多凸起部的人造脊柱關節的製作方法

2023-07-08 19:02:31

專利名稱：多凸起部的人造脊柱關節的製作方法
技術領域：
本發明涉及多種人造關節，並且具體地說，涉及一種用於置換受損壞的脊柱盤的 人造椎間盤。本發明涉及一種既用於全盤置換又用於核心置換(nuclear r印lacement)的 改進的人造椎間盤。
背景技術：
人造關節對於醫治退化的骨關節正變得越來越普通。關節可能由於事故、疾病、老 化等而被損壞，並且當十分疼痛時、或者當足以損傷關節的自然運動時常常被置換。人造關 節大致置換鄰接骨骼之間的組織，並且可能常常置換形成關節的兩個鄰接骨骼的端部。
在置換關節時，大致有幾個所希望的結果要達到。這些結果包括穩定性、承載能 力、自然運動保持、疼痛緩解、及降低的損壞率和嚴重損壞的減少。由於人脊柱的複雜性，穩 定性已經成為要解決的非常困難的參數。這種不穩定性本身經常表現為人造關節或支撐生 理結構的額外磨損和過早損壞、相鄰段/關節退化、及加重病人的疼痛和傷殘。
當前現有的許多人造盤往往缺少自然脊柱的穩定性。許多全盤置換裝置(TDR)是 "杯中球"或"凹槽中球"結構。這些具體結構的問題之一是，TDR要求周圍組織和結構(韌 帶和關節)提供支撐和穩定性。由於這些結構的物理幾何形狀，脊柱運動得離"中性位置" 越遠，人造關節在該方向上繼續運動的趨勢越大，從而將非自然應力施加在周圍組織和結 構上，並且要求更大的力使關節返回到"中性位置"。隨著時間的推移，操作人造關節所需的 經常施加和增大載荷可能導致對於脊柱的肌肉、相連組織及相鄰結構的損傷，加重疼痛和 妨礙脊柱的正確運動。此外還發現，由於置換的盤不穩定性，脊柱會產生脊柱側凸、或彎曲， 這也往往導致與脊柱相關的組織額外損壞，比如相鄰關節損傷。 關節的中性位置是關節的正常靜止位置，並且大致在脊柱關節運動範圍的中部。 對於典型脊柱，兩個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參數是模仿脊柱的自然動力運動的能力。人體中的許多 關節可充分近似象鉸鏈或窩中球之類的簡單關節。因為脊柱關節的複雜結構，它不能近似 簡單關節。許多以前人造盤使脊椎骨能以樞轉運動來運動，該樞轉運動具有對稱運動。在 自然關節與人造關節之間運動的差異能對周圍肌肉和組織引起不利影響。這種影響會引起 正常運動和控制人造關節的退化和無能，從而加重人造關節的不穩定性，並且可能加速更 多的關節問題。 需要有一種更有力穩定的人造關節，其具有將關節返回"中性位置"的固有趨勢， 以便減少對周圍組織和結構的應力和疲勞。另外，還補充需要該人造關節更準確地配合脊 柱的自然動力運動，以再次減少對周圍組織和結構的應力和疲勞。這些只不過是對設計成 功的脊柱盤成功置換而重要的兩個參數。

發明內容
本發明的目的是提供一種改進的人造盤。本發明的一個目的是產生一種人造盤，該人造盤更精密地配合自然脊柱的運動。為了精密地配合脊柱的自然運動， 一種方法將是 使用不全等鉸接面，這些不全等鉸接面便於非對稱和/或耦合運動。這種人造盤會促進置 換的關節長期結果良好，因為它保持圍繞關節的肌肉和組織更加自然運動。通過更精密地 配合自然運動，人造盤有助於防止周圍組織和相鄰段的退化，同時促進病人關節更好的靈 活性。 本發明的另一目的是提供一種更有力穩定的人造盤。當移離中性位置時，壓縮力 自然地施加到脊柱上，比如由於重力，並且周圍組織中的張力將人造關節推回到中性位置， 且不離開中性位置。在多個盤被置換的場合，這種人造關節特別有利，因為它避免了組織疲 勞和關節不穩定性。 本發明的這些和其它方面可以在一種人造盤中實現，該人造盤使用多個嚙合配合 面的突出部，以使在兩個相鄰脊椎骨之間能進行自然約束平移和旋轉運動。配合面大致包 括多個凹入部，這些凹入部接受突出部。突出部能夠在凹入部內滑動，以提供平移和旋轉兩 種運動，即撓曲/延伸、橫向彎曲和軸向轉動。突出部和凹入部優選地構造成提供耦合平移 和旋轉運動，從而當關節部件滑過配對關節部件時引起關節部件的傾斜。突出部中的一個 或多個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 力的穩定系統。 可替換地，其它結構，比如具有多個嚙合面的單個突出部和凹入部，如本文所述的 那樣，可以在人造關節的頂部與底部之間提供所需的相對運動。同樣，在人造關節的頂部與 底部之間的中間結構可以用來提供所需的運動和穩定性。


參照有數字標記的附圖示出和描述本發明的各個實施例，在附圖中 圖1表示現有技術原理的本技術人造關節的側視圖； 圖2表示具有多個現有技術人造關節的脊柱的側視圖； 圖3表示人的脊椎骨的俯視圖； 圖4表示兩個脊椎骨的示意側視圖，具體示出在脊柱向前和向後撓曲時的脊椎運 動； 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的脊椎運動； 圖5B表示兩個脊椎骨的示意側視圖，具體示出在脊柱橫向彎曲時的脊椎運動； 圖6A表示脊椎骨的示意俯視圖，具體示出在脊柱轉動期間的脊椎運動； 圖6B表示兩個脊椎骨的示意側視圖，具體示出在脊柱轉動時的脊椎運動； 圖7A和7B表示在撓曲和轉動時圖1中現有技術人造關節的運動； 圖8表示本發明的人造盤的分解透視圖； 圖9表示本發明沿圖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視圖； 圖11表示本發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中人造盤的另一個橫剖視圖，其突出部在凹槽中已經運動，從而改變人造盤上部的角度； 圖13C表示本發明的人造盤的另一個橫剖視圖； 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中人造盤的另一個橫剖視圖，其突出部在凹槽中已經運動，從而
改變人造盤上部的角度； 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表示本發明的人造盤的突出部和凹槽的另一個詳細橫剖視圖； 圖18表示本發明的人造盤的下部和上部的突出部的另一個俯視圖； 圖19表示本發明的人造盤的另一個俯視圖； 圖20表示沿線20-20截取的圖19中人造盤的橫剖視圖； 圖21表示本發明具有不同形狀突出部的人造關節的透視圖； 圖22表示沿圖21中線22-22截取的圖21的人造關節的橫剖視圖； 圖23表示本發明的另一個人造關節的透視圖； 圖24表示沿圖23中線24-24截取的圖23的人造關節的橫剖視圖； 圖25具體示出本發明的另一個人造關節； 圖26表示用作盤核心置換的本發明的人造關節； 圖27表示本發明具有約束帶的人造關節； 圖28表示本發明的另一個人造關節的橫剖視圖； 圖29表示圖28中關節的另一個橫剖視圖； 圖30表示與圖8-18的人造關節相類似的人造關節的分解透視圖； 圖31表示圖30中關節的上部的仰視圖； 圖32和33表示沿圖31中剖面線32和33截取的圖30的關節的上部的橫剖視 圖； 圖34表示圖30中關節的上部的底部透視圖； 圖35表示圖30中關節的下部的俯視圖； 圖36至39表示沿圖35中剖面線36至39截取的圖30的關節的下部的橫剖視 圖； 圖40表示圖30中關節的下部的透視圖； 圖41表示與圖8-18和30-40中人造關節相類似的人造關節的分解透視圖； 圖42表示圖41中關節的上部的底部透視圖； 圖43表示圖41中關節的上部的仰視圖； 圖44至47表示沿圖43中剖面線44至47截取的圖41的關節的上部的橫剖視 圖； 圖48表示圖41中關節的下部的透視圖； 圖49表示圖41中關節的下部的俯視圖； 圖50至53表示沿圖49中剖面線50至53截取的圖41的關節的下部的橫剖視 圖； 圖54表示與圖8-18、30-40和41-53中人造關節相類似的人造關節的分解透視圖； 圖55表示圖54中關節的上部的底部透視圖；
圖56表示圖54中關節的上部的仰視圖； 圖57至60表示沿圖56中剖面線57至60截取的圖54的關節的上部的橫剖視 圖； 圖61表示圖54中關節的下部的透視圖；
圖62表示圖54中關節的下部的俯視圖； 圖63至66表示沿圖62中剖面線63至66截取的圖54的關節的下部的橫剖視 圖； 圖67表示圖54中關節的下部的俯視圖以及用於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。
將要認識到，附圖是舉例說明的，並不限制由附屬權利要求書限定的本發明的範 圍。所示的實施例達到本發明的各個方面和目的，並且任何一張圖不必達到本發明的每個 方面或優點。要認識到，在一張圖中不可能清楚地示出本發明的每個元件和方面，並因此， 提出多張圖，以更清楚地單獨舉例說明本發明的各個細節。
具體實施例方式
現在將參照附圖和其中提供的附圖標記來論述本發明，以便使本領域的技術人員 能實施本發明。附圖和描述是本發明各個方面的典型，並非用來限制附屬權利要求書的範 圍。在一些圖中，空間在大致相互接觸的相鄰結構之間示出，以便更清楚地示出結構。
