双关节连接脊柱装置及方法.pdf

一种在上椎骨和下椎骨之间产生至少一部分连接的人造脊柱关节(100)。人造脊柱关节包括一延伸入上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的前侧关节替代部分(106，112)。人造脊柱关节还包括连接于前侧关节替代部分并从前侧关节替代部分向背侧延伸超过椎间盘空间的桥部分(110，116)，以及一连接于桥的背侧关节替代部分(108，114)，其中背侧关节替代部分包括与背侧槽口(124)啮合的背侧凸起(120)。

1.  一种用于形成上椎骨和下椎骨之间至少一部分连接的人造脊柱关节，包括：
延伸入上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的前侧关节替代部分；
连接于前侧关节替代部分并从前侧关节替代部分向背侧延伸超过椎间盘空间的桥部分；以及
连接于桥部分的背侧关节替代部分，其中所述背侧关节替代部分包括与背侧槽口啮合的背侧凸起。

2.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述前侧关节替代部分包括与尾部前侧部分啮合的头部前侧部分。

3.  如权利要求2所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述桥部分包括从头部前侧部分开始延伸的头部桥。

4.  如权利要求2所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述桥部分包括从尾部前侧部分开始延伸的尾部桥。

5.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述背侧关节替代部分包括：
头部背侧部分，其中头部背侧部分包括背侧槽口；以及
尾部背侧部分，其中尾部背侧部分包括背侧凸起。

6.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，还包括用于将人造脊柱关节固定于上椎骨或下椎骨的骨紧固件。

7.  如权利要求6所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述背侧关节替代部分包括用于容纳所述骨紧固件的连接部分。

8.  如权利要求7所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述骨紧固件是接骨螺钉，而所述连接部分还用来将所容纳的接骨螺钉离蒂地导入下椎骨的蒂壁中。

9.  如权利要求7所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述骨紧固件是接骨螺钉，而所述连接部分还用来将所容纳的接骨螺钉导入下椎骨的大致圆柱体部分中。

10.  如权利要求7所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述骨紧固件是接骨螺钉，而所述连接部分还用来将所容纳的接骨螺钉贴蒂地沿下椎骨的蒂的中心轴线导入。

11.  如权利要求6所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述前侧关节替代部分包括用来容纳骨紧固件的连接部分。

12.  如权利要求11所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述骨紧固件是接骨螺钉，而所述连接部分还用来将所容纳的接骨螺钉导入上椎骨的大致圆柱体部分中。

13.  如权利要求11所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述骨紧固件是接骨螺钉，而所述连接部分还用来将所容纳的接骨螺钉贴蒂地沿上椎骨的蒂的中心轴线导入。

14.  如权利要求6所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述骨紧固件包括从前侧关节替代部分延伸出的长钉，其中所述长钉用来啮合上椎骨的大致圆柱体部分。

15.  如权利要求6所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述桥部分包括用于容纳骨紧固件的连接部分。

16.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述前侧关节替代部分包括与前侧槽口啮合的曲面凸起。

17.  如权利要求16所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述上椎骨和下椎骨分别包括上圆柱体和下圆柱体，其中由啮合于前侧槽口的曲面凸起定义的运动的轴线背侧地位于由上圆柱体和下圆柱体定义的纵向轴线上。

18.  如权利要求16所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧关节替代部分包括曲面凸起向前地延伸的骨接触表面。

19.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，
前侧关节替代部分包括左前侧部分和右前侧部分；
桥部分包括左桥部分和右桥部分；以及
背侧关节替代部分包括左背侧部分和右背侧部分；
其中左背侧部分包括啮合于第一背侧槽口的第一背侧凸起部分而右背侧部分包括啮合于第二背侧槽口的第二背侧凸起。

20.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述前侧关节替代部分的尺寸被设计成能够插入坎宾三角中。

21.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述背侧槽口包括狭长的槽。

22.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述桥部分包括允许神经元通过的粗糙面。

23.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，背侧凸起的曲率半径小于背侧槽口的曲率半径。

24.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，背侧凸起的曲率半径与背侧槽口的曲率半径匹配。

25.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，曲面凸起的曲率半径与前侧槽口的曲率半径匹配。

26.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，曲面凸起的曲率半径小于前侧槽口的曲率半径。

27.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述桥部分是人造蒂的至少一部分。

28.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述前侧关节部分包括龙骨。

29.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述桥部分包括用来啮合于蒂的龙骨。

30.  如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，所述背侧关节代替部分包括头部背侧部分和尾部背侧部分，其中背侧凸起位于头部背侧部分上而背侧槽口位于尾部背侧部分上。

31.  一种置于上椎骨和下椎骨之间的脊柱关节造型装置，所述装置包括：
可移动地啮合于尾部前侧部分的头部前侧部分；以及
啮合于尾部背侧凸起并配置成限制头部前侧部分相对于尾部前侧部分的平移的头部背侧槽口；
其中头部前侧部分连接于头部背侧部分。

