JP7557766B2

JP7557766B2 - 人工椎間板

Info

Publication number: JP7557766B2
Application number: JP2020160607A
Authority: JP
Inventors: 満八木; 栄治高岡; 毅澤田
Original assignee: Kajima Corp; Oiles Corp; Keio University
Current assignee: Kajima Corp; Oiles Corp; Keio University
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2024-09-30
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: JP2022053790A

Description

本発明は、脊椎の上下方向で隣り合う上方側の椎体と下方側の椎体との間に装着されて椎体から受ける荷重を支持するとともに上方側の椎体と下方側の椎体との相対移動に追従する人工椎間板に関する。

一般に、椎間板が外傷や加齢等により機能不全に陥った場合、椎間板の機能を代替する人工椎間板への置換術が行われている。
ここで、従来用いられている人工椎間板として、生体活性セラミックス材料からなる２枚の略板状体が生体適合性のある高分子弾性材料からなる略板状体の上面および下面に接着剤で一体的に取り付けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３－２７５０５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された人工椎間板では、椎体に荷重や衝撃が加わって高分子弾性材料からなる略板状体が、生体活性セラミックス材料からなる２枚の略板状体の間で弾性変形を繰り返すことがある。
この場合、高分子弾性材料からなる略板状体と生体活性セラミックス材料からなる略板状体との接合が剥がれてしまい、高分子弾性材料からなる略板状体が生体活性セラミックス材料からなる２枚の略板状体の間から脱落するおそれがあった。
さらに、この脱落による機能損失を防止するために人工椎間板の装着部位を固定する必要があり、この固定施術によって装着部位の運動機能が著しく制限されるという問題があった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、荷重を支持する弾性部材の脱落を抑制して優れた衝撃吸収性を発揮するとともに隣り合う椎体の相対移動に対して高い自由度で追従し、横方向の変形量を抑制して隣り合う椎体間の過度の横ずれを防止する人工椎間板を提供することである。

請求項１に係る発明は、脊椎の上下方向で隣り合う上方側の椎体と下方側の椎体との間に装着される人工椎間板であって、前記上方側の椎体に連結して前記上方側の椎体から荷重を受ける上側板状部分と、前記下方側の椎体に連結して前記下方側の椎体から荷重を受ける下側板状部分と、前記上側板状部分と前記下側板状部分との上下間に配置される弾性部材と、前記上側板状部分に上端を連結するとともに前記下側板状部分に下端を連結して前記弾性部材を囲繞した状態で前記上側板状部分と前記下側板状部分とを相対移動自在に変位させる筒状部分とで構成され、該筒状部分が、前記上側板状部分または前記下側板状部分のいずれか一方に固定される筒状の外側壁体と、前記上側板状部分または前記下側板状部分のいずれか他方に固定されて前記弾性部材を取り囲む筒状の内側壁体と、前記外側壁体の内周面に一体に外接する外側弾性層体と、前記内側壁体の外周面に一体に内接する内側弾性層体と、前記外側弾性層体の内周面と前記内側弾性層体の外周面との相互間に一体に配置されて前記外側弾性層体および前記内側弾性層体よりも変形しにくい剛性壁体とで構成されていることにより、前述した課題を解決するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載された人工椎間板の構成に加えて、前記上側板状部分と前記下側板状部分とが、円盤状に形成され、前記弾性部材が、円柱状に形成され、前記筒状部分が、円筒状に形成され、前記上側板状部分と前記下側板状部分と前記弾性部材と前記筒状部分との中心軸が、一致していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された人工椎間板の構成に加えて、前記弾性部材が、前記上側板状部分および前記下側板状部分に固定されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された人工椎間板の構成に加えて、前記弾性部材より摩擦係数の小さい滑り部材が、前記弾性部材の上面または下面の少なくとも一方に設けられていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
なお、本明細書において、「上下」とは、人の頭側を上、足側を下とする。