當前，許多人造盤目前是可得到的，或者被試驗。這些人造盤往往缺乏自然脊柱的 穩定性。這些現有技術關節大致包括支承面，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。這些關節以與其它已知球窩節相類似的方 式通過樞轉來運動。矩形18通常表示在關節(如由具體關節支撐的那樣)，比如另外的脊 椎骨、骨骼及組織上方的身體質量。圓圈22表示在關節上方身體重量的片段，提供用於舉 例說明的基準點。當球10樞轉到位置10'時，如使關節彎曲發生的那樣(這時具有人造 關節的人正在彎曲)，身體質量18和基準點22運動到由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。 因此要認識到，當關節通過轉動球10樞轉時，點22大致降低，因為它運動到位置 22'。重力有助於關節的樞轉，因為在關節上方的身體質量18、22運動到較低位置。重力 單獨將施加繼續運動的力，從而使身體質量18、22運動到甚至更低的位置。為了將身體質 量18、22運動回到其原始位置需要額外的力。由於作用在每個關節上方的身體質量上的重 力和由於圍繞每個關節的肌肉和其它組織的張力而使脊柱處於壓縮狀態。這些壓縮力往往 使現有技術的人造關節運動離開中性位置，因為運動的終點表示最小能量狀態，即重力勢 能和拉力被最小化的位置。 因此，要認識到，所示關節是固有不穩定的關節。 一旦運動離開中性位置，由周圍 組織中的張力或在關節上方的身體重量引起的對關節的壓縮往往使運動繼續。現有技術的 關節在運動終點是穩定的，而不是在中間位置，這意味著在關節上的壓縮力往往將關節運 動到運動終點，而不是在中心位置。
圍繞現有技術關節的肌肉結構和其它組織結構必須克服作用在脊柱上的壓縮力， 比如重力將關節保持在中性位置(即關節不被移動的靜止位置，這時周圍肌肉和組織處於 靜止長度)。由於脊柱關節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 關節保持在所需的位置，比如當豎直坐著或站著時而可能承受相當大的應力。另外，周圍肌 肉和組織必須更加有力地起作用，以在脊柱彎曲之後使關節返回到中性位置。這又可能導 致對脊柱的肌肉、相連組織和相鄰關節結構的損傷，從而加重疼痛和妨礙脊柱的正常運動。
因此可以理解，為什麼希望具有一種有力穩定的人造盤。最好具有這樣一種人造 關節，即作用在脊柱上的壓縮力，比如作用在身體質量上和關節上方的重量的重力必然能 將關節運動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的人造盤中的兩個或多個。圖中示出多 個脊骨30a-30g和多個健康的脊椎盤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由現有技術人造盤38c和38d置換，該人造盤38c和38d 包括關於圖l所論述的球和凹槽盤。如已經論述的那樣，球和凹槽盤存在固有的不穩定性， 其中，象重力之類的壓縮力增強運動，並將關節拉離中性位置較遠，而不使關節返回到中性 位置。 使38c和38d所示的兩個或多個人造盤的問題愈加嚴重。當一個人造盤，比如38d 運動離開中性位置時，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。具有多個現有技術人造盤的病人可能沒有能力將他們的脊柱保持 在正確對準或姿勢中，因為人造盤往往將脊柱推動到彎曲或疊並位置。因此，脊柱或者由於 人造盤38c、38d的不穩定性和身體不能將脊柱保持在正確位置而產生脊柱側凸或彎曲，或 者顯著較大應力被置於肌肉和連接組織上，以便身體將脊柱保持在其正確方位。隨著時間 推移，由於人造盤造成的脊柱彎曲或疊並往往會損壞與脊柱相關聯的組織。因此要認識到， 在人造盤缺乏自然穩定性的場合，人造關節取得長期良好結果被降低，並且隨著被置換盤 的數量增加而急劇地降低。事實上，人造關節可能另外加速健康脊柱元件的損壞。
具有單個現有技術人造盤的脊柱可能導致一個或多個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。與人造關節相鄰的自然盤不 希望有的彎曲可能引起或加速自然關節的退化，並且可能導致置換另外盤的需要。
對人造盤另外的重要性是自然運動的保持和恢復。利用人造關節提供自然運動由 於多個原因是重要的，比如向人提供舒適的運動。或許更為重要的是，人造關節對於周圍組 織可能具有的影響。如果運動是不自然的，則承擔運動關節的組織，比如周圍肌肉、腱等可 能受到關節的不利影響。周圍組織可能沒有能力正確地控制關節，或者由於人造關節的運 動變化而可能逐漸退化。因此，人造關節設有自然運動對於人造關節獲得長期良好結果可 具有顯著影響。 許多人造關節，比如人造膝或髖部是具有比較簡單運動的比較簡單的關節，比如 鉸鏈或窩中球型關節。然而，脊椎和自然盤具有複雜的運動。自然盤是軟墊，但不像褥墊。 自然盤便於和支持脊椎骨的運動，並且使脊椎骨能隨著水平、豎直和旋轉的組合運動而跨 越盤移動，以完成脊柱的正常運動。 現有技術人造盤，如圖1和2中所示的人造盤與脊柱的自然運動配合得並不好。許 多現有技術人造盤使脊椎能以樞轉運動來運動，並且具有對稱的向前和向後運動。如已經提到的那樣，自然關節與人造關節之間的運動差異能對周圍肌肉和組織引起不利影響。肌 肉和組織被定向並習慣於按自然運動使關節運動，並且可能退化或不能正確地控制具有不 自然運動的人造關節。正確運動和控制人造關節的這種退化和無能，加重現有技術人造關
節的不穩定性，並且可能引起或加重關於圖1和2所論述的關節問題。 因此可認識到，為什麼希望具有一種人造盤，該人造盤導致有力穩定並提供自然 運動的關節。達到這樣的結果要提供一種人造盤和生成關節，該關節將對身體的不利影響， 比如承擔控制關節的周圍組織的退化和在自然位置對身體提供支撐的關節的損傷降至最 低程度。 對頸椎(頸部)的運動研究顯示，脊柱的動力運動是複雜和非對稱運動。可以看 出，脊柱的運動是脊椎體的平移和旋轉運動的耦合。本文通過描述在相關脊柱盤上方的脊 椎體的部分相對於在盤下面的脊椎體的對應部分的運動，典型地描述了脊柱的運動。撓曲 /延伸涉及脊椎體向前或向後的平移與脊椎體在平移的同一方向上的轉動相組合。轉動大 致涉及脊椎體圍繞脊椎體中心稍微後面一點的轉動與某些升高和某些側向傾斜相組合、脊 椎體在左向轉動期間向左有些傾斜等。橫向彎曲(左右地)通過多個脊椎關節的配合與 轉動、撓曲/延伸及橫向傾斜的組合來完成。自然脊柱的運動已在下列文獻中有所描述 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。脊骨包括用於周圍組織的連接、脊髓柱的通過等的各 種結構。由於本發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於脊 椎體-以50a所示連接到脊椎盤上的圓形前部區域。因此，本中請為簡單起見將脊椎體表 示為圓形或圓柱形截面。脊椎的盤區域的後部(後面)以點54表示，而前部(前面)以58 表示。小平面關節52有助於控制自然脊柱的運動，如大致理解的那樣。這些點在論述脊椎 骨的運動時將涉及到。 圖4表示兩個脊椎的側(橫向)視圖，示出頸椎在向前和向後撓曲時的典型運動。 可以看出，脊椎骨50的後部54和前部58相對於脊椎骨46作不同運動。脊椎骨50的前部 58呈現比脊椎骨50的後部54量大的豎直運動。還可以看出，脊椎骨50的運動涉及相對於 脊椎骨46相當量的滑動運動。在脊椎骨之間的盤62十分適應，並且改變形狀，以便於脊椎 的運動，比如便於脊椎骨50的向前和向後運動。儘管本發明在對頸盤置換的關節上下文中 論述了人造關節，但將要認識到，它也可以用來置換其它脊柱盤，大致通過稍微地修改人造 關節的尺寸並且可能通過對突出部和凹入部形狀的修改來控制運動和實現所需的運動範 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點的水平運動。 脊椎骨50的後部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相對於脊椎骨50的後部54樞轉，從而按箭頭70和74所示的弧形運動來運動。脊椎骨 50的左側78和右側82也以弧形運動來運動，好像如箭頭86和90所示圍繞脊椎的後部54 樞轉。 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點的豎直運 動。脊椎骨46和盤62也被示出，以便具體說明脊椎骨50相對於脊椎骨46的運動。在橫向彎曲時，脊椎骨50的前部58相對於脊椎骨46水平地運動，如箭頭94所示的那樣。脊椎 骨50的左側78和右側82豎直地以及水平地運動，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的橫向彎曲是複雜的運動。脊椎骨50 既滑動又側向扭轉。脊椎骨50橫跨盤62滑動，從而圍繞脊椎骨50的後部點54樞轉。當 脊椎骨50的左側78或右側82側向運動時，它們豎直地運動，相對於脊椎骨46扭轉脊椎骨 50。如上所述，橫向彎曲大致涉及多個脊柱關節的協調運動，以實現所需的運動。