通过提供为椎间盘108减轻负载的撑开力而发挥作用。图13中所示的系统包括连接到一对相邻椎体100，102的棘突106的椎间稳定系统290，以及一对基于椎弓根的稳定系统292a-b(图中仅示出了一个基于椎弓根的系统)，其通过椎弓根螺钉连接到位于棘突每侧的该对相邻椎体100，102。每个基于椎弓根的系统292a-b包括装有弹簧的或其它的合适结构，其提供如图中箭头“D”表示的撑开力，为椎间盘108减轻负载。另一方面，椎间系统290包括装有弹簧的或其它的合适结构，其将相邻椎体100，102的棘突106偏压在一起，如箭头“E”所示。椎间系统290和基于椎弓根的系统292a-b的联合作用形成了可减缓椎间盘108压力的力矩。

椎间系统290和/或前述实施例的基于椎弓根的系统292a-b更适合于这样构造，即使得一个或多个系统可相对于所前所述的图11中所示的装置在外部进行调节。

接下来参照图14，一对相邻椎体100，102在图中示出。动力稳定装置300在每个椎体100，102的横突104a-b处或附近的位置连接到每个椎体。每个动力稳定装置300包括上连接螺钉302和下连接螺钉304。螺钉302，304可穿过横突到达椎体，或者它们可直接连接到椎体相邻的棘突104a-b。加载元件306连接到上连接螺钉302和下连接螺钉304，并在其间延伸。加载元件306适于通过提供适当的撑开或吸引力而稳定相邻的椎体。加载元件306还可包括弹簧、一组弹簧、制动元件或任意其它的合适结构，例如此处其它部分所描述的结构。

图15是一种可外部调节的动力稳定系统的示意图。该系统包括分别从上椎体100和下椎体102后部伸出的上螺钉310和下螺钉312。每个螺钉伸出患者的身体。稳定元件314在患者背部的外表面上，即在皮肤316表面之外连接到每个螺钉310，312。稳定元件316可是装有弹簧的、多弹簧的、制动机构或任意其它合适的稳定系统，例如此处其它部分所述的结构。有利的是，稳定系统316易于在手术后进行调节，因为它位于患者的外部。因此，对系统的任何调节都易于执行，不需要额外的外科手术。

图16是另一可调节稳定系统的示意图。脊柱稳定系统320包括连接到上椎体100的棘突106的上罐322和连接到下椎体102的棘突106的下罐324。每个上罐322和下罐324组成稳定装置的连接机构的一部分。上罐322和下罐324可通过任意合适的机构，例如一个或多个螺钉连接到棘突106。每个上罐322和下罐324包括圆柱体部分，其适于容纳设置在弹簧328上端和下端的连接器326。每个连接器326与上罐322和下罐324的其中之一接合，从而允许弹簧328向椎体100，102提供撑开力。

因为上罐322和下罐324通常是中空的，所以部分填充罐322，324的一个或两个以减小在罐之间延伸的弹簧328的有效长度是可能的，即部分填充罐使得连接器在某一高度处与从罐322，324底部移走的填充材料接合。罐322，324的一个或两个可用含有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的骨接合剂或其它合适的材料填充。优选，填充操作可在手术后经由皮肤进入而执行，从而无需另外的外科手术。

图17是另一动力稳定系统的视图。动力稳定系统340包括DIAM^TM型的椎间间隔器342，其设置在一对相邻椎体100，102的棘突106之间。DIAM型椎间间隔器是可商业购买的，由Medtronic Sofamor Danek制造。间隔器342通常是H形的，包括位于相对较宽的侧部之间的相对较窄的中间部分。这种形状使得间隔器能够有效地夹在一对相邻椎体100，102的棘突106之间，如图17所示。间隔器342是覆有聚乙烯的硅树脂装置，通过减轻椎间盘负载，恢复后张力带，重新排列小面，恢复孔的高度而发挥作用。

此外，稳定盘344代替部分间隔器340设置在棘突106之间。稳定盘344具有一结构，并以与前面关于图5所述的、具有位于一对椎板之间的中心构件的小面稳定元件170相同的方式构造。如需要稳定盘344允许压缩和旋转。稳定盘344还便于侧向弯曲。