請求項１に係る発明は、脊椎の上下方向で隣り合う上方側の椎体と下方側の椎体との間に装着される人工椎間板であって、上方側の椎体に連結して上方側の椎体から荷重を受ける上側板状部分と、下方側の椎体に連結して下方側の椎体から荷重を受ける下側板状部分と、上側板状部分と下側板状部分との上下間に配置される弾性部材とで構成されていることにより、上側板状部分に加わる上方側の椎体からの荷重や衝撃および下側板状部分に加わる下方側の椎体からの荷重や衝撃が弾性部材に伝達されて弾性部材が弾性変形するため、人工椎間板が椎体から受ける荷重や衝撃を吸収することができる。
また、上側板状部分に上端を連結するとともに下側板状部分に下端を連結して弾性部材を囲繞した状態で上側板状部分と下側板状部分とを相対移動自在に変位させる筒状部分を備えていることにより、上側板状部分または下側板状部分の一方が、筒状部分の弾性変形により他方に対して揺動自在となるため、隣り合う椎体の相対移動に追従することができることに加え、弾性部材の外周が筒状部分で取り囲まれているため、弾性部材が人工椎間板の側方に脱落することを防ぐことができる。
したがって、外部からの荷重や衝撃を吸収する弾性部材の脱落を抑制して優れた衝撃吸収性を発揮するとともに隣り合う椎体の相対移動に対して高い自由度で追従することができる。
さらに、筒状部分が、上側板状部分または下側板状部分のいずれか一方に固定される筒状の外側壁体と、上側板状部分または下側板状部分のいずれか他方に固定されて弾性部材を取り囲む筒状の内側壁体と、外側壁体の内周面に一体に外接する外側弾性層体と、内側壁体の外周面に一体に内接する内側弾性層体と、外側弾性層体の内周面と内側弾性層体の外周面との相互間に一体に配置されて外側弾性層体および内側弾性層体よりも変形しにくい剛性壁体とで構成されていることにより、筒状部分が外側壁体と内側壁体との相互間に複数の弾性層体と少なくとも１つの剛性壁体とを介在させた積層体構造となり、筒状部分が剛性壁体を有さない場合、すなわち、外側壁体と内側壁体との間を弾性体層のみで埋める場合に比べて弾性体層の厚みが小さくなるため、人工椎間板の横方向の変形量が抑制され、隣り合う椎体間の過度の横ずれを防止することができる。

請求項２に係る発明の人工椎間板によれば、請求項１に係る発明の人工椎間板が奏する効果に加えて、上側板状部分と下側板状部分とが円盤状に形成され、弾性部材が円柱状に形成され、筒状部分が円筒状に形成され、上側板状部分と下側板状部分と弾性部材と筒状部分との中心軸が一致していることにより、人工椎間板の周方向に対する方向性が無くなるため、人工椎間板の置換術を行う際に椎体の相互間に配置する人工椎間板の位置決めを必要とすることなく容易に装着することができる。

請求項３に係る発明の人工椎間板によれば、請求項１または請求項２に係る発明の人工椎間板が奏する効果に加えて、弾性部材が、上側板状部分および下側板状部分に固定されていることにより、上側板状部分と下側板状部分との間隔を拡張する方向の引っ張り力が人工椎間板に加わった際に、上側板状部分と下側板状部分とに連結されている筒状部分の変形に加えて弾性部材も弾性変形するため、人工椎間板の引っ張り強度を増すことができる。

請求項４に係る発明の人工椎間板によれば、請求項１または請求項２に係る発明の人工椎間板が奏する効果に加えて、弾性部材より摩擦係数の小さい滑り部材が、弾性部材の上面または下面の少なくとも一方に設けられていることにより、弾性部材のみが上側板状部分と下側板状部分との間に配置されている場合に比べて、滑り部材に対向する上側板状部分または下側板状部分の少なくとも一方が弾性部材に対して動き易くなるため、人工椎間板が椎体の揺動に対して滑らかに追従することができる。

本発明の人工椎間板を椎体の相互間に装着した使用態様図。本発明の第１実施例である人工椎間板の全体を示す斜視図。図２に示す人工椎間板の正面断面図。図３に示す人工椎間板の組み立て分解図。図４Ａに示す人工椎間板の正面断面図。図２に示す人工椎間板に用いた筒状部分の正面断面図。図５ＡにおけるＡ－Ａ線で矢視した断面図。図２に示す人工椎間板の基本的なセッティング状態の説明図。図６Ａに示す人工椎間板が引っ張り荷重を受けた状態の動作説明図。図６Ａに示す人工椎間板が圧縮荷重を受けた状態の動作説明図。図６Ａに示す人工椎間板が左側に偏荷重を受けた状態の動作説明図。図６Ａに示す人工椎間板が右側に偏荷重を受けた状態の動作説明図。本発明の第２実施例である人工椎間板の基本的なセッティング状態の説明図。図７Ａに示す人工椎間板が引っ張り荷重を受けた状態の動作説明図。図７Ａに示す人工椎間板が右側に偏荷重を受けた状態の動作説明図。本発明の第３実施例である人工椎間板の基本的なセッティング状態の説明図。図８Ａに示す人工椎間板が引っ張り荷重を受けた状態の動作説明図。図８Ａに示す人工椎間板が右側に偏荷重を受けた状態の動作説明図。