32.  如权利要求31所述的脊柱关节造型装置，其特征在于，所述头部前侧部分通过桥连接于头部后侧部分。

33.  如权利要求41所述的脊柱关节造型装置，其特征在于，所述头部背侧槽口被配置成限制沿前侧方向的平移。

34.  如权利要求31所述的脊柱关节造型装置，其特征在于，所述头部背侧槽口被进一步配置成限制在头部前侧部分和尾部前侧部分之间转动。

35.  如权利要求31所述的脊柱关节造型装置，其特征在于，所述头部背侧槽还被配置成允许在头部前侧部分和尾部前侧部分之间的关节弯曲一延伸运动。

36.  如权利要求31所述的脊柱关节造型装置，其特征在于，所述头部前侧部分在横向弯曲运动期间从尾部前侧部分上脱开。

37.  如权利要求31所述的脊柱关节造型装置，其特征在于，所述头部前侧部分在转动期间从尾部前侧部分上脱开。

38.  一种植入人造脊柱关节的方法，所述方法包括：
在患者背部形成第一切口；
从椎间空间中除去脊柱盘的至少一部分；
通过切口将人造脊柱关节的至少一部分插入；
将人造脊柱关节的前侧关节部分置于椎间空间中；并且
将人造脊柱关节的背侧关节部分置于椎间空间的外部；
其中背侧关节部分的定位包括使背侧凸起啮合于背侧槽口。

39.  如权利要求38所述的方法，其特征在于，还包括：
切除至少一个椎骨终板以容纳前侧关节部分。

40.  如权利要求38所述的方法，其特征在于，定位前侧关节部分的步骤包括将曲面凸起啮合于前侧槽口。

41.  如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述插入步骤包括插入人造脊柱关节的至少一部分通过坎宾三角。

42.  如权利要求38所述的方法，其特征在于，插入步骤包括：
植入头部前侧部分；以及
植入尾部前侧部分。

43.  如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述插入步骤还包括：
可移动地啮合头部和尾部前侧部分。

44.  如权利要求42所述的方法，其特征在于，定位背侧关节部分还包括将背侧凸起的位移限制在背侧槽口中，从而限制前侧关节部分的转动。

45.  如权利要求42所述的方法，其特征在于，定位背侧关节部分还包括将背侧凸起的位移限制在背侧槽口中的预设范围内，从而限制前侧关节部分中的关节弯曲—延伸移动。

46.  如权利要求42所述的方法，其特征在于，定位背侧关节部分还包括将背侧凸起的位移限制在背侧槽口中，从而限制前侧关节部分中的横向弯曲移动。

47.  一种用于在上椎骨和下椎骨之间产生连接的系统，所述系统包括：
用于代替椎间盘空间中的一部分椎间盘的第一装置；
用于恢复至少一部分自然小面功能的第二装置；以及
用于限制在上椎骨和下椎骨之间的运动的第三装置。

48.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述第三装置限制上椎骨和下椎骨之间的转动。

49.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述第三装置限制上椎骨和下椎骨之间的关节弯曲—延伸运动。

50.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述第三装置限制上椎骨和下椎骨之间的横向弯曲运动。

51.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述第三装置限制上椎骨和下椎骨之间的耦合运动。

52.  如权利要求47所述的系统，其特征在于，还包括用于使第一装置桥接于第二装置的第四装置。

53.  一种置于上椎骨和下椎骨之间的组合式人造脊柱关节，所述组合式人造脊柱关节包括：
延伸入上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的前侧关节替代部分；
可移去地连接于前侧关节替代部分并从前侧关节替代部分向背侧延伸超过椎间盘空间的桥部分；以及
可移去地连接于桥部分的背侧关节替代部分，其中背侧关节替代部分包括啮合于背侧槽口的背侧凸起。