圖5A和 5B描述了單個脊柱關節的所需運動，以便適應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轉動期間脊椎各個點的水平運 動。脊椎骨50圍繞稍微在脊椎骨中心後面的點66轉動。因此，前部點58、後部點54和橫 向點78、82按照所示的箭頭56、60、80、84運動。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轉動期間該脊椎骨50的水平運動。脊椎骨50經受某些 豎直升起以及朝向轉動側的傾斜(即在向左轉動期間向左側傾斜)，如箭頭96、100、104所 示的那樣。 現有技術人造盤，如圖1中所示的人造盤涉及球窩型構造、或在兩個窩之間的半 球形盤等。要認識到，圖1的現有技術人造脊椎骨不以與圖3-6中所論述的自然脊椎骨相類 似的方式運動。圖7A表示對撓曲/延伸和橫向彎曲都是典型的現有技術人造盤的運動。上 部脊椎表面10的後部106和前部110按照箭頭114、 118運動。要認識到，這種運動與圖4 中所示的自然脊柱的撓曲運動和橫向彎曲運動十分不同。人造盤的橫向彎曲運動類似於撓 曲運動，而自然脊柱利用轉動和撓曲的組合運動而橫向彎曲。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，這裡施加到 現有技術人造盤上的壓縮力往往將現有技術人造盤運動到末端撓曲或彎曲位置，離開中性 位置。 圖7B表示圖1中現有技術人造盤的俯視圖，具體示出生成關節的旋轉運動。上部 脊椎骨表面10圍繞中心122樞轉，如箭頭126所示的那樣。球窩型人造盤圍繞盤的中心樞 轉，並在盤沒有任何豎直運動的情況下樞轉。如圖5和6中所示，自然脊椎骨圍繞更朝向盤 的後部一點樞轉，與一些升高和傾斜相組合，現有技術人造盤不會適當地重複這些運動。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位置，而現有 技術人造脊椎骨不被移置到中性位置。 因此要更好地認識到，現有技術人造盤如何產生這種關節，該關節缺乏固有的穩 定性(不能使自身對中，或者由於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動。這兩個因素都導致不自然運動，並將額外應力置於操作具體 脊柱關節的肌肉、相連組織和支撐關節上。因此，現有技術人造盤可促使脊柱進一步損傷。
現在轉向圖8，圖中示出本發明的人造關節130的分解透視圖。關節130包括上 部134，其具有多個突出部138a、138b、138c(大致為138);和下部142，其具有多個凹入部 146a、146b、146c(大致為146)。當人造關節被組裝以置換脊柱中的盤時，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，並限定突出部運動和由此上 表面134相對於下表面142的運動的可能範圍。突出部表面與凹入部表面之間的相互作用 形成人造關節130的受控運動，該運動更精密地相似於自然脊柱的運動。
在以下圖中示出本發明和在論述本發明時，凹入部和突出部常常用有界限的區域表示。通過以下論述和附圖要認識到，突出部和凹入部常常是平滑輪廓，並且逐漸從周圍材 料過渡。因此，對於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 以表示突出部用於運動的區域、或在要求人造關節使用期間接觸突出部的區域。在人造關 節的一些構造中，突出部或凹入部可以具有較尖銳的限定邊緣，比如當保持壁用來對人造 關節的運動範圍提供確定極限時。在其它構造中，凹入部可能是無界限的，或者沒有清晰的 邊緣，並且可以具有另一種結構，比如限制上表面相對於下表面運動的銷。因此要理解，術 語凹入部廣義地用來定義接受突出部的一般區域或部分，並且不用於將結構局限於具有相 對側壁或細長性質的結構。 以下附圖和說明將更好地描述突出部138和凹入部146的外形和由人造關節130 允許的生成範圍和運動類型。通過附圖和論述將要認識到，凹入部146不必需要有陡峭傾 斜的豎直邊緣，為的是絕對地容納突出部138，而是可以從下表面142的相鄰表面提供逐漸 過渡。術語凹入部用來描述這種表面，該表面被突出部138接觸，並且跨越該表面突出部滑 動，以便於人造盤130運動。 上部134的上表面132和下部142的下表面144(不可見)被構造成用於對骨骼 的連接，由此形成人造關節。因此，連接面132、144可以具有尖狀物、多孔結構、導致粘結骨 骼的化學物品等，如現有技術中已知的那些。這些表面在每張圖中沒有詳細表示，但在可能 必要時，要理解成是本文公開的所有人造關節的部分。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 人脊柱中出現的脊柱前凸、脊柱後凸、脊柱側凸、或其它狀況時是有用的。使用具有逐漸縮 減厚度以便產生楔形人造盤的人造關節元件要理解成是本文公開的所有人造關節的部分。 將要認識到，這種連接結構或逐漸縮減厚度在所有情形下可能並非必要，或者可能常常是 不同的尺寸或構造，特別是在比如人造關節用於核心置換而被設定尺寸的情形下。
圖9表示關節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的剩餘部分(儘管在本申請中論述了突出部從上部向下延伸到在下部中的 凹入部裡，但將要認識到，構造可以顛倒，以便突出部從下部向上延伸到上部中的受器裡， 同時保持本文論述的穩定性)。 圖9和下面許多圖都是沿著圖8中線9-9截取的，並用來表示突出部和凹入部的 形狀和方位以及人造關節的構造。 突出部138在上部134上形成為半球形突出部，並用剖面線具體示出，以與凹入部 146區分開。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，優選的是，凹入部左右比相關突 出部的相鄰部分大，以便突出部在嚙合凹入部的側壁(該側壁大致是傾斜的，而不是豎直 的)之前，提供某種程度的平移運動。 如在隨後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節的 運動。大致，受器146的底部比較平坦，以允許某些平移運動，並且受器的內側日益傾斜，從 而當上部134的特定側朝向下部142的中心滑動時，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，或者可以包含限制人造關節130運動的保持壁或 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的側面，該上部134正在運動離開下部142的中心，象這樣大致與自然脊柱的運動相反。
另外，凹入部146可以以各種角度定向，以有助於控制關節的運動。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可以稍微向後 和向橫向側外定向。 圖10表示圖9中下部142的側視圖。可以更清楚地看到，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後傾斜。凹入部146的方位有助於控制突出部和上部的運動； 因此控制人造盤130的運動。人造盤130的運動將在下面各圖和說明中更詳細地論述。
圖ll表示人造盤130的另一個部分剖開俯視圖，具體示出突出部138和凹入部 146的替代構造。突出部138被形成以便具有側面，這些側面大致與後點150徑向對準，如 從後點150延伸的短劃基準線表示的那樣。類似地，受器146的輪廓大致隨著那些徑向線。 這種徑向對準促使盤圍繞後點150轉動，模擬如上所述的自然脊柱的運動。
當盤轉動時，前突出部138a橫向運動，如箭頭148所示的那樣，並且橫向突出部 138b、138c如箭頭152和156所示的那樣運動。當上部134轉動到右邊時，左橫向突出部 138c豎直地升高(到頁面外)，因為它嚙合凹入部的側壁，由此模擬在轉動期間自然脊柱的 傾斜。當上表面134轉動到相對於下表面142的左邊時，右橫向突出部138b以類似方式升 高。這些運動也表示在圖13-15中。 圖12表示人造盤130的另一個部分剖視圖，具體示出突出部138和凹入部146的 替代構造。橫向突出部138b、138c和橫向凹入部146b、146c已經形成，使得它們稍微彎曲。 該彎曲促使上部134圍繞相對於下部142的點154轉動。橫向突出部138b、138c和橫向凹 入部146b、146c的曲面有助於將盤130的旋轉運動約束成預定運動。 點154稍微在盤130的後部(以點158表示)的前方，但在盤的中心162後面。當 盤130的上部134被轉動時，前突出部138a按照箭頭166運動，並且橫向突出部按照箭頭 170和174運動。凹入部146c的形狀使得當上部134向右樞轉時左橫向突出部138c被豎 直地升高，並且凹入部146b的形狀使得當上部向左樞轉時右橫向突出部138b升高-因此 模擬轉動時自然脊柱的傾斜。 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，以便於跨越凹入部146b、146c的表面作平穩滑動(轉動和平移)。