專利名稱：多凸起部的人造脊柱關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多種人造關(guān)節(jié)，并且具體地說，涉及一種用于置換受損壞的脊柱盤的 人造椎間盤。本發(fā)明涉及一種既用于全盤置換又用于核心置換(nuclear r印lacement)的 改進(jìn)的人造椎間盤。
背景技術(shù)：
人造關(guān)節(jié)對(duì)于醫(yī)治退化的骨關(guān)節(jié)正變得越來越普通。關(guān)節(jié)可能由于事故、疾病、老 化等而被損壞，并且當(dāng)十分疼痛時(shí)、或者當(dāng)足以損傷關(guān)節(jié)的自然運(yùn)動(dòng)時(shí)常常被置換。人造關(guān) 節(jié)大致置換鄰接骨骼之間的組織，并且可能常常置換形成關(guān)節(jié)的兩個(gè)鄰接骨骼的端部。
在置換關(guān)節(jié)時(shí)，大致有幾個(gè)所希望的結(jié)果要達(dá)到。這些結(jié)果包括穩(wěn)定性、承載能 力、自然運(yùn)動(dòng)保持、疼痛緩解、及降低的損壞率和嚴(yán)重?fù)p壞的減少。由于人脊柱的復(fù)雜性，穩(wěn) 定性已經(jīng)成為要解決的非常困難的參數(shù)。這種不穩(wěn)定性本身經(jīng)常表現(xiàn)為人造關(guān)節(jié)或支撐生 理結(jié)構(gòu)的額外磨損和過早損壞、相鄰段/關(guān)節(jié)退化、及加重病人的疼痛和傷殘。
當(dāng)前現(xiàn)有的許多人造盤往往缺少自然脊柱的穩(wěn)定性。許多全盤置換裝置(TDR)是 "杯中球"或"凹槽中球"結(jié)構(gòu)。這些具體結(jié)構(gòu)的問題之一是，TDR要求周圍組織和結(jié)構(gòu)(韌 帶和關(guān)節(jié))提供支撐和穩(wěn)定性。由于這些結(jié)構(gòu)的物理幾何形狀，脊柱運(yùn)動(dòng)得離"中性位置" 越遠(yuǎn)，人造關(guān)節(jié)在該方向上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的趨勢越大，從而將非自然應(yīng)力施加在周圍組織和結(jié) 構(gòu)上，并且要求更大的力使關(guān)節(jié)返回到"中性位置"。隨著時(shí)間的推移，操作人造關(guān)節(jié)所需的 經(jīng)常施加和增大載荷可能導(dǎo)致對(duì)于脊柱的肌肉、相連組織及相鄰結(jié)構(gòu)的損傷，加重疼痛和 妨礙脊柱的正確運(yùn)動(dòng)。此外還發(fā)現(xiàn)，由于置換的盤不穩(wěn)定性，脊柱會(huì)產(chǎn)生脊柱側(cè)凸、或彎曲， 這也往往導(dǎo)致與脊柱相關(guān)的組織額外損壞，比如相鄰關(guān)節(jié)損傷。 關(guān)節(jié)的中性位置是關(guān)節(jié)的正常靜止位置，并且大致在脊柱關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍的中部。 對(duì)于典型脊柱，兩個(gè)相鄰脊椎體具有端板，這些端板在中性位置近似平行。
此外還必須控制的另一個(gè)參數(shù)是模仿脊柱的自然動(dòng)力運(yùn)動(dòng)的能力。人體中的許多 關(guān)節(jié)可充分近似象鉸鏈或窩中球之類的簡單關(guān)節(jié)。因?yàn)榧怪P(guān)節(jié)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，它不能近似 簡單關(guān)節(jié)。許多以前人造盤使脊椎骨能以樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來運(yùn)動(dòng)，該樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱運(yùn)動(dòng)。在 自然關(guān)節(jié)與人造關(guān)節(jié)之間運(yùn)動(dòng)的差異能對(duì)周圍肌肉和組織引起不利影響。這種影響會(huì)引起 正常運(yùn)動(dòng)和控制人造關(guān)節(jié)的退化和無能，從而加重人造關(guān)節(jié)的不穩(wěn)定性，并且可能加速更 多的關(guān)節(jié)問題。 需要有一種更有力穩(wěn)定的人造關(guān)節(jié)，其具有將關(guān)節(jié)返回"中性位置"的固有趨勢， 以便減少對(duì)周圍組織和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和疲勞。另外，還補(bǔ)充需要該人造關(guān)節(jié)更準(zhǔn)確地配合脊 柱的自然動(dòng)力運(yùn)動(dòng)，以再次減少對(duì)周圍組織和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和疲勞。這些只不過是對(duì)設(shè)計(jì)成 功的脊柱盤成功置換而重要的兩個(gè)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的人造盤。本發(fā)明的一個(gè)目的是產(chǎn)生一種人造盤，該人造盤更精密地配合自然脊柱的運(yùn)動(dòng)。為了精密地配合脊柱的自然運(yùn)動(dòng)， 一種方法將是 使用不全等鉸接面，這些不全等鉸接面便于非對(duì)稱和/或耦合運(yùn)動(dòng)。這種人造盤會(huì)促進(jìn)置 換的關(guān)節(jié)長期結(jié)果良好，因?yàn)樗３謬@關(guān)節(jié)的肌肉和組織更加自然運(yùn)動(dòng)。通過更精密地 配合自然運(yùn)動(dòng)，人造盤有助于防止周圍組織和相鄰段的退化，同時(shí)促進(jìn)病人關(guān)節(jié)更好的靈 活性。 本發(fā)明的另一目的是提供一種更有力穩(wěn)定的人造盤。當(dāng)移離中性位置時(shí)，壓縮力 自然地施加到脊柱上，比如由于重力，并且周圍組織中的張力將人造關(guān)節(jié)推回到中性位置， 且不離開中性位置。在多個(gè)盤被置換的場合，這種人造關(guān)節(jié)特別有利，因?yàn)樗苊饬私M織疲 勞和關(guān)節(jié)不穩(wěn)定性。 本發(fā)明的這些和其它方面可以在一種人造盤中實(shí)現(xiàn)，該人造盤使用多個(gè)嚙合配合 面的突出部，以使在兩個(gè)相鄰脊椎骨之間能進(jìn)行自然約束平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。配合面大致包 括多個(gè)凹入部，這些凹入部接受突出部。突出部能夠在凹入部內(nèi)滑動(dòng)，以提供平移和旋轉(zhuǎn)兩 種運(yùn)動(dòng)，即撓曲/延伸、橫向彎曲和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。突出部和凹入部優(yōu)選地構(gòu)造成提供耦合平移 和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而當(dāng)關(guān)節(jié)部件滑過配對(duì)關(guān)節(jié)部件時(shí)引起關(guān)節(jié)部件的傾斜。突出部中的一個(gè) 或多個(gè)也可能部分地升高到凹入部外，大致通過嚙合凹入部的壁或傾斜部分，由此提供有 力的穩(wěn)定系統(tǒng)。 可替換地，其它結(jié)構(gòu)，比如具有多個(gè)嚙合面的單個(gè)突出部和凹入部，如本文所述的 那樣，可以在人造關(guān)節(jié)的頂部與底部之間提供所需的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同樣，在人造關(guān)節(jié)的頂部與 底部之間的中間結(jié)構(gòu)可以用來提供所需的運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定性。


參照有數(shù)字標(biāo)記的附圖示出和描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，在附圖中 圖1表示現(xiàn)有技術(shù)原理的本技術(shù)人造關(guān)節(jié)的側(cè)視圖； 圖2表示具有多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)人造關(guān)節(jié)的脊柱的側(cè)視圖； 圖3表示人的脊椎骨的俯視圖； 圖4表示兩個(gè)脊椎骨的示意側(cè)視圖，具體示出在脊柱向前和向后撓曲時(shí)的脊椎運(yùn) 動(dòng)； 圖5A表示脊椎骨的示意俯視圖，具體示出在脊柱橫向彎曲時(shí)的脊椎運(yùn)動(dòng)； 圖5B表示兩個(gè)脊椎骨的示意側(cè)視圖，具體示出在脊柱橫向彎曲時(shí)的脊椎運(yùn)動(dòng)； 圖6A表示脊椎骨的示意俯視圖，具體示出在脊柱轉(zhuǎn)動(dòng)期間的脊椎運(yùn)動(dòng)； 圖6B表示兩個(gè)脊椎骨的示意側(cè)視圖，具體示出在脊柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的脊椎運(yùn)動(dòng)； 圖7A和7B表示在撓曲和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圖1中現(xiàn)有技術(shù)人造關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)； 圖8表示本發(fā)明的人造盤的分解透視圖； 圖9表示本發(fā)明沿圖8中線9-9截取的人造盤的部分剖開俯視圖； 圖10表示圖9中人造盤的基部的側(cè)視圖； 圖11表示本發(fā)明的人造盤的基部的俯視圖和突出部的橫剖視圖； 圖12表示本發(fā)明的人造盤的基部的俯視圖和突出部的橫剖視圖； 圖13A表示沿圖12中線13-13截取的圖8至12的人造盤的橫剖視圖； 圖13B表示圖13A中人造盤的另一個(gè)橫剖視圖，其突出部在凹槽中已經(jīng)運(yùn)動(dòng)，從而改變?nèi)嗽毂P上部的角度； 圖13C表示本發(fā)明的人造盤的另一個(gè)橫剖視圖； 圖14A表示沿圖12中線14-14截取的圖8至12的人造盤的橫剖視圖； 圖14B表示圖14A中人造盤的另一個(gè)橫剖視圖，其突出部在凹槽中已經(jīng)運(yùn)動(dòng)，從而
改變?nèi)嗽毂P上部的角度； 圖15表示沿圖12中線15-15截取的圖8至12的人造盤的橫剖視圖； 圖16表示本發(fā)明的人造盤的突出部和凹槽的特寫橫剖視圖； 圖17表示本發(fā)明的人造盤的突出部和凹槽的另一個(gè)詳細(xì)橫剖視圖； 圖18表示本發(fā)明的人造盤的下部和上部的突出部的另一個(gè)俯視圖； 圖19表示本發(fā)明的人造盤的另一個(gè)俯視圖； 圖20表示沿線20-20截取的圖19中人造盤的橫剖視圖； 圖21表示本發(fā)明具有不同形狀突出部的人造關(guān)節(jié)的透視圖； 圖22表示沿圖21中線22-22截取的圖21的人造關(guān)節(jié)的橫剖視圖； 圖23表示本發(fā)明的另一個(gè)人造關(guān)節(jié)的透視圖； 圖24表示沿圖23中線24-24截取的圖23的人造關(guān)節(jié)的橫剖視圖； 圖25具體示出本發(fā)明的另一個(gè)人造關(guān)節(jié)； 圖26表示用作盤核心置換的本發(fā)明的人造關(guān)節(jié)； 圖27表示本發(fā)明具有約束帶的人造關(guān)節(jié)； 圖28表示本發(fā)明的另一個(gè)人造關(guān)節(jié)的橫剖視圖； 圖29表示圖28中關(guān)節(jié)的另一個(gè)橫剖視圖； 圖30表示與圖8-18的人造關(guān)節(jié)相類似的人造關(guān)節(jié)的分解透視圖； 圖31表示圖30中關(guān)節(jié)的上部的仰視圖； 圖32和33表示沿圖31中剖面線32和33截取的圖30的關(guān)節(jié)的上部的橫剖視 圖； 圖34表示圖30中關(guān)節(jié)的上部的底部透視圖； 圖35表示圖30中關(guān)節(jié)的下部的俯視圖； 圖36至39表示沿圖35中剖面線36至39截取的圖30的關(guān)節(jié)的下部的橫剖視 圖； 圖40表示圖30中關(guān)節(jié)的下部的透視圖； 圖41表示與圖8-18和30-40中人造關(guān)節(jié)相類似的人造關(guān)節(jié)的分解透視圖； 圖42表示圖41中關(guān)節(jié)的上部的底部透視圖； 圖43表示圖41中關(guān)節(jié)的上部的仰視圖； 圖44至47表示沿圖43中剖面線44至47截取的圖41的關(guān)節(jié)的上部的橫剖視 圖； 圖48表示圖41中關(guān)節(jié)的下部的透視圖； 圖49表示圖41中關(guān)節(jié)的下部的俯視圖； 圖50至53表示沿圖49中剖面線50至53截取的圖41的關(guān)節(jié)的下部的橫剖視 圖； 圖54表示與圖8-18、30-40和41-53中人造關(guān)節(jié)相類似的人造關(guān)節(jié)的分解透視圖； 圖55表示圖54中關(guān)節(jié)的上部的底部透視圖；
圖56表示圖54中關(guān)節(jié)的上部的仰視圖； 圖57至60表示沿圖56中剖面線57至60截取的圖54的關(guān)節(jié)的上部的橫剖視 圖； 圖61表示圖54中關(guān)節(jié)的下部的透視圖；
圖62表示圖54中關(guān)節(jié)的下部的俯視圖； 圖63至66表示沿圖62中剖面線63至66截取的圖54的關(guān)節(jié)的下部的橫剖視 圖； 圖67表示圖54中關(guān)節(jié)的下部的俯視圖以及用于形成凹入部的工具路線；及
圖68表示由圖67中工具和凹入部形成的工具路線、表面的透視圖。
將要認(rèn)識(shí)到，附圖是舉例說明的，并不限制由附屬權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范 圍。所示的實(shí)施例達(dá)到本發(fā)明的各個(gè)方面和目的，并且任何一張圖不必達(dá)到本發(fā)明的每個(gè) 方面或優(yōu)點(diǎn)。要認(rèn)識(shí)到，在一張圖中不可能清楚地示出本發(fā)明的每個(gè)元件和方面，并因此， 提出多張圖，以更清楚地單獨(dú)舉例說明本發(fā)明的各個(gè)細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖和其中提供的附圖標(biāo)記來論述本發(fā)明，以便使本領(lǐng)域的技術(shù)人員 能實(shí)施本發(fā)明。附圖和描述是本發(fā)明各個(gè)方面的典型，并非用來限制附屬權(quán)利要求書的范 圍。在一些圖中，空間在大致相互接觸的相鄰結(jié)構(gòu)之間示出，以便更清楚地示出結(jié)構(gòu)。