54.  如权利要求53所述的组合式人造脊柱关节，其特征在于，还包括用于将前侧关节替代部分固定于桥部分的紧固机构。

55.  如权利要求54所述的组合式人造脊柱关节，其特征在于，所述紧固机构包括在前侧关节替代部分和桥部分之间的螺纹连接。

56.  如权利要求54所述的组合式人造脊柱关节，其特征在于，所述紧固机构包括在前侧关节替代部分和桥部分之间的螺栓连接。

57.  如权利要求54所述的组合式人造脊柱关节，其特征在于，所述紧固机构包括在前侧关节替代部分和桥部分之间的闩连接。

58.  如权利要求53所述的组合式人造脊柱关节，其特征在于，还包括用于将桥部分固定于背侧关节替代部分的紧固机构。

59.  如权利要求58所述的组合式人造脊柱关节，其特征在于，所述紧固机构包括在桥部分和背侧关节替代部分之间的螺纹连接。

60.  如权利要求58所述的组合式人造脊柱关节，其特征在于，所述紧固机构包括在桥部分和背侧关节替代部分之间的螺栓连接。

61.  如权利要求58所述的组合式人造脊柱关节，其特征在于，所述紧固机构包括在桥部分和背侧关节替代部分之间的闩连接。

双关节连接脊柱装置及方法
本申请要求提交于2004年1月9日的标题为“Posterior LumbarArthroplasty”系列号为60/534960美国临时专利申请，下列申请也要求上面提到的临时申请的优先权并与本申请相关联。它们被援引于此以供参考。
系列号(委托案号PC1146)的美国实用新专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Spinal Arthroplasty Device and Method”；
系列号(委托案号P21756)的美国实用新专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Split Spinal Device and Method”；
系列号(委托案号P21752)的美国实用新专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Interconnected Spinal Device and Method”；
系列号(委托案号P21745)的美国实用新专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Mobile Bearing Spinal Device and Method”；
系列号(委托案号P21743)的美国实用新专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Support Structure Device and Method”；以及
系列号(委托案号P21765)的美国实用新专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Centrally Articulating Spinal Device and Method”；以及
系列号(委托案号P21751)的美国实用新专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Posterior Spinal Device and Method”。
技术领域
本发明诸实施例总地涉及用于完成脊椎手术的装置和方法，尤其在一些实施例中涉及能从背侧放置到脊椎间盘空间中的脊椎关节成形装置。已预见到本发明的各种实现方法，包括藉由背侧方法而用于整个脊椎关节成形替换，不管是脊椎间盘还是自然脊椎关节的小面功能。
背景技术
如业内公知地那样，在人的解剖体系中脊椎是总体上可伸缩的柱状体，它能承受拉伸和挤压负载，能够作弯曲运动并提供对肋骨、肌肉和韧带的连接空间。一般来说，脊椎被分成三个部分：颈脊椎、胸脊椎和腰脊椎。图1示意性地示出健康的人的脊柱的腰脊椎1和骶骨区域3。脊椎部分由被称为椎骨的单独的骨头构成并且椎骨由位于它们之间的椎间盘分开。
图2示出具有位于两相邻的椎骨7、9之间的健康的椎间盘5的腰椎区域的右侧部分。在任何给出的关节处，顶椎骨被称为上椎骨而底椎骨被称为下椎骨。每块椎骨总体上包括作为承受重量的主要区域的圆柱体7a、9a以及三个骨突，即7b、7c、7d(其中两个在图2中可见)。在图7A中可看到所有的骨突，如图7A所示，骨突7b、7c、7d从椎骨体7开始在沿圆周隔开的位置上向外延伸。作为其它功能，骨突提供对肌肉和韧带连接的区域。相邻的椎骨可藉由多个小面部分7e(图2)彼此相对移动，这些小面部分7e从椎骨的圆柱体开始延伸并在弯曲时能一个在另一个上地滑动以引导脊椎的移动。存在两个小面关节，每个小面关节由上、下小面部分界定并联接于附近的椎骨。图3示出了健康的椎间盘。如图3所示，椎间盘具有4个区域：髓核11、过渡区13、内环纤维区15和外环纤维区17。一般来说，内环纤维区15和外环纤维区17由牢固地粘结于椎骨体之上和之下的软骨纤维材料层构成。髓核11典型地从本质上说更具水合性。