凹入部146b、 146c同樣光滑地形成，為跨越所需運動範圍的平穩和連續運動提供保證。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，關節高度穩定，因為 它對於被保持在靜止狀態下的關節不要求額外起作用。施加在關節上的壓縮力，比如身體 重量和周圍組織的張力的那種力往往會將關節移置到這種靜止狀態。關節的靜止狀態是有 力穩定的(動力最小)，並且與自然脊柱的中性位置相對應。 當上部134滑動到相對於下部142的右邊時(如在自然脊柱中發生的那樣)，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的一般平底部運動，從而導致上部134的傾斜而配合自然脊柱的傾斜，並且 導致人造盤的淨膨脹。上表面134的向左運動使右突出部138b沿著凹入部146b的側壁豎 直地升高，同時左突出部138c大致水平地滑動，從而使上部134向左傾斜並且導致人造盤 的淨膨脹。通過使突出部138的移動和彎曲與凹入部146的側壁配合，可使上表面134精 密地相似於在自然脊柱中發生的移動。因此要認識到，置於脊柱上的壓縮力，比如在人造關 節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節推回到中性位置，因為這 些力起到壓縮人造關節的作用。因此，人造關節130是自然穩定的，因為這些壓縮力往往使 上部134返回到其原始中性位置。因此，額外疲勞不會置於肌肉和相連組織上，從而提高了 關節穩定性。 圖13B表示圖13A的人造關節，其上部稍微向右移動。可以看到，突出部138c當 它向右運動時如何升高，並且上部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，從而導致人造關節的淨膨脹。因此，作用在關節130上的壓縮力抵 抗關節的膨脹，並使其返回到中性位置。 人造關節由其運動引起的膨脹可以以不同方式描述。由關節佔據的體積，包括上 部134、下部138及直接在兩者之間空間的體積隨著關節移動離開中性位置而增大。可替換 地，當關節移動離開中性位置時，在上部134與下部142之間的平均距離增加。儘管各種不 同術語可以用來描述關節130的膨脹，但本發明的人造脊柱盤的設計是這樣的，即對於生 成人造關節的預定運動範圍，人造關節由於關節移動離開中性位置的結果而膨脹，並因此 置於人造關節上的壓縮力將把關節移置回到中性位置。這樣產生一種固有穩定的關節，因 為在使用時大致置於關節上的力往往將關節恢復到中性位置。對於人造關節的最優選的實 施例，關節對於所有類型的所需運動都受到淨膨脹，從而導致一種所有類型的運動均由關 節的壓縮抵抗的關節、和因此一種自然置於脊柱上的壓縮在對離開中間位置所有類型的反 作用中將關節移置到中性位置的關節。 圖13C表示與圖13A和13B的人造關節相類似的人造關節，但其中突出部138 (表 示橫向突出部138b、138c)形成在下部142上，並且凹入部146(表示橫向凹入部146b、 146c)形成在上部134上。可以看到，凹入部146的傾斜方向被顛倒，以在人造關節130運 動期間達到同一方向的傾斜。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，而與下部的內側相鄰的段是傾斜的；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，而與上部的內側相鄰的段大致是水平的。圖13C中所 示的配置保證，上部134當向前延伸時而向前傾斜等，以配合如已論述的脊柱的自然運動。
因此要認識到，本發明的人造關節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，當希望具有在關節的下部142上的突 出部138和在關節的上部134上的凹入部146時，凹入部的相對方位被顛倒，以便曾被置於 凹入部內側上(離關節的中心最近)的傾斜部分被置於在凹入部的外側上，而曾被置於凹 入部的外側部分上的大致平坦的部分或較小傾斜部分被置於凹入部的內側部分上。然而， 在大多數情況下，製造一種突出部在關節的頂部上而凹入部在關節的底部上的人造關節是 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，當上部134向前(朝向下部142的前部)運動時，橫 向突出部138b、138c(未示出右橫向突出部138b)如何向上運動。橫向突出部138b、138c 跨越凹入部146b、146c的表面向上和向前滑動。因此，上部134在後部向上樞轉大約5-7 度，由此模擬自然脊柱的運動。未示出的前部突出部138a，可以或是水平地滑動，或是可以 甚至沿著前凹入部146中的斜面向下滑動，以在關節的前面提供類似於自然脊柱的急降運 動。然而，不像現有技術人造關節，關節被構造成一旦相關肌肉被釋放便返回到其原始位 置，使用作用在關節上的壓縮力以使突出部138b、138c沿它們的相關凹入部的側壁向下滑 回，並且使前部突出部138a滑動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 未示出的運動限制支柱或擋塊(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。當上部134向後(朝向下表面的後部)運動時，前突出部138a豎直地 升高，因為它沿凹入部146a的傾斜面向上滑動。為了限制上部134相對於下部142運動， 上部和下部中的一個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 分可以具有對應孔182或受器，以接受支柱178。各種不同方法和結構可以用來肯定地限制 人造關節的運動。 將支柱178的運動限制到由孔182限定的空間約束上表面134相對於下表面142 的運動，並因此約束由人造盤130提供的運動範圍。這在防止事故或其它強烈衝擊中可能 發生的人造盤130脫位(上表面134跨越或離開下表面142運動得太遠)時可能是重要的。
頸椎骨的運動比較小。例如，在向前和向後撓曲時，脊椎骨可以向前傾斜大約10 度和向後傾斜大約5度。相同的運動可以大致涉及脊椎骨相對於下面的脊椎骨滑動大約1 或2毫米。在轉動時，脊椎骨可以樞轉大約4度，並且相對於下面的脊椎骨滑動大約0. 5或 1毫米。因此，孔182的直徑可以大於支柱178大約4毫米。 圖13-15具體示出凹入部146如何被成形，當上部134運動時既將突出部138的 運動導入預定的方向又有選擇地升高突出部中的一個或多個。各突出部被導入模擬自然脊 柱運動的運動。當人造盤130向前撓曲時，上部134向前滑動並且還向前傾斜，因為橫向突 出部138b、138c被凹入部146b、146c豎直地升高。 當人造盤轉動時，突出部138和凹入部146也幫助模擬自然脊椎的運動。例如，當 上部134向右轉動時，前突出部138a將向右滑動，左橫向突出部138c將向左和稍微向前滑 動，且將被豎直地升高，而右突出部138b將向左和稍微向後滑動。通過控制突出部138的 形狀和凹入部146的底部和側壁的形狀和彎曲，可以精細地控制上部134和下部142的三 維運動。因此，可產生一種比圖1的人造關節精密得多地模擬自然脊柱運動的人造關節。
圖16表示人造關節130的突出部138和凹入部146的詳圖。為清楚起見只示出 一個突出部138和凹入部146，但論述的原理適用於突出部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，包括平滑地跨越凹入部的各個段過渡。將要認識到，突出部和凹入部的不同形狀，比如 彎曲段190可以用來改變人造關節的特性運動，所述彎曲段190或快或慢地彎曲，以提高上部134相對於其平移運動的升高速率。 突出部138可以位於凹入部的過渡段190中的靜止位置，使得突出部138當滑離 傾斜部分194(圖16中向左)時將在大致水平方向上滑動，並且使得當突出部滑向凹入部 146的傾斜部分(圖16中向右)時，將立即開始向上以及水平地運動。突出部138和凹入 部146的這樣一種構造可以用來產生本身對中和有力穩定的人造盤。 突出部138和凹入部146可以被定向，使得突出部當大致滑離下部142的中心時 大致水平地滑動，並且使得突出部當大致朝向下層142的中心滑動時既水平又向上滑動。 因此，當人造盤向前運動時，如在脊柱向前撓曲時發生的那樣，前突出部138a大致向前滑 動，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。因此，人造盤130的上層134的後部向上升高，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，並克服支撐脊柱的 肌肉和組織的張力。因此，置於關節上的身體重量的壓縮力和在支撐組織中的張力將導致 關節返回到中性位置，從而降低升高的橫向突出部138b、138c並降低上部134和支撐的重 量。在人造盤130的旋轉運動中完成類似模式的操作。 在對於向前撓曲論述的同時，將要認識到，每個凹入部146可以設有圍繞整個周 邊的傾斜側壁，由此隨著水平運動的任何方向有選擇地控制相關突出部138的升起。通過 配合突出部138的彎曲和凹入部146的彎曲達到上部134的三維運動的基本控制。