當(dāng)前，許多人造盤目前是可得到的，或者被試驗(yàn)。這些人造盤往往缺乏自然脊柱的 穩(wěn)定性。這些現(xiàn)有技術(shù)關(guān)節(jié)大致包括支承面，該支承面包括球面頂部上的杯形受器或在杯 形受器14中放置的球或球面IO，如圖1所示。這些關(guān)節(jié)以與其它已知球窩節(jié)相類似的方 式通過樞轉(zhuǎn)來運(yùn)動(dòng)。矩形18通常表示在關(guān)節(jié)(如由具體關(guān)節(jié)支撐的那樣)，比如另外的脊 椎骨、骨骼及組織上方的身體質(zhì)量。圓圈22表示在關(guān)節(jié)上方身體重量的片段，提供用于舉 例說明的基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)球10樞轉(zhuǎn)到位置10'時(shí)，如使關(guān)節(jié)彎曲發(fā)生的那樣(這時(shí)具有人造 關(guān)節(jié)的人正在彎曲)，身體質(zhì)量18和基準(zhǔn)點(diǎn)22運(yùn)動(dòng)到由18'和22'所示的位置。要理解 到，位置22'在比位置22低的豎直高度。 因此要認(rèn)識(shí)到，當(dāng)關(guān)節(jié)通過轉(zhuǎn)動(dòng)球10樞轉(zhuǎn)時(shí)，點(diǎn)22大致降低，因?yàn)樗\(yùn)動(dòng)到位置 22'。重力有助于關(guān)節(jié)的樞轉(zhuǎn)，因?yàn)樵陉P(guān)節(jié)上方的身體質(zhì)量18、22運(yùn)動(dòng)到較低位置。重力 單獨(dú)將施加繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的力，從而使身體質(zhì)量18、22運(yùn)動(dòng)到甚至更低的位置。為了將身體質(zhì) 量18、22運(yùn)動(dòng)回到其原始位置需要額外的力。由于作用在每個(gè)關(guān)節(jié)上方的身體質(zhì)量上的重 力和由于圍繞每個(gè)關(guān)節(jié)的肌肉和其它組織的張力而使脊柱處于壓縮狀態(tài)。這些壓縮力往往 使現(xiàn)有技術(shù)的人造關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)離開中性位置，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)表示最小能量狀態(tài)，即重力勢 能和拉力被最小化的位置。 因此，要認(rèn)識(shí)到，所示關(guān)節(jié)是固有不穩(wěn)定的關(guān)節(jié)。 一旦運(yùn)動(dòng)離開中性位置，由周圍 組織中的張力或在關(guān)節(jié)上方的身體重量引起的對(duì)關(guān)節(jié)的壓縮往往使運(yùn)動(dòng)繼續(xù)?，F(xiàn)有技術(shù)的 關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)是穩(wěn)定的，而不是在中間位置，這意味著在關(guān)節(jié)上的壓縮力往往將關(guān)節(jié)運(yùn) 動(dòng)到運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)，而不是在中心位置。
圍繞現(xiàn)有技術(shù)關(guān)節(jié)的肌肉結(jié)構(gòu)和其它組織結(jié)構(gòu)必須克服作用在脊柱上的壓縮力， 比如重力將關(guān)節(jié)保持在中性位置(即關(guān)節(jié)不被移動(dòng)的靜止位置，這時(shí)周圍肌肉和組織處于 靜止長度)。由于脊柱關(guān)節(jié)很少在精確的中性位置，所以周圍肌肉和組織極力要將這種人造 關(guān)節(jié)保持在所需的位置，比如當(dāng)豎直坐著或站著時(shí)而可能承受相當(dāng)大的應(yīng)力。另外，周圍肌 肉和組織必須更加有力地起作用，以在脊柱彎曲之后使關(guān)節(jié)返回到中性位置。這又可能導(dǎo) 致對(duì)脊柱的肌肉、相連組織和相鄰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的損傷，從而加重疼痛和妨礙脊柱的正常運(yùn)動(dòng)。
因此可以理解，為什么希望具有一種有力穩(wěn)定的人造盤。最好具有這樣一種人造 關(guān)節(jié)，即作用在脊柱上的壓縮力，比如作用在身體質(zhì)量上和關(guān)節(jié)上方的重量的重力必然能 將關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)回到中性位置且不離開中性位置。 圖2表示人的脊柱的示例，該脊柱具有圖1的人造盤中的兩個(gè)或多個(gè)。圖中示出多 個(gè)脊骨30a-30g和多個(gè)健康的脊椎盤34a、34b、34e、34f 。在脊骨30c與30d之間和在脊骨 30d與30e之間的自然脊椎盤已經(jīng)由現(xiàn)有技術(shù)人造盤38c和38d置換，該人造盤38c和38d 包括關(guān)于圖l所論述的球和凹槽盤。如已經(jīng)論述的那樣，球和凹槽盤存在固有的不穩(wěn)定性， 其中，象重力之類的壓縮力增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)，并將關(guān)節(jié)拉離中性位置較遠(yuǎn)，而不使關(guān)節(jié)返回到中性 位置。 使38c和38d所示的兩個(gè)或多個(gè)人造盤的問題愈加嚴(yán)重。當(dāng)一個(gè)人造盤，比如38d 運(yùn)動(dòng)離開中性位置時(shí)，重力、圍繞脊柱的身體組織的不平衡張力等引起第二人造盤38c在 38d的相反方向上樞轉(zhuǎn)。具有多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)人造盤的病人可能沒有能力將他們的脊柱保持 在正確對(duì)準(zhǔn)或姿勢中，因?yàn)槿嗽毂P往往將脊柱推動(dòng)到彎曲或疊并位置。因此，脊柱或者由于 人造盤38c、38d的不穩(wěn)定性和身體不能將脊柱保持在正確位置而產(chǎn)生脊柱側(cè)凸或彎曲，或 者顯著較大應(yīng)力被置于肌肉和連接組織上，以便身體將脊柱保持在其正確方位。隨著時(shí)間 推移，由于人造盤造成的脊柱彎曲或疊并往往會(huì)損壞與脊柱相關(guān)聯(lián)的組織。因此要認(rèn)識(shí)到， 在人造盤缺乏自然穩(wěn)定性的場合，人造關(guān)節(jié)取得長期良好結(jié)果被降低，并且隨著被置換盤 的數(shù)量增加而急劇地降低。事實(shí)上，人造關(guān)節(jié)可能另外加速健康脊柱元件的損壞。
具有單個(gè)現(xiàn)有技術(shù)人造盤的脊柱可能導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)相鄰自然盤不希望有的過 分彎曲，從而造成與圖2中所示脊柱形狀相類似的脊柱形狀。與人造關(guān)節(jié)相鄰的自然盤不 希望有的彎曲可能引起或加速自然關(guān)節(jié)的退化，并且可能導(dǎo)致置換另外盤的需要。
對(duì)人造盤另外的重要性是自然運(yùn)動(dòng)的保持和恢復(fù)。利用人造關(guān)節(jié)提供自然運(yùn)動(dòng)由 于多個(gè)原因是重要的，比如向人提供舒適的運(yùn)動(dòng)。或許更為重要的是，人造關(guān)節(jié)對(duì)于周圍組 織可能具有的影響。如果運(yùn)動(dòng)是不自然的，則承擔(dān)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的組織，比如周圍肌肉、腱等可 能受到關(guān)節(jié)的不利影響。周圍組織可能沒有能力正確地控制關(guān)節(jié)，或者由于人造關(guān)節(jié)的運(yùn) 動(dòng)變化而可能逐漸退化。因此，人造關(guān)節(jié)設(shè)有自然運(yùn)動(dòng)對(duì)于人造關(guān)節(jié)獲得長期良好結(jié)果可 具有顯著影響。 許多人造關(guān)節(jié)，比如人造膝或髖部是具有比較簡單運(yùn)動(dòng)的比較簡單的關(guān)節(jié)，比如 鉸鏈或窩中球型關(guān)節(jié)。然而，脊椎和自然盤具有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。自然盤是軟墊，但不像褥墊。 自然盤便于和支持脊椎骨的運(yùn)動(dòng)，并且使脊椎骨能隨著水平、豎直和旋轉(zhuǎn)的組合運(yùn)動(dòng)而跨 越盤移動(dòng)，以完成脊柱的正常運(yùn)動(dòng)。 現(xiàn)有技術(shù)人造盤，如圖1和2中所示的人造盤與脊柱的自然運(yùn)動(dòng)配合得并不好。許 多現(xiàn)有技術(shù)人造盤使脊椎能以樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來運(yùn)動(dòng)，并且具有對(duì)稱的向前和向后運(yùn)動(dòng)。如已經(jīng)提到的那樣，自然關(guān)節(jié)與人造關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動(dòng)差異能對(duì)周圍肌肉和組織引起不利影響。肌 肉和組織被定向并習(xí)慣于按自然運(yùn)動(dòng)使關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，并且可能退化或不能正確地控制具有不 自然運(yùn)動(dòng)的人造關(guān)節(jié)。正確運(yùn)動(dòng)和控制人造關(guān)節(jié)的這種退化和無能，加重現(xiàn)有技術(shù)人造關(guān)
節(jié)的不穩(wěn)定性，并且可能引起或加重關(guān)于圖1和2所論述的關(guān)節(jié)問題。 因此可認(rèn)識(shí)到，為什么希望具有一種人造盤，該人造盤導(dǎo)致有力穩(wěn)定并提供自然 運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)。達(dá)到這樣的結(jié)果要提供一種人造盤和生成關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)將對(duì)身體的不利影響， 比如承擔(dān)控制關(guān)節(jié)的周圍組織的退化和在自然位置對(duì)身體提供支撐的關(guān)節(jié)的損傷降至最 低程度。 對(duì)頸椎(頸部)的運(yùn)動(dòng)研究顯示，脊柱的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜和非對(duì)稱運(yùn)動(dòng)?？梢钥?出，脊柱的運(yùn)動(dòng)是脊椎體的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的耦合。本文通過描述在相關(guān)脊柱盤上方的脊 椎體的部分相對(duì)于在盤下面的脊椎體的對(duì)應(yīng)部分的運(yùn)動(dòng)，典型地描述了脊柱的運(yùn)動(dòng)。撓曲 /延伸涉及脊椎體向前或向后的平移與脊椎體在平移的同一方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)相組合。轉(zhuǎn)動(dòng)大 致涉及脊椎體圍繞脊椎體中心稍微后面一點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)與某些升高和某些側(cè)向傾斜相組合、脊 椎體在左向轉(zhuǎn)動(dòng)期間向左有些傾斜等。橫向彎曲(左右地)通過多個(gè)脊椎關(guān)節(jié)的配合與 轉(zhuǎn)動(dòng)、撓曲/延伸及橫向傾斜的組合來完成。自然脊柱的運(yùn)動(dòng)已在下列文獻(xiàn)中有所描述 Panjabi等人，脊柱2001年12月15日；26(24) :2692-700 ;Ishii等人，脊柱2006年1月 15日;31 (2) :155-60 ;Ishii等人，脊柱2004年12月15日;29(24) :2826-31 ;及Ishii等 人，脊柱2004年4月1日;29(7) :E139-44。 圖3表示脊骨50的俯視圖。脊骨包括用于周圍組織的連接、脊髓柱的通過等的各 種結(jié)構(gòu)。由于本發(fā)明涉及脊椎盤和提供人造盤，所以脊椎骨的附圖和論述大致將局限于脊 椎體-以50a所示連接到脊椎盤上的圓形前部區(qū)域。因此，本中請(qǐng)為簡單起見將脊椎體表 示為圓形或圓柱形截面。脊椎的盤區(qū)域的后部(后面)以點(diǎn)54表示，而前部(前面)以58 表示。小平面關(guān)節(jié)52有助于控制自然脊柱的運(yùn)動(dòng)，如大致理解的那樣。這些點(diǎn)在論述脊椎 骨的運(yùn)動(dòng)時(shí)將涉及到。 圖4表示兩個(gè)脊椎的側(cè)(橫向)視圖，示出頸椎在向前和向后撓曲時(shí)的典型運(yùn)動(dòng)。 可以看出，脊椎骨50的后部54和前部58相對(duì)于脊椎骨46作不同運(yùn)動(dòng)。脊椎骨50的前部 58呈現(xiàn)比脊椎骨50的后部54量大的豎直運(yùn)動(dòng)。還可以看出，脊椎骨50的運(yùn)動(dòng)涉及相對(duì)于 脊椎骨46相當(dāng)量的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在脊椎骨之間的盤62十分適應(yīng)，并且改變形狀，以便于脊椎 的運(yùn)動(dòng)，比如便于脊椎骨50的向前和向后運(yùn)動(dòng)。盡管本發(fā)明在對(duì)頸盤置換的關(guān)節(jié)上下文中 論述了人造關(guān)節(jié)，但將要認(rèn)識(shí)到，它也可以用來置換其它脊柱盤，大致通過稍微地修改人造 關(guān)節(jié)的尺寸并且可能通過對(duì)突出部和凹入部形狀的修改來控制運(yùn)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)范 圍。 圖5A表示脊椎骨50的俯視圖，具體示出在橫向彎曲期間脊椎各個(gè)點(diǎn)的水平運(yùn)動(dòng)。 脊椎骨50的后部54在橫向彎曲期間保持在基本上同一位置。脊椎骨50的前部58和中心 66相對(duì)于脊椎骨50的后部54樞轉(zhuǎn)，從而按箭頭70和74所示的弧形運(yùn)動(dòng)來運(yùn)動(dòng)。脊椎骨 50的左側(cè)78和右側(cè)82也以弧形運(yùn)動(dòng)來運(yùn)動(dòng)，好像如箭頭86和90所示圍繞脊椎的后部54 樞轉(zhuǎn)。 圖5B表示脊椎骨50的前視圖，具體示出在橫向彎曲期間脊椎骨各個(gè)點(diǎn)的豎直運(yùn) 動(dòng)。脊椎骨46和盤62也被示出，以便具體說明脊椎骨50相對(duì)于脊椎骨46的運(yùn)動(dòng)。在橫向彎曲時(shí)，脊椎骨50的前部58相對(duì)于脊椎骨46水平地運(yùn)動(dòng)，如箭頭94所示的那樣。脊椎 骨50的左側(cè)78和右側(cè)82豎直地以及水平地運(yùn)動(dòng)，如箭頭98和102所示的那樣。