如上所述，本申请通过参引包括发明名称为“人工椎间盘”(’671申请)的美国临时专利申请No.60/713671，该申请于2005年9月1日提交，并委派给Spinal Kinetics公司、本申请的代理人。’671申请特别说明了一种将人工椎间盘与动力稳定系统相结合的脊椎治疗方法。本发明中所述的每个动力稳定系统适合与例如’671申请中所述的人工椎间盘，以及2004年7月30日提交的美国专利申请No.10/903276(’276申请)中所述的其它人工椎间盘组合使用，并且通过参引将其包含在此。

例如，图18中示出了一示例性的人工椎间盘1100，其从图3的’671申请中复制出来，并且也在’276申请中进行了说明。这个人工椎间盘仅仅是为了示例的目的而进行说明，并不代表适于与此处其它部分所述的装置和系统组合使用的唯一类型的人工椎间盘。参照附图，人工椎间盘1100具有集成结构，其包括上椎板1110，下椎板1120和夹在上椎板1110和下椎板1120之间的中心构件1130。一条或多条纤维1140绕上下椎板缠绕以将椎板彼此连接在一起。纤1140的缠绕允许通过椎板以及在椎板之间进行一定程度的轴向旋转、弯曲、屈曲和伸展。可选地，环形夹膜1150绕中心构件1130和纤维1140设置在上下椎板之间的空间中。上椎板1110和下椎板1120通常是平直的平面构件，由具有刚性的生物相容材料制成。

优选上椎板1110的上表面和下椎板1120的下表面的每一个都设有将椎板固定到上下椎体的相对表面的机构，人工椎间盘安装在该上下椎体之间。例如，在图18中，上椎板1110包括许多定位销1111a-b。定位销1111a-b用于与形成在上下椎体的表面上的凹槽接合，从而将椎板固定到其各自的椎体上。定位销1111a-b通常从上椎板的平坦外表面垂直伸出，即从图18中所示的椎板的上侧向上伸出。每个定位销1111a-b具有许多位于定位销上缘的锯齿1112。这些锯齿1112用于增加定位销与椎体的接合能力，从而将上椎板1110固定到脊柱。

同样地，下椎板1120的下表面包括许多定位销1121a-b。除了它们在人工椎间盘上的位置不同外，下椎板1120的下表面上的这些定位销1121a-b在结构和功能上与上椎板1110的上表面上的定位销1111a-b相同。

可选地，这些定位销1111，1121可设有一个或多个孔或槽1115，1125。这些孔或槽有助于促进骨向内生长，从而有助于将人工椎间盘1110固定到椎体上。

上椎板1110包括许多槽1114，纤维1140通过这些槽穿过或缠绕，如图所示。椎板上的槽1114的实际数量是可变的。纤维1140的目的是保持上椎板1110和下椎板1120在一起，并且限定运动范围以模拟原有椎间盘的运动范围、扭转和抗弯性。

中心构件1130用于提供支承并保持上椎板1110和下椎板1120之间的相对间距。中心构件1130由相对柔性的材料例如聚氨酯或硅树脂制成，并且通常通过注模制造。中心构件的优选构造包括由水凝胶和弹性增强的纤维环制成的芯部。尽管为了获得预期的物理属性或性能特征，形状(以及制成中心构件的材料和中心构件的尺寸)可以改变，但是中心构件1130的形状通常是圆柱形或豆形的。例如，中心构件1130的形状、尺寸和材料将直接影响人工椎间盘的弯曲度、伸展度、侧向弯曲度和轴向旋转度。

环形夹膜1150优选由聚氨酯或硅树脂制成，并且可通过注模、两种成分混合或将椎板中心纤维装置浸入聚合物溶液制造。环形夹膜的功能是作为隔层，将椎间盘物质(例如纤维束)保持在椎间盘的椎体内，并保持椎间盘外自然向内生长。

前述的人工椎间盘1100或其它合适的人工椎间盘可通过’671申请和’276申请以及其它处所述的外科手术技术进行移植。如上所述，将人工椎间盘与此处所述的其它任意装置、系统和方法接合起来以在脊柱疾病、损伤或其它症状的治疗中达到更好的治疗效果，这一点是很有利的。

因此，应当理解的是作为本申请的主题，本发明并不局限于此处所述的特定实施例，而是可以进行改变的。特别地，可以明确预期的是此处所述的两个或多个具体实施例可进行组合，达到这些实施例彼此相适合的程度。这种组合能够提供更好的性能，而其往往可以超过已知的装置或独立使用的装置所能达到的性能。

除非另有定义，否则此处所用的所有科技术语均与如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的那样具有相同的意思。尽管在本发明的执行或测试中可使用任何与此处所述的方法和材料相似或等同的方法和材料，但是此处对优选的方法和材料进行了说明。