因此，人造盤130優於現有技術，因為該盤產生一種能力穩定或自對中並偏置回 到中性位置的關節，而現有技術人造盤產生重力不穩定且一旦運動離開中性位置便偏離中 性位置更遠的關節。另外，人造關節130產生精密地近似脊柱自然運動的運動。較精密地 配合脊柱的自然運動減少在使用時對圍繞人造關節的組織的不利影響，並且促進人造關節 的長期效果良好。 圖17具體示出限制生成關節的運動範圍的人造盤130的突出部138和凹入部146 的替代構造。突出部138已經形成有圓形端部202，該圓形端部202較陡峭地彎曲離開與 凹入部146的接觸點。凹入部146已經形成有內保持壁206和外保持壁210。突出部138 在運動到在凹入部146內的末端位置之後將接觸保持壁中的一個。凹入部中的任一個或全 部因而可以形成有保持壁，以限制上表面134相對於下表面142的運動。因此，當突出部在 靜止位置時，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產生的關節的運動範圍。 保持壁206、210可以圍繞凹入部146完全延伸並彼此相連，或者可以形成為單獨 的結構。將要認識到，內保持壁206可以不需要。如果凹入部146中的每一個形成有外保 持壁210，則突出部138和上表面134的運動範圍將在所有方向上由外保持壁210限制。類 似地，如果關節由內保持壁完全約束，則外保持壁可以不需要。 內保持壁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 動。圖18表示這樣一種用途。例如，內保持壁206b、206c可以置於凹入部146b、146c的內 側上。內保持壁206b、206c防止橫向突出部138b、138c在完全橫向方向上運動。內保持壁 206b、206c倚靠橫向突出部138b、138c定位，使得在轉動時橫向突出部138b、138c不橫向平 移，而是圍繞橫向突出部與內保持壁之間的接觸點轉動。 例如，如果上部134向右轉動，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可以向前和向右運動，而右橫向突出部138b可以稍微向後運動。 前突出部138a可以向右和向前運動。左橫向突出部138c隨著運動而被豎直地升高，如以 前論述的那樣。因此可以看到，內保持壁206b、206c幫助約束人造盤的運動，以模擬自然脊 柱的運動。內保持壁使轉動中心大致位於保持壁之間，較靠近人造盤的後端，自然脊柱的轉 動中心所處的地方。 在向前和向後撓曲時，上部134應當如箭頭214、218、222所示以與自然脊柱相類 似的方式運動。在轉動中，上表面應當如箭頭226、230、234所示也以與自然脊柱相類似的 方式運動。 將要認識到，有可能不會完美地重複自然脊柱的運動，而仍然實現足夠穩定的人 造盤130。照這樣，生成結構例如可以是一種在配合自然運動與提供固有穩定性和自對中能 力之間的折衷作法。人造關節也可以是一種提供對自然運動的良好配合、固有穩定性、並且 可以由所需材料製造且沒有過分費用或困難的折衷作法。然而，本發明的確提供優於現有 技術的固有不穩定人造盤的顯著改進，並且精密得多地重複脊柱的自然運動。
圖19表示本發明的人造盤130'的另一個部分剖視圖。上表面134'(圖20)包 括前突出部138d和後突出部138e。下表面142包括前凹入部146d和後凹入部146e。儘管 兩個突出部/凹入部結構不可能提供如三個或多個突出部結構設計那樣穩定的人造關節， 但它仍然在穩定性和運動方面提供優於傳統人造盤的顯著改進效果。例如，突出部138d和 138e的細長構造與現有技術中那樣的半球形單個突出部相比，將關節對中所需的力量減至 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)滑動而後突 出部向前並向上滑動，從而使上部134'向前傾斜，並以與自然脊柱相類似的方式使上表面 滑動。 類似地，在人造盤的後部撓曲期間後突出部138e將向後滑動，而前突出部138d將 沿凹入部146向後和向上滑動，從而使上部134'向後傾斜並使上部與自然脊柱類似地滑 動。在人造盤向前和向後撓曲期間上部134'的向上運動將克服重力運動支撐體，並導致重 力將人造盤移置回到中性位置，如以上論述的那樣。 在轉動時，上部134'將大致圍繞人造關節130'的中心轉動，並且隨著突出部 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造，可使上部134'圍繞除在上部的中心 之外的軸線轉動。因此，可以提供一種較準確地相似於自然脊柱運動的人造關節。
將要認識到，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於自然脊柱的運動，但可能較易於製造。此外，它比現有技術的 人造關節還要穩定。 圖21表示另一種人造盤的透視圖，該人造盤類似於圖8-18的人造盤，並以類似方 式起作用。該盤的不同之處在於，前突出部234，如形成在關節的頂部238上具有較陡終接 的前側。底部242形成有凹入部246，該凹入部246具有對應形狀。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中關節的橫剖視圖。可以看到，突出部234的幾 乎豎直前側和凹入部246的幾乎豎直前側將如何防止上部238相對於下部242向右運動大 於短距離，從而達到運動限制。提供這樣一種運動限制有助於保證，人造關節一旦安裝到病 人中就不會過度延伸。如前面已經論述的那樣，凹入部246可以被成形，使得突出部234當 從所示中性位置向右運動時，將比較水平地運動，並且使得突出部當相對於基部向左並且 離開所示中性位置運動時，豎直地以及向左運動。如已經論述的那樣，這樣產生穩定關節， 其中，在關節上的壓縮力將關節移置到中性位置。將要認識到，突出部和凹入部中的一個或 多個可以以這樣一種方式形成，由此限制關節的運動。本文論述的限制人造關節運動的不 同方法中的一種或多種可供本文所示的不同關節構造中的任一種使用。
圖23表示另一種人造盤264，該人造盤264使用單個突出部和單個凹入部，以實現 本文論述的穩定性和運動控制。頂部266包括單個凹入部270，而底部274包括單個突出部 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 運動。突出部278和凹入部270可以形成為多邊形形狀或其它形狀，以限制人造關節的轉 動和提供關節的更自然運動。將要認識到，圓形凸起部278和凹入部270將不限制頂部266 相對於關節底部274的轉動。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。可以看到，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，並且突出部278如何也具有傾斜過渡區290和圓 形肩部294。突出部的肩部294接觸傾斜外壁282並跨越其滑動，而凹入部270的肩部286 接觸突出部的傾斜過渡區290並跨越其滑動。 在觀看人造關節264時，可以認識到，如果頂部266相對於底部272向右運動，則 頂部的右側將跨越大致水平面大致水平地運動，並且當肩部286、294嚙合傾斜過渡區282、 290並且跨越它們運動時，頂部的左側將升高。對於人造關節264的橫向彎曲或撓曲/延伸 情況將是這樣。因此，儘管沒有完美地近似脊柱的自然運動，但人造關節264，將產生類似運 動，並將形成一種由施加到關節上的壓縮力移置到所示中性位置的關節(當關節安裝在人 的脊柱中時情況就是這樣)。為了更好地控制人造關節164的運動，上部266可以彎曲離 開在肩部286上的接觸點，如292所示的那樣。另外，下部274可以在後部中向下傾斜，如 296所示的那樣，以便更精密地近似脊柱的自然運動。 圖25表示與圖23和24中所示人造關節相類似的人造關節的頂部298的仰視圖。 可以看到，凹入部302(和在關節的底部上形成的對應突出部)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節的特性運動。例如， 如所示那樣成形的突出部/凹入部，當在除相反方向之外的一個方向上運動時可能往往升 起得較多，或者在關節的轉動或橫向彎曲期間提供不同的轉動特性。因此，形狀可以選擇 成，它合理地近似自然脊柱的運動，並且產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節。 圖26具體示出用來置換被損壞脊柱盤的核心的本發明的人造關節306的使用，同 時將自然盤的環310 (環纖維化)保留在應有位置。將環310儘可能保留不動在某些情況下 可能是有利的，因為它對人造關節306提供支撐，幫助保持在脊椎骨314上對中的關節306， 或者幫助保持在關節底部上對中的關節頂部。用於核心置換的人造關節將大致小於用於全盤置換的關節。