如圖5A和5B具體示出的那樣，脊椎骨50的橫向彎曲是復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。脊椎骨50 既滑動(dòng)又側(cè)向扭轉(zhuǎn)。脊椎骨50橫跨盤62滑動(dòng)，從而圍繞脊椎骨50的后部點(diǎn)54樞轉(zhuǎn)。當(dāng) 脊椎骨50的左側(cè)78或右側(cè)82側(cè)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們豎直地運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于脊椎骨46扭轉(zhuǎn)脊椎骨 50。如上所述，橫向彎曲大致涉及多個(gè)脊柱關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。圖5A和 5B描述了單個(gè)脊柱關(guān)節(jié)的所需運(yùn)動(dòng)，以便適應(yīng)脊柱的自然橫向彎曲。 圖6A表示脊椎骨50的俯視圖，具體示出在脊柱50轉(zhuǎn)動(dòng)期間脊椎各個(gè)點(diǎn)的水平運(yùn) 動(dòng)。脊椎骨50圍繞稍微在脊椎骨中心后面的點(diǎn)66轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，前部點(diǎn)58、后部點(diǎn)54和橫 向點(diǎn)78、82按照所示的箭頭56、60、80、84運(yùn)動(dòng)。圖6B表示脊椎骨50以及脊椎骨46和盤 62的前視圖，具體示出在脊椎骨50轉(zhuǎn)動(dòng)期間該脊椎骨50的水平運(yùn)動(dòng)。脊椎骨50經(jīng)受某些 豎直升起以及朝向轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)的傾斜(即在向左轉(zhuǎn)動(dòng)期間向左側(cè)傾斜)，如箭頭96、100、104所 示的那樣。 現(xiàn)有技術(shù)人造盤，如圖1中所示的人造盤涉及球窩型構(gòu)造、或在兩個(gè)窩之間的半 球形盤等。要認(rèn)識(shí)到，圖1的現(xiàn)有技術(shù)人造脊椎骨不以與圖3-6中所論述的自然脊椎骨相類 似的方式運(yùn)動(dòng)。圖7A表示對(duì)撓曲/延伸和橫向彎曲都是典型的現(xiàn)有技術(shù)人造盤的運(yùn)動(dòng)。上 部脊椎表面10的后部106和前部110按照箭頭114、 118運(yùn)動(dòng)。要認(rèn)識(shí)到，這種運(yùn)動(dòng)與圖4 中所示的自然脊柱的撓曲運(yùn)動(dòng)和橫向彎曲運(yùn)動(dòng)十分不同。人造盤的橫向彎曲運(yùn)動(dòng)類似于撓 曲運(yùn)動(dòng)，而自然脊柱利用轉(zhuǎn)動(dòng)和撓曲的組合運(yùn)動(dòng)而橫向彎曲。在身體中存在的壓縮力(比 如身體的重量和肌肉和腱等的張力)往往使自然脊椎骨返回到中性撓曲位置，這里施加到 現(xiàn)有技術(shù)人造盤上的壓縮力往往將現(xiàn)有技術(shù)人造盤運(yùn)動(dòng)到末端撓曲或彎曲位置，離開中性 位置。 圖7B表示圖1中現(xiàn)有技術(shù)人造盤的俯視圖，具體示出生成關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上部 脊椎骨表面10圍繞中心122樞轉(zhuǎn)，如箭頭126所示的那樣。球窩型人造盤圍繞盤的中心樞 轉(zhuǎn)，并在盤沒有任何豎直運(yùn)動(dòng)的情況下樞轉(zhuǎn)。如圖5和6中所示，自然脊椎骨圍繞更朝向盤 的后部一點(diǎn)樞轉(zhuǎn)，與一些升高和傾斜相組合，現(xiàn)有技術(shù)人造盤不會(huì)適當(dāng)?shù)刂貜?fù)這些運(yùn)動(dòng)。在 身體中存在的壓縮力(比如重力和肌肉張力等)將自然脊椎移置到中性樞轉(zhuǎn)位置，而現(xiàn)有 技術(shù)人造脊椎骨不被移置到中性位置。 因此要更好地認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)有技術(shù)人造盤如何產(chǎn)生這種關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)缺乏固有的穩(wěn) 定性(不能使自身對(duì)中，或者由于作用在脊柱上的自然壓縮力而不被移置到中性位置)，而 且不能再作自然脊柱的運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)因素都導(dǎo)致不自然運(yùn)動(dòng)，并將額外應(yīng)力置于操作具體 脊柱關(guān)節(jié)的肌肉、相連組織和支撐關(guān)節(jié)上。因此，現(xiàn)有技術(shù)人造盤可促使脊柱進(jìn)一步損傷。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8，圖中示出本發(fā)明的人造關(guān)節(jié)130的分解透視圖。關(guān)節(jié)130包括上 部134，其具有多個(gè)突出部138a、138b、138c(大致為138);和下部142，其具有多個(gè)凹入部 146a、146b、146c(大致為146)。當(dāng)人造關(guān)節(jié)被組裝以置換脊柱中的盤時(shí)，突出部138被容 納在凹入部146中。凹入部146限定突出部138接觸的表面，并限定突出部運(yùn)動(dòng)和由此上 表面134相對(duì)于下表面142的運(yùn)動(dòng)的可能范圍。突出部表面與凹入部表面之間的相互作用 形成人造關(guān)節(jié)130的受控運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)更精密地相似于自然脊柱的運(yùn)動(dòng)。
在以下圖中示出本發(fā)明和在論述本發(fā)明時(shí)，凹入部和突出部常常用有界限的區(qū)域表示。通過以下論述和附圖要認(rèn)識(shí)到，突出部和凹入部常常是平滑輪廓，并且逐漸從周圍材 料過渡。因此，對(duì)于突出部或凹入部不可能有尖銳限定的邊緣。凹入部的限定邊界例如可 以表示突出部用于運(yùn)動(dòng)的區(qū)域、或在要求人造關(guān)節(jié)使用期間接觸突出部的區(qū)域。在人造關(guān) 節(jié)的一些構(gòu)造中，突出部或凹入部可以具有較尖銳的限定邊緣，比如當(dāng)保持壁用來對(duì)人造 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍提供確定極限時(shí)。在其它構(gòu)造中，凹入部可能是無界限的，或者沒有清晰的 邊緣，并且可以具有另一種結(jié)構(gòu)，比如限制上表面相對(duì)于下表面運(yùn)動(dòng)的銷。因此要理解，術(shù) 語凹入部廣義地用來定義接受突出部的一般區(qū)域或部分，并且不用于將結(jié)構(gòu)局限于具有相 對(duì)側(cè)壁或細(xì)長性質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 以下附圖和說明將更好地描述突出部138和凹入部146的外形和由人造關(guān)節(jié)130 允許的生成范圍和運(yùn)動(dòng)類型。通過附圖和論述將要認(rèn)識(shí)到，凹入部146不必需要有陡峭傾 斜的豎直邊緣，為的是絕對(duì)地容納突出部138，而是可以從下表面142的相鄰表面提供逐漸 過渡。術(shù)語凹入部用來描述這種表面，該表面被突出部138接觸，并且跨越該表面突出部滑 動(dòng)，以便于人造盤130運(yùn)動(dòng)。 上部134的上表面132和下部142的下表面144(不可見)被構(gòu)造成用于對(duì)骨骼 的連接，由此形成人造關(guān)節(jié)。因此，連接面132、144可以具有尖狀物、多孔結(jié)構(gòu)、導(dǎo)致粘結(jié)骨 骼的化學(xué)物品等，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那些。這些表面在每張圖中沒有詳細(xì)表示，但在可能 必要時(shí)，要理解成是本文公開的所有人造關(guān)節(jié)的部分。另外，上部134和/或下部142的基 底在厚度上可以逐漸縮減，使得生成人造盤130為楔形，而不是扁平。楔形人造盤在處置病 人脊柱中出現(xiàn)的脊柱前凸、脊柱后凸、脊柱側(cè)凸、或其它狀況時(shí)是有用的。使用具有逐漸縮 減厚度以便產(chǎn)生楔形人造盤的人造關(guān)節(jié)元件要理解成是本文公開的所有人造關(guān)節(jié)的部分。 將要認(rèn)識(shí)到，這種連接結(jié)構(gòu)或逐漸縮減厚度在所有情形下可能并非必要，或者可能常常是 不同的尺寸或構(gòu)造，特別是在比如人造關(guān)節(jié)用于核心置換而被設(shè)定尺寸的情形下。
圖9表示關(guān)節(jié)130的部分剖開俯視圖，具體示出突出部138和凹入部146的一種 可能構(gòu)造。下部142和凹入部146、以及突出部138的橫截面視圖是可見的。為清楚起見， 省去了上部134的剩余部分(盡管在本申請(qǐng)中論述了突出部從上部向下延伸到在下部中的 凹入部里，但將要認(rèn)識(shí)到，構(gòu)造可以顛倒，以便突出部從下部向上延伸到上部中的受器里， 同時(shí)保持本文論述的穩(wěn)定性)。 圖9和下面許多圖都是沿著圖8中線9-9截取的，并用來表示突出部和凹入部的 形狀和方位以及人造關(guān)節(jié)的構(gòu)造。 突出部138在上部134上形成為半球形突出部，并用剖面線具體示出，以與凹入部 146區(qū)分開。凹入部146在下部142中形成。該凹入部可以形成為半球形凹入部，或者可以 形成為橢圓形、腎形或蛋形凹入部。例如，前部凹入部146a形成為具有側(cè)向延伸的長軸線 的橢圓形凹入部。橫向凹入部146b、146c可以形成為具有長軸線的橢圓形凹入部，該長軸 線與下層142的相鄰邊緣有些平行地延伸。不管形狀如何，優(yōu)選的是，凹入部左右比相關(guān)突 出部的相鄰部分大，以便突出部在嚙合凹入部的側(cè)壁(該側(cè)壁大致是傾斜的，而不是豎直 的)之前，提供某種程度的平移運(yùn)動(dòng)。 如在隨后圖中更明確舉例說明的那樣，受器大致被成型以控制生成的人造關(guān)節(jié)的 運(yùn)動(dòng)。大致，受器146的底部比較平坦，以允許某些平移運(yùn)動(dòng)，并且受器的內(nèi)側(cè)日益傾斜，從 而當(dāng)上部134的特定側(cè)朝向下部142的中心滑動(dòng)時(shí)，引起上部134的升起。受器146的外部在受器的下部方向上可以簡單地延續(xù)，或者可以包含限制人造關(guān)節(jié)130運(yùn)動(dòng)的保持壁或 陡峭的傾斜面。沒有意圖是，突出部138將爬上受器146的這種傾斜的外部，以便升起上部 134的側(cè)面，該上部134正在運(yùn)動(dòng)離開下部142的中心，象這樣大致與自然脊柱的運(yùn)動(dòng)相反。
另外，凹入部146可以以各種角度定向，以有助于控制關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。前部凹入部 146a可以定向，以便稍微朝向前面，而不是完全豎直。橫向凹入部146b、146c可以稍微向后 和向橫向側(cè)外定向。 圖10表示圖9中下部142的側(cè)視圖?？梢愿宄乜吹?，前部凹入部146a如何在 向前方向上而不是完全豎直地定向，和橫向凹入部146b (未示出)、146c如何定向，使得它 們從完全豎直方位向外和向后傾斜。凹入部146的方位有助于控制突出部和上部的運(yùn)動(dòng)； 因此控制人造盤130的運(yùn)動(dòng)。人造盤130的運(yùn)動(dòng)將在下面各圖和說明中更詳細(xì)地論述。