通过参引，此处所述的所有专利、专利申请以及其它公开文本其全部内容包含在此。此处所述的这些专利、专利申请和公开文本仅提供了本申请的提交日之前的公开内容。此处没有任何内容可理解为：本发明不能先于现有发明的公开文本获取授权。此外，所提供的公开日期可能与实际公开日期不同，这需要单独证明。

在阅读本公开文本之后，对本领域的技术人员将是很明显的，此处所述和所示的每个个体实施例都具有分立元件和特征，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，其可与任何其它几个实施例的特征分开或与其组合。

前面的说明仅示出了本发明的基本原理。应当理解的是本领域的技术人员能够设计出各种配置，尽管没有在此处明确说明和图示，但是其包含了本发明的原理，并包含在本发明的精神和范围内。此外，此处所述的所有实例和限定性的语言都是为了帮助阅读者理解本发明的原理和发明者对本领域的贡献，并不是认为限定于此处所述的具体实例和条件。此外，此处讲述本发明原理、方面、实施例以及具体实例的所有陈述都是用于包括其结构和功能的等同物。另外，可以预期的是这些等同物即包括目前已知的等同物，也包括未来将要开发的等同物，即所开发的执行相同功能的任意元件，无论其结构如何。因此，本发明的范围并不是限定于此处所述和所示的示例性实施例。而是，本发明的范围和精神通过从属权利要求体现。

Claims (17)

1、一种孔间隔器，包括：

第一支承构件，其具有外表面用于与患者的第一椎体的椎弓根表面接合；

第二支承构件，其具有外表面用于与患者的第二椎体的椎弓根表面接合，所述第二椎体与所述第一椎体相邻；

所述第一支承构件和所述第二构件连接在一起，使得当所述孔间隔器插入到所述第一椎体和所述第二椎体之间时，保持所述第一椎体和所述第二椎体之间的孔的高度不小于最小的孔高度。

2、根据权利要求1所述的孔间隔器，其特征在于：所述第一支承构件和所述第二支承构件在其间确定了通道。

3、根据权利要求2所述的孔间隔器，其特征在于：所述第一支承构件和所述第二支承构件能够彼此相对进行转动运动。

4、根据权利要求2所述的孔间隔器，其特征在于：所述第一支承构件和所述第二支承构件能够彼此相对进行扩展运动。

5、一种加强患者上椎体和下椎体之间的小关节的方法，包括：

提供一小面稳定器，所述小面稳定器包括第一椎板、第二椎板和设置在所述第一椎板和所述第二椎板之间的中心构件；以及

将所述小面稳定器植入包括所述小关节的小面之间。

6、一种用于哺乳动物的脊柱稳定方法，包括：

将人工椎间盘植入患者的上椎体和下椎体之间；和

植入用于与所述患者的所述上椎体和所述下椎体接合的稳定器系统。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述稳定器系统包括设置在每个所述上椎体和所述下椎体的棘突之间的间隔器。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述稳定器系统还包括连接到每个所述上椎体和所述下椎体的带束层。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述稳定器系统还包括嵌入在所述间隔器中的圆盘构件，所述圆盘构件包括上椎板、下椎板和位于所述上椎板和所述下椎板之间的中心构件。

10、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述稳定器系统包括连接到上椎体的第一连接构件，连接到所述下椎体的第二连接构件，和连接到每个所述第一连接构件和所述第二连接构件的稳定器元件。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述稳定器元件包括形状记忆材料。

12、根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述第一连接构件和所述第二连接构件的至少其中一个是可转动的，以及所述第一连接构件和所述第二连接构件的至少其中一个的转动引起来自所述上椎体或所述下椎体的其中一个的运动的力被传递到所述上椎体或所述下椎体的所述另一个椎体。

13、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述稳定器系统包括第一构件和第二构件，其中第一构件连接并配置用于在每个所述上椎体和所述下椎体之间提供撑开力，第二构件连接并配置用于在每个所述上椎体和所述下椎体之间提供吸引力。

14、根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述第一连接构件连接到所述上椎体的横突，所述第二连接构件连接到所述下椎体的横突。

15、根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述稳定器系统还包括用于容纳和保持填充材料的罐。

16、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述稳定器系统连接到所述上椎体和所述下椎体的侧面。

17、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述稳定器系统接到所述上椎体和所述下椎体的前面。

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