專利名稱：融合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于融合相鄰椎骨的脊椎融合植入裝置，具體地說，本 發(fā)明涉及可定位在椎間空間中并且利用骨水泥(cement)組合物固定在 適當(dāng)位置的植入裝置。
背景技術(shù)：
脊椎主要包括一系列椎骨和位于相鄰椎骨之間的空間中的脊椎盤 (spinal disc)。椎骨由硬骨形成，而脊椎盤包括比較軟的環(huán)帶(annulus) 和髓核。這些脊椎盤將椎骨支撐在合適的位置中，并且使得軀干能夠旋 轉(zhuǎn)并且側(cè)向和前后彎曲。這些脊椎盤還在脊椎經(jīng)歷震動(dòng)時(shí)(如在奔跑或 跳躍期間)用作減震器或墊。
多種脊椎疾病導(dǎo)致人經(jīng)歷疼痛或者身體活動(dòng)和能力受限。更具體地 說，由于外傷、畸形、疾病或其它變性狀況，可能對(duì)構(gòu)成脊椎的椎骨和 椎骨之間的脊椎盤造成損害。這些狀況中的一些可能危及生命，而其它 狀況對(duì)脊髓造成沖擊，導(dǎo)致疼痛和缺少靈活性。消除這種沖擊(由此減 少受損或患病組織對(duì)脊髓的腫脹(spelling)或壓迫感)可以減輕疼痛并 通常促進(jìn)康復(fù)從而恢復(fù)正常的神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能。然而，缺乏恰當(dāng)醫(yī)療可能 導(dǎo)致脊椎健康的進(jìn)一步損害和變性，并且導(dǎo)致永久性的脊髓損害。
對(duì)脊椎的損害通常導(dǎo)致生理能力降低。例如，對(duì)脊椎盤或椎骨的損 害可能讓環(huán)帶突出，通稱為脊椎盤突出。在更嚴(yán)重的情況下，這種損害 可能讓髓核從環(huán)帶漏出。在任何情況下，這種損害通常都造成椎骨靠近移位或壓縮，并且通常造成一部分脊椎盤壓迫脊髓。
治療這些狀況的一種方式是通過使一部分脊椎中的椎骨(如兩個(gè)或 更多個(gè)相鄰椎骨)固定，這樣通常有益于減少或消除疼痛。固定和/或融 合己經(jīng)經(jīng)由許多技術(shù)和裝置執(zhí)行，并且損傷類型通常暗示了優(yōu)選治療方 式。
固定的一種形式已知為脊椎融合手術(shù)，其中初始使兩個(gè)或更多個(gè)相 鄰或連續(xù)椎骨彼此相對(duì)固定，隨著時(shí)間的過去，這些椎骨變得按期望的 空間關(guān)系融合。例如，可以將剛性桿或板附接至脊椎以使該脊椎固定達(dá) 足夠長的時(shí)間，以允許椎骨與椎間植入物之間發(fā)生融合并且/或者允許骨 質(zhì)向內(nèi)生長到脊椎盤空間中。期望的是，使椎骨以合適的椎間距離相對(duì) 固定，從而再現(xiàn)健康脊椎的支撐特性?？梢詫⒅踩胛镩g隔體放置在椎骨 之間，植入物間隔體隨著時(shí)間的過去將融合至兩個(gè)相鄰椎骨，或隨著骨 質(zhì)生長而被完全吸收和替換。
脊椎融合手術(shù)大大減少或消除了椎骨節(jié)段(segment)之間的運(yùn)動(dòng)， 由此減輕了某些病人的疼痛源。盡管融合治療犧牲了受疾病侵襲的椎骨 之間的旋轉(zhuǎn)和屈曲致使脊椎的移動(dòng)和靈活性受到一些損失，但脊椎的非 融合部分能夠很大程度上彌補(bǔ)病人所希望的大多數(shù)正常運(yùn)動(dòng)。而且，減 少或消除了因損傷而對(duì)脊髓的壓縮，并且融合的椎骨保護(hù)脊髓不受損傷。 還可以將脊椎融合手術(shù)用于防止或阻止某些病人脊椎的逐漸畸形。需要 脊椎融合的受治療者包括遭受椎骨骨折、脊椎滑脫(spondylolisthesis)、 脊椎盤突出或變性、脊椎異常彎曲(如脊椎側(cè)凸(scoliosis)或脊椎后凸 (kyphosis))、脊椎腫瘤、脊椎感染或脊椎不穩(wěn)定的受治療者。
當(dāng)前，許多融合裝置是已知的。植入這種裝置可能涉及到挖出一個(gè) 或兩個(gè)相鄰椎骨的一部分，以提供用于在其中定位該裝置的容積。許多 融合裝置具有采用叉、齒、長釘?shù)鹊男螤畹谋砻嫣卣?如錨固部件)，其 遠(yuǎn)離該裝置的上下表面延伸，以嵌入到相鄰椎骨中。為了將該裝置定位 在椎間空間內(nèi)，可以使用器具將椎骨展開。
一些融合裝置由可生物再吸收材料制成，如自然骨、羥磷灰石、磷 酸鈣以及其它類骨組合物。包括可生物再吸收材料的融合裝置可以隨著時(shí)間的過去而結(jié)合到相鄰骨中，最終提供單個(gè)實(shí)體骨，然而，利用這種 材料制備的裝置趨于具有相對(duì)較弱的抗壓強(qiáng)度。
可以將更堅(jiān)固的材料(如聚醚醚酮(PEEK))用于制造融合裝置以 提供增加的強(qiáng)度。由這種材料制成的諸如長釘和齒的表面特征可以穿過 椎骨以將該裝置固定至椎骨。然而，這些更堅(jiān)固的材料不可生物再吸收。
融合過程的目的是發(fā)展與相鄰椎骨連接并且在相鄰椎骨之間延伸和 通過椎間空間的格狀(lattice)、基質(zhì)(matrix)或?qū)嶓w骨。最終，形成或 發(fā)展的骨和椎骨連接以提供在某種程度上一體、不可壓縮的結(jié)構(gòu)，該結(jié) 構(gòu)針對(duì)尺寸保持合適的預(yù)融合空間關(guān)系，以減少或消除對(duì)脊髓的沖擊。 因此，由這些更堅(jiān)固的材料形成的植入物作為多余結(jié)構(gòu)而留下，該多余 結(jié)構(gòu)不能夠被人體吸收或被骨生長替換，并且用作植入裝置與任何產(chǎn)生 的骨生長之間的邊界界面。雖然可以通過減小植入物的尺寸而致力于減 少邊界界面的影響，以使可以將更多移植(graft)材料封裝到環(huán)繞植入 物的椎間空間中，但這會(huì)導(dǎo)致不太牢固的植入。
因此，需要改進(jìn)的脊椎融合系統(tǒng)和改進(jìn)的用于執(zhí)行脊椎融合手術(shù)的 方法。還需要這樣的植入物，即，該植入物可與人體化學(xué)和生理相容， 并且擁有關(guān)于硬度、抗壓強(qiáng)度、抗撓強(qiáng)度和/或耐磨性的機(jī)械穩(wěn)定性，以 及用于發(fā)展機(jī)能梯度的可控微結(jié)構(gòu)、用于保持生理狀況中的結(jié)構(gòu)完整性 的可控界面性質(zhì)，以及/或者為提供適當(dāng)粘合性、耐化學(xué)性以及病人持久 舒適性而特制(tailored)的表面化學(xué)。
如根據(jù)下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的描述將清楚，本發(fā)明可以被用于實(shí) 現(xiàn)這些，以及其它需要和目的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于融合相鄰椎體的裝置、系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的裝 置在此被不同地稱為本發(fā)明的"植入物"、"融合植入物"、"融合裝置"， 或"脊椎融合裝置"。
本發(fā)明的脊椎融合裝置被植入在相鄰上下椎骨之間的椎間空間內(nèi)， 并且利用骨水泥固定至椎骨。該融合裝置包括具有用于接觸相鄰椎骨的上下端板面對(duì)表面的主體，并且上下端板面對(duì)表面之間形成有一個(gè)或多 個(gè)側(cè)壁。該融合裝置包括上下端板面對(duì)表面，每個(gè)端板面對(duì)表面都具有 至少一個(gè)開口 ，所述至少一個(gè)開口用于將骨水泥材料輸送至植入物上方 和下方的椎骨的相鄰接觸表面。該裝置利用快凝骨水泥組合物可以幾乎 立即融合椎骨，由此減少或消除對(duì)輔助固定裝置(如螺絲釘、板，以及/ 或桿)的需要，而且還同時(shí)將骨水泥精確輸送到融合裝置與椎骨之間的 接觸表面。
將脊椎融合裝置的上下端板面對(duì)表面中的開口定位并構(gòu)造成使得僅 將骨水泥直接引導(dǎo)向與該裝置接觸的椎骨表面，這樣防止骨水泥溢出到 相鄰椎骨空間中，在該相鄰椎骨空間中，骨水泥會(huì)因結(jié)合至神經(jīng)組織或 其它鄰近組織而造成潛在的損傷，或者硬化成可能損害所述組織的尖銳 片段。最終，開口還可以向骨提供從相鄰椎骨開始到生長在該裝置中并 與該裝置融合的路徑。
本發(fā)明的脊椎融合裝置可以任選地包括一個(gè)或更多個(gè)填充端口，如 一個(gè)或更多個(gè)注入端口，所述端口構(gòu)造成從外部接收來自輸送裝置(如 注射器或任何其它注入裝置)的骨水泥材料。該填充端口可以連接至通 過脊椎融合裝置的外部而通向一個(gè)或更多個(gè)開口的一個(gè)或更多個(gè)通道。 該脊椎融合裝置還可以包含作為用于容納來自填充端口的骨水泥的空腔 的中空芯體，并且該空腔或者直接通向植入物外部的開口，或者連接至 通向這些開口的一個(gè)或更多個(gè)通道。 一般來說，使用注射器以利用足夠 壓力將骨水泥材料配送到脊椎融合裝置中，以基本上充滿通道和/或中空 芯體，并且迫使骨水泥通過上下端板面對(duì)表面中的開口以接觸相鄰椎骨。 填充端口優(yōu)選地定位在端板面對(duì)表面之間的橫向側(cè)壁上，以允許在將植 入物插入到椎間空間中之后向該植入物注入骨水泥，但在需要時(shí)，還可 以將填充端口用于在將植入物插入到椎間空間之前注入骨水泥。
通過在將植入物插入到椎間空間之前和/或之后將骨水泥材料注入到 脊椎融合裝置中來增強(qiáng)相鄰椎骨的融合。骨水泥原位聚合，并且或者將
脊椎融合裝置粘結(jié)至上下椎體中的端板皮層骨(cortical bone)和暴露的 松質(zhì)骨(cancellousbone)的表面，或者相間錯(cuò)雜(interdigitate)到其中。骨水泥材料聚合，以將植入物融合至上錐體和/或下椎體中。通過將骨水 泥材料注入到植入物中并隨后迫使骨水泥從植入物向外流出至與該植入 物直接接觸的椎骨表面，與在植入之前或植入期間將骨水泥施加至椎骨 和/或植入物外部時(shí)相比，實(shí)現(xiàn)了骨水泥更加精確的施加。椎骨之間所產(chǎn) 生的連續(xù)均勻骨水泥連接有利于骨向內(nèi)生長和更牢固的融合。
脊椎融合裝置的主體可以形成為剛性結(jié)構(gòu)，其具有骨水泥不可滲透 的橫向側(cè)壁表面和穿過上下端板面對(duì)表面的離散開口。剛性脊椎融合裝 置可以由任何合適的生物相容的承重材料形成。合適材料包括生物陶
瓷材料、金屬、諸如PEEK的惰性聚合物、可再吸收聚合物、可再吸收
聚合復(fù)合物，移植骨等。
可選的是，脊椎融合裝置可以由柔性材料制成，該柔性材料可以為 了插入而被巻動(dòng)或以其它方式折曲并壓緊以使容積最小化，隨后在插入 到椎間空間之后利用骨水泥膨脹。柔性脊椎融合裝置例如可以由網(wǎng)制成，
該網(wǎng)由編織纖維或編織片組成，該編織纖維或編織片由聚乙烯、Teflon， 聚酯、合成彈力纖維、尼龍、人造纖維、纖維素、膠原質(zhì)等制成。更優(yōu) 選的是，柔性植入物包括可再吸收片或聚合物，如由聚乙醇酸、聚乳酸、 聚乙醇酸/共乳酸聚合物、聚氨基甲酸乙酯、聚芳基碳酸酯、聚酷氨酸碳 酸酯、聚己酸內(nèi)酯、聚二氧雜環(huán)己垸(polydioxane)、聚磷腈、聚丁酸、 聚戊酸等制成的可再吸收片或聚合物。這種柔性網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以形成釋放 骨水泥以使其接觸相鄰骨的選擇性滲透表面。在這種情況下，可以將不 可滲透的骨水泥阻擋層添加至該裝置的不接觸相鄰椎骨的那些表面，以 使釋放的骨水泥向骨接觸表面集中。可選或者附加的是，可以通過柔性 材料設(shè)置離散開口以將骨水泥引導(dǎo)至相鄰椎骨表面。
任何生物相容骨水泥組合物都可以與脊椎融合裝置一起使用，但可 以根據(jù)不同參數(shù)(尤其是凝結(jié)時(shí)間、粘結(jié)強(qiáng)度，以及流動(dòng)特性)來選擇 優(yōu)選骨水泥。另外，優(yōu)選的是，骨水泥的凝結(jié)反應(yīng)不放熱，以最小化或 消除對(duì)相鄰組織的可能損害。骨水泥優(yōu)選地以低放熱量(exotherm)在幾 分鐘內(nèi)凝結(jié)，并且具有足夠強(qiáng)度以充分支撐脊椎并同時(shí)使植入物和相鄰 椎骨固定。骨水泥在剛混合并注入到植入物中時(shí)的粘性應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地允許該骨水泥流出植入物并按可控方式接觸椎骨。優(yōu)選骨水泥還不透射線，
迅速凝結(jié)并固化，保持生理pH并且生物相容。優(yōu)選骨水泥包括在共同未 決的公報(bào)為U.S. 20070032568 Al的美國專利申請(qǐng)No. 11/500， 798和美 國臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/968, 462中所述的那些骨水泥，這兩者都通過具體引 用并入于此，如同在此全面闡述一樣。還可以使用其它骨水泥，如基于 聚合性丙烯酸樹脂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的骨水泥、磷酸鈣骨水 泥、玻璃離子體(ionomer)骨水泥等。骨水泥還可以包括諸如惰性填充 劑或促進(jìn)骨生長的生物活性成分的填充劑材料。骨水泥產(chǎn)品的每一種成 分都還可以任選地包括附加材料。
在另一方面中，本發(fā)明提供了一種用于利用本發(fā)明的脊椎融合植入 裝置來融合相鄰上下椎骨的系統(tǒng)。該裝置的尺寸適于裝入相鄰椎骨之間 的椎間空間中，并且具有形成有具有入口的流動(dòng)路徑的主體，該主體向 面對(duì)相鄰椎骨中的至少一個(gè)(優(yōu)選為兩個(gè))的一個(gè)出口或多個(gè)出口開放。 可以將可注入骨水泥通過該入口注入到流動(dòng)路徑中，并由此通過植入體 的對(duì)應(yīng)面對(duì)開口弓I導(dǎo)至上下椎骨。
該系統(tǒng)還包括可注入骨水泥材料，該骨水泥材料具有預(yù)定快速凝結(jié) 特性，以使骨水泥的凝結(jié)將植入體固定至椎間空間中的椎骨。另外，在 注入時(shí)，優(yōu)選骨水泥材料具有在凝結(jié)之前向骨水泥材料提供通過流動(dòng)路 徑的期望流動(dòng)特性的粘性。在一些實(shí)施方式中，該系統(tǒng)還可以包括適于 向植入體的入口輸送可注入骨水泥材料的輸送裝置。流動(dòng)路徑和輸送裝 置構(gòu)造成使得以足夠壓力來提供骨水泥材料的流動(dòng)，以產(chǎn)生骨水泥從該 主體的入口開始通過流動(dòng)路徑至該出口或多個(gè)出口的流動(dòng)，使得骨水泥 材料基本上在它沿對(duì)應(yīng)椎骨接合的時(shí)候并且在流動(dòng)超出椎間空間中的植 入體之前凝結(jié)。