圖ll表示人造盤130的另一個(gè)部分剖開俯視圖，具體示出突出部138和凹入部 146的替代構(gòu)造。突出部138被形成以便具有側(cè)面，這些側(cè)面大致與后點(diǎn)150徑向?qū)?zhǔn)，如 從后點(diǎn)150延伸的短劃基準(zhǔn)線表示的那樣。類似地，受器146的輪廓大致隨著那些徑向線。 這種徑向?qū)?zhǔn)促使盤圍繞后點(diǎn)150轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬如上所述的自然脊柱的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，前突出部138a橫向運(yùn)動(dòng)，如箭頭148所示的那樣，并且橫向突出部 138b、138c如箭頭152和156所示的那樣運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上部134轉(zhuǎn)動(dòng)到右邊時(shí)，左橫向突出部 138c豎直地升高(到頁面外)，因?yàn)樗鼑Ш习既氩康膫?cè)壁，由此模擬在轉(zhuǎn)動(dòng)期間自然脊柱的 傾斜。當(dāng)上表面134轉(zhuǎn)動(dòng)到相對(duì)于下表面142的左邊時(shí)，右橫向突出部138b以類似方式升 高。這些運(yùn)動(dòng)也表示在圖13-15中。 圖12表示人造盤130的另一個(gè)部分剖視圖，具體示出突出部138和凹入部146的 替代構(gòu)造。橫向突出部138b、138c和橫向凹入部146b、146c已經(jīng)形成，使得它們稍微彎曲。 該彎曲促使上部134圍繞相對(duì)于下部142的點(diǎn)154轉(zhuǎn)動(dòng)。橫向突出部138b、138c和橫向凹 入部146b、146c的曲面有助于將盤130的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)約束成預(yù)定運(yùn)動(dòng)。 點(diǎn)154稍微在盤130的后部(以點(diǎn)158表示)的前方，但在盤的中心162后面。當(dāng) 盤130的上部134被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，前突出部138a按照箭頭166運(yùn)動(dòng)，并且橫向突出部按照箭頭 170和174運(yùn)動(dòng)。凹入部146c的形狀使得當(dāng)上部134向右樞轉(zhuǎn)時(shí)左橫向突出部138c被豎 直地升高，并且凹入部146b的形狀使得當(dāng)上部向左樞轉(zhuǎn)時(shí)右橫向突出部138b升高-因此 模擬轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)自然脊柱的傾斜。 圖13A表示沿線13-13 (如圖12中所示的那樣)的圖8至12中人造盤130的橫剖 視圖。橫截面表示圖8中包括的人造盤130的上部134和下部142兩部分，但為了在指出 所示的截面時(shí)清楚，在圖12中示出剖面線。可以看出，突出部138b和138c如何具有圓形 的下表面，以便于跨越凹入部146b、146c的表面作平穩(wěn)滑動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)和平移)。凹入部146b、 146c同樣光滑地形成，為跨越所需運(yùn)動(dòng)范圍的平穩(wěn)和連續(xù)運(yùn)動(dòng)提供保證。在靜止位置，突出 部138b、138c的底部倚靠在凹入部146b、146c的大致平底部上。因此，關(guān)節(jié)高度穩(wěn)定，因?yàn)?它對(duì)于被保持在靜止?fàn)顟B(tài)下的關(guān)節(jié)不要求額外起作用。施加在關(guān)節(jié)上的壓縮力，比如身體 重量和周圍組織的張力的那種力往往會(huì)將關(guān)節(jié)移置到這種靜止?fàn)顟B(tài)。關(guān)節(jié)的靜止?fàn)顟B(tài)是有 力穩(wěn)定的(動(dòng)力最小)，并且與自然脊柱的中性位置相對(duì)應(yīng)。 當(dāng)上部134滑動(dòng)到相對(duì)于下部142的右邊時(shí)(如在自然脊柱中發(fā)生的那樣)，左突 出部138c隨著它沿著凹入部146c的表面向上移動(dòng)而升高。右突出部138b大致水平地跨越凹入部146b的一般平底部運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致上部134的傾斜而配合自然脊柱的傾斜，并且 導(dǎo)致人造盤的凈膨脹。上表面134的向左運(yùn)動(dòng)使右突出部138b沿著凹入部146b的側(cè)壁豎 直地升高，同時(shí)左突出部138c大致水平地滑動(dòng)，從而使上部134向左傾斜并且導(dǎo)致人造盤 的凈膨脹。通過使突出部138的移動(dòng)和彎曲與凹入部146的側(cè)壁配合，可使上表面134精 密地相似于在自然脊柱中發(fā)生的移動(dòng)。因此要認(rèn)識(shí)到，置于脊柱上的壓縮力，比如在人造關(guān) 節(jié)上方的身體重量和圍繞自然脊柱的組織中的張力將把人造關(guān)節(jié)推回到中性位置，因?yàn)檫@ 些力起到壓縮人造關(guān)節(jié)的作用。因此，人造關(guān)節(jié)130是自然穩(wěn)定的，因?yàn)檫@些壓縮力往往使 上部134返回到其原始中性位置。因此，額外疲勞不會(huì)置于肌肉和相連組織上，從而提高了 關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。 圖13B表示圖13A的人造關(guān)節(jié)，其上部稍微向右移動(dòng)?？梢钥吹剑怀霾?38c當(dāng) 它向右運(yùn)動(dòng)時(shí)如何升高，并且上部134如何向右傾斜。可以看到，在上部134與下部138之 間的平均距離如何增加，從而導(dǎo)致人造關(guān)節(jié)的凈膨脹。因此，作用在關(guān)節(jié)130上的壓縮力抵 抗關(guān)節(jié)的膨脹，并使其返回到中性位置。 人造關(guān)節(jié)由其運(yùn)動(dòng)引起的膨脹可以以不同方式描述。由關(guān)節(jié)占據(jù)的體積，包括上 部134、下部138及直接在兩者之間空間的體積隨著關(guān)節(jié)移動(dòng)離開中性位置而增大?？商鎿Q 地，當(dāng)關(guān)節(jié)移動(dòng)離開中性位置時(shí)，在上部134與下部142之間的平均距離增加。盡管各種不 同術(shù)語可以用來描述關(guān)節(jié)130的膨脹，但本發(fā)明的人造脊柱盤的設(shè)計(jì)是這樣的，即對(duì)于生 成人造關(guān)節(jié)的預(yù)定運(yùn)動(dòng)范圍，人造關(guān)節(jié)由于關(guān)節(jié)移動(dòng)離開中性位置的結(jié)果而膨脹，并因此 置于人造關(guān)節(jié)上的壓縮力將把關(guān)節(jié)移置回到中性位置。這樣產(chǎn)生一種固有穩(wěn)定的關(guān)節(jié)，因 為在使用時(shí)大致置于關(guān)節(jié)上的力往往將關(guān)節(jié)恢復(fù)到中性位置。對(duì)于人造關(guān)節(jié)的最優(yōu)選的實(shí) 施例，關(guān)節(jié)對(duì)于所有類型的所需運(yùn)動(dòng)都受到凈膨脹，從而導(dǎo)致一種所有類型的運(yùn)動(dòng)均由關(guān) 節(jié)的壓縮抵抗的關(guān)節(jié)、和因此一種自然置于脊柱上的壓縮在對(duì)離開中間位置所有類型的反 作用中將關(guān)節(jié)移置到中性位置的關(guān)節(jié)。 圖13C表示與圖13A和13B的人造關(guān)節(jié)相類似的人造關(guān)節(jié)，但其中突出部138 (表 示橫向突出部138b、138c)形成在下部142上，并且凹入部146(表示橫向凹入部146b、 146c)形成在上部134上?？梢钥吹剑既氩?46的傾斜方向被顛倒，以在人造關(guān)節(jié)130運(yùn) 動(dòng)期間達(dá)到同一方向的傾斜。正是圖13A表示如下凹入部其中，與下部的外邊緣相鄰的段 大致是水平的，而與下部的內(nèi)側(cè)相鄰的段是傾斜的；圖13C表示如下凹入部146 :其中，與上 部134的外邊緣相鄰的段是傾斜的，而與上部的內(nèi)側(cè)相鄰的段大致是水平的。圖13C中所 示的配置保證，上部134當(dāng)向前延伸時(shí)而向前傾斜等，以配合如已論述的脊柱的自然運(yùn)動(dòng)。
因此要認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的人造關(guān)節(jié)可以不總是具有在上部134上的突出部138和 在下部142上的凹入部146，而是可以含有在下部上的突出部和在上部上的凹入部、或者在 上部上和在下部上的突出部和凹入部的組合。大致，當(dāng)希望具有在關(guān)節(jié)的下部142上的突 出部138和在關(guān)節(jié)的上部134上的凹入部146時(shí)，凹入部的相對(duì)方位被顛倒，以便曾被置于 凹入部內(nèi)側(cè)上(離關(guān)節(jié)的中心最近)的傾斜部分被置于在凹入部的外側(cè)上，而曾被置于凹 入部的外側(cè)部分上的大致平坦的部分或較小傾斜部分被置于凹入部的內(nèi)側(cè)部分上。然而， 在大多數(shù)情況下，制造一種突出部在關(guān)節(jié)的頂部上而凹入部在關(guān)節(jié)的底部上的人造關(guān)節(jié)是 較為容易的。 圖14A和14B表示沿線14-14圖8至12中人造盤130的橫剖視圖。橫截面表示在圖8至12中所包括的人造盤130的上部134和下部142兩部分，但為了表示所示截面清 楚，在圖12中示出剖面線。可以看到，當(dāng)上部134向前(朝向下部142的前部)運(yùn)動(dòng)時(shí)，橫 向突出部138b、138c(未示出右橫向突出部138b)如何向上運(yùn)動(dòng)。橫向突出部138b、138c 跨越凹入部146b、146c的表面向上和向前滑動(dòng)。因此，上部134在后部向上樞轉(zhuǎn)大約5-7 度，由此模擬自然脊柱的運(yùn)動(dòng)。未示出的前部突出部138a，可以或是水平地滑動(dòng)，或是可以 甚至沿著前凹入部146中的斜面向下滑動(dòng)，以在關(guān)節(jié)的前面提供類似于自然脊柱的急降運(yùn) 動(dòng)。然而，不像現(xiàn)有技術(shù)人造關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)被構(gòu)造成一旦相關(guān)肌肉被釋放便返回到其原始位 置，使用作用在關(guān)節(jié)上的壓縮力以使突出部138b、138c沿它們的相關(guān)凹入部的側(cè)壁向下滑 回，并且使前部突出部138a滑動(dòng)或升高回到其原始位置。 圖15表示沿線15-15圖8至12中人造盤130的橫剖視圖，其中外加了以前圖中 未示出的運(yùn)動(dòng)限制支柱或擋塊(stop)。橫截面表示在圖8至12中所包括的人造盤的頂部 和底部兩部分，但為了表示所示截面清楚，在圖12中示出剖面線。前部突出部138a和凹入 部146a是可見的。當(dāng)上部134向后(朝向下表面的后部)運(yùn)動(dòng)時(shí)，前突出部138a豎直地 升高，因?yàn)樗匕既氩?46a的傾斜面向上滑動(dòng)。為了限制上部134相對(duì)于下部142運(yùn)動(dòng)， 上部和下部中的一個(gè)部分可以在其上具有形成的支柱178(在以前圖中未示出)，而另一部 分可以具有對(duì)應(yīng)孔182或受器，以接受支柱178。各種不同方法和結(jié)構(gòu)可以用來肯定地限制 人造關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。 將支柱178的運(yùn)動(dòng)限制到由孔182限定的空間約束上表面134相對(duì)于下表面142 的運(yùn)動(dòng)，并因此約束由人造盤130提供的運(yùn)動(dòng)范圍。這在防止事故或其它強(qiáng)烈沖擊中可能 發(fā)生的人造盤130脫位(上表面134跨越或離開下表面142運(yùn)動(dòng)得太遠(yuǎn))時(shí)可能是重要的。
頸椎骨的運(yùn)動(dòng)比較小。例如，在向前和向后撓曲時(shí)，脊椎骨可以向前傾斜大約10 度和向后傾斜大約5度。相同的運(yùn)動(dòng)可以大致涉及脊椎骨相對(duì)于下面的脊椎骨滑動(dòng)大約1 或2毫米。在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，脊椎骨可以樞轉(zhuǎn)大約4度，并且相對(duì)于下面的脊椎骨滑動(dòng)大約0. 5或 1毫米。因此，孔182的直徑可以大于支柱178大約4毫米。 圖13-15具體示出凹入部146如何被成形，當(dāng)上部134運(yùn)動(dòng)時(shí)既將突出部138的 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)入預(yù)定的方向又有選擇地升高突出部中的一個(gè)或多個(gè)。各突出部被導(dǎo)入模擬自然脊 柱運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)人造盤130向前撓曲時(shí)，上部134向前滑動(dòng)并且還向前傾斜，因?yàn)闄M向突 出部138b、138c被凹入部146b、146c豎直地升高。 當(dāng)人造盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，突出部138和凹入部146也幫助模擬自然脊椎的運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng) 上部134向右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，前突出部138a將向右滑動(dòng)，左橫向突出部138c將向左和稍微向前滑 動(dòng)，且將被豎直地升高，而右突出部138b將向左和稍微向后滑動(dòng)。通過控制突出部138的 形狀和凹入部146的底部和側(cè)壁的形狀和彎曲，可以精細(xì)地控制上部134和下部142的三 維運(yùn)動(dòng)。因此，可產(chǎn)生一種比圖1的人造關(guān)節(jié)精密得多地模擬自然脊柱運(yùn)動(dòng)的人造關(guān)節(jié)。