这些椎间盘用作吸震结构和关节。它们被设计成吸收脊柱可能受到的挤压和拉伸负载并同时允许相邻的椎骨体彼此相对地移动一有限量，尤其是在脊椎弯曲(屈曲)时。因此，椎间盘处于恒定的肌肉和/或重力压迫下并且一般作为腰椎的首要部分以表现出“磨损和撕裂”的迹象。
由于小面关节几乎一直通过脊椎而运动，因此小面关节退化是常见的。事实上，小面关节退化和椎间盘退化经常一起发生。总地来说，尽管一个是造成脊椎机能变化的主要问题而另一个是次要问题，在考虑选择手术前，一般小面关节退化和椎间盘退化均已发生。例如，小面关节和/或椎间盘机能变化会造成脊椎收缩、退化性脊椎前移以及退化性脊柱侧凸。
治疗这些症状的一个手术过程是脊椎关节固定术(即脊椎融合术)，这可以从前侧和/或从背侧进行。背侧过程包括原位融合、背侧横向器械融合、变形腰椎中间体融合(“TLIF”)以及背侧腰椎中间体融合(“PLIF”)。将脊椎部分紧密地融合以消除该层上任何运动能够缓解即刻的症状，但对于某些患者而言保持运动才是有利的。另外通过手术将退化性椎间盘或小面关节替换以人造椎间盘或人造小面关节也是已知的。然而，没有一种已知的装置或方法提供本公开实施例的优点。
因此，前述内容表现出一种需要，即提供能避免已知植入和外科技术的缺陷和缺点的经改进的脊椎关节成形法。
发明内容
在一个实施例中，人造脊柱关节在上椎骨和下椎骨之间产生至少一部分连接。人造脊柱关节包括延伸入上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间内的前侧关节替代部分。人造脊柱关节还包括连接于前侧关节替代部分并从前侧关节替代部分向背侧延伸超过椎间盘空间的桥部分以及连接于桥的背侧关节替代部分，其中背侧关节替代部分包括与背侧槽口啮合的背侧凸起。
在第二实施例中，置于上椎骨和下椎骨之间的脊柱关节造型装置包括可移动地啮合于尾部前侧部分的头部前侧部分。该装置还包括啮合于尾部背侧凸起并被配置成限制头部前侧部分相对于尾部前侧部分平移的头部背侧槽口。在该实施例中，头部前侧部分连接于头部背侧部分。
在第三实施例中，将人造脊柱关节植入的方法包括：在患者的背部形成第一切口；将脊柱盘的至少一部分从椎间空间移去；通过切口将人造脊柱关节的至少一部分插入；将人造脊柱关节的前侧关节部分定位在椎间空间中；以及将人造脊柱关节的背侧关节部分定位在椎间空间外。定位背侧关节部分的步骤包括使背侧凸起啮合于背侧槽口。
在第四实施例中，置于上椎骨和下椎骨之间的组合式人造脊柱关节包括延伸入上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间中的前侧关节替代部分。该组合式人造脊柱关节还包括可移动地连接于前侧关节替代部分并从前侧关节替代部分向背侧延伸超过椎间盘空间的桥部分以及可移动地连接于桥的背侧关节替代部分，其中背侧关节替代部分包括啮合于背侧槽口的背侧凸起。
所公开的实施例可用于腰椎、外伤后、椎间盘、小面疼痛或脊椎前移的退化性变化和/或保持在多个腰椎高度中的运动。
实施例的其它或额外的特征、优点、用途在后面的说明书、附图和权利要求中被展开并且变得明显。
附图说明
图1是健康人脊柱的腰椎和骶骨区的侧视图。
图2是示出图1的腰椎骨的右侧部分的详细立体图，其中健康椎间盘位于两椎骨之间。
图3是示出椎间盘主要部分的图2所示的椎间盘的顶部立体图。
图4是表示根据本公开原理构造的人造椎间关节的第一实施例的腰椎的一部分的分解图。
图5是表示根据本公开的第一实施例构造的经组合的人造椎间关节的左右半部的上部、椎间盘和下部的腰椎的一部分的前侧视图；
图6是图5所示的人造椎间关节的右半部的侧视图；
图7A是表示图4所示人造椎间关节的上部的腰椎的一部分的横贯的、自下至上的视图；
图7B是表示图4所示人造椎间关节的下部的腰椎的一部分的横贯的、自上至下的视图；
图8是表示人造椎间关节的上部的第二实施例的腰椎的一部分的横贯的、自下至上的视图，其中蒂螺钉被用来协助植入；
图9是表示人造椎间关节的下部的第二实施例的腰椎的一部分的横贯的、自上至下的视图，其中蒂螺钉被用来协助植入；
图10是表示图8所示的人造椎间关节的上部的腰椎的一部分的侧视图，其中的一个蒂螺钉是可见的；
图11是表示图9所示的人造一体椎间关节的下部和一体的椎间盘部分的腰椎的一部分的侧视图，其中的一个蒂螺钉是可见的；
图12是表示图8所示的人造椎间关节的上部的腰椎的一部分的背侧视图，其中的两个蒂螺钉是可见的；
图13是表示图9所示的人造椎间关节的下部的腰椎的一部分的背侧视图，其中的两个蒂螺钉是可见的；