本発明は、脊椎の上下方向で隣り合う上方側の椎体と下方側の椎体との間に装着される人工椎間板であって、上方側の椎体に連結して上方側の椎体から荷重を受ける上側板状部分と、下方側の椎体に連結して下方側の椎体から荷重を受ける下側板状部分と、上側板状部分と下側板状部分との上下間に配置される弾性部材と、上側板状部分に上端を連結するとともに下側板状部分に下端を連結して弾性部材を囲繞した状態で上側板状部分と下側板状部分とを相対移動自在に変位させる筒状部分とで構成され、この筒状部分が、上側板状部分または下側板状部分のいずれか一方に固定される筒状の外側壁体と、上側板状部分または下側板状部分のいずれか他方に固定されて弾性部材を取り囲む筒状の内側壁体と、外側壁体の内周面に一体に外接する外側弾性層体と、内側壁体の外周面に一体に内接する内側弾性層体と、外側弾性層体の内周面と内側弾性層体の外周面との相互間に一体に配置されて外側弾性層体および内側弾性層体よりも変形しにくい剛性壁体とで構成され、荷重を支持する弾性部材の脱落を抑制して優れた衝撃吸収性を発揮するとともに隣り合う椎体の相対移動に対して高い自由度で追従し、横方向の変形量を抑制して隣り合う椎体間の過度の横ずれを防止するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。

例えば、上述した上側板状部分、下側板状部分、および、筒状部分の外側壁体と内側壁体の具体的な素材は、金属系材料、生体活性セラミックス材料、高強度樹脂などの、生体と適合する素材であり、あるいは、これらの素材の組み合わせであっても良い。
また、外側弾性層体、内側弾性層体、弾性部材の具体的な素材については、ポリエチレン系樹脂、シリコーン系ゴムなどであれば良いが、椎間板と同程度の弾力特性を発揮して生体と適合するものであれば、これら以外の如何なる素材であっても良い。
さらに、外側弾性層体と内側弾性層体との相互間に配置される剛性壁体の具体的な素材については、前述した外側弾性層体および内側弾性層体よりも変形しにくい素材、すなわち、剛性を発揮するチタン、コバルトクロム、ステンレス等の金属系材料や、上側板状部分、下側板状部分、および筒状部分の外側壁体と内側壁体と同素材を用いると良い。

また、本発明の人工椎間板を構成する上側板状部分、下側板状部分、筒状部分の外側壁体と内側壁体、これら外側壁体と内側壁体との間に配置される外側弾性層体と内側弾性層体と剛性壁体の具体的な平面形状については、椎骨の椎体の外周輪郭に沿うようなそら豆状あるいは略円形状であっても良いが、例えば、それぞれ中心軸を一致させた大小の同心円を成す形状であれば、人工椎間板として左右前後ばかりでなく全周のいずれの方向であっても自由度の高い優れた追従性を発揮し、しかも、椎体へ装着する際の周方向の位置決めが簡便となる。

また、本発明の人工椎間板は、上側板状部分が上方側の椎体に連結され、下側板状部分が下側の椎体に連結されていれば、本発明の人工椎間板を構成する筒状部分は、外側壁体が上側板状部分から垂下し、内側壁体が下側板状部分から立ち上がってもよいし、外側壁体が下側板状部分から立ち上がり、内側壁体が上側板状部分から垂下してもよい。

また、上側板状部分の上面および下側板状部分の下面については、基本的には、椎体から加わる衝撃や荷重を受け易い平坦面、もしくは、椎体のやや窪んだ端面に装着する際に椎体側と合致し易い、椎体側に向かって緩やかに膨出した曲面を備えているが、さらに、上側板状部分の上面および下側板状部分の下面の具体的な形態については、椎体に装着する際に椎体に対して接着結合、凹凸係合などによって確実に固定するために椎体と接合し易い面造作や面加工が施されていてもよい。

さらに、本発明の人工椎間板の筒状部分は、基本的には、外側壁体、外側弾性層体、剛性壁体、内側弾性層体、内側壁体からなる５層積層体で構成されるが、積層体の積層数は
５層に限定されるものではなく、例えば、外側壁体、外側弾性層体、剛性壁体、中間弾性層体、剛性壁体、内側弾性層体、内側壁体からなる７層積層体で構成されても良い。
なお、本発明の人工椎間板に用いる筒状部分の外側壁体と内側壁体との相互間には、外側壁体に外接する外側弾性層体と、内側壁体に内接する内側弾性層体と、外側弾性層体と内側弾性層体との間に配置する剛性壁体とを介在させることが望ましいが、筒状部分の外側壁体と内側壁体との相互間において椎体間の相対移動に対する追従性を発揮することができれば剛性壁体を用いることなく単一の弾性層体を介在させた３層積層体で構成されても差し支えない。