在本發(fā)明的方法中，通過在兩個(gè)相鄰椎體之間插入融合裝置并將骨 水泥注入到該融合裝置中的一個(gè)或更多個(gè)中空芯體中來保持或增強(qiáng)脊椎 的固定和穩(wěn)定性。注入的骨水泥充滿所述一個(gè)或更多個(gè)中空芯體并且接 觸一個(gè)或更多個(gè)相鄰椎體的表面，而且在一些方法中，相間錯(cuò)雜到椎體 中的松質(zhì)骨中，由此基本上實(shí)現(xiàn)立即固定和/或機(jī)械穩(wěn)定性。通過利用骨水泥來實(shí)現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定性，本發(fā)明可以最小化或消除對(duì)附加固定器具(如
莖桿(pedicle rod)和螺絲釘)的需要。而且，本發(fā)明可以有利地提供相 對(duì)椎骨之間的均勻、同質(zhì)連接，以利于骨質(zhì)向內(nèi)生長。
因而，在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的融合裝置在不包括使用輔助固 定的獨(dú)立應(yīng)用中使用。在可選實(shí)施方式中，該融合裝置可以結(jié)合輔助固 定使用。
圖1是本發(fā)明的融合裝置的立體圖。
圖2是本發(fā)明的具有用于骨水泥的兩個(gè)中空芯體和移植室的融合裝 置的立體圖。
圖3是本發(fā)明的具有用于骨水泥的上下中空芯體以及移植室的融合 裝置的立體圖。
圖4是本發(fā)明的具有用于骨水泥的兩個(gè)中空芯體和移植室的融合裝 置的立體圖。
圖5是插管和本發(fā)明的具有柔性外表面的柔性融合裝置的立體圖。 圖6是插管和本發(fā)明的具有柔性外表面的、包括不可滲透?jìng)?cè)壁和網(wǎng)
狀頂部的柔性融合裝置的立體圖。
圖7是本發(fā)明的具有柔性外表面和移植室的柔性融合裝置的立體圖。 圖8是本發(fā)明的具有柔性外表面的、包括分離的用于骨水泥的上下
中空芯體以及移植室的柔性融合裝置的立體圖。
圖9是本發(fā)明的在上下椎骨之間的融合裝置的側(cè)視圖。
圖IO是本發(fā)明的構(gòu)造成用于通過后部手術(shù)方法插入的融合裝置的立體圖。
圖11是本發(fā)明的構(gòu)造成用于通過后部手術(shù)方法插入的融合裝置的立 體圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的脊椎融合裝置用于在兩個(gè)椎骨之間形成骨的同時(shí)保持兩個(gè)相鄰椎體之間的脊椎盤高度。該裝置允許將骨水泥注入到融合裝置中的 一個(gè)或更多個(gè)中空芯體中。骨水泥充滿所述一個(gè)或更多個(gè)中空芯體，并 且與位于被植入裝置的一側(cè)或兩側(cè)上的椎體表面接合。 一旦骨水泥凝結(jié)， 就基本上或完全消除了椎骨的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的裝置、系統(tǒng)以及方法 減少了用于固定的時(shí)間并改進(jìn)了椎骨運(yùn)動(dòng)節(jié)段的穩(wěn)定性，由此減少或消 除對(duì)輔助固定的需要。通過減少或消除鉆孔、攻絲或插入與輔助固定相 關(guān)聯(lián)的螺絲釘，本發(fā)明提供了更短的脊椎融合過程。在一些實(shí)施方式中， 隨著骨質(zhì)脊椎融合的發(fā)生，骨水泥再吸收并且用作用于組織向內(nèi)生長的
連續(xù)骨架(scaffold),而不需要使用任何骨生長增強(qiáng)裝置，如自體移植 (autograft)材料。在附加實(shí)施方式中，該裝置還包括可以放置自體移植 材料或其它骨移植材料的移植室。
本發(fā)明的脊椎融合裝置可以具有任何合適形狀，并且包括任何合適 的生物相容材料。合適形狀例如包括大致為筒形、環(huán)形、盤形、矩形、U 形、飛旋鏢形等的形狀，其尺寸定為供頸部、胸部或腰部使用。合適的 生物相容材料包括金屬、塑料、可再吸收聚合物、可再吸收聚合復(fù)合物、 骨移植材料等。
供在本發(fā)明的剛性脊椎融合裝置中使用的示例性合適材料包括聚醚 醚酮(PEEK)、 PEEK-磷酸f丐復(fù)合物、PEEK-骨移植復(fù)合物、羥磷灰石、 磷酸三鈣、316不銹鋼、持久合金、鈷-鈷鉻合金(cobalt-cobaltchrome)、 諸如Ti6A14V合金的鈦合金、聚合物、塑料、可再吸收聚合物(即，聚 乙醇酸、聚乳酸、聚乙醇酸共乳酸、聚二氧雜環(huán)己烷、聚己酸內(nèi)酯)、具 有磷酸鈣、同種異體移植物(allograft)、骨移植物等的其它可再吸收聚 合復(fù)合物。在優(yōu)選實(shí)施方式中，剛性融合裝置包括致密或加固的羥磷灰 石或磷酸三鈣，特別是如在美國專利No. 6013591、重新發(fā)布為RE 39196， 以及公報(bào)為U.S. 2005/0031704 Al的美國專利申請(qǐng)No. 10/635402中所述 的納米晶(nanocrystallirie)材料，所有這三者的全部內(nèi)容都通過具體引 用并入于此。在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，該融合裝置由納米晶體磷酸鈣 NanOss (Angstrom Medica， Wobum， MA)制成。結(jié)合可注入的NanOss IsoFLEXTM骨水泥(Angstrom Medica， Wobum， MA)使用的這種裝置在于此描述的方法中特別有用。
本發(fā)明的植入物理想地具有大約1年或以上的再吸收時(shí)間(例如，
大約3年或以上，大約6年或以上，或者大約10年或以上)。再吸收的 速率至少部分地取決于植入物的結(jié)晶尺寸和組成。較小的結(jié)晶尺寸將比 較大的結(jié)晶尺寸更快地被再吸收。期望的再吸收速率取決于應(yīng)用，并且 可將結(jié)晶尺寸和組成特制成與期望的再吸收速率匹配。
圖1例示了本發(fā)明的脊椎融合裝置100，其可以在脊椎融合手術(shù)期間 插入到上下相鄰椎骨之間的椎間空間中。裝置100的外表面110、 150、 160包括側(cè)壁110，該側(cè)壁110大致在上端板面對(duì)表面150與下端板面對(duì) 表面160之間延伸。優(yōu)選的是，上端板面對(duì)表面和下端板面對(duì)表面150、 160包括齒狀結(jié)構(gòu)140，齒狀結(jié)構(gòu)140與裝置100的正上方和正下方的椎 骨表面接合，由此抵抗椎間空間內(nèi)的脫臼和/或從椎間空間排出。側(cè)壁表 面110包括填充端口 130。相鄰椎骨的固定和穩(wěn)定性通過以下方式增強(qiáng)
(i)將植入物100插入到椎間空間中以使上下端板面對(duì)表面150、 160 分別接觸處于椎間空間上方和下方的相鄰椎骨表面；以及(ii)利用注入 輸送裝置135將骨水泥材料通過填充端口 130注入到中空芯體120中， 直到骨水泥充滿該中空芯體120并通過該裝置的上下端板面對(duì)表面150、 160中的開口引導(dǎo)至分別處于該裝置100的正上方和正下方的椎骨表面。 在注入之后，骨水泥材料凝結(jié)，將裝置100快速融合至上下椎骨。
圖9例示了本發(fā)明的設(shè)置在上椎骨910與下椎骨920之間的椎間空 間內(nèi)的脊椎融合裝置100。該裝置的側(cè)壁IIO包括用于注入骨水泥的填充 劑端口 130。該填充劑端口 130被描述為靠近脊椎節(jié)段910、 920的后橫 向位置而定位。 一般來說，本發(fā)明的裝置優(yōu)選地定位在椎間空間內(nèi)，以 使填充劑端口 (或者更一般地說，該裝置用于接收骨水泥的部分)位于 或靠近將該裝置插入到椎間空間的位點(diǎn)處。這種定位有利于將骨水泥經(jīng) 由為插入該裝置而使用的同一手術(shù)入口輸送至該裝置。
在另一方面，該脊椎融合植入物包括用于容納骨移植材料的移植室。 術(shù)語骨移植材料在此被用于指促進(jìn)骨替換的諸如矯正生物制劑
(orthobiologics)的生物添加劑。因而，骨移植材料可以包括同種異體移植物、自體移植物、脫礦質(zhì)(deminemlized)骨基質(zhì)、膠原質(zhì)、生長因子， 以及/或骨成型蛋白(morphogenic protein)。
圖2例示了具有移植室260和兩個(gè)中空芯體220、 230的脊椎融合裝 置200，每個(gè)中空芯體從上端板面對(duì)表面270延伸至下端板面對(duì)表面280。 一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)壁250將中空芯體220、 230彼此分隔并且和移植室260 分離。在將裝置200插入到相鄰椎骨之間的椎間空間中時(shí)，可以將骨水 泥材料獨(dú)立地注入到側(cè)壁210中的兩個(gè)填充端口 240中的每一個(gè)端口中， 由此獨(dú)立地控制注入壓力、骨水泥材料的量以及/或者注入到中空芯體 220、 230中的每一個(gè)中并且隨后分別接觸處于裝置300正上方和正下方 的椎骨表面中的每一個(gè)表面的骨水泥的類型。在另一實(shí)施方式中，上下 端板面對(duì)表面270、 280可以包括齒狀結(jié)構(gòu)(如圖1所示的齒狀結(jié)構(gòu))， 以抵抗椎間空間內(nèi)的脫臼和域從椎間空間排出。
圖3例示了本發(fā)明的包括上下中空芯體320、 330的脊椎融合裝置 300，其將注入的骨水泥材料分別引導(dǎo)至上下端板面對(duì)表面380、 390。植 入物300包括分隔中空芯體320、 330的中線內(nèi)壁340，以及側(cè)壁310中 的至少兩個(gè)填充端口 350。因而，該裝置獨(dú)立控制注入壓力、骨水泥量以 及/或注入到上下中空芯體320、330中的每一個(gè)中空芯體中并且隨后分別 接觸處于該裝置300正上方和正下方的每一個(gè)椎骨表面的骨水泥的類型。 另外，如圖3所示，植入物300包括移植室370，該移植室從上端板面對(duì) 表面380延伸至下端板面對(duì)表面390，并且通過內(nèi)壁360與中空芯體320、 330分隔開。在其它實(shí)施方式中，上端板面對(duì)表面和下端板面對(duì)表面380、 390可以包括齒狀結(jié)構(gòu)(如圖1所示的齒狀結(jié)構(gòu))，以抵抗椎間空間內(nèi)的 脫臼和/或從椎間空間排出。
當(dāng)將骨水泥添加至通常包圍一個(gè)或更多個(gè)移植室的一個(gè)或更多個(gè)中 空芯體(如環(huán)繞圖2、 3、 7以及8所示的移植室的中空芯體的大致同心 布置)時(shí)，本發(fā)明的脊椎融合裝置有利地提供骨水泥阻擋部，該骨水泥 阻擋部防止松散的骨碎片或其它移植材料從植入物移植室遷移，該遷移 能導(dǎo)致對(duì)周圍椎骨組織的刺激或其它損害。
圖4例示了根據(jù)本發(fā)明的脊椎融合裝置400。該裝置400具有側(cè)壁410，該側(cè)壁410大致在上下端板面對(duì)表面470、 480之間延伸，并且形 成包圍兩個(gè)中空芯體420、 430的基本矩形形狀。中空芯體420、 430彼 此橫向地設(shè)置并且通過內(nèi)壁部450和中央移植室460分隔。中空芯體420 、 430和移植室450從上端板面對(duì)表面470延伸至下端板面對(duì)表面480。側(cè) 壁410中的分隔的注入端口 440獨(dú)立控制注入壓力、骨水泥量以及/或者 注入到中空芯體420、 430中的每一個(gè)中并且分別接觸處于該裝置正上方 和正下方的每一個(gè)椎骨表面的骨水泥的類型。在其它實(shí)施方式中，上端 板面對(duì)表面和下端板面對(duì)表面470、 480可以包括齒狀結(jié)構(gòu)(如圖1所示 的齒狀結(jié)構(gòu))，以抵抗椎間空間內(nèi)的脫臼和/或從椎間空間排出。
本發(fā)明的脊椎融合裝置可構(gòu)造成用于利用后部或側(cè)后部手術(shù)方法插 入到相鄰上下椎骨之間的椎間空間中。例如，圖10和11例示了本發(fā)明 的適于通過后部或側(cè)后部方法插入的裝置。
圖10例示了具有外表面1100、 1200、 1500、 1600并且具有相當(dāng)窄 的矩形形狀的脊椎融合裝置1000。利用后部手術(shù)切口 ，可以在將尾端1200 定位在椎間空間中之前，將該裝置1000的插入端1100引導(dǎo)到椎間空間 中，由此允許尾端1200上的填充端口 1400保持可經(jīng)由同一后部手術(shù)切 口接入?？梢詫⑤斔脱b置插入到同一后部手術(shù)切口中，以將骨水泥輸送 至填充端口 1400，直到骨水泥充滿中空芯體1300并且通過上下端板面對(duì) 表面1500、 1600中的開口引導(dǎo)以分別與處于該裝置1000正上方和正下 方的上下椎骨表面接觸為止。內(nèi)壁1800分隔用于容納骨移植材料的移植 室1700與中空芯體1300。移植室優(yōu)選從上端板面對(duì)表面1500延伸至下 端板面對(duì)表面1600。在其它實(shí)施方式中，上下端板面對(duì)表面1500、 1600 還可以包括齒狀結(jié)構(gòu)(如圖1所示的齒狀結(jié)構(gòu))，以抵抗椎間空間內(nèi)的脫 臼和域從椎間空間排出。
圖11例示了具有外表面2100、 2200、 2500、 2600并且具有大致飛 旋鏢形狀的脊椎融合裝置2000。利用后部手術(shù)切口，可以在將尾端2200 定位在椎間空間中之前，將該裝置2000的插入端2100引導(dǎo)到椎間空間 中，由此允許尾端2200上的填充端口 2400保持經(jīng)由同一后部手術(shù)切口 可接入?？梢詫⑤斔脱b置插入到同一后部手術(shù)切口，以將骨水泥輸送至填充端口 2400，直到骨水泥充滿中空芯體2300并且通過上下端板面對(duì)表 面2500、 2600中的開口引導(dǎo)以分別與處于該裝置2000正上方和正下方 的上下椎骨表面接觸為止。內(nèi)壁2800分隔用于容納骨移植材料的移植室 2700與中空芯體2300。移植室優(yōu)選地從上端板面對(duì)表面2500延伸至下 端板面對(duì)表面2600。在另一實(shí)施方式中，上端板面對(duì)表面和下端板面對(duì) 表面2500、 2600還可以包括齒狀結(jié)構(gòu)(如圖1所示的齒狀結(jié)構(gòu))，以抵 抗椎間空間內(nèi)的脫臼和/或從椎間空間排出。