圖16表示人造關(guān)節(jié)130的突出部138和凹入部146的詳圖。為清楚起見只示出 一個(gè)突出部138和凹入部146，但論述的原理適用于突出部138/凹入部146組合中的每一 種。凹入部146可以形成有大致平坦和水平的下部段186、彎曲過渡段190、和較陡峭的傾 斜段194。突出部138形成有圓形端部198，該圓形端部198可以平滑地跨越凹入部146滑 動(dòng)，包括平滑地跨越凹入部的各個(gè)段過渡。將要認(rèn)識(shí)到，突出部和凹入部的不同形狀，比如 彎曲段190可以用來改變?nèi)嗽礻P(guān)節(jié)的特性運(yùn)動(dòng)，所述彎曲段190或快或慢地彎曲，以提高上部134相對(duì)于其平移運(yùn)動(dòng)的升高速率。 突出部138可以位于凹入部的過渡段190中的靜止位置，使得突出部138當(dāng)滑離 傾斜部分194(圖16中向左)時(shí)將在大致水平方向上滑動(dòng)，并且使得當(dāng)突出部滑向凹入部 146的傾斜部分(圖16中向右)時(shí)，將立即開始向上以及水平地運(yùn)動(dòng)。突出部138和凹入 部146的這樣一種構(gòu)造可以用來產(chǎn)生本身對(duì)中和有力穩(wěn)定的人造盤。 突出部138和凹入部146可以被定向，使得突出部當(dāng)大致滑離下部142的中心時(shí) 大致水平地滑動(dòng)，并且使得突出部當(dāng)大致朝向下層142的中心滑動(dòng)時(shí)既水平又向上滑動(dòng)。 因此，當(dāng)人造盤向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，如在脊柱向前撓曲時(shí)發(fā)生的那樣，前突出部138a大致向前滑 動(dòng)，而橫向突出部跨越橫向凹入部138b、138c的過渡部分190和傾斜部分194既向前又向 上滑動(dòng)。因此，人造盤130的上層134的后部向上升高，從而引起人造盤134上方支撐的身 體重量和組織的升高。上部134和在其上支撐的重量的升高克服重力，并克服支撐脊柱的 肌肉和組織的張力。因此，置于關(guān)節(jié)上的身體重量的壓縮力和在支撐組織中的張力將導(dǎo)致 關(guān)節(jié)返回到中性位置，從而降低升高的橫向突出部138b、138c并降低上部134和支撐的重 量。在人造盤130的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中完成類似模式的操作。 在對(duì)于向前撓曲論述的同時(shí)，將要認(rèn)識(shí)到，每個(gè)凹入部146可以設(shè)有圍繞整個(gè)周 邊的傾斜側(cè)壁，由此隨著水平運(yùn)動(dòng)的任何方向有選擇地控制相關(guān)突出部138的升起。通過 配合突出部138的彎曲和凹入部146的彎曲達(dá)到上部134的三維運(yùn)動(dòng)的基本控制。
因此，人造盤130優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，因?yàn)樵摫P產(chǎn)生一種能力穩(wěn)定或自對(duì)中并偏置回 到中性位置的關(guān)節(jié)，而現(xiàn)有技術(shù)人造盤產(chǎn)生重力不穩(wěn)定且一旦運(yùn)動(dòng)離開中性位置便偏離中 性位置更遠(yuǎn)的關(guān)節(jié)。另外，人造關(guān)節(jié)130產(chǎn)生精密地近似脊柱自然運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。較精密地 配合脊柱的自然運(yùn)動(dòng)減少在使用時(shí)對(duì)圍繞人造關(guān)節(jié)的組織的不利影響，并且促進(jìn)人造關(guān)節(jié) 的長期效果良好。 圖17具體示出限制生成關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍的人造盤130的突出部138和凹入部146 的替代構(gòu)造。突出部138已經(jīng)形成有圓形端部202，該圓形端部202較陡峭地彎曲離開與 凹入部146的接觸點(diǎn)。凹入部146已經(jīng)形成有內(nèi)保持壁206和外保持壁210。突出部138 在運(yùn)動(dòng)到在凹入部146內(nèi)的末端位置之后將接觸保持壁中的一個(gè)。凹入部中的任一個(gè)或全 部因而可以形成有保持壁，以限制上表面134相對(duì)于下表面142的運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)突出部在 靜止位置時(shí)，在保持壁206、210與突出部138之間的空間將確定上表面134的、和由人造盤 130產(chǎn)生的關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。 保持壁206、210可以圍繞凹入部146完全延伸并彼此相連，或者可以形成為單獨(dú) 的結(jié)構(gòu)。將要認(rèn)識(shí)到，內(nèi)保持壁206可以不需要。如果凹入部146中的每一個(gè)形成有外保 持壁210，則突出部138和上表面134的運(yùn)動(dòng)范圍將在所有方向上由外保持壁210限制。類 似地，如果關(guān)節(jié)由內(nèi)保持壁完全約束，則外保持壁可以不需要。 內(nèi)保持壁206可以用來更精確地控制突出部138和上表面134在選定方向上的運(yùn) 動(dòng)。圖18表示這樣一種用途。例如，內(nèi)保持壁206b、206c可以置于凹入部146b、146c的內(nèi) 側(cè)上。內(nèi)保持壁206b、206c防止橫向突出部138b、138c在完全橫向方向上運(yùn)動(dòng)。內(nèi)保持壁 206b、206c倚靠橫向突出部138b、138c定位，使得在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)橫向突出部138b、138c不橫向平 移，而是圍繞橫向突出部與內(nèi)保持壁之間的接觸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 例如，如果上部134向右轉(zhuǎn)動(dòng)，則橫向突出部138b、138c不能簡單地平移到左邊或右邊。左橫向突出部138c可以向前和向右運(yùn)動(dòng)，而右橫向突出部138b可以稍微向后運(yùn)動(dòng)。 前突出部138a可以向右和向前運(yùn)動(dòng)。左橫向突出部138c隨著運(yùn)動(dòng)而被豎直地升高，如以 前論述的那樣。因此可以看到，內(nèi)保持壁206b、206c幫助約束人造盤的運(yùn)動(dòng)，以模擬自然脊 柱的運(yùn)動(dòng)。內(nèi)保持壁使轉(zhuǎn)動(dòng)中心大致位于保持壁之間，較靠近人造盤的后端，自然脊柱的轉(zhuǎn) 動(dòng)中心所處的地方。 在向前和向后撓曲時(shí)，上部134應(yīng)當(dāng)如箭頭214、218、222所示以與自然脊柱相類 似的方式運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)中，上表面應(yīng)當(dāng)如箭頭226、230、234所示也以與自然脊柱相類似的 方式運(yùn)動(dòng)。 將要認(rèn)識(shí)到，有可能不會(huì)完美地重復(fù)自然脊柱的運(yùn)動(dòng)，而仍然實(shí)現(xiàn)足夠穩(wěn)定的人 造盤130。照這樣，生成結(jié)構(gòu)例如可以是一種在配合自然運(yùn)動(dòng)與提供固有穩(wěn)定性和自對(duì)中能 力之間的折衷作法。人造關(guān)節(jié)也可以是一種提供對(duì)自然運(yùn)動(dòng)的良好配合、固有穩(wěn)定性、并且 可以由所需材料制造且沒有過分費(fèi)用或困難的折衷作法。然而，本發(fā)明的確提供優(yōu)于現(xiàn)有 技術(shù)的固有不穩(wěn)定人造盤的顯著改進(jìn)，并且精密得多地重復(fù)脊柱的自然運(yùn)動(dòng)。
圖19表示本發(fā)明的人造盤130'的另一個(gè)部分剖視圖。上表面134'(圖20)包 括前突出部138d和后突出部138e。下表面142包括前凹入部146d和后凹入部146e。盡管 兩個(gè)突出部/凹入部結(jié)構(gòu)不可能提供如三個(gè)或多個(gè)突出部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)那樣穩(wěn)定的人造關(guān)節(jié)， 但它仍然在穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)方面提供優(yōu)于傳統(tǒng)人造盤的顯著改進(jìn)效果。例如，突出部138d和 138e的細(xì)長構(gòu)造與現(xiàn)有技術(shù)中那樣的半球形單個(gè)突出部相比，將關(guān)節(jié)對(duì)中所需的力量減至 最小程度。 圖20表示沿線20-20圖19中人造盤130'的橫剖視圖。如所示構(gòu)造的突出部138 和凹入部146，在人造盤130'向前撓曲期間將使前突出部138d向前(向左)滑動(dòng)而后突 出部向前并向上滑動(dòng)，從而使上部134'向前傾斜，并以與自然脊柱相類似的方式使上表面 滑動(dòng)。 類似地，在人造盤的后部撓曲期間后突出部138e將向后滑動(dòng)，而前突出部138d將 沿凹入部146向后和向上滑動(dòng)，從而使上部134'向后傾斜并使上部與自然脊柱類似地滑 動(dòng)。在人造盤向前和向后撓曲期間上部134'的向上運(yùn)動(dòng)將克服重力運(yùn)動(dòng)支撐體，并導(dǎo)致重 力將人造盤移置回到中性位置，如以上論述的那樣。 在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上部134'將大致圍繞人造關(guān)節(jié)130'的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，并且隨著突出部 138的邊緣接觸凹入部146的傾斜部分將使上部盤稍微升高，從而產(chǎn)生將人造盤130'移置 到中性位置的重力。通過修改突出部和凹入部的構(gòu)造，可使上部134'圍繞除在上部的中心 之外的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，可以提供一種較準(zhǔn)確地相似于自然脊柱運(yùn)動(dòng)的人造關(guān)節(jié)。
將要認(rèn)識(shí)到，圖19和20中雙突起人造盤130'不可能象圖8至18中三突起人造 盤130那樣精密地完全近似于自然脊柱的運(yùn)動(dòng)，但可能較易于制造。此外，它比現(xiàn)有技術(shù)的 人造關(guān)節(jié)還要穩(wěn)定。 圖21表示另一種人造盤的透視圖，該人造盤類似于圖8-18的人造盤，并以類似方 式起作用。該盤的不同之處在于，前突出部234，如形成在關(guān)節(jié)的頂部238上具有較陡終接 的前側(cè)。底部242形成有凹入部246，該凹入部246具有對(duì)應(yīng)形狀。橫向突出部250(未示 出254)和橫向凹入部258、262可以形成有與突出部234和凹入部246的形狀相類似的形 狀，或者如前面所示可以較平滑地成形。
圖22表示沿線22-22截取的圖21中關(guān)節(jié)的橫剖視圖?？梢钥吹?，突出部234的幾 乎豎直前側(cè)和凹入部246的幾乎豎直前側(cè)將如何防止上部238相對(duì)于下部242向右運(yùn)動(dòng)大 于短距離，從而達(dá)到運(yùn)動(dòng)限制。提供這樣一種運(yùn)動(dòng)限制有助于保證，人造關(guān)節(jié)一旦安裝到病 人中就不會(huì)過度延伸。如前面已經(jīng)論述的那樣，凹入部246可以被成形，使得突出部234當(dāng) 從所示中性位置向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，將比較水平地運(yùn)動(dòng)，并且使得突出部當(dāng)相對(duì)于基部向左并且 離開所示中性位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直地以及向左運(yùn)動(dòng)。如已經(jīng)論述的那樣，這樣產(chǎn)生穩(wěn)定關(guān)節(jié)， 其中，在關(guān)節(jié)上的壓縮力將關(guān)節(jié)移置到中性位置。將要認(rèn)識(shí)到，突出部和凹入部中的一個(gè)或 多個(gè)可以以這樣一種方式形成，由此限制關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。本文論述的限制人造關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的不 同方法中的一種或多種可供本文所示的不同關(guān)節(jié)構(gòu)造中的任一種使用。
圖23表示另一種人造盤264，該人造盤264使用單個(gè)突出部和單個(gè)凹入部，以實(shí)現(xiàn) 本文論述的穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)控制。頂部266包括單個(gè)凹入部270，而底部274包括單個(gè)突出部 278。凹入部270和突出部278形成有圓形和/或傾斜嚙合面，以便保證在兩者之間的平滑 運(yùn)動(dòng)。突出部278和凹入部270可以形成為多邊形形狀或其它形狀，以限制人造關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn) 動(dòng)和提供關(guān)節(jié)的更自然運(yùn)動(dòng)。將要認(rèn)識(shí)到，圓形凸起部278和凹入部270將不限制頂部266 相對(duì)于關(guān)節(jié)底部274的轉(zhuǎn)動(dòng)。突出部278和凹入部270可以形成為橢圓、正方形、三角形、 或其它形狀。 圖24表示人造盤264的橫剖視圖?？梢钥吹?，凹入部270如何包括從凹入部的中 心過渡的傾斜外壁282和圓形肩部286，并且突出部278如何也具有傾斜過渡區(qū)290和圓 形肩部294。突出部的肩部294接觸傾斜外壁282并跨越其滑動(dòng)，而凹入部270的肩部286 接觸突出部的傾斜過渡區(qū)290并跨越其滑動(dòng)。 在觀看人造關(guān)節(jié)264時(shí)，可以認(rèn)識(shí)到，如果頂部266相對(duì)于底部272向右運(yùn)動(dòng)，則 頂部的右側(cè)將跨越大致水平面大致水平地運(yùn)動(dòng)，并且當(dāng)肩部286、294嚙合傾斜過渡區(qū)282、 290并且跨越它們運(yùn)動(dòng)時(shí)，頂部的左側(cè)將升高。對(duì)于人造關(guān)節(jié)264的橫向彎曲或撓曲/延伸 情況將是這樣。因此，盡管沒有完美地近似脊柱的自然運(yùn)動(dòng)，但人造關(guān)節(jié)264，將產(chǎn)生類似運(yùn) 動(dòng)，并將形成一種由施加到關(guān)節(jié)上的壓縮力移置到所示中性位置的關(guān)節(jié)(當(dāng)關(guān)節(jié)安裝在人 的脊柱中時(shí)情況就是這樣)。為了更好地控制人造關(guān)節(jié)164的運(yùn)動(dòng)，上部266可以彎曲離 開在肩部286上的接觸點(diǎn)，如292所示的那樣。另外，下部274可以在后部中向下傾斜，如 296所示的那樣，以便更精密地近似脊柱的自然運(yùn)動(dòng)。 圖25表示與圖23和24中所示人造關(guān)節(jié)相類似的人造關(guān)節(jié)的頂部298的仰視圖。 可以看到，凹入部302(和在關(guān)節(jié)的底部上形成的對(duì)應(yīng)突出部)可以以除以前所示正方形或 矩形形狀之外的形狀形成。突出部和凹入部的不同形狀將改變生成關(guān)節(jié)的特性運(yùn)動(dòng)。