以上所示關節結構中的任一種，如果以適當尺寸和構造製造並由適當材料 製成，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節318的彈性帶322的人造盤318。該帶322可以幫助 鬆弛地約束關節的運動並保持在關節底部上方對中的關節頂部。需要時，以上關節結構中 的任一種可以加入這種帶322。 圖28具體示出本發明的替代人造盤。人造關節326包括基部330，其具有形成 在其中的圓形凹入部332 ;圓環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334中。圓環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334內樞轉，並且當它由於錐形部分與圓環之間的相互作用樞轉時而被 升高。 圖29具體示出在與撓曲/延伸或橫向彎曲運動相對應的位置中圖28的關節。可 以看到，圓環334當它跨越基部330中的凹入部332滑動時如何被升起，並且頂部338當它 樞轉時如何被升起。關節326利用可能比較容易製造的對稱形狀，並且大致近似自然脊柱 運動。關節的撓曲/延伸和橫向彎曲精密地近似自然脊柱，並且也被移置到中性位置。盡 管轉動不受約束，但這種運動對於肌肉和周圍組織控制可能是最容易的，並且受置於自然 脊柱上的壓縮力影響最小。 現在轉向圖30，該圖表示另一種人造關節的分解透視圖。大致以350示出的關節 與圖8-22中所示的人造關節相類似。關節350包括上部354，該上部354具有前突出部358 和兩個橫向突出部362。關節350還包括下部366，該下部366包括前凹入部370和兩個橫 向凹入部374，這兩個橫向凹入部374可以連接一起成為單個凹入部，如示出的那樣。然而， 將要認識到，所示的窄連接部分不會對人造盤的運動產生影響，並且製造方便。關節如以前 對圖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，使能前後、橫向、 及旋轉平移運動。當上部354跨越下部366滑動時，突出部358、362由於凹入部370、374的 曲面也大致相對於下部366豎直地運動。如將在下面圖中示出的那樣，突出部358、362大 致是球形的，並且凹入部370、374具有圓形豎直橫截面。這樣產生一種人造關節350，該人 造關節350如以上論述的那樣精密地配合脊柱的自然運動並且提供固有的穩定性，而又較 容易製造。 類似於圖8-22的人造關節，突出部358、362當它們朝向下部的中心運動時相對於 下部366向上運動。這種豎直運動導致人造關節的淨膨脹，並因此產生這樣一種關節，其 中，施加到關節上的壓縮力將關節移置返向中性位置。這種豎直運動也產生成這種關節，該 關節提供更精密地配合人的脊柱的自然動力運動的運動。將要認識到，凹入部370、374的 斜度和彎曲變化可以調節，以控制由具體水平運動產生的豎直運動量。
圖31至34表示圖30中關節350的上部354的另外細節。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。關節350的一個優點是，它採用了比圖11的關節稍微簡單和更均勻的表面形狀和幾 何形狀，同時實現精密地重複自然脊柱的運動的運動。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中所示較複雜的突出部更容 易成形和拋光。 圖35至40表示圖30中關節350的下部366的另外細節。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，兩個橫向凹入部374可以跨越人造關節的後下部366連接一起。儘管橫向突出部362可能決不會完全運動到直接在橫向凹入部374之間的下部366的後部，但可能較容易形成和拋光具有這種構造的關節。
從圖36至39可以看出，前凹入部370 (在關節鉸接期間前突出部358跨越該前凹入部370滑動)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在滑動離開下部366的中心時能向下運動，而當它向下部的中心滑動時，比如在關節的撓曲和延伸期間能向上運動，以及當它跨越下部橫向運動時，比如在關節的轉動期間能向上運動。當突出部358較靠近下部366的中心時，與當突起358較靠近下部的外邊緣時相比，接觸面370的彎曲產生每單位水平運動的較大豎直運動。 為了便於下部366較容易製造，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製造期間衝過下部，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，並且在下部的中心附近更陡地傾斜。結果，橫向突出部362當它們跨越表面382離開下部366的中心運動時受到一點或沒有豎直運動，並且當它們向下部的中心運動時，離開關節的下部366向上運動。接觸面382的曲率是這樣的，即當橫向突出部較靠近下部366的中心時，橫向突出部362每單位水平運動的豎直運動較大。
與接觸面378相比，接觸面382的更中心部分的較陡斜度提供淨恢復力，該淨恢復力將人造關節350移置到中性位置(即未移動位置)。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進一步前移，並且在壓縮力施加到人造關節350上的同時將關節保持在中性位置。 凹入部370、374的接觸面378、382的形狀和曲率導致人造關節350的動力運動，該動力運動近似自然脊柱的動力運動，並且當關節350被置於壓縮下時也往往使人造關節350返回到中性位置。中性位置是上部在下部上對準並且未移離其中心的地方(將要認識到，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準，即使突出部和凹入部在中間方位中，上面所述在本發明的範圍內)。在使用中，人造關節350通過身體置於關節上的壓縮力將向未移動的中性位置移置，並因此將使關節穩定。人造關節350呈現良好的近似脊柱的自然運動，即由於脊柱的橫向彎曲或轉動而發生的轉動和平移、和由於脊柱的撓曲和延伸發生的平移。現在轉向圖41至53，圖中示出本發明的另一種人造脊柱關節386。人造關節386
按照上面論述的原理操作，因為人造關節提供了精密地配合脊柱的自然運動的、並且是固
有穩定的運動。關節386是穩定的，因為關節作為預定運動範圍的結果受到淨膨脹，並因此
在脊柱中的同時被置於關節上的壓縮力將勢必使關節恢復到中性未移置位置。 圖42至46表示圖41中關節386的上部390，而圖48至53表示關節的下部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。
關節386與上面圖8至18和30至40中論述的關節不同之處在於，它包含單個後突出部398和後凹入部406、及兩個前橫向突出部402和兩個前橫向凹入部410。另外，上部390和下部394以類似方式配合在一起，並且以與上面論述的方式相類似的方式起作用。
關節386包括兩個前突出部402和單個後突出部398及相對應的凹入部，以便更好地利用小平面關節(圖3中52)的穩定效果。在關節386向前撓曲期間，較大壓力置於兩個前突出部402和前凹入部410上，從而提供較大橫向穩定性。在關節386向後延伸期間，較大壓力置於單個後突出部398和後凹入部406上，其結果比在關節向前撓曲時提供的橫向穩定性稍微小些。然而，在脊柱後部存在的小平面關節52在關節386延伸期間提供附加橫向穩定性。因此，在關節386的前部更好地利用兩個橫向突出部402和凹入部410。
另外，圖41至53的關節386類似於圖30至40的關節350。如圖44至47中具體所示，突出部398、402具有球形形狀，以便於當使用象多晶金剛石(PDC)之類的材料時使上部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，從而便於當使用PDC或類似材料時利用圓形旋轉工具較容易地研磨和拋光。旋轉工具可以掠過比較簡單的水平運動，以研磨所示的凹入部形狀。關節386已切成梯形形狀，因為這種形狀對於全盤置換精密地配合現有空間。將要認識到，所有以上發明的人造關節，儘管為了易於繪製和論述關節表示為圓形，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接。 現在轉向圖54至66，圖中示出本發明的另一種人造脊柱關節。圖54表示關節414的透視圖。圖55至60表示關節414的上部418，而圖61至66表示關節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。