在特定實(shí)施方式中，本發(fā)明的脊椎融合裝置包括比尾端小的插入端。 這種構(gòu)造有利于插入裝置，并且還可以用于保持、改進(jìn)或恢復(fù)適當(dāng)?shù)募?椎曲率。因而，例如可以通過錐化或以其它方式改變圖1、 2、 3、 4、 10 以及11所示裝置的側(cè)壁表面以包括相對(duì)于尾端較小的插入端來修改所述 裝置的構(gòu)造。
本發(fā)明的脊椎融合裝置還可以構(gòu)造成保持、改進(jìn)或恢復(fù)病人腰部脊 椎區(qū)域的恰當(dāng)脊椎前凸角。在這些構(gòu)造中，脊椎融合裝置的側(cè)壁包括要 先定位在腰部椎間空間中的較高部分和要后定位在椎間空間中的較矮部 分。關(guān)于這一點(diǎn)，較高和較矮指相對(duì)高度，其中高度指在側(cè)壁的前部和 后部處的上端板面對(duì)表面與下端板面對(duì)表面之間的最小距離。因而，例 如可以通過錐化或以其它方式改變圖1、 2、 3、 4、 10以及11所示裝置 的側(cè)壁表面以使所述側(cè)壁表面包括較高前高度和較矮后高度來修改所述 裝置。具體來說，裝置的前部的高度可從大約12 mm到大約20 mm變動(dòng)。 裝置的后部的高度使得該裝置提供了從大約4度到大約12度變動(dòng)的脊椎 前凸角。該裝置的脊椎前凸角通常指上下端板面對(duì)表面相對(duì)彼此的角。 脊椎前凸角還可以通過繪制將用于確定前高度和后高度的點(diǎn)連接的兩條 線來計(jì)算；具體來說，繪制將用于沿上端板面對(duì)表面的前部和后部確定 高度的兩個(gè)點(diǎn)(這兩個(gè)點(diǎn)分別設(shè)置在將上端板表面連接至用于確定前后 高度的前側(cè)壁部或后側(cè)壁部的邊緣上)連接的第一條線，繪制將用于沿 下端板面對(duì)表面的前部和后部確定高度的兩個(gè)點(diǎn)(這兩個(gè)點(diǎn)分別設(shè)置在 將下端板表面連接至用于確定前后高度的前側(cè)壁部或后側(cè)壁部的邊緣 上)連接的第二條線，并且這兩條線相交的角被認(rèn)為是由該裝置提供的脊椎前凸角。
本發(fā)明的脊椎融合裝置還可以包括有利于例如通過插入物的端部上 的夾具而夾持并操縱該裝置的結(jié)構(gòu)。例如，剛性脊椎融合裝置可以包括 在相對(duì)側(cè)壁的兩個(gè)部分上的一個(gè)或更多個(gè)槽口。這些槽口可以容納夾具 端頭的爪，由此所述爪可以緊緊夾持并操縱融合裝置。在另一實(shí)施例中， 該裝置可以包括可以供插入物端部處的一個(gè)或更多個(gè)平坦端頭插入的一 個(gè)或更多個(gè)狹縫。這些狹縫用作用于插入物的插管，并且提供用于操縱 該裝置的穩(wěn)定夾持。
在需要時(shí)，該脊椎融合裝置可以包括位于上下端板面對(duì)表面中的多 個(gè)出口 ，這些出口的尺寸和位置定為允許骨水泥材料從中空芯體流動(dòng)并 且與處于該裝置正上方和正下方的相鄰椎骨表面接觸。還可以進(jìn)一步選
擇出口尺寸，以允許組織向內(nèi)生長，并且出口尺寸的直徑應(yīng)當(dāng)為100微 米到3毫米、250微米到2毫米，以及更優(yōu)選地為500微米到1.5毫米。
在本發(fā)明的另選實(shí)施方式中，將含有骨水泥材料的輸送裝置(如本 領(lǐng)域己知的注射器或其它注入裝置)定位成使其尖端插入到出口 (即， 代替填充劑端口)中，以將骨水泥注入到中空芯體中。該出口或多個(gè)出 口允許骨水泥在中空芯體充滿骨水泥時(shí)離開該中空芯體。退出的骨水泥 接觸相鄰椎骨端板并且聚合以將脊椎融合裝置融合至該端板。
在本發(fā)明的包括將一個(gè)或更多個(gè)中空芯體和/或移植室分隔并且可以 在插入椎骨空間中時(shí)接觸上和/或下椎骨表面的一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)壁的脊椎 融合裝置的實(shí)施方式中，這些內(nèi)壁可以包括粗糙表面或表面多孔性以機(jī) 械地將骨水泥互鎖至該裝置。因而，例如圖2中的內(nèi)壁250、圖3中的內(nèi) 壁360、圖4中的內(nèi)壁450、圖10中的內(nèi)壁1800以及圖11中的內(nèi)壁2800 都可以被制作成在其接觸上和/或下椎骨表面的表面上包括粗糙表面或表 面多孔性。
可以在將植入物插入到椎間空間之前和/或優(yōu)選地在將植入物插入到 椎間空間之后將骨水泥材料注入到脊椎融合植入裝置中。可以利用常規(guī) 技術(shù)和已知工具并且利用用于將椎骨分散以易于將植入物插入到椎間空 間中的工具將本發(fā)明的植入物插入到椎間空間中。當(dāng)在將植入物插入到椎間空間中之前將骨水泥注入到植入物中時(shí)，重要的是，在使骨水泥基
本上聚合(即，硬化)之前(優(yōu)選地在將骨水泥成分混合大約2分鐘內(nèi) 到大約30分鐘內(nèi))插入植入物。
在個(gè)別方面中，本發(fā)明還提供了具有由生物相容柔性材料制成的外 表面的柔性脊椎融合裝置。用于外表面的合適生物相容柔性材料包括聚 合物纖維，如聚乙烯、Tefl0n 、聚酯、LyCra 、尼龍、人造纖維、纖維素 等。其它合適的柔性材料可以由可再吸收纖維或片組成，如聚乳酸、聚 乙醇酸、聚乳酸/聚乙醇酸共聚物、聚富馬酸亞丙酯、聚衣康酸亞丙酯聚 羥基丁酸、聚羥基戊酸、聚己酸內(nèi)酯、聚羥基羧酸類、聚琥珀酸亞丁酯、 聚己二酸亞丁酯、聚酷氨酸碳酸酯、聚酷氨酸碳酸酯、聚二氧雜環(huán)己烷、 膠原質(zhì)、殼聚糖、藻酸鹽、纖維素、淀粉、糖、多肽、聚乙二醇、乙烯 基吡咯烷酮、丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯或其任何衍生物、聚(戊內(nèi)酯)、 聚(三亞甲基碳酸酯)、聚(亞氨基碳酸酯)、聚(丙醇二酸)、聚(13-丙二酸)、脂肪族二異氰酸酯基聚氨酯類、肽基聚氨酯類、聚酯或聚原酸 酯基聚氨酯類、含有氨基酸酯、糖基、甘油基、乳酸酯基或咪唑基側(cè)基 的聚磷腈，及其組合。
下面，參照?qǐng)D5到8，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的個(gè)別方面的柔性融合裝置500、 600、 700、 800進(jìn)行說明。 一般來說，本發(fā)明的柔性融合裝置可在充滿骨 水泥和/或骨移植材料之前壓實(shí)，而在充滿骨水泥時(shí)展開。在其壓實(shí)形式 下，該柔性融合裝置適于經(jīng)由侵入最小的過程輸送至兩個(gè)相鄰椎骨之間 的椎間空間。優(yōu)選的是，僅柔性植入物的面對(duì)椎骨端板的部分對(duì)骨水泥 是可透的。更具體地說，優(yōu)選的是，至少一個(gè)端板面對(duì)表面對(duì)骨水泥是 可透的，而該側(cè)壁或多個(gè)側(cè)壁對(duì)骨水泥是不可透的。更優(yōu)選的是，端板 面對(duì)表面因存在多個(gè)孔而可透，這些孔的直徑足以允許骨水泥通過。在 這點(diǎn)上，這些孔的直徑通常為大約10微米到大約5毫米。
有利的是，本發(fā)明的柔性脊椎融合裝置可以通過將骨水泥注入到一 個(gè)或更多個(gè)中空芯體以恢復(fù)脊椎盤高度而膨脹。這些裝置還可以包括用 于容納骨移植材料的移植室，其如在此使用的，可以包括生物添加劑， 如矯正生物制劑，包括同種異體移植物、自體移植物、脫礦質(zhì)骨基質(zhì)、膠原質(zhì)、生長因子，或骨成型蛋白質(zhì)。中空芯體和/移植室優(yōu)選地構(gòu)造成 使得骨水泥提供跨過植入物的整個(gè)長度和寬度的結(jié)構(gòu)支撐。
圖5例示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的包括由柔性材料制成的外表 面510、 530、 540的柔性脊椎融合裝置500。側(cè)壁510形成在上端板面對(duì) 表面530與下端板面對(duì)表面540之間。外表面510、 530、 540可以被用 于將骨水泥注入到由外表面510、 530、 540包圍的中空芯體520中的插 管550刺穿。在優(yōu)選實(shí)施方式中，外表面510、 530、 540由允許改變注 入骨水泥的滲透度的片和編織或網(wǎng)狀材料制成。對(duì)于具有特定粘性的骨 水泥來說，可以通過編織密度或網(wǎng)密度來控制滲透性。因而，上下端板 面對(duì)表面530、 540可以由相對(duì)松散的編織物或網(wǎng)制成，其允許注入的骨 水泥從中空空腔520滲透并且分別接觸上下端板面對(duì)表面?？v向外表面 510優(yōu)選地由對(duì)骨水泥不可透的較密集編織物或較纖細(xì)網(wǎng)制成，由此限定 并引導(dǎo)骨水泥向下方和或椎體下方流動(dòng)。在這點(diǎn)上，還應(yīng)注意到，骨水 泥滲透性是(i)柔性材料中編織物或網(wǎng)的質(zhì)量(密度或細(xì)度)和(ii)所 用骨水泥的粘性兩者的函數(shù)。柔性裝置500在充滿骨水泥時(shí)展開，并且 最終將骨水泥釋放到與植入物的椎骨面對(duì)表面530、 540中的孔或開口接 觸的椎骨表面上。有利的是，可以將柔性植入物填充至期望程度，以占 據(jù)預(yù)定容積并且提供期望高度的植入物和結(jié)構(gòu)支撐。
圖6例示了根據(jù)本發(fā)明具有由柔性材料制成的外表面610、 630、 640 的另一柔性脊椎融合裝置600。在這個(gè)實(shí)施方式中，上端板面對(duì)表面630、 下端板面對(duì)表面640以及其間的側(cè)壁610形成大致盤狀裝置600。側(cè)壁 610可以被用于將骨水泥注入到由外表面610、 630、 640包圍的中空空腔 620中的插管650刺穿。優(yōu)選的是，側(cè)壁610由作為固體(仍為柔性的) 的材料制成，其包括骨水泥阻擋片，或包括足夠纖細(xì)的網(wǎng)或密集的編織 物，以使側(cè)壁610基本上對(duì)注入到中空芯體620中的骨水泥不可透。上 下端板面對(duì)表面630、 640由充分開放的網(wǎng)或松散的編織物制成，其允許 注入的骨水泥從中空芯體620分別滲透向相鄰椎體的上下端板。
圖7例示了根據(jù)本發(fā)明的具有由柔性材料制成的外表面710、 730、 740的又一柔性脊椎融合裝置700?？梢詫⒐撬嘧⑷氲街锌招倔w720中。該裝置700還包括用于骨移植材料的中央移植室760，中央移植室760通 過內(nèi)壁750與中空芯體720分隔。該內(nèi)壁750優(yōu)選為對(duì)注入到中空芯體 720中的骨水泥不可透而對(duì)體液可透的編織網(wǎng)阻擋部。另選的是，內(nèi)壁 750可以由對(duì)骨水泥和體液都不可透的片制成。上下端板面對(duì)表面730、 740由開放的網(wǎng)制成，該開放的網(wǎng)(a)允許注入的骨水泥從中空芯體720 分別滲透通過上下端板面對(duì)表面730、 740，并且分別向上下相鄰椎骨滲 透，并且(b)還允許骨組織從椎體向內(nèi)生長到移植室760中。在這點(diǎn)上， 在一些實(shí)施方式中，可以期望的是，改變上下端板面對(duì)表面730、 740的 在包圍中空芯體720的部分與包圍移植室760的部分之間的網(wǎng)或編織物 的密度。
圖8例示了根據(jù)本發(fā)明的具有由柔性材料制成的外表面810、 850、 860并且包括被中間壁840彼此分隔的上中空芯體820和下中空芯體830 的另一柔性脊椎融合裝置800。該裝置800還包括用于骨移植材料的中央 移植室880，其通過內(nèi)壁880與兩個(gè)中空芯體820、 830分隔?？梢酝ㄟ^ 分隔的插管870或同一插管的分開插入而將骨水泥獨(dú)立地注入到上下中 空芯體820、 830中的每一個(gè)中。當(dāng)上下中空芯體820、 830被骨水泥不 可透的中間壁840分隔時(shí)，柔性融合裝置800獨(dú)立控制注入壓力、注入 骨水泥量以及用于每一個(gè)中空芯體的注入骨水泥的類型。上下端板面對(duì) 表面850、 860由開放的網(wǎng)制成，該開放的網(wǎng)(a)允許注入的骨水泥從 上下中空芯體820、 830中的每一個(gè)分別滲透通過上下端板面對(duì)表面850、 860并且分別滲透向上下相鄰椎骨，并且(b)還允許骨組織從椎體向內(nèi) 生長到移植室810中。在這點(diǎn)上，在一些實(shí)施方式中，可以期望的是， 改變上下端板面對(duì)表面850、 860的在包圍中空芯體820、 830的部分與 包圍移植室810的部分之間的網(wǎng)或編織物的密度。
在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，柔性脊椎融合裝置還可以包括在外表 面中的用于將骨水泥注入到該柔性裝置的一個(gè)或更多個(gè)中空芯體中的一 個(gè)或更多個(gè)填充端口。在這些實(shí)施方式水中，該柔性裝置不需要刺穿外 表面來注入骨水泥。
該柔性脊椎融合裝置因其具體設(shè)想并考慮到了用于插入到椎間空間中的侵入最小的過程而有利。在這點(diǎn)上，該柔性植入物能夠被壓實(shí)以裝 配在插管內(nèi)并且插入通過依插管尺寸制成的切口并插入到椎間空間中， 一旦植入該柔性裝置，就可以對(duì)椎間空間進(jìn)行修復(fù)。在定位時(shí)，該柔性 植入物可以充滿骨水泥，以使植入物在椎間空間中展開至期望體積。還 可以將骨水泥材料注入到柔性植入物中，以使骨水泥滲透通過該裝置的 端板面對(duì)表面，并且接觸一個(gè)或更多個(gè)相鄰椎骨端板中，以利于在骨水 泥凝結(jié)時(shí)融合椎骨。
一般來說，當(dāng)本發(fā)明的脊椎融合裝置包括多個(gè)中空芯體時(shí)，每一個(gè) 空腔都可以獨(dú)立地充滿實(shí)現(xiàn)椎骨運(yùn)動(dòng)節(jié)段的機(jī)械穩(wěn)定性所需的恰當(dāng)量的 骨水泥。在本發(fā)明的裝置中使用分開的注入端口還可以促進(jìn)保持均勻注 入壓力(例如，在上、下中空空腔中)，由此在椎體之間的空間中生成更 均勻的骨水泥填充。
本發(fā)明的剛性脊椎融合裝置可以由任何合適的生物相容承重材料形
成。合適的材料包括生物陶瓷材料、不銹鋼、鈷絡(luò)合金、諸如Ti6A14V 合金的鈦合金、諸如PEEK的聚合物、可再吸收聚合物、可再吸收聚合 復(fù)合物，骨移植物等。
優(yōu)選生物陶瓷可以由RE 39， 196和美國申請(qǐng)序列No. 10/635， 402 中描述的方法制成，其全部內(nèi)容通過引用并入于此。