以下、図１乃至図６Ｅに基づいて、本発明の第１実施例である人工椎間板１００を説明する。
ここで、図１は本発明の人工椎間板１００を椎体の相互間に装着した使用態様図であり、図２は本発明の第１実施例である人工椎間板１００の全体を示す斜視図であり、図３は図２に示す人工椎間板１００の正面断面図であり、図４Ａは図３に示す人工椎間板１００の組み立て分解図であり、図４Ｂは図４Ａに示す人工椎間板１００の正面断面図であり、図５Ａは図２に示す人工椎間板１００に用いた筒状部分の正面断面図であり、図５Ｂは図５ＡにおけるＡ－Ａ線で矢視した断面図である。
そして、図６Ａは図２に示す人工椎間板１００の基本的なセッティング状態の説明図であって、図６Ｂは図６Ａに示す人工椎間板１００が引っ張り荷重を受けた状態の動作説明図であり、図６Ｃは図６Ａに示す人工椎間板１００が圧縮荷重を受けた状態の動作説明図であり、図６Ｄは図６Ａに示す人工椎間板１００が左側に偏荷重を受けた状態の動作説明図であり、図６Ｅは図６Ａに示す人工椎間板１００が右側に偏荷重を受けた状態の動作説明図である。

＜１．本発明の第１実施例である人工椎間板１００の基本構造＞
まず、本発明の第１実施例である人工椎間板１００は、図１に示すように、脊椎の上下方向で隣り合う上方側の椎体ＵＶと下方側の椎体ＤＶとの間に存在していた本来の椎間板を置換術により切除した後に装着される。

そして、この人工椎間板１００は、図２乃至図３に示すように、上方側の椎体ＵＶに連結する上側板状部分１１０と、下方側の椎体ＤＶに連結する下側板状部分１２０と、これらの上側板状部分１１０と下側板状部分１２０との上下間に配置される弾性部材１３０と、この弾性部材１３０を囲繞した状態で上側板状部分１１０と下側板状部分１２０との上下間を連結する筒状部分１４０とで構成され、これらの上側板状部分１１０と下側板状部分１２０と弾性部材１３０と筒状部分１４０との中心軸Ｃが一致する。
これにより、人工椎間板の周方向に対する方向的特異性を無くして椎体に対する装着時の位置決め負担を軽減するとともに、上側板状部分１１０と下側板状部分１２０とが上方側の椎体ＵＶと下方側の椎体ＤＶとから荷重を受けた場合、弾性部材１３０と筒状部分１４０とが上側板状部分１１０と下側板状部分１２０とを相対移動自在に変位させ、本来の椎間板の役割や機能と代替することができる。

＜２．本発明の第１実施例である人工椎間板１００の詳細構造＞
次に、図３乃至図５Ｂに基づいて、本実施例の人工椎間板１００の詳細構造を説明する。

人工椎間板１００の上側板状部分１１０は、図３乃至図４Ｂに示すように、上方側の椎体ＵＶに接合する上面１１１と、筒状部分１４０の上端に連結する円形の下面１１２とを少なくとも備え、全体として円盤状に形成されている。
下面１１２の略中央には、上方側の椎体ＵＶに向けて凹形状に形成された円形の凹部１１２ａが設けられている。
弾性部材１３０の上面側がこの凹部１１２ａにはまり込むことで、弾性部材１３０は上側板状部分１１０と連結する。

他方、人工椎間板１００の下側板状部分１２０は、図３乃至図４Ｂに示すように、下方側の椎体ＤＶに接合する下面１２１と、筒状部分１４０の下端に連結する上面１２２とを少なくとも備え、全体として円盤状に形成されている。
上面１２２の略中央には、上面１２２の略中央に上面１２２の外周周辺から立ち上がる台座状に形成された台座部１２２ａが設けられている。
この台座部１２２ａの表面は、外周から中央に向けて緩やかに窪んでいる。
弾性部材１３０が台座部１２２ａの表面の窪みに載置されることで、弾性部材１３０は下側板状部分１２０と連結する。

また、人工椎間板１００の弾性部材１３０は、図３乃至図４Ｂに示すように、本来の椎間板と同程度の弾力特性を発揮して生体と適合するシリコーン系ゴムからなり、全体として円柱状に形成されている。
そして、この円柱状の弾性部材１３０に形成された上側対向面１３１が、上側板状部分１１０に形成された円形状の凹部１１２ａに対向して一体に連結されるとともに、円柱状の弾性部材１３０に形成された下側対向面１３２が、下側板状部分１２０に形成された円錐台状の台座部１２２ａに対向して一体に連結されている。