例如， 如所示那樣成形的突出部/凹入部，當(dāng)在除相反方向之外的一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)可能往往升 起得較多，或者在關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)或橫向彎曲期間提供不同的轉(zhuǎn)動(dòng)特性。因此，形狀可以選擇 成，它合理地近似自然脊柱的運(yùn)動(dòng)，并且產(chǎn)生一種由壓縮力移置到中性位置的、而且也是制 造比較簡單的形狀的關(guān)節(jié)。 圖26具體示出用來置換被損壞脊柱盤的核心的本發(fā)明的人造關(guān)節(jié)306的使用，同 時(shí)將自然盤的環(huán)310 (環(huán)纖維化)保留在應(yīng)有位置。將環(huán)310盡可能保留不動(dòng)在某些情況下 可能是有利的，因?yàn)樗鼘?duì)人造關(guān)節(jié)306提供支撐，幫助保持在脊椎骨314上對(duì)中的關(guān)節(jié)306， 或者幫助保持在關(guān)節(jié)底部上對(duì)中的關(guān)節(jié)頂部。用于核心置換的人造關(guān)節(jié)將大致小于用于全盤置換的關(guān)節(jié)。以上所示關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)中的任一種，如果以適當(dāng)尺寸和構(gòu)造制造并由適當(dāng)材料 制成，則可以用作全盤置換或核心置換。 圖27具體示出具有圍繞關(guān)節(jié)318的彈性帶322的人造盤318。該帶322可以幫助 松弛地約束關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)并保持在關(guān)節(jié)底部上方對(duì)中的關(guān)節(jié)頂部。需要時(shí)，以上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)中 的任一種可以加入這種帶322。 圖28具體示出本發(fā)明的替代人造盤。人造關(guān)節(jié)326包括基部330，其具有形成 在其中的圓形凹入部332 ;圓環(huán)334 ;及頂部338，其包括錐形部分或截頭錐形部分，該部分 嵌套在圓環(huán)334中。圓環(huán)334可跨越基部330平移，但被壓縮力移置到基部的中心中。頂 部338可以在圓環(huán)334內(nèi)樞轉(zhuǎn)，并且當(dāng)它由于錐形部分與圓環(huán)之間的相互作用樞轉(zhuǎn)時(shí)而被 升高。 圖29具體示出在與撓曲/延伸或橫向彎曲運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的位置中圖28的關(guān)節(jié)。可 以看到，圓環(huán)334當(dāng)它跨越基部330中的凹入部332滑動(dòng)時(shí)如何被升起，并且頂部338當(dāng)它 樞轉(zhuǎn)時(shí)如何被升起。關(guān)節(jié)326利用可能比較容易制造的對(duì)稱形狀，并且大致近似自然脊柱 運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)的撓曲/延伸和橫向彎曲精密地近似自然脊柱，并且也被移置到中性位置。盡 管轉(zhuǎn)動(dòng)不受約束，但這種運(yùn)動(dòng)對(duì)于肌肉和周圍組織控制可能是最容易的，并且受置于自然 脊柱上的壓縮力影響最小。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖30，該圖表示另一種人造關(guān)節(jié)的分解透視圖。大致以350示出的關(guān)節(jié) 與圖8-22中所示的人造關(guān)節(jié)相類似。關(guān)節(jié)350包括上部354，該上部354具有前突出部358 和兩個(gè)橫向突出部362。關(guān)節(jié)350還包括下部366，該下部366包括前凹入部370和兩個(gè)橫 向凹入部374，這兩個(gè)橫向凹入部374可以連接一起成為單個(gè)凹入部，如示出的那樣。然而， 將要認(rèn)識(shí)到，所示的窄連接部分不會(huì)對(duì)人造盤的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，并且制造方便。關(guān)節(jié)如以前 對(duì)圖8至18論述過的那樣起作用。也就是說，上部354跨越下部366滑動(dòng)，使能前后、橫向、 及旋轉(zhuǎn)平移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上部354跨越下部366滑動(dòng)時(shí)，突出部358、362由于凹入部370、374的 曲面也大致相對(duì)于下部366豎直地運(yùn)動(dòng)。如將在下面圖中示出的那樣，突出部358、362大 致是球形的，并且凹入部370、374具有圓形豎直橫截面。這樣產(chǎn)生一種人造關(guān)節(jié)350，該人 造關(guān)節(jié)350如以上論述的那樣精密地配合脊柱的自然運(yùn)動(dòng)并且提供固有的穩(wěn)定性，而又較 容易制造。 類似于圖8-22的人造關(guān)節(jié)，突出部358、362當(dāng)它們朝向下部的中心運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于 下部366向上運(yùn)動(dòng)。這種豎直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致人造關(guān)節(jié)的凈膨脹，并因此產(chǎn)生這樣一種關(guān)節(jié)，其 中，施加到關(guān)節(jié)上的壓縮力將關(guān)節(jié)移置返向中性位置。這種豎直運(yùn)動(dòng)也產(chǎn)生成這種關(guān)節(jié)，該 關(guān)節(jié)提供更精密地配合人的脊柱的自然動(dòng)力運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。將要認(rèn)識(shí)到，凹入部370、374的 斜度和彎曲變化可以調(diào)節(jié)，以控制由具體水平運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的豎直運(yùn)動(dòng)量。
圖31至34表示圖30中關(guān)節(jié)350的上部354的另外細(xì)節(jié)。圖31是上部354的仰 視圖。圖32和33是沿圖31中剖面線32和33截取的橫剖視圖。圖34是上部354的透視 圖。關(guān)節(jié)350的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它采用了比圖11的關(guān)節(jié)稍微簡單和更均勻的表面形狀和幾 何形狀，同時(shí)實(shí)現(xiàn)精密地重復(fù)自然脊柱的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。上部可以形成為具有半球形突出部 358、362的基本扁平盤。半球形突出部358、362比例如象圖11中所示較復(fù)雜的突出部更容 易成形和拋光。 圖35至40表示圖30中關(guān)節(jié)350的下部366的另外細(xì)節(jié)。圖35表示下部366的俯視圖，而圖36至39分別是沿剖面線36-39截取的圖35的橫剖視圖。圖40是下部366的透視圖。如在圖30和35至40中可以看到的那樣，兩個(gè)橫向凹入部374可以跨越人造關(guān)節(jié)的后下部366連接一起。盡管橫向突出部362可能決不會(huì)完全運(yùn)動(dòng)到直接在橫向凹入部374之間的下部366的后部，但可能較容易形成和拋光具有這種構(gòu)造的關(guān)節(jié)。
從圖36至39可以看出，前凹入部370 (在關(guān)節(jié)鉸接期間前突出部358跨越該前凹入部370滑動(dòng))的接觸面378被逐漸彎曲和傾斜。前凹入部370的接觸面378使突出部358在滑動(dòng)離開下部366的中心時(shí)能向下運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)它向下部的中心滑動(dòng)時(shí)，比如在關(guān)節(jié)的撓曲和延伸期間能向上運(yùn)動(dòng)，以及當(dāng)它跨越下部橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，比如在關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)期間能向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)突出部358較靠近下部366的中心時(shí)，與當(dāng)突起358較靠近下部的外邊緣時(shí)相比，接觸面370的彎曲產(chǎn)生每單位水平運(yùn)動(dòng)的較大豎直運(yùn)動(dòng)。 為了便于下部366較容易制造，凹入部370、374可以各具有圓形豎直橫截面，如圖37至39中可看到的那樣。這樣使圓形研磨或拋光工具能在制造期間沖過下部，以便形成凹入部。 從圖36-39可以看出，橫向凹入部374的接觸面382具有比前凹入部370的接觸面378的曲率半徑小的曲率半徑。因此，橫向凹入部374的接觸面382在下部366的外邊緣附近是水平的或者接近水平的，并且在下部的中心附近更陡地傾斜。結(jié)果，橫向突出部362當(dāng)它們跨越表面382離開下部366的中心運(yùn)動(dòng)時(shí)受到一點(diǎn)或沒有豎直運(yùn)動(dòng)，并且當(dāng)它們向下部的中心運(yùn)動(dòng)時(shí)，離開關(guān)節(jié)的下部366向上運(yùn)動(dòng)。接觸面382的曲率是這樣的，即當(dāng)橫向突出部較靠近下部366的中心時(shí)，橫向突出部362每單位水平運(yùn)動(dòng)的豎直運(yùn)動(dòng)較大。
與接觸面378相比，接觸面382的更中心部分的較陡斜度提供凈恢復(fù)力，該凈恢復(fù)力將人造關(guān)節(jié)350移置到中性位置(即未移動(dòng)位置)。因此，接觸面378的斜度將勢必將前突出部358移置離開下部的中心，即使在中性位置也是如此，但橫向接觸面382的較大斜度將提供較大移置來克服向橫向突出部362進(jìn)一步前移，并且在壓縮力施加到人造關(guān)節(jié)350上的同時(shí)將關(guān)節(jié)保持在中性位置。 凹入部370、374的接觸面378、382的形狀和曲率導(dǎo)致人造關(guān)節(jié)350的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)，該動(dòng)力運(yùn)動(dòng)近似自然脊柱的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)，并且當(dāng)關(guān)節(jié)350被置于壓縮下時(shí)也往往使人造關(guān)節(jié)350返回到中性位置。中性位置是上部在下部上對(duì)準(zhǔn)并且未移離其中心的地方(將要認(rèn)識(shí)到，上部或下部可以具有稍微移離突出部的基部，以便使上基部和下基部稍微不對(duì)準(zhǔn)，即使突出部和凹入部在中間方位中，上面所述在本發(fā)明的范圍內(nèi))。在使用中，人造關(guān)節(jié)350通過身體置于關(guān)節(jié)上的壓縮力將向未移動(dòng)的中性位置移置，并因此將使關(guān)節(jié)穩(wěn)定。人造關(guān)節(jié)350呈現(xiàn)良好的近似脊柱的自然運(yùn)動(dòng)，即由于脊柱的橫向彎曲或轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生的轉(zhuǎn)動(dòng)和平移、和由于脊柱的撓曲和延伸發(fā)生的平移?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖41至53，圖中示出本發(fā)明的另一種人造脊柱關(guān)節(jié)386。人造關(guān)節(jié)386
按照上面論述的原理操作，因?yàn)槿嗽礻P(guān)節(jié)提供了精密地配合脊柱的自然運(yùn)動(dòng)的、并且是固
有穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)386是穩(wěn)定的，因?yàn)殛P(guān)節(jié)作為預(yù)定運(yùn)動(dòng)范圍的結(jié)果受到凈膨脹，并因此
在脊柱中的同時(shí)被置于關(guān)節(jié)上的壓縮力將勢必使關(guān)節(jié)恢復(fù)到中性未移置位置。 圖42至46表示圖41中關(guān)節(jié)386的上部390，而圖48至53表示關(guān)節(jié)的下部394。
圖42表示上部390的透視圖。圖43表示上部390的仰視圖，而圖44至47表示沿圖43中
剖面線44至47截取的上部的橫剖視圖。類似地，圖48表示下部394的透視圖，而圖49表示下部394的俯視圖，及圖50至53表示沿圖49中剖面線50至53截取的下部的橫剖視圖。
關(guān)節(jié)386與上面圖8至18和30至40中論述的關(guān)節(jié)不同之處在于，它包含單個(gè)后突出部398和后凹入部406、及兩個(gè)前橫向突出部402和兩個(gè)前橫向凹入部410。另外，上部390和下部394以類似方式配合在一起，并且以與上面論述的方式相類似的方式起作用。
關(guān)節(jié)386包括兩個(gè)前突出部402和單個(gè)后突出部398及相對(duì)應(yīng)的凹入部，以便更好地利用小平面關(guān)節(jié)(圖3中52)的穩(wěn)定效果。在關(guān)節(jié)386向前撓曲期間，較大壓力置于兩個(gè)前突出部402和前凹入部410上，從而提供較大橫向穩(wěn)定性。在關(guān)節(jié)386向后延伸期間，較大壓力置于單個(gè)后突出部398和后凹入部406上，其結(jié)果比在關(guān)節(jié)向前撓曲時(shí)提供的橫向穩(wěn)定性稍微小些。然而，在脊柱后部存在的小平面關(guān)節(jié)52在關(guān)節(jié)386延伸期間提供附加橫向穩(wěn)定性。因此，在關(guān)節(jié)386的前部更好地利用兩個(gè)橫向突出部402和凹入部410。