本發(fā)明的植入物理想上具有大約1個(gè)月或以上的再吸收時(shí)間(例如， 大約3個(gè)月或以上、大約6個(gè)月或以上，或者大約l年或以上)。再吸收 速率將至少部分地取決于植入物的結(jié)晶尺寸和組成。較小的結(jié)晶尺寸比 較大的結(jié)晶尺寸更快地再吸收。期望的再吸收速率將取決于應(yīng)用，可將 結(jié)晶尺寸和組成特制成與期望的再吸收速率匹配。在一些應(yīng)用中期望的 是，再吸收時(shí)間大約為6個(gè)月或以上(例如，大約1年或以上，或者大 約2年或以上)。
在本發(fā)明中有用的骨水泥包括在體內(nèi)凝結(jié)有足夠強(qiáng)度以提供相鄰椎 骨的機(jī)械穩(wěn)定性的生物相容的可注入骨水泥。合適骨水泥的性質(zhì)可以包 括以下性質(zhì)中的一個(gè)或更多個(gè)
1、低放熱曲線，例如，小于5(TC的放熱曲線。2、 射線不透性
3、 要通過窄標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(gauge)注射針或插管注入的能力，如不大 于1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、7標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、9標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)格、IO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、ll標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、12標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、13標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、14標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)格，或15標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的那些注射針或插管。優(yōu)選的是，骨水泥可通過 小于約l標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的，更優(yōu)選地小于約3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、7標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)格、8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、9標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、IO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、ll標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、12標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 格、13標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、14標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格或15標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的窄標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格注射針或插 管注入。
4、 體內(nèi)凝結(jié)時(shí)間小于30分鐘、小于25分鐘、小于20分鐘、小于 15分鐘、小于10分鐘、小于5分鐘。凝結(jié)時(shí)間指骨水泥首先顯示出抗壓 強(qiáng)度所花費(fèi)的時(shí)間?？箟簭?qiáng)度可以利用壓縮測(cè)試器或其它合適裝置來測(cè) 量。用于測(cè)量凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的協(xié)議是本領(lǐng)域已知的，并且例如在 ASTMF451 (丙烯酸骨骨水泥的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范)、ASTMD695 (剛性塑料的壓 縮性質(zhì)的測(cè)試方法)，以及ASTM C773 (燒制白色陶瓷材料的抗壓(壓 碎)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法)中進(jìn)行了描述。ASTM測(cè)試由ASTM國際組 織(WestConshohocken， PA)進(jìn)行了公布。
5、 在壓縮方面，在凝結(jié)達(dá)1小時(shí)之后具有10%的最終固化強(qiáng)度、20% 的最終固化強(qiáng)度、30%的最終固化強(qiáng)度、40%的最終固化強(qiáng)度、50%的最 終固化強(qiáng)度、60%的最終固化強(qiáng)度、70%的最終固化強(qiáng)度、80%的最終固 化強(qiáng)度、90%的最終固化強(qiáng)度以及100%的最終固化強(qiáng)度的強(qiáng)度。
6、 在壓縮方面，在凝結(jié)達(dá)6小時(shí)之后具有10%的最終固化強(qiáng)度、20% 的最終固化強(qiáng)度、30%的最終固化強(qiáng)度、40%的最終固化強(qiáng)度、50%的最 終固化強(qiáng)度、60%的最終固化強(qiáng)度、70%的最終固化強(qiáng)度、80%的最終固 化強(qiáng)度、90%的最終固化強(qiáng)度以及100%的最終固化強(qiáng)度的強(qiáng)度。
7、 大約5分鐘到24小時(shí)(例如，大約5分鐘到20小時(shí)、大約5分 鐘到12小時(shí)、大約5分鐘到6小時(shí)、大約5分鐘到3小時(shí)、大約5分鐘 到1.5小時(shí)、大約5分鐘到45分鐘)的固化時(shí)間，其定義為實(shí)現(xiàn)最大抗 壓強(qiáng)度所需的時(shí)間。8、 在固化之后具有至少大約10MPa (更優(yōu)選為至少大約20 MPa、 30 MPa、 40 MPa、 50 MPa、 60 MPa、 70 MPa、 80 MPa、 90 MPa、 100 MPa、 125MPa、 i50MPa、 175 MPa、 200 MPa、 250 MPa，或300 MPa)的最
小抗壓強(qiáng)度。
9、 具有其初始強(qiáng)度的至少大約5%到100% (例如，大約5%到75%、 大約5°/。到50%、大約5%到30°/。、大約5%到15%)的強(qiáng)度保持達(dá)至少 大約24個(gè)月(例如，大約18個(gè)月、大約12個(gè)月、大約6個(gè)月)。
10、 當(dāng)將骨水泥在浸沒在具有大約4到大約8.5的pH的體液、模擬 體液、DI水、TRIS緩沖液、含鹽緩沖液、乳酸林格氏液(ringer's lactate)、 磷酸緩沖液溶液中達(dá)最小大約2天(例如，4天、大約1周、大約1個(gè)月、 大約1年)之后在針對(duì)該骨水泥的這種流體中老化時(shí)具有大約4到大約 8.5 (例如，大約4到大約8、大約5到大約8)的pH。
11、 根據(jù)ISO 10993-"醫(yī)學(xué)裝置的生物評(píng)定"的生物相容性。 臨床使用的可以結(jié)合本發(fā)明的裝置使用的骨水泥例如包括基于聚合
性丙烯酸樹脂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的那些骨水泥以及磷酸鈣骨 水泥。雖然這些骨水泥中的任一個(gè)都可以隨本發(fā)明的裝置一起使用，但 不總是所希望的。盡管PMMA在獨(dú)立應(yīng)用中結(jié)合該裝置使用可能足夠牢 固，但其較高的放熱曲線和缺少骨傳導(dǎo)性(osteoconductivity)、骨誘導(dǎo)性
(osteoinductivity)以及再吸收性使得其對(duì)其中多骨向內(nèi)生長和替換是所 期望的臨床后遺癥(sequelae)的臨床應(yīng)用來說是不理想的。另選的是， 磷酸鈣骨水泥可骨傳導(dǎo)和再吸收性，并且被用于輸送骨誘導(dǎo)劑
(osteoinductive agents),但它們不擁有針對(duì)獨(dú)立融合應(yīng)用的強(qiáng)度，并由 此可能需要使用輔助固定裝置。
優(yōu)選骨水泥包括(1)聚合物加強(qiáng)型磷酸鈣骨水泥；(2)復(fù)合骨水 泥，例如包含諸如玻璃、骨或磷酸鈣等填充劑的PMMA骨水泥；(3)包 含(i)聚(甲基)丙烯酸樹脂和(ii)諸如玻璃、骨或磷酸鈣等填充劑的復(fù) 合骨水泥；(4)包含(i)聚合成聚氨脂類或聚脲的異腈酸酯樹脂和(ii) 諸如玻璃、骨或磷酸鈣等填充劑的復(fù)合骨水泥(4)玻璃離子體骨水泥 等。骨水泥成分中的一種或更多種還可以可選地包括附加材料，如惰性填充劑或促進(jìn)骨生長的生物活性成分。這些骨水泥對(duì)磷酸鈣骨水泥的機(jī) 械性質(zhì)或者對(duì)聚(甲基)丙烯酸或異腈酸酯樹脂的骨傳導(dǎo)性和骨結(jié)合能 力加以改進(jìn)。
獨(dú)立應(yīng)用中的骨水泥的大多數(shù)優(yōu)選實(shí)施方式是機(jī)械上堅(jiān)固并且允許 骨結(jié)合、多骨向內(nèi)生長以及骨質(zhì)替換的骨水泥。在優(yōu)選實(shí)施方式中，骨
水泥包括公報(bào)為US 20070032568 Al的美國專利申請(qǐng)No. 11/500， 798和/ 或2007年8月8日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/968， 462中描述的可注 入骨水泥，這兩者的全部內(nèi)容通過具體引用全部并入于此。在這些申請(qǐng) 中描述的骨水泥通常包括第一成分和第二成分。第一成分包括具有乙烯 不飽和雙鍵的聚合性樹脂。另選的是，除了或代替乙烯不飽和雙鍵，第 一成分還包括這樣的聚合性樹脂，即，該聚合性樹脂包括合適的縮水 甘油醚；合適的縮水甘油酯；合適的含縮水甘油醚的酯；合適的含縮水 甘油醚的碳酸酯；合適的含異腈酸酯的酯或碳酸酯。因而，第一成分還 可以包含乙烯不飽和雙鍵、縮水甘油基或異腈酸酯基的混合。第二成分 包括化合物，該化合物包括從由伯胺、仲胺、叔胺或季胺組成的組中選 定的一種以上類型的胺。另選的是，第二成分包括這樣的化合物，艮P, 該化合物包括合適的巰基(-SH)或乙酰丙酮基。第二成分中的化合物還 可以具有酯基或碳酸酯基的功能。在公報(bào)為US 20070032568 Al的美國專 利申請(qǐng)No. 11/500， 798和/或美國臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/968， 462 (這兩者的 全部內(nèi)容通過具體引用全部并入于此)中描述的那些骨水泥當(dāng)中，礦石 (ore)優(yōu)選骨水泥包括第一成分，該第一成分包括至少一個(gè)乙烯不飽和 雙鍵和諸如縮水甘油基等環(huán)氧基，并且可選地包括至少一個(gè)酯基或碳酸 酯基。在這些優(yōu)選骨水泥中，第二成分包括諸如聚乙烯亞胺(PEI)等聚 烯化亞胺或其衍生物，并且可選的是，第二成分包括聚烯化亞胺或其衍 生物的混合物和聚烷基胺類、聚酯胺類、脂肪酸胺類、酯胺類或其衍生 物。
適于第一成分的聚合性樹脂包括丙烯酸樹脂。合適的丙烯酸樹脂包 括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙 烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯("HEMA")、丙烯酸羥乙酯、甲基丙 烯酸羥乙酯、丙烯酸氫糖酯、甲基丙烯酸氫糖酯、單丙烯酸甘油酯和雙 丙烯酸甘油酯、單甲基丙烯酸甘油酯和雙甲基丙烯酸甘油酯、雙丙烯酸 乙二醇酯、雙甲基丙烯酸乙二醇酯、雙丙烯酸聚乙二醇酯(其中，重復(fù) 氧化乙烯單元的數(shù)量從2變化至30)、雙甲基丙烯酸聚乙二醇酯(其中， 重復(fù)氧化乙烯單元的數(shù)量從2變化至30)(尤其是雙甲基丙烯酸三乙二醇 酯("TEGDMA")、雙丙烯酸新戊二醇酯、雙甲基丙烯酸新戊二醇酯、三 丙烯酸三羥甲基丙酯、三甲基丙烯酸三羥甲基丙酯、單-、雙-、三-以及 四丙烯酸和甲基丙烯酸季戊四醇酯和一縮二季戊四醇酯、雙丙烯酸1，3-丁二醇酯、雙甲基丙烯酸1,3-丁二醇酯、雙丙烯酸1，4-丁二醇酯、雙甲基 丙烯酸l,4-丁二醇酯、雙丙烯酸1,6-己二醇酯、雙甲基丙烯酸l，6-己二醇 酯、雙氨基甲酸雙-2-甲基丙烯酰乙氧基六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-2-甲 基丙烯酰乙氧基三甲基六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-2-甲基丙烯酰乙氧基 二甲苯酯、氨基甲酸亞甲基-二-2-甲基丙烯酰乙氧基-4-環(huán)己酯、雙氨基甲 酸雙-2-甲基丙烯酰乙氧基二甲環(huán)己胺酯、氨基甲酸亞甲基-二-2-甲基丙烯 酰乙氧基-4-環(huán)己酯、雙氨基甲酸雙-1 -甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-三甲基-六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲苯酯、雙氨 基甲酸雙-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲環(huán)己胺酯、氨基甲酸亞甲基-二一 1 _甲基_2-甲基丙烯酰乙氧基-4-環(huán)己酯、雙氨基甲酸雙-1 -氯甲基-2-甲基 丙烯酰乙氧基六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基 三甲基六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基二甲苯 