つぎに、人工椎間板１００の筒状部分１４０は、図３乃至図５Ｂに示すように、前述した上側板状部分１１０から垂下する筒状の外側壁体１４１と、下側板状部分１２０から立ち上がって弾性部材１３０を取り囲む筒状の内側壁体１４２と、外側壁体１４１の内周面に一体に外接する外側弾性層体１４３と、内側壁体１４２の外周面に一体に内接する内側弾性層体１４４と、外側弾性層体１４３の内周面と内側弾性層体１４４の外周面との相互間に一体に配置する剛性壁体１４５とで構成され、特に図４Ａの斜視図で示すように、全体として纏まり良く円筒状に形成されている。

ここで、筒状部分１４０を形成する内側壁体１４２の内周面は、図３および図４Ｂに示すように、弾性部材１３０の外周面１３３に対して所定の間隙Ｇ１を介して下側板状部分１２０から立ち上がるように設けることにより、弾性部材１３０が圧縮変形した場合の筒状部分１４０に対する弾性部材１３０の弾力的な自由度を確保している。

同様に、筒状部分１４０の一部を形成する内側壁体１４２、内側弾性層体１４４、剛性壁体１４５、外側弾性層体１４３の上端面は、図３に示すように、面一に形成して上側板状部分１１０の下面１１２に対して所定の間隙Ｇ２を空けるように配置することにより、弾性部材１３０が圧縮変形した場合の筒状部分１４０に対する上側板状部分１１０の弾力的な自由度を確保している。

筒状部分１４０の一部を形成する外側壁体１４１、外側弾性層体１４３、剛性壁体１４５、内側弾性層体１４４の下端面は、図３に示すように、面一に形成して下側板状部分１２０の上面１２２に対して所定の間隙Ｇ３を空けるように配置することにより、弾性部材１３０が圧縮変形した場合の筒状部分１４０に対する下側板状部分１２０の弾力的な自由度を確保している。

そして、筒状部分１４０を構成する外側壁体１４１と内側壁体１４２とについては、上側板状部分１１０および下側板状部分１２０と同様に、生体活性セラミックス材料を用いるが、これ以外の椎骨などと適合する素材であれば良い。
また、本実施例では、外側壁体１４１は上側板状部分１１０と、内側壁体１４２は下側板状部分１２０とそれぞれ接着剤により一体に接合しているが、一体成型しても良い。

筒状部分１４０を構成する外側弾性層体１４３、内側弾性層体１４４の素材については、前述した弾性部材１３０と同様に、生体と適合するシリコーン系ゴムを採用している。
また、外側弾性層体１４３と内側弾性層体１４４との相互間に配置される剛性壁体１４５の素材については、前述した外側弾性層体１４３および内側弾性層体１４４よりも変形しにくい素材、すなわち、剛性を発揮するチタンを採用しているが、これ以外であっても良い。

＜３．本発明の第１実施例である人工椎間板１００の動作説明＞
本実施例の人工椎間板１００を脊椎の上下方向で隣り合う上方側の椎体ＵＶと下方側の椎体ＤＶとの間に存在していた本来の椎間板を置換術により切除した後に装着して使用した場合の動作を、模式的に示した図６Ａ乃至図６Ｅに基づいて、以下に説明する。

まず、図６Ａに示す人工椎間板１００は、本来の椎間板を置換術により切除した後に装着した際に基本的なセッティング状態であって、人工椎間板１００の置換術後に上方側の椎体ＵＶが下方側の椎体ＤＶに対して上方に向けて引っ張り力を受けた場合、上方側の椎体ＵＶに連結された上側板状部分１１０も、同様に下方側の椎体ＤＶに連結された下側板状部分１２０に対して上方に向けた引っ張り力を生じて引っ張られる。
そして、この上側板状部分１１０に生じた引っ張り力が、弾性部材１３０と筒状部分１４０とに伝達され、図６Ｂの上向きの矢印で示すように、これらの弾性部材１３０と筒状部分１４０とが弾性変形して伸張することにより吸収される。
この時、弾性部材１３０の外周囲は、筒状部分１４０に取り囲まれているため、筒状部分１４０から側方へ飛び出すことはない。

他方、人工椎間板１００の置換術後に上方側の椎体ＵＶが下方側の椎体ＤＶに向けて荷重や衝撃による押圧を受けた場合、上方側の椎体ＵＶに連結された上側板状部分１１０も、同様に下方側の椎体ＤＶに連結された下側板状部分１２０に向けた荷重や衝撃による押圧が負荷される。
この時、この上側板状部分１１０に負荷された荷重や衝撃による押圧力が、弾性部材１３０と筒状部分１４０とに伝達され、図６Ｃの下向きの矢印で示すように、これらの弾性部材１３０と筒状部分１４０とが弾性変形して圧縮されることにより吸収される。