另外，圖41至53的關(guān)節(jié)386類似于圖30至40的關(guān)節(jié)350。如圖44至47中具體所示，突出部398、402具有球形形狀，以便于當(dāng)使用象多晶金剛石(PDC)之類的材料時(shí)使上部390較容易地研磨和拋光。如圖50至53中具體所示，凹入部具有圓形豎直橫截面，從而便于當(dāng)使用PDC或類似材料時(shí)利用圓形旋轉(zhuǎn)工具較容易地研磨和拋光。旋轉(zhuǎn)工具可以掠過比較簡單的水平運(yùn)動(dòng)，以研磨所示的凹入部形狀。關(guān)節(jié)386已切成梯形形狀，因?yàn)檫@種形狀對(duì)于全盤置換精密地配合現(xiàn)有空間。將要認(rèn)識(shí)到，所有以上發(fā)明的人造關(guān)節(jié)，盡管為了易于繪制和論述關(guān)節(jié)表示為圓形，但可以如所示那樣以大致梯形或大致矩形形狀形成，以便最高效地與脊椎體對(duì)接。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖54至66，圖中示出本發(fā)明的另一種人造脊柱關(guān)節(jié)。圖54表示關(guān)節(jié)414的透視圖。圖55至60表示關(guān)節(jié)414的上部418，而圖61至66表示關(guān)節(jié)414的下部422。圖55表示上部418的透視圖。圖56表示上部418的仰視圖，而圖57至60表示沿圖56中剖面線57至60截取的上部的橫剖視圖。類似地，圖61表示下部422的透視圖，而圖62表示下部422的俯視圖，及圖63至66表示沿圖62中剖面線63至66截取的下部的橫剖視圖。
關(guān)節(jié)414與上面論述的關(guān)節(jié)386的類似之處在于，它包含單個(gè)后突出部426和后凹入部434、及兩個(gè)前橫向突出部430和兩個(gè)前橫向凹入部438。關(guān)節(jié)414的不同之處在于，突出部426、430和凹入部434、438比關(guān)節(jié)386的那些大，從而進(jìn)一步降低關(guān)節(jié)的接觸壓力，并且進(jìn)一步減小置于構(gòu)造關(guān)節(jié)所用材料上的應(yīng)力。 突出部426、430的形狀是球形的，并且凹入部434、438具有圓形豎直橫截面，為的是如上面論述的那樣便于簡化研磨和拋光，并且提供如本申請(qǐng)中所述的那種所需運(yùn)動(dòng)，以精密地配合脊柱的自然運(yùn)動(dòng)。為了使關(guān)節(jié)414的穩(wěn)定性最大化，突出部426、430和凹入部434、438已經(jīng)運(yùn)動(dòng)靠近上部418和下部422的邊緣，同時(shí)仍然保持所需的運(yùn)動(dòng)范圍。這樣增大了接觸點(diǎn)的"足跡"，并且將關(guān)節(jié)被壓縮時(shí)必能使關(guān)節(jié)恢復(fù)到中性位置的力最大化。
作為示例，已經(jīng)找到產(chǎn)生用于頸椎盤全盤置換的適當(dāng)人造關(guān)節(jié)的如下尺寸。上部418和下部422大約15. 5mm寬和大約11. 9mm長(從前到后)。上部418的較平基部442 (在突出部426、430之間延伸)是大致1.9mm厚。在上部418上，后突出部426的直徑是大致11. 2mm，并且具有沿橫向中心線布置的并設(shè)置成距上部的后邊緣大約1. 7mm的中心。后突出部426這樣設(shè)置，其從基部442大致延伸3. 6mm，達(dá)到大約5. 5mm的總組合厚度。
兩個(gè)前橫向突出部430的直徑大致6. 9mm，并具有中心，這些中心位于后突出部426的中心前面大約7. 2mm且橫向距上部418的橫向中心線大約5. 35mm。前橫向突出部430從基部442延伸大約2. 9mm，達(dá)到大約4. 8mm的總組合厚度。在圖56上剖面線57至60通過突出部426、430的中心。 圖67和68具體示出用來形成所示下部422的研磨/拋光工具路徑。圖67表示在關(guān)節(jié)的下部422上重疊的工具路徑的俯視圖，而圖68表示工具路徑以及生成工具切口和凹入部的透視圖。后凹入部通過將15mm直徑的圓形研磨/拋光工具掠過水平圓弧450制成(因此研磨直徑與圓弧垂直)，其中，圓弧具有大致1. 8mm的半徑，并且其中，圓弧的中心454橫向?qū)χ性谙虏?22上，定位在中心基準(zhǔn)點(diǎn)446(它橫向?qū)χ?，并距前邊緣大約5. 4mm或距后邊緣6. 6mm)后面6. 4mm，并且因此中心454被定位在下部422的上表面上方大約4. 9mm。在由工具研磨的最下點(diǎn)內(nèi)側(cè)的后凹入部434的部分458被研磨成平的。
通過使10. 8mm直徑的圓形研磨/拋光工具沖過由路徑段462a、466a、470a、474a、474b、470b、466b、及462b標(biāo)志的工具路徑，制成兩個(gè)橫向前凹入部438。工具路徑段462a、462b是大約3. 5mm長的直線。工具路徑段466a、466b是具有中心478a、478b和大約0. 9mm半徑的圓弧。工具路徑段470a、470b是大約1.7mm長的直線。工具路徑段474a、474b是具有公共中心482和大約6mm半徑的圓弧。中心點(diǎn)478a、478b位于距橫向中心線各側(cè)大約7mm，并且位于基準(zhǔn)點(diǎn)446前面大約4mm，將各點(diǎn)置于中心點(diǎn)454前面大約10. 6mm并從下部422的前邊緣向后大約1. 4mm。中心點(diǎn)482沿橫向中心線設(shè)置，并在基準(zhǔn)點(diǎn)446前面大約5. 9mm，或在下部422的前邊緣的前面大約0. 3mm。 各個(gè)工具路徑段462至474連接成所示的連續(xù)路徑，并且位于單個(gè)平面中。其中設(shè)置工具路徑段的平面相對(duì)于下段形成角度，以便如圖64中所示使前凹入部438的前部438a形成角度。如以前論述的那樣，這使上部418的前端在脊柱撓曲期間相對(duì)于下部422的前端稍微降低，從而重復(fù)脊柱的自然運(yùn)動(dòng)。對(duì)于圖54至68中所示的實(shí)施例，平面朝向關(guān)節(jié)的前側(cè)向下傾斜大約17度。因此，工具路徑(路徑段462至474)的最前點(diǎn)486位于下部422的上表面上方大約0. 9mm，而路徑段470a、470b位于下部的上表面上方大約3. 5mm。
將要認(rèn)識(shí)到，如果需要簡化制造過程，則工具路徑段462至474位于其中的平面的斜度可以是零。當(dāng)工具路徑段462至474的平面傾斜時(shí)，它可以大致被調(diào)節(jié)，以配合正被置換的特定盤，并且常?？梢砸员人矫嫘〈蠹s7度到大約27度之間的角度傾斜。如以上論述的那樣，中頸部人造盤將具有大約17度的斜度。平面的斜度大致將通過調(diào)節(jié)工具路徑的最前點(diǎn)486的高度來改變，以便當(dāng)上部在中性位置時(shí)，將前凹入部438保持在同樣平均高度和將上部418相對(duì)于下部422的高度保持在同樣距離。 本文的人造脊柱關(guān)節(jié)的好處在于，它們提供精密地重復(fù)脊柱的人造運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。上述的重要方面是提供耦合運(yùn)動(dòng)，其中，上部相對(duì)于下部的平移或轉(zhuǎn)動(dòng)必定產(chǎn)生上部相對(duì)于下部的傾斜。盡管一些現(xiàn)有技術(shù)人造脊柱關(guān)節(jié)便于平移，并便于關(guān)節(jié)以球窩狀方式樞轉(zhuǎn)，但沒有近似脊柱的自然運(yùn)動(dòng)的平移運(yùn)動(dòng)和樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的耦合。這樣產(chǎn)生一種關(guān)節(jié)，這種關(guān)節(jié)當(dāng)被植入脊柱中時(shí)提供不自然的運(yùn)動(dòng)并且如本文所述的那樣對(duì)脊柱有不利影響。相反，發(fā)明的人造脊柱關(guān)節(jié)提供精密重復(fù)自然脊柱運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。 要認(rèn)識(shí)到，本文公開的人造盤將在突出部與凹入部之間產(chǎn)生高接觸壓力，因?yàn)橥怀霾康那嬉苑浅Ｐ〉慕佑|面積接觸凹入部。因此，用來形成這種突出部的材料必須承受非常高的壓力，且沒有變形和沒有材料的磨損、斷裂、或其它退化。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供由金剛石，比如多晶金剛石壓制品(PDC)形成的人造盤。PDC是抗磨損和變形的足夠硬的材料。 讓予Diamicron，Inc的美國公開號(hào)No. 2003/0191533論述了用金剛石制造人造關(guān)節(jié)，并且引入本文作為參考。公報(bào)使本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道如何制造人造金剛石的人造關(guān)節(jié)。對(duì)于本發(fā)明要認(rèn)識(shí)到，更困難的是形成復(fù)雜多突出部或多凹入部表面的金剛石人造盤表面。簡單得多的是形成簡單規(guī)則表面，比如球形或半球形受器。 本發(fā)明制造人造盤的目前優(yōu)選方法是使用電火花加工(EDM)來形成關(guān)節(jié)表面。人造金剛石化合物可以壓制成大致所需形狀。嵌入式(sink)E匿機(jī)于是可以裝有電極，該電
極是正在生產(chǎn)的零件的反面形狀。Emi和常規(guī)電極于是用來燒蝕金剛石化合物和精制人造
關(guān)節(jié)的片段的形狀。生成片段于是可以拋光到成品表面。因此要認(rèn)識(shí)到，由金剛石形成人造盤的困難是一個(gè)艱難過程，并且可能要求人造盤結(jié)構(gòu)有一些簡化。 制造本發(fā)明人造關(guān)節(jié)的另一種目前優(yōu)選方法是使用圓形研磨和拋光工具沖過凹入部并在其中形成接觸曲面，而使用杯形研磨和拋光工具形成下表面上的球形突出部。這在形成圖31至66中人造關(guān)節(jié)的多個(gè)幾何形狀接觸面時(shí)特別有利。 盡管PDC或其它金剛石材料是優(yōu)選的，但也可以使用其它生物相容金屬和陶瓷。熟悉人造關(guān)節(jié)構(gòu)造的技術(shù)人員將知曉許多這樣的材料和每種材料的相關(guān)優(yōu)點(diǎn)和缺陷。
因此，公開了一種改進(jìn)的人造脊椎盤。將要認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行許多改變。附屬權(quán)利要求書用來包括這些修改。
權(quán)利要求
一種人造脊柱盤，其包括上部，其具有上表面和下表面，所述上表面構(gòu)造成連接到脊椎骨上，而所述下表面具有布置在其上的第一鉸接面；下部，其具有下表面和上表面，所述下表面構(gòu)造成連接到脊椎骨上，而所述上表面具有布置在其上的第二鉸接面，第二鉸接面與第一鉸接面可滑動(dòng)嚙合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括多個(gè)突出部，而第二鉸接面包 括多個(gè)凹入部，每個(gè)凹入部與多個(gè)突出部中的一個(gè)相對(duì)應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括橫向?qū)χ械暮笸怀霾?、和一?duì) 橫向間隔開的前突出部，并且，第二鉸接面包括橫向?qū)χ械暮蟀既氩?、和一?duì)橫向間隔開的 前凹入部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的人造盤，其中，凹入部中的每一個(gè)具有大致平坦的部分，該大 致平坦的部分過渡成彎曲側(cè)壁，該彎曲側(cè)壁從大致平坦的部分朝向下部的中心向上延伸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的人造盤，其中，上部相對(duì)于下部具有中性位置，并且，當(dāng)上部 在中性位置時(shí)突出部被布置在相應(yīng)凹入部的過渡區(qū)，使得離開下部的中心而滑動(dòng)突出部使 突出部大致水平地運(yùn)動(dòng)，并且使得朝向下部的中心而運(yùn)動(dòng)突出部使突出部水平和向上運(yùn) 動(dòng)，以增加所述突出部附近的人造盤的總厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的人造盤，其中，后凹入部的大致平坦的部分大致是水平的，并 且其中，前凹入部的大致平坦的部分以大約7度到大約27度之間的角度朝向前邊緣向下傾 斜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的人造盤，其中，所述角度是大約17度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括橫向?qū)χ械那巴怀霾?、和一?duì) 橫向間隔開的后突出部，并且，第二鉸接面包括橫向?qū)χ械那鞍既氩?、和一?duì)橫向間隔開的 后凹入部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的人造盤，其中，凹入部中的每一個(gè)具有大致平坦的部分，該大 致平坦的部分過渡成彎曲側(cè)壁，該彎曲側(cè)壁從大致平坦的部分朝向下部的中心向上延伸， 并且，后凹入部的大致平坦的部分大致是水平的，并且，前凹入部的大致平坦的部分以大約 17度的角度朝向前邊緣向下傾斜。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造盤，其中，第二鉸接面包括從其向上延伸的一個(gè)或多個(gè) 突出部，并且，第一鉸接面包括與一個(gè)或多個(gè)突出部相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)凹入部，并且，一 個(gè)或多個(gè)凹入部包括大致水平段，該大致水平段過渡成傾斜段，該傾斜段向下和離開上部 的中心傾斜，這樣當(dāng)上部相對(duì)于下部側(cè)向運(yùn)動(dòng)離開中性位置時(shí)，上部在運(yùn)動(dòng)方向上傾斜。