酯、雙氨基甲酸雙-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基二甲基環(huán)己胺酯、氨基 甲酸亞甲基-二-2-甲基丙烯酰乙氧基-4-環(huán)己酯、雙氨基甲酸雙-1-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧 基-三甲基六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲 苯酯、雙氨基甲酸雙-l-甲基-2-乙基丙烯酰乙氧基二甲基環(huán)己胺酯、氨基 甲酸亞甲基-二-l-甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-4-環(huán)己酯、雙氨基甲酸雙-l-氯甲基_2-甲基丙烯酰乙氧基-六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-1-氯甲基-2-甲基 丙烯酰乙氧基-三甲基六亞甲基酯、雙氨基甲酸雙-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲苯酯、雙氨基甲酸雙-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-二甲基 環(huán)己胺酯、氨基甲酸亞甲基-二-l-氯甲基-2-甲基丙烯酰乙氧基-4-環(huán)己酯、 2,2'_二 (4-甲基丙烯酰羥苯基)丙烷、2，2'-二 (丙烯酰羥苯基)丙烷、2，2'-二[4 (2-羥基-3-甲基丙烯酰羥苯基)]丙烷、2,2'-二[4 (2-羥基-3-丙烯酰羥 苯基)]丙烷、2，2'-二[4 (2-羥基-3-甲基丙烯酰羥苯基)]丙垸、2，2'-二 (4-丙烯酰乙氧基羥苯基)丙烷、2,2'-二 (4-甲基丙烯酰丙氧基羥苯基)丙烷、 2,2'-二 (4-丙烯基丙氧基羥苯基)丙垸、2，2'-二 (4-甲基丙烯酰二乙氧基 羥苯基)丙烷、2，2'-二 (4-丙烯基二乙氧基羥苯基)丙垸、2，2'-二[3 (4-苯氧基)-2-羥基丙垸-1-甲基丙烯酸酯]丙烷、2,2'-二[3 (4-苯氧基)-2-羥 基丙烷-l-丙烯酸酯]丙烷、雙丙烯酸丙氧化(2)新戊二醇酯(Sartomer SR9003)、甲基丙烯酸異冰片酯(Sartomer SR423)、芳香族丙烯酸酯低聚 物(Sartomer CN137)、脂肪烯丙基低聚物(Sartomer CN9101 )、甲基丙 烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)、 二甲氨基 丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化銨等。在此通過引 用"Sartomer"和產(chǎn)品編號(hào)而指定的所有產(chǎn)品都可從Sartomer Company, Inc. (Exton, PA)獲得。
聚合性樹脂的其它合適示例可以包括從異丙烯基噁唑啉、乙烯基氮 內(nèi)酯、乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯、二乙烯基苯、聚氨酯丙烯酸酯類、聚 氨酯甲基丙烯酸酯類、丙烯酸多元醇酯類以及甲基丙烯酸多元醇酯類中 選定的聚合性組。在特定實(shí)施方式中，第一成分可以包括聚乳酸(D 和L)、聚乙醇酸、聚乳酸/聚乙醇酸共聚物類、包含諸如聚丙烯延胡索酸 酯和聚丙烯衣康酸酯的聚酯類的乙烯基、聚二氧雜環(huán)己垸、聚(e-己內(nèi)酯)、 聚(戊內(nèi)酯)、聚(三亞甲基碳酸酯)、聚酷氨酸-碳酸酯類和聚(芳基-酷氨酸酯類)、聚(亞氨基碳酸酯類)、聚(羥基丁酸酯)(PHB)、聚(羥 基戊酸酯)、聚(羥基丙二酸)、聚(b-丙二酸)、聚羥基羧酸類、聚丁烯琥 珀酸酯、聚己二酸亞丁酯、脂肪族二異氰酸酯基聚氨酯類、肽基聚氨酯 類、聚酯或聚原酸酯基聚氨酯類、合并氨基酸酯的聚磷腈、葡糖基、甘 油基、乳酸酯或咪唑側(cè)基、膠原質(zhì)、殼聚糖、藻酸酯、纖維素、淀粉類、 糖、多肽類、聚乙二醇、乙烯基吡咯烷酮類、丙烯酰胺類和甲基丙烯酸酯類或其任何衍生物或共聚物。在特定優(yōu)選實(shí)施方式中，第一成分包括 可在室溫下流動(dòng)的再吸收材料，其包括聚合性官能團(tuán)，如包含聚酯的乙 烯基，如聚丙烯延胡索酸酯和聚丙烯衣康酸酯。
因此，第一成分的優(yōu)選聚合性樹脂包括乙氧基化三羥甲基丙垸三
丙烯酸酯、丙烯酸環(huán)氧酯、改性丙烯酸環(huán)氧酯(例如，SartomerCN115)、 雙酚A環(huán)氧甲基丙烯酸酯低聚物(SartomerCN-151)、脂肪族丙烯酸酯改 性物(SartomerMCURE201和Sartomer MCURE400)、雙酚A丙烯酸縮 水甘油酯以及雙-GMA甲基丙烯酸雙縮水甘油酯(bis-GMA)。含有用環(huán) 氧的材料還包括包含氧化環(huán)己烯基的那些材料，如3,4環(huán)氧環(huán)己基甲基 -3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧酸酯、3,4-環(huán)氧基-2-甲基環(huán)己基甲基-3 ，4-環(huán)氧基-2-甲基 環(huán)己垸羧酸酯，以及二(3，4-環(huán)氧基-6-甲基環(huán)己基甲基)己二酸酯所代表的 環(huán)氧環(huán)己烷羧酸酯類。針對(duì)這個(gè)性質(zhì)的有用環(huán)氧化物的更詳細(xì)列舉，參 見美國專利No. 3117099，其通過引用并入于此。
另外，第一成分的優(yōu)選聚合性樹脂包括(i)新癸酸的縮水甘油酯
(ERISYSGS-llO)、亞油酸雙聚物的縮水甘油酯(ERISYSGS-120)(兩 者都來自CVC Specialty Chemicals (Moorestown， New Jersey))、其它縮 水甘油酯，如雙縮水甘油分離物、壬二酸雙縮水甘油酯、庚二酸雙縮水 甘油酯、己二酸雙縮水甘油酯、琥珀酸雙縮水甘油酯、草酸雙縮水甘油 酯，以及丙烯酸聚縮水甘油(甲)酯等，(ii)縮水甘油醚類，如(聚[縮 水甘油苯醚]共甲醛)、(N,N-縮水甘油基-4-氧化縮水甘油醚)、新戊二醇 雙縮水甘油醚;雙酚A丙氧基化物(1 PO/苯酚)雙縮水甘油醚、ARALDITE GY281 (具有適度粘性的雙酚F環(huán)氧樹脂)、ARALDITE 506 (雙酚A環(huán) 氧樹脂)(ARALDITE產(chǎn)品來自Huntsman, Woodlands, Texas)、蓖麻油 三縮水甘油醚(ERISYS GE-35)、山梨糖醇聚水甘油醚(ERISYS GE-60)、 三甲基丙烷三縮水甘油醚(ERISYS GE-3 0)、 1，6-乙二醇雙縮水甘油膜
(ERISYS GE-25)、環(huán)己烷二甲醇雙縮水甘油醚(ERERISYS GE-22)、 1，4-丁二醇雙縮水甘油醚(ERISYS GE-21)(全部ERISYS樹脂都由CVC Specialty Chemicals, Moorestown， New Jersey提f共)、三甲基甲烷三縮水 甘油醚、1,4-丁二醇雙縮水甘油醚、雙溴基新戊二醇雙縮水甘油醚、新戊二醇雙縮水甘油醚、乙二醇雙縮水甘油醚、甲基丙烯酸聚縮水甘油酯、 丙烯酸聚縮水甘油酯、甲基丙烯酸聚縮水甘油酯、丙烯酸聚縮水甘油酯
等，(iii)含縮水甘油醚基的酯，如來自Dow-Union Carbide Corp(Danbury， CT)的CYRACURE UVR 6105 (3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基-3,4環(huán)氧環(huán)己烷) 等，(iv)包含雙縮水甘油醚基的碳酸酯，如來自Midwest Research Institute (KansasCity， MO)的DECHE-TOSU (環(huán)氧乙烷-螺環(huán)原碳酸酯)。 骨水泥產(chǎn)品的第二成分包括這樣的化合物，g卩，該化合物包括從由 伯胺、仲胺、叔胺以及季胺組成的組中選定的一個(gè)以上類型的胺?？捎?br>
于第二成分的合適化合物包括脂肪族多胺類、芳香族多胺類或其混合 物。可以被用于第二成分中的多胺類包括苯二銨、乙二胺、三乙烯四 胺，以及寬泛種類的在與第一成分的聚合性樹脂混合時(shí)聚合的其它脂肪 族二胺和芳香族二胺。針對(duì)第二成分的合適化合物包括改性聚氨基酸類， 如聚賴氨酸類和咪唑改性聚賴氨酸類。合適的多胺類可以包括具有多種
類型的胺的樹狀大分子，如聚酰胺胺(PAMAM)樹狀大分子。
適于包含在第二成分中的其它含胺化合物包括單體或低聚物，其還 包括處于側(cè)鏈或主鏈上的酯官能團(tuán)、醚官能團(tuán)、酰胺官能團(tuán)、碳酸酯官 能團(tuán)、尿烷官能團(tuán)或環(huán)氧乙烷官能團(tuán)。處于側(cè)鏈或主鏈上的優(yōu)選基團(tuán)包 括酰胺基、酰亞胺基及異氰酸酯基。第二成分的合適的含胺化合物例如 可以包括油胺、硬脂胺、2-乙基己胺、乙二胺、丙二胺、1，6-六亞甲基
二胺、氨基乙醇二胺、乙醇二胺、丙烯三胺、丁烯三胺、二亞乙基三胺、 三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、五亞乙基六胺、薄荷垸二胺、異氟爾酮 二胺、二甲苯二胺、四氯對(duì)二甲苯二胺、二苯胺基甲烷、二氨苯砜、聚
苯胺、N-甲基哌嗉、羥乙基哌嗉、哌啶、吡咯烷、嗎啉、二乙醇胺、漣 霉胍、脒、2-脫氧鏈霉胺、氨苯砜、p-二胺基偶氮苯、4，4'-二胺基二苯醚 等。第二成分的優(yōu)選合適的含胺化合物可以包括1，4'-二胺基丁烷、o-環(huán)己烷二胺以及間苯二胺。
還適用于第二成分的其它含胺化合物包括生物胺類，如胍、尿嘧啶、 胸腺嘧啶、腺嘌吟、鳥嘌呤、胞嘧啶、黃嘌呤及其相應(yīng)生物核苷酸類或 其衍生物。示范衍生核苷酸類包括2，4-二氨基-6-羥基-嘧啶和2,6-二氨基嘌呤。第二成分可以包括諸如精氨酸、酷氨酸、半胱氨酸或賴氨酸的 氨基酸類的低聚物類、聚合物類以及共聚物類。
除了在此描述的化合物以外，第二成分還可以包括游離氨基酸類， 如精氨酸、酷氨酸、半胱氨酸或賴氨酸。這些可以增強(qiáng)第二成分與第一 成分的固化硬化反應(yīng)。
第二成分的優(yōu)選含胺化合物包括聚亞烴基胺類及其衍生物，如聚乙
烯亞胺(PET)和PEI衍生物、聚丙烯亞胺(PPI)和PPI衍生物，其典 型地包括伯胺、仲胺、叔胺。PEI或PEI衍生物還可以包括季胺類。PEI 衍生物包括乙氧基化PEI、羥乙基化PEI以及羥丙基化PET。 PEI或PEI 衍生物可以被分支或?yàn)榫€性的。優(yōu)選的是，PEI或PEI衍生物具有其作為 液體的足夠低的分子量。例如，PEI或PEI衍生物可以具有小于200kDa、 小于150kDa、小于100kDa、小于90kDa、小于80kDa、小于70kDa、 小于60kDa、小于50kDa、小于40kDa、小于30kDa、小于25 kDa、小 于20kDa、小于15kDa、小于10kDa、小于5 kDa或小于2 kDa的平均 分子量。PEI或PEI衍生物可以具有小于大約2 kDa而大于大約0.2 kDa 的平均分子量。優(yōu)選的是，PEI或PEI衍生物具有小于大約1 kDa而大于 大約0.3 kDa的平均分子量。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，骨水泥還具有骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性以及/或再吸 收性。因而，隨著骨質(zhì)脊椎融合的發(fā)生，該骨水泥可以再吸收并且可以 用作促進(jìn)組織向內(nèi)生長的骨架，而不需要諸如自體移植材料的骨移植材 料。然而，這種骨水泥也可以結(jié)合在此描述的脊椎融合裝置實(shí)施方式使 用，該脊椎融合裝置包括位于所述一個(gè)或更多個(gè)移植室中的骨移植材料。 合適骨水泥的化學(xué)性質(zhì)可以使得在優(yōu)選實(shí)施方式中經(jīng)由骨水泥的固有骨 傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性以及/或再吸收性，將承重從粘合的椎骨構(gòu)造逐漸移位 至在盤空間中生長的骨。
骨傳導(dǎo)指用于骨架的材料的能力，在該骨架上，骨細(xì)胞可以附著、 遷移(意指移動(dòng)或"爬行(cmwl)")以及生長和分裂。骨傳導(dǎo)材料需要 鄰接至骨，以"傳導(dǎo)"骨細(xì)胞。這樣，骨愈合(healing)響應(yīng)按通常想 到的通過導(dǎo)線傳導(dǎo)電流的方式通過移植位點(diǎn)而"傳導(dǎo)"。骨原(osteogenic)細(xì)胞在它們附著至基質(zhì)或骨架時(shí)通常工作得更好。骨誘導(dǎo)暗示補(bǔ)充未成
熟細(xì)胞并且刺激這些細(xì)胞以使其發(fā)展成前造骨細(xì)胞(preosteoblast)并且 發(fā)展成熟，從而形成健康的骨組織。多數(shù)但不是所有這些信號(hào)都是作為 組被稱為"肽生長因子"或"細(xì)胞活素"的蛋白質(zhì)分子。普通骨誘導(dǎo)蛋 白質(zhì)包括骨成型蛋白類(BMPs)、表皮生長因子(EGF)、血小板衍生生 長因子(PDGF)、成纖維細(xì)胞生長因子類(FGFs)、甲狀旁腺激素相關(guān)肽
(PTHrp)、胰島素樣生長因子類(IGFs)，以及轉(zhuǎn)化生長因子-Beta
(TGF-B)。
骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性以及再吸收性的組合隨著體內(nèi)骨水泥的骨質(zhì)附 著生長(apposition)、向內(nèi)生長以及替換而自身顯現(xiàn)。體內(nèi)達(dá)6個(gè)月后， 直接鄰接骨的骨水泥的骨質(zhì)附著生長將至少覆蓋10%、 20%、 30%、 40%、 50°/。、 60%、 70%或80%的表面。體內(nèi)達(dá)18個(gè)月后，先前由骨水泥占據(jù) 的至少5%、 10%、 20%、 30%、 40%或50%的骨水泥體積被骨替換。體 內(nèi)達(dá)36個(gè)月后，先前由骨水泥占用的至少10%、 25%、 50%或75%的骨 水泥體積被骨替換。