さらに、人工椎間板１００の置換術後に上方側の椎体ＵＶが下方側の椎体ＤＶに対して左側に荷重や衝撃などの偏荷重を受けた場合、上方側の椎体ＵＶに連結された上側板状部分１１０も、同様に下方側の椎体ＤＶに連結された下側板状部分１２０に対して左側に偏荷重が負荷される。
この時、この上側板状部分１１０の左側に生じた荷重や衝撃による偏荷重が、弾性部材１３０と筒状部分１４０とに伝達され、図６Ｄの左向きの矢印で示すように、これらの弾性部材１３０と筒状部分１４０の左側とで圧縮変形を生じるとともに右側で伸びを生じることにより吸収される。

他方、人工椎間板１００の置換術後に上方側の椎体ＵＶが下方側の椎体ＤＶに対して右側に荷重や衝撃などの偏荷重を受けた場合、上方側の椎体ＵＶに連結された上側板状部分１１０も、同様に下方側の椎体ＤＶに連結された下側板状部分１２０に対して右側に偏荷重が負荷される。
この時、この上側板状部分１１０の右側に生じた荷重や衝撃による偏荷重が、弾性部材１３０と筒状部分１４０とに伝達され、図６Ｅの右向きの矢印で示すように、これらの弾性部材１３０と筒状部分１４０の右側とで圧縮変形を生じるとともに左側で伸びを生じることにより吸収される。

以上の図６Ａ乃至図６Ｅに基づいた人工椎間板１００の動作説明から明らかなように、本実施例の人工椎間板１００は、上側板状部分１１０や下側板状部分１２０に加わる荷重や衝撃が弾性部材１３０に伝達され、この弾性部材１３０が弾性変形し、人工椎間板１００が受ける荷重や衝撃を吸収するようになっている。
同時に、上側板状部分１１０に上端を連結されるとともに下側板状部分１２０に下端を連結された筒状部分１４０の弾性変形により、上側板状部分１１０または下側板状部分１２０の一方が、他方に対して揺動自在となる。

また、筒状部分１４０が、筒状の外側壁体１４１と筒状の内側壁体１４２と外側弾性層体１４３と内側弾性層体１４４と剛性壁体１４５とで構成されていることにより、筒状部分１４０が外側壁体１４１と内側壁体１４２との間に２つの弾性層体と１つの剛性壁体１４５を介在させた積層体構造となり、筒状部分１４０が剛性壁体１４５を有さない場合、すなわち、外側壁体１４１と内側壁体１４２との間を弾性体層のみで埋める場合に比べて弾性体層の厚みが小さくなる。

さらに、上側板状部分１１０と下側板状部分１２０とが円盤状に形成され、弾性部材１３０が円柱状に形成され、筒状部分１４０が円筒状に形成され、これらの中心軸が一致していることにより、人工椎間板１００における如何なる周方向の荷重や衝撃であっても追従可能になっている。

＜４．本発明の第１実施例である人工椎間板１００の奏する効果＞
上述したような本実施例の人工椎間板１００は、上方側の椎体ＵＶに連結する上側板状部分１１０と、下方側の椎体ＤＶに連結する下側板状部分１２０と、上側板状部分１１０と下側板状部分１２０との上下間に配置される弾性部材１３０と、この弾性部材１３０を囲繞した状態で上側板状部分１１０と下側板状部分１２０に連結する筒状部分１４０とで構成されているため、外部からの荷重や衝撃を吸収する弾性部材１３０の脱落を抑制して優れた衝撃吸収性を発揮するとともに隣り合う椎体ＤＶの相対移動に対する自由度の高い追従性を発揮することができる。

そして、前述した筒状部分１４０が、上側板状部分１１０から垂下する筒状の外側壁体１４１と、下側板状部分１２０から立ち上がる筒状の内側壁体１４２と、外側壁体１４１に外接する外側弾性層体１４３と、内側壁体１４２に内接する内側弾性層体１４４と、外側弾性層体１４３と内側弾性層体１４４との間に配置する剛性壁体１４５とを有しているため、人工椎間板の横方向の変形量が抑制され、隣り合う椎体間の過度の横ずれを防止することができる。

また、上側板状部分１１０と下側板状部分１２０とが円盤状に形成され、弾性部材１３０が円柱状に形成され、筒状部分１４０が円筒状に形成され、上側板状部分１１０と下側板状部分１２０と弾性部材１３０と筒状部分１４０との中心軸Ｃが一致していることにより、人工椎間板１００の置換術を行う際に椎体ＵＶ、ＤＶの相互間に人工椎間板１００を容易に装着することができる。

さらに、弾性部材１３０が、上側板状部分１１０と下側板状部分１２０とに固定されているため、人工椎間板１００の引っ張り強度を増すことができるなど、その効果は甚大である。