關節414與上面論述的關節386的類似之處在於，它包含單個後突出部426和後凹入部434、及兩個前橫向突出部430和兩個前橫向凹入部438。關節414的不同之處在於，突出部426、430和凹入部434、438比關節386的那些大，從而進一步降低關節的接觸壓力，並且進一步減小置於構造關節所用材料上的應力。 突出部426、430的形狀是球形的，並且凹入部434、438具有圓形豎直橫截面，為的是如上面論述的那樣便於簡化研磨和拋光，並且提供如本申請中所述的那種所需運動，以精密地配合脊柱的自然運動。為了使關節414的穩定性最大化，突出部426、430和凹入部434、438已經運動靠近上部418和下部422的邊緣，同時仍然保持所需的運動範圍。這樣增大了接觸點的"足跡"，並且將關節被壓縮時必能使關節恢復到中性位置的力最大化。
作為示例，已經找到產生用於頸椎盤全盤置換的適當人造關節的如下尺寸。上部418和下部422大約15. 5mm寬和大約11. 9mm長(從前到後)。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，後突出部426的直徑是大致11. 2mm，並且具有沿橫向中心線布置的並設置成距上部的後邊緣大約1. 7mm的中心。後突出部426這樣設置，其從基部442大致延伸3. 6mm，達到大約5. 5mm的總組合厚度。
兩個前橫向突出部430的直徑大致6. 9mm，並具有中心，這些中心位於後突出部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表示在關節的下部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。後凹入部通過將15mm直徑的圓形研磨/拋光工具掠過水平圓弧450製成(因此研磨直徑與圓弧垂直)，其中，圓弧具有大致1. 8mm的半徑，並且其中，圓弧的中心454橫向對中在下部422上，定位在中心基準點446(它橫向對中，並距前邊緣大約5. 4mm或距後邊緣6. 6mm)後面6. 4mm，並且因此中心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內側的後凹入部434的部分458被研磨成平的。
通過使10. 8mm直徑的圓形研磨/拋光工具衝過由路徑段462a、466a、470a、474a、474b、470b、466b、及462b標誌的工具路徑，製成兩個橫向前凹入部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478a、478b位於距橫向中心線各側大約7mm，並且位於基準點446前面大約4mm，將各點置於中心點454前面大約10. 6mm並從下部422的前邊緣向後大約1. 4mm。中心點482沿橫向中心線設置，並在基準點446前面大約5. 9mm，或在下部422的前邊緣的前面大約0. 3mm。 各個工具路徑段462至474連接成所示的連續路徑，並且位於單個平面中。其中設置工具路徑段的平面相對於下段形成角度，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於下部422的前端稍微降低，從而重複脊柱的自然運動。對於圖54至68中所示的實施例，平面朝向關節的前側向下傾斜大約17度。因此，工具路徑(路徑段462至474)的最前點486位於下部422的上表面上方大約0. 9mm，而路徑段470a、470b位於下部的上表面上方大約3. 5mm。
將要認識到，如果需要簡化製造過程，則工具路徑段462至474位於其中的平面的斜度可以是零。當工具路徑段462至474的平面傾斜時，它可以大致被調節，以配合正被置換的特定盤，並且常常可以以比水平面小大約7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節工具路徑的最前點486的高度來改變，以便當上部在中性位置時，將前凹入部438保持在同樣平均高度和將上部418相對於下部422的高度保持在同樣距離。 本文的人造脊柱關節的好處在於，它們提供精密地重複脊柱的人造運動的運動。上述的重要方面是提供耦合運動，其中，上部相對於下部的平移或轉動必定產生上部相對於下部的傾斜。儘管一些現有技術人造脊柱關節便於平移，並便於關節以球窩狀方式樞轉，但沒有近似脊柱的自然運動的平移運動和樞轉運動的耦合。這樣產生一種關節，這種關節當被植入脊柱中時提供不自然的運動並且如本文所述的那樣對脊柱有不利影響。相反，發明的人造脊柱關節提供精密重複自然脊柱運動的運動。 要認識到，本文公開的人造盤將在突出部與凹入部之間產生高接觸壓力，因為突出部的曲面以非常小的接觸面積接觸凹入部。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，本發明的優選實施例提供由金剛石，比如多晶金剛石壓製品(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No. 2003/0191533論述了用金剛石製造人造關節，並且引入本文作為參考。公報使本領域的技術人員知道如何製造人造金剛石的人造關節。對於本發明要認識到，更困難的是形成複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則表面，比如球形或半球形受器。 本發明製造人造盤的目前優選方法是使用電火花加工(EDM)來形成關節表面。人造金剛石化合物可以壓製成大致所需形狀。嵌入式(sink)E匿機於是可以裝有電極，該電
極是正在生產的零件的反面形狀。Emi和常規電極於是用來燒蝕金剛石化合物和精製人造
關節的片段的形狀。生成片段於是可以拋光到成品表面。因此要認識到，由金剛石形成人造盤的困難是一個艱難過程，並且可能要求人造盤結構有一些簡化。 製造本發明人造關節的另一種目前優選方法是使用圓形研磨和拋光工具衝過凹入部並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中人造關節的多個幾何形狀接觸面時特別有利。 儘管PDC或其它金剛石材料是優選的，但也可以使用其它生物相容金屬和陶瓷。熟悉人造關節構造的技術人員將知曉許多這樣的材料和每種材料的相關優點和缺陷。
因此，公開了一種改進的人造脊椎盤。將要認識到，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對本發明進行許多改變。附屬權利要求書用來包括這些修改。
權利要求
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嚙合。
2. 根據權利要求1所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括多個突出部，而第二鉸接麵包 括多個凹入部，每個凹入部與多個突出部中的一個相對應。
3. 根據權利要求2所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括橫向對中的後突出部、和一對 橫向間隔開的前突出部，並且，第二鉸接面包括橫向對中的後凹入部、和一對橫向間隔開的 前凹入部。
4. 根據權利要求3所述的人造盤，其中，凹入部中的每一個具有大致平坦的部分，該大 致平坦的部分過渡成彎曲側壁，該彎曲側壁從大致平坦的部分朝向下部的中心向上延伸。
5. 根據權利要求4所述的人造盤，其中，上部相對於下部具有中性位置，並且，當上部 在中性位置時突出部被布置在相應凹入部的過渡區，使得離開下部的中心而滑動突出部使 突出部大致水平地運動，並且使得朝向下部的中心而運動突出部使突出部水平和向上運 動，以增加所述突出部附近的人造盤的總厚度。
6. 根據權利要求5所述的人造盤，其中，後凹入部的大致平坦的部分大致是水平的，並 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. 根據權利要求6所述的人造盤，其中，所述角度是大約17度。
8. 根據權利要求2所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括橫向對中的前突出部、和一對 橫向間隔開的後突出部，並且，第二鉸接面包括橫向對中的前凹入部、和一對橫向間隔開的 後凹入部。
9. 根據權利要求8所述的人造盤，其中，凹入部中的每一個具有大致平坦的部分，該大 致平坦的部分過渡成彎曲側壁，該彎曲側壁從大致平坦的部分朝向下部的中心向上延伸， 並且，後凹入部的大致平坦的部分大致是水平的，並且，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. 根據權利要求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或多個 突出部，並且，第一鉸接面包括與一個或多個突出部相對應的一個或多個凹入部，並且，一 個或多個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，這樣當上部相對於下部側向運動離開中性位置時，上部在運動方向上傾斜。
11. 一種用於在脊柱中形成人造關節的人造盤，其包括上部和下部，該上部和下部共同地具有多個凸起部和多個凹槽，凸起部嚙合凹槽，使得 凸起部跨越凹槽的表面滑動，以便由此便於人造盤的撓曲/延伸、橫向彎曲、及旋轉運動。
12. 根據權利要求ll所述的人造盤，其中，人造盤具有中性位置，並且，凸起部和凹槽 被這樣成形，使得離開中性位置的任何移動使上部的至少一部分運動離開下部，以便造成 上部與下部之間的距離增大。