在這些情況中，骨水泥的化學(xué)性質(zhì)使得其可以具有骨誘導(dǎo)和骨傳導(dǎo) 特性，以經(jīng)由組織工程學(xué)方法利于骨質(zhì)向內(nèi)生長。骨水泥可以通過經(jīng)由 泡騰劑(如碳酸氫鈉)或更快速的溶解階段(如氯化鈉鹽、聚酯微球體) 將多孔性并入骨水泥中而充當(dāng)骨架。用于并入多孔性的方法的更詳細(xì)描 述在公報(bào)為US 20070032568 Al的美國專利申請(qǐng)No. 11/500， 798和/或 2007年8月8日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/968， 462中進(jìn)行了描述，這 兩者的全部內(nèi)容通過具體引用并入于此。多孔骨水泥機(jī)械上應(yīng)當(dāng)足夠堅(jiān) 固，以隨著骨向內(nèi)生長的發(fā)生而保持脊椎盤高度。
無論是否具有多孔性，完全固化的骨水泥具有大約10MPa、 20MPa、 30 MPa、 40 MPa、 50 MPa、 60 MPa、 70 MPa、 80 MPa、 90 MPa、 100 MPa、 125MPa、 150MPa、 175 MPa、 200 MPa、 250 MPa，或300MPa或以上 的最小抗壓強(qiáng)度；大約5MPa、 lOMPa、 15MPa、 20 MPa、 25 MPa、 30 MPa、 35MPa、 40 MPa、 45 MPa、 50MPa、 60 MPa、 70MPa、 80 MPa、 lOOMPa、 125MPa，或150 MPa或以上的最小抗張強(qiáng)度；大約10MPa、15MPa、 20MPa、 25 MPa、 30 MPa、 35 MPa、 40 MPa、 45 MPa、 50 MPa、 60MPa、 80MPa、 1000 MPa、 125MPa、 150MPa，或200MPa或以上的 最小抗撓強(qiáng)度；大約10 MPa、 15 MPa、 20 MPa、 25 MPa、 30 MPa、 35 MPa、 40MPa、 45MPa、 50 MPa、 60 MPa、 80MPa、 1000 MPa、 125MPa、 150 MPa，或200 MPa或以上的最小抗剪強(qiáng)度；以及/或大約300 MPa、 500 MPa、 700MPa、 900MPa、 1100 MPa、 1300 MPa、 1500 MPa、 1750 MPa、 2000 MPa、 2500 MPa、 3000 MPa、 3500 MPa、 4000 MPa、 5000 MPa，或 6000 MPa或以上的最小彈性模量。
理想的機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)包括以下性質(zhì)?？箟簭?qiáng)度可以為大約20MPa到 大約250MPa，典型為大約50MPa到大約250MPa，并且優(yōu)選為大約50 MPa或以上、大約100MPa或以上，或大約150MPa或以上。優(yōu)選抗張 強(qiáng)度為大約10 MPa到大約100 MPa (例如，大約20 MPa或以上、大約 40 MPa或以上，或大約60 MPa或以上)。優(yōu)選抗剪強(qiáng)度為大約30 MPa 到大約150MPa (例如，大約50MPa或以上、大約80MPa或以上，或 大約110MPa或以上)。優(yōu)選抗撓強(qiáng)度為大約20 MPa到大約lOOMPa(例 如，大約30MPa或以上、大約40MPa或以上，或大約50 MPa或以上)。
優(yōu)選無限抗壓疲勞度(infinite compression fatigue)為大約20 MPa 到大約150MPa (例如，大約40MPa或以上、大約70MPa或以上，或 大約100 MPa或以上)。優(yōu)選抗張疲勞度為大約5 MPa到大約40 MPa(例 如，大約10MPa或以上、大約20MPa或以上，或大約30 MPa或以上)。
抗壓模量典型地處于大約20 MPa到大約5 GPa的范圍中，優(yōu)選地處 于大約50MPa到大約2GPa的范圍中，并且更優(yōu)選地處于大約100 MPa 大約l GPa的范圍中。變形百分比從大約10%到大約90%變動(dòng)，優(yōu)選地 從大約20%到大約80%變動(dòng)，并且更優(yōu)選地從大約30%到大約50%變動(dòng)。
不同類型的機(jī)械強(qiáng)度可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的測(cè)試來測(cè)量，如ASTM F451 (丙烯骨骨水泥的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范)、ASTMD695 (針對(duì)剛性塑料的壓縮性 質(zhì)的測(cè)試方法)，以及ASTM C773 (燒結(jié)白色陶瓷材料的抗壓(壓碎) 強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法)。ASTM測(cè)試由ASTM國際組織(West Conshohocken， PA)進(jìn)行了公布。本發(fā)明還提供了一種脊椎融合系統(tǒng)，該脊椎融合系統(tǒng)包括(a)本
發(fā)明的脊椎融合裝置，和(b)適量骨水泥或在混合時(shí)形成適量骨水泥的 骨水泥成分，該骨水泥或骨水泥成分足夠充滿融合裝置的中空空腔并且
接觸與植入的脊椎融合裝置相接觸的上椎體；下椎體；或上下椎體兩者。 在此對(duì)適量骨水泥進(jìn)行進(jìn)一步描述。該系統(tǒng)還可以包括骨移植材料?？?選的是，該系統(tǒng)可以包括一個(gè)或更多個(gè)輔助固定裝置。本發(fā)明的系統(tǒng)可 以被封裝以進(jìn)行商業(yè)流通和出售。本發(fā)明的優(yōu)選系統(tǒng)可以包括(a)本 發(fā)明的具有由在此描述的可再吸收材料(如在美國專利6013591、重新發(fā) 布為RE 39196，以及公報(bào)為U.S. 2005/0031704 Al的美國專利申請(qǐng)No. 10/635402中所描述的致密或加固羥磷灰石或磷酸三轉(zhuǎn)，特別是納米晶材 料，這三者的全部內(nèi)容通過具體引用并入于此)形成的主體的脊椎融合 裝置，和(b)如在此描述的優(yōu)選可注入骨水泥實(shí)施方式，其在公報(bào)為 US 2007/0032568A1的美國專利申請(qǐng)No. 11/500798和/或2007年8月8 曰提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/968462中進(jìn)行了公開，這兩者的全部內(nèi)容 通過具體引用并入于此。
本發(fā)明還提供了脊椎融合方法，該脊椎融合方法包括將本發(fā)明的融 合裝置插入受治療者的需要脊椎融合的上椎體與下椎體之間。融合裝置 具有任何合適形狀，以在相鄰椎骨之間配合，并且具有足夠高度以保持 椎骨之間的脊椎盤高度?？梢詫⒃撝踩胛锍尚螢榕浜献甸g空間的尺寸范 圍，如在從頸部到腰部椎間空間的范圍內(nèi)。優(yōu)選地將端板面對(duì)表面的輪 廓形成為匹配椎骨端板的輪廓，使得植入物的開口將骨水泥輸送至椎骨 而非包圍該植入物的椎間空間。為了易于植入，外科醫(yī)生還可以切削或 研磨椎骨端板，以提供期望的形狀或輪廓。例如，如果外科醫(yī)生將端板 制備成平坦的，則優(yōu)選的是，端板面對(duì)表面也是平坦的。同樣，如果將 端板制備成凹狀，則優(yōu)選的是，端板面對(duì)表面為互補(bǔ)凸?fàn)?。?yīng)注意到， 凹狀端板通常更好地保持植入物，因?yàn)樵撗b置在椎骨之間變?yōu)楸瓲睢?br>
一般來說，可以利用前部、側(cè)部或后部手術(shù)方法將本發(fā)明的融合裝 置插入兩個(gè)椎骨之間，以接入脊椎的頸部、胸部以及腰部區(qū)域。如果接 入口為前部，則病人可以稍微過度屈曲。如果接入口是后部，則病人可以稍微過度伸展。如果接入是側(cè)部，則病人可以稍微過度橫曲。
脊椎融合手術(shù)通過利用手術(shù)切口接入脊椎盤而開始，該手術(shù)切口優(yōu)
選地不大于大約30 cm長度、25 cm長度、20 cm長度、15 cm長度、10 cm 長度、8cm長度、6cm長度、4cm長度、2cm長度、lcm長度、8 mm 長度、6cm長度，或4cm長度。
在植入之前，執(zhí)行手術(shù)過程以制備相鄰椎骨之間的椎間空間?？梢?基本上去除脊椎盤的髓核和環(huán)帶，或者可以保留一部分環(huán)帶，以幫助保 持植入物和/或骨水泥，這將在下面進(jìn)行討論。
一般來說，如果脊椎融合方法包括本發(fā)明的沒有柔性外表面的融合 裝置，則該方法包括去除脊椎盤并且制備端板。將該裝置插入制備的空 間中，然后可以如在此所述向該裝置注入骨水泥。
在本發(fā)明的一些方法中，將上和/下椎體端板初始制備成使得允許注 入到本發(fā)明的融合裝置中的骨水泥與椎體的端板皮層骨和/或松質(zhì)骨相間 錯(cuò)雜。可以利用刮刀或銼刀制備椎骨端板，并且還將椎骨端板成形為阻 止排出植入物。端板在橫向和前-后方向上都為具有自然凹度的自然杯狀。 端板的制備可以包括在椎間空間內(nèi)設(shè)置針對(duì)椎骨表面的期望輪廓；將 椎骨表面變粗糙并破壞，以誘導(dǎo)出血；并且可以包括將端板充分變薄， 以允許血液滲透通過端板。
優(yōu)選的是，通過去除大約0.5 mm到大約3 mm的端板而使端板變薄 以誘導(dǎo)出血通過端板。誘導(dǎo)椎骨出血促進(jìn)從椎骨的骨生長以及融合裝置 與椎骨之間的骨生長。還可以通過將端板穿孔來制備端板以易于端板和 骨水泥相間錯(cuò)雜。優(yōu)選的是，穿孔的端板包括直徑大約10微米到大約5 毫米和穿孔密度為至少10%、 20°/。、 30%、 40%、 50%、 60%、 70%或80% 或以上的多個(gè)孔。
外科醫(yī)生決定是基本上去除全部端板還是保留皮層骨將很大程度上 受椎骨中的松質(zhì)骨的質(zhì)量支配。在某些情況下，期望基本上保留整個(gè)端 板面對(duì)表面，以使植入物主體本身不會(huì)可察覺地透入相鄰椎體的松質(zhì)骨 中。例如，對(duì)于骨質(zhì)疏松病人來說，應(yīng)當(dāng)基本上保留端板。在其它情況 下，期望去除至少10%、 20%、 40%、 60%或80°/。的端板，以暴露底層松質(zhì)骨。例如，在椎骨中具有較密集松質(zhì)骨(即，通過DEXA掃描測(cè)量出 沒有骨質(zhì)疏松)的病人可以更好地忍受去除端板。暴露底層松質(zhì)骨將允 許與骨水泥更廣泛的相間錯(cuò)雜，和更穩(wěn)定的椎骨運(yùn)動(dòng)節(jié)段。
接著，將根據(jù)本發(fā)明的脊椎植入裝置插入制備的上下椎體之間。如 果該裝置包括移植室，則該方法還包括將骨移植材料放置到移植室中。 一旦將植入物和移植材料植入椎間空間內(nèi)，上下接觸表面之間的緊密匹 配的輪廓就通過跨過上下端板面對(duì)表面分布?jí)毫頊p少環(huán)繞該植入物的 骨下沉的可能性。將足量骨水泥注入到該裝置中，以使骨水泥(a)充滿 該裝置的所述一個(gè)或更多個(gè)中空芯體，并且(b)從所述一個(gè)或更多個(gè)中 空芯體滲透、接觸并且優(yōu)選地與制備的端板皮層骨和/或松質(zhì)骨相間錯(cuò)雜。
當(dāng)制備了端板時(shí)，優(yōu)選地將足量骨水泥注入到融合裝置中，以使一 部分骨水泥退出該融合裝置，以滲入相鄰椎體的松質(zhì)骨區(qū)域。更優(yōu)選的 是，將骨水泥注入以使其滲入脊椎盤的松質(zhì)骨區(qū)域達(dá)預(yù)定程度，滲入脊 椎盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域中達(dá)小于大約30 mm，更優(yōu)選地滲入松質(zhì)骨中達(dá) 小于大約20 mm、小于大約10 mm、小于大約8 mm、小于大約6 mm、 小于大約5mm、小于大約4mm、小于大約3 mm、小于大約2 mm或小 于大約1 mm。 一旦已經(jīng)將適量骨水泥滲入脊椎盤的松質(zhì)骨區(qū)域達(dá)預(yù)定程 度，就停止骨水泥注入。
優(yōu)選的是，注入植入物和骨中的骨水泥的體積小于大約200 ml，更 優(yōu)選地小于大約175ml、 150 ml、 100 ml、 75 ml、 50 ml、 25 ml、 15 ml、 10 ml或5 ml。
骨水泥注入可以在最大壓力150psi、 125psi、 100psi、 75 psi、 50psi、 25psi、 10psi或5psi或以下進(jìn)行。骨水泥注入應(yīng)當(dāng)
一旦骨水泥凝結(jié)，在不需要輔助固定(如接合板或桿，或鉆孔、攻 絲，或插入螺釘)的情況下，基本上或完全消除融合椎骨的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)選地使累積室的出口開口尺寸最大化，以使通過其排出的骨水泥 材料沿面對(duì)椎骨表面分布在較大表面積上。在優(yōu)選形式下，累積室可以 是在其一個(gè)或兩個(gè)軸向端部處端部開口的室，以使其出口開口和該室的 其余部分具有相同尺寸。例如，在植入物主體中利用具有圓形外周的室，該室的直徑可以在其軸端部(包括在其一個(gè)端部處的開口處)之間恒定。 按這種方式，用于骨水泥的包括較窄填充通道部分和軸向擴(kuò)大的延伸累 積室的流動(dòng)路徑可操作，以利用可凝結(jié)的骨水泥充滿并基本上加強(qiáng)該植 入物主體的整個(gè)室，并且還將優(yōu)選快速凝結(jié)骨水泥組合物傳導(dǎo)至相鄰該 室的椎骨表面，將椎骨表面和植入物主體與骨水泥材料固定在一起。
在另一方法中，利用經(jīng)皮侵入最小的過程(例如，通過插管)將本 發(fā)明的由柔性材料制成的脊椎融合裝置插入上下椎體之間。 一般來說， 在要插入融合植入物時(shí)，如上所述去除脊椎盤并制備端板。當(dāng)要插入柔 性植入物時(shí)，如上所述去除整個(gè)脊椎盤或盤髓核并且制備端板。而且， 由于該裝置的柔性材料，因而該過程可以包括相對(duì)較小的切口并且使用 內(nèi)窺鏡儀器。可以利用在柔性融合裝置被推動(dòng)通過插管的同時(shí)保持柔性 融合裝置的儀器將該裝置插入到制備的空間中。當(dāng)將包括由柔性材料制 成的外表面的融合裝置放置在脊椎盤空間中時(shí)，可以向該裝置注入足量 骨水泥，以使該骨水泥充滿該裝置中的一個(gè)或更多個(gè)中空芯體，并且從 該表面的上和/下部分滲透并且接觸相鄰椎體表面。 一旦將骨水泥注入， 并且優(yōu)選地， 一旦骨水泥凝結(jié)，就可以將病人置于中性位置。