图14是表示第二实施例的腰椎的一部分的侧视图，其中蒂螺钉处于组装位置；
图15是表示第三实施例的人造椎间关节的下部、椎间盘和上部的腰椎的一部分的背侧视图，其中使用张紧带；
图16是表示第三实施例的腰椎的一部分的侧视图，其中张紧带被用于组装位置；
图17是表示根据本公开原理构造的人造椎间关节的第四实施例的上部的腰椎的一部分的横贯的、从下至上的视图，其中未更换小面关节；
图18是表示人造椎间关节的第四实施例的下部的腰椎的一部分的横贯的、从上至下的视图；
图19是本公开的另一实施例的立体分解图；
图20是图19的实施例的组装侧视图；
图21是本公开的另一实施例的分解侧视图；
图22是图21的实施例的背侧视图；
图23是本公开另一实施例的分解立体图；
图24是图23实施例的组装立体图；
图25是本公开另一实施例组装侧视图；
图26是本公开另一实施例的组装侧视图；
图27是本公开另一实施例的组装侧视图；
图28是本发明另一实施例的组装立体图。
具体实施方式
附图示出用于替换椎间盘或椎间盘和至少一个相应小面关节的组合的人造椎间关节的各实施例。根据本公开原理的人造椎间关节的各种实施例可用于解决将它们用于关节更换的任何问题，尤其是例如腰椎、外伤后、椎间盘、小面疼痛或脊椎前移的退化性变化和/或保持腰椎的多个高度上的运动。
图4-图7示出人造椎间关节的第一范例性实施例。如图4和图5所示，每个关节由两个关节造型半部构成，每个关节造型半部具有间隔物或椎间盘19以及保持部分21。保持部分21包括第一保持部分21a和第二保持部分21b。在图4所示例子中，第一保持部分21a高于第二保持部分21b(在它之上)并且椎间盘19位于保持部分21a、21b之间。尽管根据该范例性实施例的人造椎间关节具有用于第一保持部分和第二保持部分的两个半部，但要理解在一个代替性实施例中，其中人造椎间关节具有单个的第一保持部分，单个的第二保持部分和单个的间隔物。要理解代替性实施例可实现具有第一保持部分、第二保持部分和/或椎间盘的关节造型，第一保持部分、第二保持部分和/或椎间盘均由不等尺寸的半部或两个以上部分形成。
此外，如图4所示，第一保持部分21a和第二保持部分21b位于两相邻椎骨之间。更具体地说，第一保持部分沿两相邻椎骨的上面一个的下表面定位而第二保持部分被定位在两相邻椎骨的下面一个的上表面上。然而，本领域内技术人员应当理解第一保持部分和第二保持部分不局限于这种配置，第一保持部分和第二保持部分可位于与本文中所述的不同位置和/或不同地构形。
接触椎骨其余终板的关节造型的保持部分21a、21b的表面可涂覆以粒状材料或被等离子喷溅以促进骨增长和它们之间的连接。特别地，增进骨增长的表面可以是具有钛/钙/磷双层覆层、啮合面或其它有效的面精加工的钴铬钼合金。作为代替或组合，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的粘合剂或胶泥可用来将植入部分全部或部分地固定于一个或两个终板。
如下面将要更详细说明的那样，在某些实施例中大约300度的外环部分17的重要部分(例如参阅图4、7B)被保持在终板的下部，它作为止动结构而在发生骨增长之前将下保持部分固定在位，从而牢固地使保持部分结合于它们各自的椎骨(图4仅示出外环17被保持的那一部分)。相反地，在传统的前侧关节造型中，大约270度的外环区17被去除。此外，蒂螺钉被用于即刻固定，正如结合下面讨论的其它实施例而更详细说明的那样。
在本公开的各实施例中，第一保持部分21a和第二保持部分21b被构造成将椎间盘19保持在它们之间。例如，在椎间盘19具有两凸面19a的情况下，第一保持部分21a和第二保持部分21b的每一个具有凹面21c，它界定其中支承椎间盘19的空间。例如，在图4所示的范例性实施例中，椎间盘19的上凸面19a配合入由第一保持部分21a的凹面21c界定的凹陷处，而椎间盘19的下凸面19b配合入由第二保持部分21b的凹面21c界定的凹陷处。
图5示出两关节造型半部在位的范例性组合的人造椎间关节的前侧视图，而图6示出图5所示的组合的人造椎间关节的侧视图。如图5和图6所示，椎间盘19被保持在第一保持部分21a和第二保持部分21b之间。要注意尽管椎间盘19被保持在第一保持部分21a和第二保持部分21b之间，但椎间盘19可在由第一保持部分21a和第二保持部分21b的相应表面21a界定的空间内自由滑动。由此提供在相邻椎骨之间的有限移动。
在图4、图5和图6所示的范例性实施例中，椎间盘19是被插入到第一保持部分21a和第二保持部分21b之间的独立部分。然而，正如下面所讨论的那样，要理解间隔物或椎间盘19可与第一保持部分21a和第二保持部分21b中的一个或两个一体地形成或形成在它们中间。