以下、図７Ａ乃至図７Ｃに基づいて、本発明の第２実施例である人工椎間板２００を説明する。
ここで、図７Ａは、本発明の第２実施例である人工椎間板２００の基本的なセッティング状態の説明図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す人工椎間板２００が引っ張り荷重を受けた状態の動作説明図であり、図７Ｃは、図７Ａに示す人工椎間板２００が右側に偏荷重を受けた状態の動作説明図である。

また、本発明の第２実施例である人工椎間板２００は、上述した本発明の第１実施例である人工椎間板１００と比較すると、上側板状部分２１０と弾性部材２３０との取付形態のみが異なっており、その他の構成については、基本的に何ら変わることがないため、上述した第１実施例の人工椎間板１００と同一の部分、部材について対応する２００番台の符号を付すことにより、その重複する説明を省略する。

すなわち、本発明の第２実施例の人工椎間板２００を構成する円柱状の弾性部材２３０は、この弾性部材２３０の上側対向面２３１が、図７Ｂに示すように、上側板状部分２１０に形成された円形状の凹部２１２ａに連結されることなく対向配置され、下方の円柱状の下側対向面２３２が、下側板状部分２２０に形成された円錐台状の台座部２２２ａに対向して一体に連結されている。

これにより、図７Ａに示す本発明の第２実施例の人工椎間板２００は、本来の椎間板を置換術により切除した後に装着した際に基本的なセッティング状態であって、人工椎間板２００の置換術後に上方側の椎体ＵＶが下方側の椎体ＤＶに対して上方に向けて引っ張り力を受けた場合、上方側の椎体ＵＶに連結された上側板状部分２１０も、同様に下方側の椎体ＤＶに連結された下側板状部分２２０に対して上方に向けた引っ張り力を生じて引っ張られる。
この時、この上側板状部分２１０に生じた引っ張り力が、上側板状部分２１０に一体に連結されていない弾性部材２３０には伝達されずに筒状部分２４０のみに伝達され、図７Ｂの上向きの矢印で示すように、この筒状部分２４０が生じる伸びによる弾性変形で吸収されるため、第１実施例である人工椎間板１００の筒状部分１４０に比較すると、引っ張り力に対する抗力は少ないが変形度合いは増加する。
なお、弾性部材２３０の外周囲は、筒状部分２４０に取り囲まれているため、第１実施例である人工椎間板１００と同様に、筒状部分２４０から側方へ飛び出すことはない。

さらに、例えば、本発明の第２実施例の人工椎間板２００の置換術後に上方側の椎体ＵＶが下方側の椎体ＤＶに対して右側に荷重や衝撃などの偏荷重を受けた場合、第１実施例の人工椎間板１００と同様に、この上側板状部分２１０の右側に生じた荷重や衝撃による偏荷重が、弾性部材２３０と筒状部分２４０とに伝達され、図７Ｃの右向きの矢印で示すように、これらの弾性部材２３０と筒状部分２４０の右側とで圧縮変形を生じることにより吸収される。

なお、本発明の第２実施例の人工椎間板２００の置換術後に上方側の椎体ＵＶが下方側の椎体ＤＶに対して左側に荷重や衝撃などの偏荷重を受けた場合も、第１実施例の人工椎間板１００と同様に、この上側板状部分２１０の左側に生じた荷重や衝撃による偏荷重が、弾性部材２３０と筒状部分２４０とに伝達され、図示しないが、これらの弾性部材２３０と筒状部分２４０の左側とで圧縮変形を生じることにより吸収される。

上述したような本実施例の人工椎間板２００は、本発明の第１実施例である人工椎間板１００と比較すると、隣り合う椎体ＤＶの相対移動に対するより自由度の高い追従性を発揮することができる。

以下、図８Ａ乃至図８Ｃに基づいて、本発明の第３実施例である人工椎間板３００を説明する。
ここで、図８Ａは、本発明の第３実施例である人工椎間板３００の基本的なセッティング状態の説明図であり、図８Ｂは、図８Ａに示す人工椎間板３００が引っ張り荷重を受けた状態の動作説明図であり、図８Ｃは、図８Ａに示す人工椎間板３００が右側に偏荷重を受けた状態の動作説明図である。

また、本発明の第３実施例である人工椎間板３００は、上述した本発明の第１実施例である人工椎間板１００、および、第２実施例である人工椎間板２００と比較すると、上側板状部分３１０の形状と、上側板状部分３１０と弾性部材３３０との取付形態とが異なっており、その他の構成については、基本的に何ら変わることがないため、上述した第１実施例の人工椎間板１００と同一の部分、部材について対応する３００番台の符号を付すことにより、その重複する説明を省略する。