用于插入柔性融合裝置的經(jīng)皮過程可以在不受引導(dǎo)或手術(shù)引導(dǎo)(如 通過熒光透視法)的情況下執(zhí)行。手術(shù)引導(dǎo)易于確定注入適量骨水泥。 在這些方法中，將骨水泥注入到該裝置的中空空腔中，接著該骨水泥與 己經(jīng)制備成允許骨水泥滲入松質(zhì)骨區(qū)域的上下端板兩者接觸。 一旦適量 骨水泥滲入到脊椎盤的松質(zhì)骨區(qū)域中達(dá)預(yù)定程度(例如，當(dāng)骨水泥滲入
到盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域中小于大約1 mm時(shí)、滲入到盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域 中小于大約2 mm時(shí)、滲入到盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域中小于大約3 mm時(shí)、 滲入到盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域中小于大約4mm時(shí)、滲入到盤空間的松質(zhì)骨 區(qū)域中小于大約5 mm時(shí)、滲入到盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域中小于大約6 mm 時(shí)、滲入到盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域中小于大約8mm時(shí)、滲入到盤空間的松 質(zhì)骨區(qū)域中小于大約10mm時(shí)、滲入到盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域中小于大約 20mm時(shí)，或滲入到盤空間的松質(zhì)骨區(qū)域中小于大約30mm時(shí))，就可以 停止骨水泥注入。用于注入的適量骨水泥優(yōu)選地包括小于大約1 ml的體積、小于大約 2ml的體積、小于大約3ml的體積、小于大約4ml的體積、小于大約5 ml的體積、小于大約6 ml的體積、小于大約8 mi的體積、小于大約10 ml 的體積、小于大約15 ml的體積、小于大約20 ml的體積、小于大約25 ml 的體積、小于大約50 ml的體積、小于大約75 ml的體積、小于大約100 ml 的體積、小于大約125 ml的體積、小于大約150 ml的體積、小于大約175 ml的體積。骨水泥注入可以在大約150psi、 125psi、 100psi、 75 psi、 50 psi、 25psi、 10psi或5psi或以下的最大壓力下進(jìn)行。 一旦注入了適量骨 水泥，優(yōu)選的是，該病人不應(yīng)移動(dòng)達(dá)至少5分鐘、至少10分鐘、至少15 分鐘、至少20分鐘、至少25分鐘或至少30分鐘，以允許在該病人移動(dòng) 之前該骨水泥有足夠時(shí)間變得至少部分地凝結(jié)。
一旦將骨水泥凝結(jié)在具有和沒有柔性壁的融合裝置中，就基本上或 完全消除了椎骨的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。這可以利用工作臺(tái)和體外生物機(jī)械測(cè)試來 確認(rèn)。所述脊椎融合過程可以在尸體脊椎或人造椎骨器官上執(zhí)行。解剖 和取回僅與骨水泥相間錯(cuò)雜的該裝置和骨，該構(gòu)造可以根據(jù)在由ASTM 國際組織(WestConshohocken， PA)公報(bào)的ASTMF-2077 (椎間體融合 裝置的測(cè)試方法)中闡述的標(biāo)準(zhǔn)來測(cè)試。在優(yōu)選實(shí)施方式中，測(cè)試將例 證該裝置/組織構(gòu)造在以下載荷下具有至少大約500,000、 l，OOO,OOO、 1,500,000、 2,000,000、 2,500,000、 3,000,000、 3,500,000、 4,000，000、 5,000,000、 7，500，000、 IO，OOO,OOO、 15，000，000、 20，000，000或25,000,000 周期的疲勞壽命。對(duì)于壓縮載荷來說，至少大約50N、 100 N、 200 N、 300 N、 400 N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250 N、 1500 N、 1750 N、 2000 N、 2500N、 3500N、 4000N、 5000N，或10000N。對(duì)于扭轉(zhuǎn)載荷來說， 至少大約0.25N-m、 0.5N-m、 0.75 N畫m、 1 N-m、 1.25 N-m、 1.5 N誦m、 1.75 N-m、 2 N-m、 2.25 N-m、 2.5 N-m、 2.75 N-m、 3 N-m、 3.5 N-m、 4 N-m、 4.5N-m、 5N-m、 6 N-m、 8 N-m，或10N曙m，和至少大約5N、 50N、 100 N、 200 N、 300 N、 400 N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250N、 1500N、 1750 N、 2000 N、 2500 N、 3500 N、 4000 N、 5000 N、 10000 N的組合壓 縮載荷。對(duì)于剪切載荷來說，至少大約50N、 100 N、 200 N、 300 N、 400N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250 N、 1500 N、 1750 N、 2000 N、 2500 N、 3500 N、 4000 N，或5000N。
另外，可以將體外運(yùn)動(dòng)測(cè)試范圍用于評(píng)估本發(fā)明的融合裝置(或包 括該裝置的系統(tǒng))?？梢詫⒃撗b置插入尸體脊椎中的兩個(gè)相鄰椎體之間或 者植入活體動(dòng)物脊椎中達(dá)l個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月或24 個(gè)月。裝置-組織運(yùn)動(dòng)節(jié)段的剛性可以利用下面由McAfee等人開發(fā)的一 般方法"Cervical disc replacement-porous coated motion prosthesis: a comparative biomechanical analysis showing the key role of the posterior longitudinal ligament",浙"e 15; 28 (20): S176-85 (2003)來測(cè)試。小 心清除掉椎骨運(yùn)動(dòng)節(jié)段的殘留肌肉組織，以保護(hù)所有韌帶附著物和可操 作運(yùn)動(dòng)位點(diǎn)完整性。將每一個(gè)標(biāo)本的頭端和尾端固定在底座中，并且將 膠質(zhì)玻璃(plexiglas)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)標(biāo)記器放置在該標(biāo)本上。每一個(gè)標(biāo)記器都 配備有被設(shè)計(jì)用于光電運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)(3020 Opto Trak System)的檢測(cè)的 三個(gè)非共線發(fā)光二極管。為了確定多向靈活性性質(zhì)，在將標(biāo)本的尾部保 持固定至測(cè)試平臺(tái)的同時(shí)，向垂直取向的標(biāo)本的上端部施加六個(gè)完全不 受約束的力矩屈曲和伸展(土4NmX-軸)、左右側(cè)彎(士4NmZ-軸)， 以及左右扭轉(zhuǎn)(土4NmY-軸)。將士4Nm的最大施加力矩用于每一個(gè)加載 模式，并且利用六度自由脊椎仿真器(6DOF-SS)按3度/秒的斜坡率施 加。針對(duì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行總計(jì)三個(gè)加載/卸載周期，并且基于最后周期進(jìn) 行數(shù)據(jù)分析。對(duì)于六個(gè)主運(yùn)動(dòng)來說-對(duì)應(yīng)于施加的力矩-可操作級(jí)椎骨旋轉(zhuǎn) (度)根據(jù)峰值運(yùn)動(dòng)范圍(ROM)和中性區(qū)(NZ)來量化。峰值ROM 被限定為從初始中性位置到最大載荷的峰值位移，而中性區(qū)NZ表示在第 三周期開始時(shí)從初始中性位置到卸載位置的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)根據(jù)前述體外運(yùn)動(dòng)測(cè)試范圍植入并測(cè)試本發(fā)明的裝置或系統(tǒng)的優(yōu) 選實(shí)施方式時(shí)，該優(yōu)選實(shí)施方式針對(duì)屈曲和伸展、左右側(cè)彎以及左右扭 轉(zhuǎn)將ROM特征化為不大于10度、8度、7度、6度、5度、4度、3度、 2度、l度。
在將該融合裝置和骨水泥植入達(dá)6、 12以及18個(gè)月之后，該裝置和 骨與骨水泥相間錯(cuò)雜，該構(gòu)造可以根據(jù)在ASTMF-2077中闡述的標(biāo)準(zhǔn)來測(cè)試，該標(biāo)準(zhǔn)可包括在用于頸部或腰部脊椎融合的綿羊或山羊模型中測(cè)
試。在優(yōu)選實(shí)施方式中，測(cè)試將顯示該裝置/組織構(gòu)造在植入6、 12或18 個(gè)月之后在以下載荷下具有至少大約500,000、 1,000,000、 1,500,000、 2，000，000、 2，500,000、 3，000，000、 3，500，000、 4,000,000、 5,000,000、 7,500,000、 IO，OOO，OOO、 15，000，000、 20，000,000、 25,000,000周期的疲勞 壽命。對(duì)于壓縮載荷來說，至少大約50N、 100N、 200N、 300N、 400N、 500N、 750N、 1000 N、 1250 N、 1500N、 1750N、 2000N、 2500N、 3500N、 4000N、 5000 N，或10000 N。對(duì)于扭轉(zhuǎn)載荷來說，至少大約0.25 N-m、 0.50 N-m、 0.75 N匿m、 1.00 N-m、 1.25 N-m、 1.50 N-m、 1.75 N陽m、 2.00 N-m、 2.25 N-m、 2.50 N-m、 2.75 N-m、 3.00 N國m、 3.50 N-m、 4.00 N-m、 4.50 N-m、 5.00 N-m、 6.00 N-m、 8.00 N-m,或10.00 N-m，和至少大約5 N、 50 N、 100 N、 200 N、 300 N、 400 N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250 N、 1500 N、 1750 N、 2000 N、 2500 N、 3500 N、 4000 N、 5000 N，或10000 N的組合 壓縮載荷。對(duì)于剪切載荷來說，至少大約50N、 100N、 200N、 300N、 糊N、 500 N、 750 N、 1000 N、 1250 N、 1500 N、 1750 N、 2000 N、 2500 N、 3500 N、 4000 N，或5000N。
在植入融合裝置和骨水泥達(dá)6個(gè)月、12個(gè)月以及18個(gè)月之后，根據(jù) 前述體外運(yùn)動(dòng)測(cè)試范圍所測(cè)試的運(yùn)動(dòng)范圍，該優(yōu)選實(shí)施方式針對(duì)屈曲和 伸展、左右側(cè)彎以及左右扭轉(zhuǎn)將ROM特征化為不大于10度、8度、7 度、6度、5度、4度、3度、2度、l度。
在此引述的全部引用(包括公報(bào)、專利申請(qǐng)，以及專利)通過引用 而并入于此，好像每一個(gè)引用都單獨(dú)且具體地指示其全部內(nèi)容，并且在 此通過引用全部并入并闡述。
在描述本發(fā)明的上下文中(尤其是在下面權(quán)利要求書的上下文中) 所使用的術(shù)語"一"和"一個(gè)"以及"所述)"和類似所指對(duì)象應(yīng)被解釋 為覆蓋單數(shù)和多數(shù)兩者，除非在此另外表明或明顯與上下文相矛盾。除 非另外指明，術(shù)語"包括"、"具有"、"包含"以及"含有"被應(yīng)被解釋 為開放性術(shù)語(即，意指"包括但不限于")。除非在此另外表明，在此 陳述的值的范圍僅用作單獨(dú)引用落入該范圍內(nèi)的每一個(gè)分離值的簡(jiǎn)寫方法，并且每一個(gè)分離值都并入到本說明書中，好像它在此單獨(dú)陳述一樣。 在此描述的全部方法都可以按任何合適順序執(zhí)行，除非在此另外表明或 另外明顯與上下文相矛盾。除非另外要求保護(hù)，使用在此提供的任何和 全部示例、或示范語言(例如，"諸如或如")都僅旨在更好地闡明本發(fā) 明而非形成對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。本說明書中的語言都不應(yīng)被解釋為 表示對(duì)實(shí)踐本發(fā)明不可少的任何非要求保護(hù)的組件。
在此對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，包括本發(fā)明人已知的用 于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式。通過閱讀前述描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將 清楚那些優(yōu)選實(shí)施方式的變型例。本發(fā)明人希望專業(yè)技術(shù)人員恰當(dāng)采用 這些變型例，并且與如在此具體描述的相比，本發(fā)明人打算使本發(fā)明以 其它方式實(shí)踐。因此，本發(fā)明包括所附于此的權(quán)利要求書中陳述的如適 用法律所允許的主旨的全部修改例和等同物。而且，上述組件的在其所 有可能變型例中的任何組合都被本發(fā)明所涵蓋，除非在此另外表明或另 外明顯與上下文相矛盾。
權(quán)利要求