11. 一種用于在脊柱中形成人造關(guān)節(jié)的人造盤，其包括上部和下部，該上部和下部共同地具有多個(gè)凸起部和多個(gè)凹槽，凸起部嚙合凹槽，使得 凸起部跨越凹槽的表面滑動(dòng)，以便由此便于人造盤的撓曲/延伸、橫向彎曲、及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的人造盤，其中，人造盤具有中性位置，并且，凸起部和凹槽 被這樣成形，使得離開中性位置的任何移動(dòng)使上部的至少一部分運(yùn)動(dòng)離開下部，以便造成 上部與下部之間的距離增大。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的人造盤，其中，人造盤具有中性位置，并且其中，人造盤這 樣構(gòu)造，使得離開中性位置的任何運(yùn)動(dòng)引起人造盤的凈膨脹，以致作用在人造盤上的壓縮力將人造盤偏置到中性位置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的人造盤，其中，多個(gè)凸起部包括三個(gè)凸起部，并且其中，多 個(gè)凹槽包括三個(gè)凹槽。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的人造盤，其中，三個(gè)凸起部是從上部的突出部，而三個(gè)凹槽 是在下部中的凹入部。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的人造盤，其中，突出部大致是半球形的形狀。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的人造盤，其中，凹入部具有豎直橫截面，這些橫截面這樣彎 曲，致使凹入部包括大致水平的下部和連接到其上的彎曲部分。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的人造盤，其中，凹入部被定向，以便與下部的中心相鄰布置 的凹入部的部分向上彎曲，并且，當(dāng)人造盤在中性位置時(shí)突出部被布置在水平部分與彎曲 部分之間的凹入部中的位置，使得在向離開下部的中心的方向上當(dāng)突出部跨越凹入部的表 面滑動(dòng)時(shí)突出部大致水平地運(yùn)動(dòng)，并且使得在朝向下部的中心的方向上突出部當(dāng)跨越凹入 部的表面滑動(dòng)時(shí)突出部水平地和豎直地運(yùn)動(dòng)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的人造盤，其中，當(dāng)突出部跨越對(duì)應(yīng)凹入部的表面朝向下部 的中心滑動(dòng)時(shí)，突出部中的每一個(gè)豎直地運(yùn)動(dòng)，以便增大與突出部相鄰的上部的部分和與 凹入部相鄰的下部的部分之間的距離。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的人造盤，其中，盤包括橫向?qū)χ械暮笸怀霾亢秃蟀既氩?、?每個(gè)布置成距橫向中心線有一定距離的一對(duì)前突出部和每個(gè)布置成距橫向中心線有一定 距離的一對(duì)前凹入部。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的人造盤，其中，突出部大致是半球形的，并且，凹入部中的 每一個(gè)包括離開下部的中心布置的大致水平段、和與下部的中心相鄰布置的向上彎曲段。
22. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的人造盤，其中，多個(gè)凹槽這樣構(gòu)造，使得其中布置的凸起部 當(dāng)大致離開下表面的中心滑動(dòng)時(shí)大致水平地滑動(dòng)；并且使得其中布置的凸起部當(dāng)大致朝向 下表面的中心滑動(dòng)時(shí)大致水平和豎直地滑動(dòng)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的人造盤，其中，相對(duì)于下表面，上表面在向離開中性位置的 方向上使上表面的滑動(dòng)使上表面在相對(duì)于下表面的所述方向上傾斜。
24. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的人造盤，其中，人造盤包括前側(cè)、后側(cè)、左橫向側(cè)、及右橫向 側(cè)，并且其中，上表面包括相對(duì)于下表面的中性位置，并且其中，上表面相對(duì)于下表面的順 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)使相對(duì)于下表面升高上表面的左橫向側(cè)，并且其中，上表面相對(duì)于下部的逆時(shí)針 轉(zhuǎn)動(dòng)使相對(duì)于下表面升高上表面的右橫向側(cè)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的人造盤，其還包括用于相對(duì)于下部限制上部的運(yùn)動(dòng)的范圍 的制動(dòng)裝置。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的人造盤，其中，擋塊包括圍繞凹入部的至少一部分形成的壁。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的人造盤，其中，擋塊包括在上部和下部中的一個(gè)上形成的 支柱和在上部和下部中的另一個(gè)上形成的凹入部，并且其中，凹入部的尺寸比支柱大，使得 支柱在凹入部內(nèi)具有限制的運(yùn)動(dòng)范圍。
28. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的人造盤，其還包括用于將上部連接到脊椎骨的底部和將下 部連接到脊椎骨的頂部上的連接結(jié)構(gòu)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的人造盤，其中，凹入部中的每一個(gè)具有半圓形豎直橫截面 和半圓形水平橫截面。
30. —種用于脊柱植入的人造盤，其包括上部，其構(gòu)造成連接到脊椎骨上，上部在其下側(cè)上具有第一鉸接面；禾口 下部，其構(gòu)造成連接到脊椎骨上，下部在其上側(cè)上具有第二鉸接面，該第二鉸接面構(gòu)造 成用于與第一鉸接面滑動(dòng)嚙合，以便于人造盤的運(yùn)動(dòng)；其中，人造盤限定前側(cè)、后側(cè)、左橫向側(cè)、及右橫向側(cè)；并且其中，第一鉸接面和第二鉸接面構(gòu)造成使得上部相對(duì)于下部的滑動(dòng)造成上部在上部正 在滑動(dòng)的相同方向上傾斜。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的人造盤，其中，第一鉸接面和第二鉸接面構(gòu)造成使得上部 相對(duì)于下部的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)引起上部朝向左橫向側(cè)傾斜，并且使得上部相對(duì)于下部的逆時(shí)針 轉(zhuǎn)動(dòng)引起上部朝向右橫向側(cè)傾斜。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的人造盤，其中，上部相對(duì)于下部部分具有中性位置，并且其中，上部離開中性位置的運(yùn)動(dòng)造成上部與下部之間的距離凈增大。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的人造盤，其中，上部相對(duì)于下部具有中性位置，并且，上部 相對(duì)于下部的在前的運(yùn)動(dòng)使上部的前側(cè)相對(duì)于下部稍微降低，并使上部的后側(cè)相對(duì)于下部 被升高到比前側(cè)降低的程度大，使得上部向前傾斜，并經(jīng)受距下部的距離的凈增加。
34. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的人造盤，其中，上部相對(duì)于下部具有中性位置，并且，上部 相對(duì)于下部的在后的運(yùn)動(dòng)使上部的后側(cè)相對(duì)于下部水平地運(yùn)動(dòng)，并使上部的后側(cè)相對(duì)于下 部水平地和向上地運(yùn)動(dòng)，致使上部向后傾斜，并經(jīng)受距下部的距離的凈增加。
35. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的人造盤，其中，上部相對(duì)于下部具有中性位置，并且，上部 相對(duì)于下部離開中性位置的任何運(yùn)動(dòng)造成上部與下部之間的距離的凈增加，使得置于人造 盤上的壓縮力將上部相對(duì)于下部朝向中性位置偏置。
36. —種人造脊柱盤，其包括上部，其具有上表面和下表面，所述上表面構(gòu)造成連接到脊椎骨上，而所述下表面在其 上具有第一鉸接面；下部，其具有下表面和上表面，所述下部的下表面構(gòu)造成連接到脊椎骨上，而所述下部 的上表面在其上具有第二鉸接面；并且其中，上部相對(duì)于下部具有中性位置；并且其中，第一鉸接面和第二鉸接面構(gòu)造成引起上表面相對(duì)于下表面的耦合水平和豎直運(yùn) 動(dòng)，由此上表面相對(duì)于下表面的向前平移造成上表面相對(duì)于下表面的前部傾斜； 上表面相對(duì)于下表面的向后平移造成上表面相對(duì)于下表面的后部傾斜； 上表面相對(duì)于下表面的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)造成上表面相對(duì)于下表面右橫向傾斜；及 上表面相對(duì)于下表面的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)造成上表面相對(duì)于下表面左橫向傾斜。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的人造盤，其中，上部離開中性位置相對(duì)于下部的任何運(yùn)動(dòng) 引起上部與下部之間的距離凈增大，并且其中，壓縮力施加到人造盤上將上部移置到相對(duì) 于下部的中性位置中。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括多個(gè)突出部，而第二鉸接面包括多個(gè)凹入部。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括后突出部和兩個(gè)橫向間隔 開的前突出部，并且其中，第二鉸接面包括后凹入部和兩個(gè)橫向間隔開的前凹入部。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的人造盤，其中，凹入部中的每一個(gè)包括鉸接面，該鉸接面構(gòu) 造成用于與突出部中一個(gè)滑動(dòng)相互作用，并且其中，凹入部中的每一個(gè)包括大致水平段和 向上彎曲段及兩者之間的過渡區(qū)。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的人造盤，其中，對(duì)于凹入部中的每一個(gè)，對(duì)應(yīng)突出部當(dāng)上部 位于中性位置時(shí)而位于過渡區(qū)中，使得突出部離開下部的中心的滑動(dòng)造成突出部的大致水 平運(yùn)動(dòng)，并且使得突出部朝向下部的中心的滑動(dòng)造成突出部的水平和豎直運(yùn)動(dòng)。
42. —種人造脊柱盤，其包括上部，其具有上表面和下表面，所述上表面構(gòu)造成連接到脊椎骨上，而所述下表面在其 上具有第一鉸接面；下部，其具有下表面和上表面，所述下部的下表面構(gòu)造成連接到脊椎骨上，而所述下部 的上表面在其上具有第二鉸接面；圓環(huán)，其布置在上部與下部之間，使得第一鉸接面嚙合圓環(huán)的頂部，并且第二鉸接面嚙 合圓環(huán)的底部。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的人造盤，其中，第一嚙合面包括嚙合圓環(huán)的中心的錐形物。
44. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的人造盤，其中，第二鉸接面包括具有半圓形橫截面的環(huán)形 凹入部。
45. —種用于模擬脊柱盤的運(yùn)動(dòng)的方法，該方法包括選擇人造盤，該人造盤具有上部和下部，所述上部具有成型表面，而所述下部具有成型 表面，上部和下部彼此相對(duì)可運(yùn)動(dòng)；禾口嚙合上部的成型表面和下部的成型表面，使得上部相對(duì)于下部的運(yùn)動(dòng)造成上部的向上 運(yùn)動(dòng)和傾斜。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，該方法包括嚙合上部和下部，使得上部的水平 運(yùn)動(dòng)造成上部的一部分向上運(yùn)動(dòng)。
47. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，該方法包括嚙合上部和下部，使得上部的運(yùn)動(dòng) 水平地造成上部的部分向下。
48. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，該方法包括上部相對(duì)于下部滑動(dòng)，使得上部的 前部向下運(yùn)動(dòng)，而后部向上運(yùn)動(dòng)。
49. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，該方法還包括用于在上部與下部之間的嚙合 而選擇初始、中性位置，并且，該方法還包括將重量施加到上部上，以由此使上部返回到中 性位置。
50. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，該方法包括將上部和下部布置在脊柱的脊椎 骨之間。
51. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，該方法包括代替盤的核心而布置上部和下部。
全文摘要
提供一種更精密地配合自然脊柱運(yùn)動(dòng)的人造盤。人造盤使用一個(gè)或多個(gè)突出部和對(duì)應(yīng)凹入部，以提供滑動(dòng)鉸接。人造關(guān)節(jié)是固有穩(wěn)定的，因?yàn)橹糜诒P上的壓縮力，比如置于關(guān)節(jié)上的重量或周圍組織的張力將關(guān)節(jié)推向中性位置，并且不會(huì)離開中性位置更遠(yuǎn)。
文檔編號(hào)A61F2/44GK101715331SQ200880009060
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2008年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
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