すなわち、本発明の第３実施例の人工椎間板３００を構成する上側板状部分３１０は、図８Ｂに示すように、下面３１２も上面３１１と同様に椎体側に向かって緩やかに膨出した曲面となっている。
さらに、本発明の第３実施例の人工椎間板３００を構成する円柱状の弾性部材３３０は、図８Ｂに示すように、この弾性部材３３０の上側対向面３３１が、上側板状部分３１０に形成された円形状の下面３１２に連結されることなく対向配置されているとともに、シリコーン系樹脂からなる弾性部材３３０より摩擦係数の小さいポリテトラフルオロエチレンからなるフッ素系樹脂の滑り部材３５０が、弾性部材３３０の上側対向面３３１に接着層３６０を介して設けられている。
これにより、本発明の第２実施例の人工椎間板２００のように、弾性部材２３０が上側板状部分２１０の下面２１２に一体に連結することなく対向配置しているのみの場合に比べると、図８Ｃの右向きの矢印で示すように、滑り部材３５０に対向する上側板状部分３１０が、弾性部材３３０に対して動き易くなるため、人工椎間板３００が椎体ＵＶの揺動に対して滑らかに追従することができる。

なお、本発明の第３実施例である人工椎間板３００では、滑り部材３５０を弾性部材３３０の上側対向面３３１に設けたが、このような人工椎間板３００の変形例として、弾性部材３３０の下側対向面３３２にのみ、あるいは、弾性部材３３０の上側対向面３３１と下側対向面３３２との両面に設けても良い。

以上、本発明に係る人工椎間板について第１実施例乃至第３実施例を用いて説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

また、上述した第１実施例乃至第３実施例は、技術的に可能である限り組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１００、２００、３００・・・人工椎間板
１１０、２１０、３１０・・・上側板状部分
１１１、２１１、３１１・・・上面
１１２、２１２、３１２・・・下面
１１２ａ、２１２ａ・・・凹部
１２０、２２０、３２０・・・下側板状部分
１２１、２２１、３２１・・・下面
１２２、２２２、３２２・・・上面
１２２ａ、２２２ａ、３２２ａ・・・台座部
１３０、２３０、３３０・・・弾性部材
１３１、２３１、３３１・・・上側対向面
１３２、２３２、３３２・・・下側対向面
１３３、２３３、３３３・・・外側面
１４０、２４０、３４０・・・筒状部分
１４１、２４１、３４１・・・外側壁体
１４２、２４２、３４２・・・内側壁体
１４３、２４３、３４３・・・外側弾性層体
１４４、２４４、３４４・・・内側弾性層体
１４５、２４５、３４５・・・剛性壁体
３５０・・・滑り部材
３６０・・・接着層
ＵＶ・・・上方側の椎体
ＤＶ・・・下方側の椎体
Ｃ・・・中心軸
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・間隙

Claims

脊椎の上下方向で隣り合う上方側の椎体と下方側の椎体との間に装着される人工椎間板であって、
前記上方側の椎体に連結して前記上方側の椎体から荷重を受ける上側板状部分と、
前記下方側の椎体に連結して前記下方側の椎体から荷重を受ける下側板状部分と、
前記上側板状部分と前記下側板状部分との上下間に配置される弾性部材と、
前記上側板状部分に上端を連結するとともに前記下側板状部分に下端を連結して前記弾性部材を囲繞した状態で前記上側板状部分と前記下側板状部分とを相対移動自在に変位させる筒状部分とで構成され、
該筒状部分が、
前記上側板状部分または前記下側板状部分のいずれか一方に固定される筒状の外側壁体と、
前記上側板状部分または前記下側板状部分のいずれか他方に固定されて前記弾性部材を取り囲む筒状の内側壁体と、
前記外側壁体の内周面に一体に外接する外側弾性層体と、
前記内側壁体の外周面に一体に内接する内側弾性層体と、
前記外側弾性層体の内周面と前記内側弾性層体の外周面との相互間に一体に配置されて前記外側弾性層体および前記内側弾性層体よりも変形しにくい剛性壁体とで構成されていることを特徴とする記載の人工椎間板。
前記上側板状部分と前記下側板状部分とが、円盤状に形成され、
前記弾性部材が、円柱状に形成され、
前記筒状部分が、円筒状に形成され、
前記上側板状部分と前記下側板状部分と前記弾性部材と前記筒状部分との中心軸が、一致していることを特徴とする請求項１に記載の人工椎間板。
前記弾性部材が、前記上側板状部分および前記下側板状部分に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の人工椎間板。
前記弾性部材より摩擦係数の小さい滑り部材が、前記弾性部材の上面または下面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の人工椎間板。