1、一種融合裝置，該融合裝置包括外表面；和所述外表面內(nèi)的中空芯體其中，所述外表面構(gòu)造成用于插入上椎體與下椎體之間，并且所述中空芯體構(gòu)造成引導(dǎo)注入到所述中空芯體中的骨水泥流，使所述骨水泥與所述上椎體、所述下椎體，或所述上椎體和所述下椎體兩者接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合裝置，該融合裝置還包括所述外表面 中的注入端口 ，該注入端口用于將骨水泥注入到所述中空芯體中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合裝置，其中，所述表面構(gòu)造成允許注 入到所述中空芯體中的骨水泥與所述上椎體和所述下椎體兩者接觸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合裝置，其中，所述中空芯體是第一中 空芯體，并且所述融合裝置還包括-在所述外表面內(nèi)的第二中空芯體；和一個(gè)或更多個(gè)壁，所述一個(gè)或更多個(gè)壁分隔所述第一中空芯體和所 述第二中空芯體；其中，所述第二中空芯體構(gòu)造成引導(dǎo)注入到所述第二中空芯體中的 骨水泥流，使所述骨水泥與所述上椎體、所述下椎體，或所述上椎體和 所述下椎體兩者接觸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的融合裝置，其中，所述第一中空芯體被設(shè)置在所述融合裝置內(nèi)，以允許注入到所述第 一中空芯體中的骨水泥接觸所述上椎體；所述第二中空芯體被設(shè)置在所述融合裝置內(nèi)，以允許注入到所述第 二中空芯體中的骨水泥接觸所述下椎體；以及分隔所述第一中空芯體和所述第二中空芯體的所述一個(gè)或更多個(gè)壁 防止注入到所述第一中空芯體中的骨水泥接觸所述下椎體，并且防止注 入到所述第二中空芯體中的骨水泥接觸所述上椎體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合裝置，所述融合裝置還包括移植室。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合裝置，其中， 所述外表面包括側(cè)壁； 所述側(cè)壁包括前部和后部；并且所述前部的高度比所述后部的高度大，由此提供大約4度到大約12 度的脊椎前凸角。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合裝置，其中，所述外表面包括柔性材料。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合裝置，其中，所述外表面包括剛性材 料，所述剛性材料從由羥磷灰石、磷酸三鈣、金屬、塑料、可再吸收聚 合物、可再吸收聚合復(fù)合物、骨移植物、致密或加固羥磷灰石、致密或加固磷酸三鈣以及納米晶磷灰石或它們的復(fù)合物所組成的組中選定。
10、 一種脊椎融合系統(tǒng)，該脊椎融合系統(tǒng)包括 權(quán)利要求1所述的融合裝置；和適量骨水泥，或在混合時(shí)形成適量骨水泥的骨水泥成分；其中，所述適量骨水泥包含足以充滿所述融合裝置的所述中空芯體并且與所述上椎體、所述下椎體，或所述上椎體和所述下椎體兩者接觸的骨水泥。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的脊椎融合系統(tǒng)，其中 所述融合裝置表面構(gòu)造成允許注入到所述中空芯體中的骨水泥與所述上椎體和所述下椎體兩者接觸，并且所述適量骨水泥包含足以與所述上椎體和所述下椎體兩者接觸的骨 水泥。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的脊椎融合系統(tǒng)，其中，所述骨水泥是聚 甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥、磷酸鈣骨水泥、或由聚合物或環(huán)氧 樹脂與磷酸鈣填充劑共同組成的其復(fù)合骨水泥，或者所述骨水泥成分在 混合時(shí)形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥、磷酸鈣骨水泥、或由 聚合物或環(huán)氧樹脂與磷酸鈣填充劑共同組成的其復(fù)合骨水泥。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的脊椎融合系統(tǒng)，其中，所述骨水泥是復(fù) 合骨水泥，或者所述骨水泥成分在混合時(shí)形成復(fù)合骨水泥，所述復(fù)合骨水泥包含從由玻璃、骨或磷酸鈣所組成的組中選定的一種或更多種填充 劑和玻璃離子體骨水泥等。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的脊椎融合系統(tǒng)，其中，所述骨水泥由包 括(i)第一成分和(ii)第二成分在內(nèi)的多種成分形成，或者所述骨水泥 成分包括(i)第一成分和(ii)第二成分，所述第一成分包括聚合性樹脂， 該聚合性樹脂包含乙烯不飽和雙鍵；而所述第二成分包括這樣的化合物: 所述化合物包括從由伯胺、仲胺、叔胺以及季胺所組成的組中選定的一 種以上類型的胺，并且其中所述第一成分和所述第二成分能夠按聚合反 應(yīng)方式彼此反應(yīng)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的脊椎融合系統(tǒng)，其中，所述骨水泥由包 括(i)第一成分和(ii)第二成分在內(nèi)的多種成分形成，或者所述骨水泥 成分包括(i)第一成分和(ii)第二成分，所述第一成分包含至少一個(gè)縮 水甘油基，并且包含或不包含至少一個(gè)酯基或碳酸酯基，而所述第二成 分包括聚乙烯亞胺(PEI)或其衍生物。
16、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的脊椎融合系統(tǒng)，其中，所述脊椎融合系 統(tǒng)免除了附加穩(wěn)定器具。
17、 一種封裝產(chǎn)品，該封裝產(chǎn)品包括融合植入物，該融合植入物具有連接至至少一個(gè)出口的植入物；和 骨水泥成分，該骨水泥成分封裝在分離的容器中或同一容器中的隔離部分中，以使所述骨水泥成分在準(zhǔn)備使用以前保持不混合；其中，提供足夠量的所述骨水泥成分，使得在組合時(shí)，生成足夠量的可注入骨水泥，使所述可注入骨水泥在壓力下以可流動(dòng)狀態(tài)注入到填充端口中時(shí)從所述至少一個(gè)出口退出。
18、 一種用于融合第一和第二相鄰椎骨的方法，所述方法包括以下 步驟在所述第一椎骨與所述第二椎骨之間插入脊椎融合裝置，所述脊椎 融合裝置包括內(nèi)中空芯體，該內(nèi)中空芯體通過至少一個(gè)出口向所述第一 椎骨的表面部分和所述第二椎骨的表面部分開放，所述出口具有周邊；選擇包括第一成分和第二成分在內(nèi)的可注入骨水泥組合物，所述骨水泥組合物具有初始流動(dòng)性、短凝結(jié)時(shí)間，以及短固化時(shí)間；基于所述骨水泥組合物的初始流動(dòng)性來選擇注入壓力，使得所述注 入壓力將使所述骨水泥組合物充滿所述中空芯體和所述至少一個(gè)出口 ， 以接觸所述第一和第二相鄰椎骨；以選定的壓力和足以使所述骨水泥組合物基本上完全充滿所述中空 芯體并且基本上接觸所述出口周邊內(nèi)的所有椎骨表面部分的量將所述骨 水泥組合物注入到植入體的內(nèi)腔中；以及使所述骨水泥組合物凝結(jié)，固定所述植入體，防止該植入體發(fā)生相 對(duì)于所述第一椎骨和所述第二椎骨中的至少一個(gè)的移動(dòng)；其中，所述注入壓力沒有大到足以迫使大量的所述骨水泥組合物從 所述中空芯體向所述第一椎骨和所述第二椎骨開放的區(qū)域溢出。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述中空融合植入物由柔 性材料構(gòu)成，并且所述脊椎融合裝置通過最小侵入過程壓實(shí)并插入所述 椎骨之間。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，該方法還包括將骨生長促進(jìn)材料 添加到所述中空融合植入物的內(nèi)部中。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，將從由玻璃、骨或磷酸鈣 所組成的組中選定的一種或更多種填充劑和玻璃離子體骨水泥等添加至 所述骨水泥組合物中。
22、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述融合過程在不用將附 加穩(wěn)定器具附接至所述第一椎骨和所述第二椎骨的情況下完成。
23、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述方法還包括將一個(gè)或 更多個(gè)附加穩(wěn)定器具附接至所述第一椎骨和所述第二椎骨。
24、 一種脊椎融合方法，該脊椎融合方法包括以下步驟將權(quán)利要求1所述的脊椎融合裝置插入受治療者的需要脊椎融合的 上椎體與下椎體之間；和將適量骨水泥注入所述中空芯體中；或所述上椎體和所述下椎體兩者。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的脊椎融合方法，其中， 將獨(dú)立融合裝置表面構(gòu)造成允許注入到所述中空芯體中的骨水泥接觸所述上椎體和所述下椎體兩者；并且所述適量骨水泥包含足以與所述上椎體和所述下椎體兩者接觸的骨 水泥。
26、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述脊椎融合裝 置包括由柔性材料制成的外表面，并且所述脊椎融合裝置通過最小侵入 過程插入。
27、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述脊椎融合裝 置包括移植室，并且所述脊椎融合方法還包括添加骨移植材料。
28、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述受治療者具 有從由斷裂椎骨、脊椎滑脫、脊椎盤突出或變性、脊椎異常彎曲(如脊 椎側(cè)凸或脊椎后凸)、脊椎腫瘤、脊椎感染或脊椎不穩(wěn)定所組成的組中選 定的脊椎疾病。
29、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述骨水泥是復(fù) 合骨水泥，或者所述骨水泥成分在混合時(shí)形成復(fù)合骨水泥，所述復(fù)合骨 水泥包含從由玻璃、骨或磷酸鈣所組成的組中選定的一種或更多種填充 劑和玻璃離子體骨水泥等。
30、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述融合過程在 不用將附加穩(wěn)定器具附接至所述上椎體和所述下椎體的情況下完成。
31、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的脊椎融合方法，其中，所述脊椎融合方 法還包括將一個(gè)或更多個(gè)附加穩(wěn)定器具附接至病人脊椎。
32、 一種用于將相鄰椎骨融合在一起的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-植入體，該植入體的尺寸適于裝入所述相鄰椎骨之間的椎間空間中； 可注入骨水泥材料，該可注入骨水泥材料具有預(yù)定的流動(dòng)和凝結(jié)特性，用于將所述椎間空間中的所述植入體固定至至少一個(gè)所述椎骨；以 及通過所述植入體的流動(dòng)路徑，該流動(dòng)路徑包括用于接收可注入骨水泥材料的入口和用于向所述一個(gè)椎骨排出所述可注入骨水泥材料的出 口，所述流動(dòng)路徑具有預(yù)定構(gòu)造，該預(yù)定構(gòu)造與所述可注入骨水泥材料 的所述預(yù)定的流動(dòng)和凝結(jié)特性協(xié)調(diào)，以使所述骨水泥材料通過所述流動(dòng) 路徑流動(dòng)并且沿所述一個(gè)椎骨凝結(jié)，以將所述椎間空間中的所述植入體 固定至所述一個(gè)椎骨，并且所述固定組合物通常不會(huì)超出所述椎間空間 中的所述植入體流動(dòng)。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述流動(dòng)路徑包括窄填充 通道部分和擴(kuò)大的內(nèi)部累積室，該擴(kuò)大的內(nèi)部累積室充滿有通過所述流 動(dòng)路徑流動(dòng)的可流動(dòng)注入的所述骨水泥材料。
34、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述流動(dòng)路徑的所述出口 比所述流動(dòng)路徑的所述入口大。
35、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述流動(dòng)通道包括通過所 述植入體彼此橫向延伸的部分。
36、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中，所述植入體具有中心軸， 并且所述橫向部分包括沿橫向于所述植入體的所述中心軸線的橫向方向 延伸的填充通道部分和沿所述中心軸線軸向地延伸的內(nèi)室，并且所述填 充通道部分從所述流動(dòng)路徑入口延伸至所述內(nèi)室，而所述內(nèi)室軸向地延 伸至所述流動(dòng)通道出口。
37、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述流動(dòng)路徑包括累積室， 并且所述植入體包括環(huán)繞所述累積室延伸的環(huán)狀壁，該環(huán)狀壁具有大致 恒定的橫跨直徑；所述累積室端部開放，以使所述流動(dòng)路徑開口處于所 述植入體的軸向端部，并且具有和所述累積室基本相同的直徑。
全文摘要
本發(fā)明的脊椎融合裝置(100)被植入在相鄰上椎骨和下椎骨之間的椎間空間中，并利用骨水泥固定至椎骨。該融合裝置包括均具有至少一個(gè)開口(120)的上下端板面對(duì)表面(150，160)，所述開口用于將骨水泥材料輸送至所述植入物上方和下方的椎骨的相鄰接觸表面。利用快速凝結(jié)的骨水泥組合物，所述裝置允許椎骨幾乎立即融合，從而減少或消除對(duì)諸如螺釘、板和/或桿的輔助固定裝置的需求，同時(shí)還可以將骨水泥精確輸送至融合裝置與椎骨之間的接觸表面。
文檔編號(hào)A61F2/44GK101616642SQ200780043392
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者愛德華·S·阿恩, 約翰·茨維納爾 申請(qǐng)人:先鋒外科技術(shù)公司