在本公开的范例性实施例中，如图4、6、7A和7B所示，人造椎间关节的每个保持部分包括第一人造小面部分23a和第二人造小面部分23b。如图7A和图7B所示，第一人造小面部分23a具有表面25a而相应的第二人造小面部分23b具有表面25b，表面25a与表面25b匹配以固定相邻的椎骨，同时保留和引导每块椎骨相对于另一椎骨的运动。每组上/下保持部分21a、21b可以具有一对小面部分23a、23b，它们一起界定一个小面关节。对根据本实施例的用小面代替整个关节，当从背侧观察，左右关节造型界定两个相邻小面关节。
不管是否提供人造小面关节，与关节造型左右半部连接的各上下保持部分可完全彼此独立。即，如图7A所示，例如与每个半部相连的第一保持部分21a彼此不直接接触。对图7B所示的第二保持部分21b亦然如此。然而，本领域内技术人员应当理解即使在包括人造小面关节的本公开的实施例中，每个半部的第一保持部分21a的至少一部分和/或每个半部的第二保持部分21b的至少一部分彼此连接，如结合图17-18更详细说明地那样。
此外，在公开的各实施例中，椎间盘19、第一保持部分21a和第二保持部分21b可由任何合适材料制成，这些材料有利于在提供各相邻表面间大致沿横向的滑动的同时传递挤压和拉伸力的连接。例如，在第一实施例中，第一保持部分21a和第二保持部分21b典型地由用于手术植入的任何金属或金属合金制成，例如不锈钢、钛和钴铬或诸如碳纤维的的复合材料、或诸如聚醚醚酮(PEEK)的或任何其它合适材料。椎间盘可由诸如高分子重量聚乙烯或PEEK的塑料或陶瓷、金属和例如(但不局限于)碳纤维、橡胶或其它合适材料制成。一般来说，为有助于保持表面的滑动特性，这些表面被抛光和/或涂层以提供光滑表面。例如，如果表面由金属制成，金属表面可以是抛光金属。
图8-14示出人造椎间关节的第二实施例。仅有与第一实施例的不同特征将在下面进行讨论。在第二范例性实施例中，设有例如蒂螺钉27的固定部分以提供各第一保持部分21a和/或第二保持部分21b至相应椎骨之间的更安全和快速的连接。此外，该实施例示出与其中一个剩余部分(在这里是下保持部分21b)形成一体的椎间盘19。椎间盘19可用与其保持部分相同材料一体地形成，但也能用相同或不同材料独立地形成并永久地连接于此以形成整体单元。在该实施例中，椎间盘19和保持部分可均由金属形成。
图15和16示出人造椎间关节的第三实施例。在第三实施例中，例如张紧带31的额外固定部分被提供以补充或代替背侧韧带的功能以通过将第一保持部分21a固定于第二保持部分21b而限制相邻椎骨之间的移动。如图15-16所示，可通过将其缠绕在相应蒂螺钉27或其它传统接合点周围而提供背侧张紧带31。
图17和图18示出人造椎间关节的第四实施例。在图17和图18所示的范例性实施例中，人造椎间关节可具有除人造小面部分外的上述所有特征。在该实施例中自然小面关节保留。韧带张紧带在某些实施例中也可保存完好。另外，本实施例包括在各上/下保持部分之间的前侧中线连接的一个特定实施例，它有助于保持第一保持部分21a和第二保持部分21b的定位。
图17和图18示出可提供具有锁型和钥匙型图案的第一保持部分21a，这些图案由设置在第二保持部分21b上的相应匹配部分配合。更具体地，第一保持部分21a的一般具有U形部分35a的外轮廓而相应第一保持部分21a的一般具有带凸起部分35b的外轮廓，它能嵌入U形部分35a。结果，第一保持部分21a、21b的每半部可保持在预设位置。然而，上或下保持部分可便于植入和/或有助于提供和/或保持关节在大致稳定、对称的结构的方式配合在一起和/或连接于例如在它们前侧部分的中间体空间中。更重要的是由于由图18所示下终板上残留的外环17提供的向内的力在下保持部分之间提供这样的连接。在各下保持部分之间的中线连接将抵抗外环使保持部分向中线37移动的力。
如各范例性实施例所示，除了象锁和钥匙那样彼此配合以保持彼此相对定位的第一和/或第二保持部分，每半个人造椎间关节基本沿椎骨的中线37对称。
再者，这些范例性实施例仅为示例性的并且不旨在成为本发明所有可能的设计、实现、修正以及使用的穷举性列表。此外，结合本公开的一个实施例描述的特征可与其它实施例结合使用，即使在上面没有直接说明也是如此。
尽管上述说明对本领域内技术人员而言已经很明白，不过下面还是提供了对用来植入人造关节的合适手术过程的简单说明。如上所述，人造椎间关节一般通过使用与TLIF或PLIF过程相似的背侧穿孔方法被植入到人体内。根据该方法，可在患者的背部形成诸如中线切口的切口并且经由孔将一些或全部受影响的椎间盘以及周围组织去除。根据是否更换任何小面关节，可修剪自然小面关节以形成容纳人造小面关节的空间。然后，人造椎间关节的半部通过左/右穿孔开口被逐块地插入。即包括上下保持部分(具有或不具有小面部分和人造椎间盘，如果单独提供的话)的人造椎间关节块配合在通孔中并位于适当椎间空间中。人造关节块可以是完全独立的或者在插入通孔前，用纱布或其它业内公知的材料将两个以上的人造关节块捆绑或包裹在一起。在固定自然椎间盘的外环的至少一部分的情况下，人造椎间关节的每侧的下保持部分被插入以使它们毗邻环的相应部分。如果提供中线前侧连接，保持部分的左、右半部配合在一起并由外环保持在位。这样，环的保持部分可位于与手术过程前大致相同的位置。