13. 根據權利要求ll所述的人造盤，其中，人造盤具有中性位置，並且其中，人造盤這 樣構造，使得離開中性位置的任何運動引起人造盤的淨膨脹，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. 根據權利要求11所述的人造盤，其中，多個凸起部包括三個凸起部，並且其中，多 個凹槽包括三個凹槽。
15. 根據權利要求12所述的人造盤，其中，三個凸起部是從上部的突出部，而三個凹槽 是在下部中的凹入部。
16. 根據權利要求15所述的人造盤，其中，突出部大致是半球形的形狀。
17. 根據權利要求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. 根據權利要求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，並且，當人造盤在中性位置時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突出部跨越凹入部的表 面滑動時突出部大致水平地運動，並且使得在朝向下部的中心的方向上突出部當跨越凹入 部的表面滑動時突出部水平地和豎直地運動。
19. 根據權利要求18所述的人造盤，其中，當突出部跨越對應凹入部的表面朝向下部 的中心滑動時，突出部中的每一個豎直地運動，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. 根據權利要求15所述的人造盤，其中，盤包括橫向對中的後突出部和後凹入部、和 每個布置成距橫向中心線有一定距離的一對前突出部和每個布置成距橫向中心線有一定 距離的一對前凹入部。
21. 根據權利要求20所述的人造盤，其中，突出部大致是半球形的，並且，凹入部中的 每一個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. 根據權利要求11所述的人造盤，其中，多個凹槽這樣構造，使得其中布置的凸起部 當大致離開下表面的中心滑動時大致水平地滑動；並且使得其中布置的凸起部當大致朝向 下表面的中心滑動時大致水平和豎直地滑動。
23. 根據權利要求11所述的人造盤，其中，相對於下表面，上表面在向離開中性位置的 方向上使上表面的滑動使上表面在相對於下表面的所述方向上傾斜。
24. 根據權利要求11所述的人造盤，其中，人造盤包括前側、後側、左橫向側、及右橫向 側，並且其中，上表面包括相對於下表面的中性位置，並且其中，上表面相對於下表面的順 時針轉動使相對於下表面升高上表面的左橫向側，並且其中，上表面相對於下部的逆時針 轉動使相對於下表面升高上表面的右橫向側。
25. 根據權利要求11所述的人造盤，其還包括用於相對於下部限制上部的運動的範圍 的制動裝置。
26. 根據權利要求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. 根據權利要求25所述的人造盤，其中，擋塊包括在上部和下部中的一個上形成的 支柱和在上部和下部中的另一個上形成的凹入部，並且其中，凹入部的尺寸比支柱大，使得 支柱在凹入部內具有限制的運動範圍。
28. 根據權利要求11所述的人造盤，其還包括用於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構。
29. 根據權利要求15所述的人造盤，其中，凹入部中的每一個具有半圓形豎直橫截面 和半圓形水平橫截面。
30. —種用於脊柱植入的人造盤，其包括上部，其構造成連接到脊椎骨上，上部在其下側上具有第一鉸接面；禾口 下部，其構造成連接到脊椎骨上，下部在其上側上具有第二鉸接面，該第二鉸接面構造 成用於與第一鉸接面滑動嚙合，以便於人造盤的運動；其中，人造盤限定前側、後側、左橫向側、及右橫向側；並且其中，第一鉸接面和第二鉸接面構造成使得上部相對於下部的滑動造成上部在上部正 在滑動的相同方向上傾斜。
31. 根據權利要求30所述的人造盤，其中，第一鉸接面和第二鉸接面構造成使得上部 相對於下部的順時針轉動引起上部朝向左橫向側傾斜，並且使得上部相對於下部的逆時針 轉動引起上部朝向右橫向側傾斜。
32. 根據權利要求30所述的人造盤，其中，上部相對於下部部分具有中性位置，並且其中，上部離開中性位置的運動造成上部與下部之間的距離淨增大。
33. 根據權利要求30所述的人造盤，其中，上部相對於下部具有中性位置，並且，上部 相對於下部的在前的運動使上部的前側相對於下部稍微降低，並使上部的後側相對於下部 被升高到比前側降低的程度大，使得上部向前傾斜，並經受距下部的距離的淨增加。
34. 根據權利要求30所述的人造盤，其中，上部相對於下部具有中性位置，並且，上部 相對於下部的在後的運動使上部的後側相對於下部水平地運動，並使上部的後側相對於下 部水平地和向上地運動，致使上部向後傾斜，並經受距下部的距離的淨增加。
35. 根據權利要求30所述的人造盤，其中，上部相對於下部具有中性位置，並且，上部 相對於下部離開中性位置的任何運動造成上部與下部之間的距離的淨增加，使得置於人造 盤上的壓縮力將上部相對於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；並且其中，上部相對於下部具有中性位置；並且其中，第一鉸接面和第二鉸接面構造成引起上表面相對於下表面的耦合水平和豎直運 動，由此上表面相對於下表面的向前平移造成上表面相對於下表面的前部傾斜； 上表面相對於下表面的向後平移造成上表面相對於下表面的後部傾斜； 上表面相對於下表面的順時針轉動造成上表面相對於下表面右橫向傾斜；及 上表面相對於下表面的逆時針轉動造成上表面相對於下表面左橫向傾斜。
37. 根據權利要求36所述的人造盤，其中，上部離開中性位置相對於下部的任何運動 引起上部與下部之間的距離淨增大，並且其中，壓縮力施加到人造盤上將上部移置到相對 於下部的中性位置中。
38. 根據權利要求36所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括多個突出部，而第二鉸接面包括多個凹入部。
39. 根據權利要求38所述的人造盤，其中，第一鉸接面包括後突出部和兩個橫向間隔 開的前突出部，並且其中，第二鉸接面包括後凹入部和兩個橫向間隔開的前凹入部。
40. 根據權利要求38所述的人造盤，其中，凹入部中的每一個包括鉸接面，該鉸接面構 造成用於與突出部中一個滑動相互作用，並且其中，凹入部中的每一個包括大致水平段和 向上彎曲段及兩者之間的過渡區。
41. 根據權利要求40所述的人造盤，其中，對於凹入部中的每一個，對應突出部當上部 位於中性位置時而位於過渡區中，使得突出部離開下部的中心的滑動造成突出部的大致水 平運動，並且使得突出部朝向下部的中心的滑動造成突出部的水平和豎直運動。
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，其布置在上部與下部之間，使得第一鉸接面嚙合圓環的頂部，並且第二鉸接面齧 合圓環的底部。
43. 根據權利要求42所述的人造盤，其中，第一嚙合面包括嚙合圓環的中心的錐形物。
44. 根據權利要求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形 凹入部。
45. —種用於模擬脊柱盤的運動的方法，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可運動；禾口嚙合上部的成型表面和下部的成型表面，使得上部相對於下部的運動造成上部的向上 運動和傾斜。
46. 根據權利要求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 運動造成上部的一部分向上運動。
47. 根據權利要求45所述的方法，其中，該方法包括嚙合上部和下部，使得上部的運動 水平地造成上部的部分向下。
48. 根據權利要求45所述的方法，其中，該方法包括上部相對於下部滑動，使得上部的 前部向下運動，而後部向上運動。
49. 根據權利要求45所述的方法，其中，該方法還包括用於在上部與下部之間的嚙合 而選擇初始、中性位置，並且，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. 根據權利要求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. 根據權利要求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動的人造盤。人造盤使用一個或多個突出部和對應凹入部，以提供滑動鉸接。人造關節是固有穩定的，因為置於盤上的壓縮力，比如置於關節上的重量或周圍組織的張力將關節推向中性位置，並且不會離開中性位置更遠。
文檔編號A61F2/44GK101715331SQ200880009060
公開日2010年5月26日 申請日期2008年2月8日 優先權日2007年2月9日
發明者B-K·N·源, D·P·哈丁 申請人:達美康公司