此外，在必须完全去除自然椎间盘环的情况下，例如可使用本公开的实施例，其中采用蒂螺钉以确保人造椎间关节块保持在位。本领域内技术能够理解，即使背侧过程的优点是有限的，也可经由前侧方法或结合前侧方法和背侧方法将人造关节植入。例如，某些人造椎间关节块将通过前侧方法插入而其它关节块则通过背侧方法插入。前侧和背侧定位的部分可与图17和图18所示实施例相同的方式彼此配合。
现在参阅图19和图20，在该实施例中，人造椎间关节100可包括插入到椎骨7、9之间的两个关节造型半部102、104。关节造型半部102包括头部前侧关节部分106、头部背侧关节部分108以及在前侧部分106和背侧部分108之间延伸的头部桥110。关节造型半部102可进一步包括尾部前侧关节部分112、尾部背侧关节部分114以及在前侧部分112和背侧部分114之间延伸的尾部桥116。头部前侧关节部分106可包括骨接触表面106a，而尾部前侧关节部分112可包括骨接触表面112a。关节造型半部104可具有与关节造型半部102基本相似的结构和功能并因此不在这里进行更详细的说明。
术语“头部”和“尾部”用于某些实施例以说明这些实施例的部分的位置。头部在业内一般用来表示朝向头部的部分而尾部用来表示朝向尾部或脚部的部分，正如本文中所使用的那样，头部和尾部单纯用作所示实施例的部分的相对位置的修饰语。例如，头部部分可在所述关节的一侧上，而尾部可在关节的另一侧上。被标记为头部或尾部以描述所示实施例的诸部分不旨在对装置或方法应用相对于患者解剖系统的取向构成限制，或对任何装置或方法的权利要求的范围构成限制。
在本实施例中，头部桥110包括形成出口门的粗糙面(jog)11 7以及用于退出神经根的人造孔。每个桥110、116，尤其是尾部桥116可以是“极好的”或人造的蒂，它作为自然蒂的补充或代替。另外在本实施例中，尾部前侧关节部分112包括曲面凸起118，而尾部背侧关节部分114包括背侧凸起120。头部前侧关节部分106包括配置成容纳曲面凸起118的前侧槽口122。曲面凸起118的曲率半径接近前侧槽口122的曲率半径以形成高度受约束的球/槽口型啮合。在另一实施例中，通过增加槽口相对于曲面凸出半径的曲率半径，可使曲面凸起在槽口中平移。
头部背侧关节部分108可包括被配置成啮合背侧凸起120的背侧槽口124。背侧凸起120的曲率半径小于背侧槽口124的曲率半径，由此允许移动并限制背侧关节部分108、114之间的结合。背侧槽口124和背侧凸起120的曲率半径从关节造型半部102的共同旋转中心发散出。在该实施例中，背侧槽口124的曲率半径相对较大，而产生的关节受到松约束。在另一实施例中，与具有紧曲率半径的头部背侧部分匹配的尾部背侧部分的背侧凸起的曲率半径可形成受到紧密约束的背侧关节。
前侧部分106、112以及桥部分110、116的尺寸和形状会受到背侧手术方法约束条件的限制。例如，前侧部分106、112被配置成覆盖最大脊骨终板面积以分散负载并减少下沉，同时仍然配合于背侧手术暴露部、坎宾(Kambin)三角及其它神经元。为了实现最大的表面覆盖，前侧部分106、112的材料可分别从曲面凸起118和前侧槽口122向前侧延伸。桥部分110、116的宽度也被最小化以通过坎宾三角并与神经元共存。
关节造型半部102还包括固定于椎骨7、9的特征。然而要理解在另一实施例中可省去固定特征。关节造型半部102可包括从头部前侧关节部分106向头部延伸的连接部分130。该实施例中的连接部分130是适于容纳诸如螺钉132的骨紧固件的孔。连接部分130的取向允许螺钉132固定于圆柱椎骨体7a。在另一实施例中，头部连接部分允许例如图14所示那样与椎骨7的蒂部连接。下面将对头部连接部分的若干替代性实施例进行说明。
关节造型半部102还包括固定于或一体形成于尾部背侧关节部分114的连接部分134。在该实施例中的连接部分134是用于容纳诸如螺钉136的骨紧固件的孔。连接部分134的取向允许螺钉136离蒂地插入以使螺钉沿与通过蒂界定的中心轴线倾斜或成角度的路径延伸。离蒂固定可以是任何蒂内的固定，它不沿大致由蒂的背侧-前侧界定的中心轴线的路径延伸。在该实施例中，螺钉通过蒂的纵向壁并能获得很强的皮层固定。在所有实施例中可将螺钉形成凹槽，从而不形成与关节、软组织和神经结构的干涉。
在其它实施例中，例如图14所示，可将从背侧部分114延伸的连接部分定位成允许螺钉贴蒂地(intra-pedicularly)插入以使螺钉大致沿蒂的中心轴线穿过路径。在另一替代实施例中，背侧连接部分可联接于基本圆柱体部分9a。要理解在其它替代实施例中，连接部分可以不同角度沿从关节造型半部的各部分开始的不同方向延伸。例如，连接部分可从头部桥而不是头部前侧关节部分开始延伸。
如图19和图20所示，关节造型半部102的头部部分106、108、110被一体地形成。要理解在组合式替代实施例中，这些部件彼此可移动地连接。例如，头部前侧关节部分独立于桥被安装。在前侧部件到位后，通过业内公知的紧固机构(例如螺纹连接、螺栓连接或闩连接)将桥固定于前侧部分。然后通过类似的紧固机构将组合式头部背侧部分固定于桥以形成关节造型半部的头部部分。
人造椎间关节的组合式实施例特别适用于修正的应用场合，其中例如位于体部分7a、9a之间的前侧部分在第一手术过程中被安装并且桥和/或背侧部分在稍后的手术中被添加以进一步校正或补充人造椎间关节的功能。因此，可将组合式桥和/或背侧部分添加至来自多个不同制造商的多个人造椎间关节。例如可将与本公开中描述的内容相似的部分用来校正人造椎间关节，这些人造椎间关节包括6740118号美国专利；以及美国专利申请公开2004/0158328；2004/0073312；以及2003/0204261(均转让给SDGI控股股份有限公司，威尔明顿/特拉华，并援引于此以供参考)、5314477号美国专利申请以及美国专利申请公开2004/0117022(均被援引于此以供参考)中部分描述并由Spine Solution Inc、瑞士的Oberdorf的SynthesInc.子公司销售的ProDisk系统；或4759766、4997432、5401269、5556431以及6416551号美国专利部分描述(均援引于此以供参考)并由Johnson&Johnson公司以DePuy Spine^TM销售的Charite^TM人造椎间盘。同样，可将组合式桥和/或背侧部分添加至任何其它运动前端部分或任何接合前端部分。
关节造型半部102、104可由任何合适的生物兼容材料，包括诸如钴铬合金、钛合金、镍钛合金和/或不锈钢合金。诸如铝氧化物或氧化铝、锆氧化物或氧化锆的陶瓷材料，金刚石微粒的紧凑体和/或热解碳也是适用的。另外可适用聚合材料，包括任何聚芳醚酮(PAEK)族的成员，例如聚醚醚酮(PEEK)、碳强化PEEK或聚醚酮酮(PEKK)、聚砜、聚醚酰亚胺；聚亚酰胺、超高分子重量聚乙烯(UHMWPE)和/或交联的UHMWPE。包含关节造型半部102、104的各部件可由不同材料形成，由此实现金属上金属、陶瓷上金属、聚合物上金属、陶瓷上陶瓷、聚合物上陶瓷或聚合物上聚合物的结构。关节造型半部102、104骨接触表面可包括加强植入修复固定的特征或覆层。例如，可例如通过化学蚀刻、喷丸、打磨、磨削、锯齿化和/或金刚石切割而使表面粗糙化。关节造型半部102、104的骨接触表面的全部或其一部分被涂覆以生物兼容和骨传导性材料，诸如羟磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)和/或碳酸钙以增进骨的生长与固定。或者可使用诸如来自变形生长因子(TGF)β总科的蛋白质或诸如BMP2或BMP7的骨成形蛋白质的骨传导性涂层。其它合适的特征包括钉、脊和/或其它表面纹理。
人造椎间关节100可如后述那样被安装在椎骨7、9之间。尽管就关节造型半部102对安装进行说明，但要理解关节造型半部104也以同样的方式被安装。总地如上所述，人造椎间关节100采用与已知TLIF或PLIF过程相似的背侧穿孔方法被植入到体内。PLIF方法总地来说更接近内科并依赖更多横贯根和硬脑脊的收回以进入椎骨内部空间。这些结构之间的空间被成为坎宾三角。TLIF方法典型地更倾斜、需要较少的退出根的收回以及由于更少横贯结构抽回导致的更少硬膜出血。也可用远侧方法进入内部空间而无需切除小面。此外，通过腰肌的直侧方法是已知的。该方法完全避开背侧神经元。本发明的实施例可望使用这些普通方法的任何一种。根据这些方法中的至少一种，可在患者背部形成诸如中线切口的切口并经由孔将受影响椎间盘和周围组织除去。可将椎骨9的上终板表面碾磨、锉磨或切除以匹配尾部前侧骨接触表面112a的外形，从而使椎骨9的上终板表面上的应力分布均一化和/或在骨生长前提供初始固定。椎骨9终板的制备可导致平坦表面或诸如囊、沟的表面轮廓或其它与骨接触表面112a上的相应特征匹配的轮廓。可类似地制备椎骨7的下终板以容纳头部前侧关节部分106到退出神经根和脊椎末梢神经中枢所允许的程度。根据是否已替换小面关节的任何一个，可将椎骨7、9的自然小面关节修剪以留出空间给背侧部分108、114。
然后分别通过左/右通孔开口将人造椎间关节100的半部102、104逐块地插入。也就是说，人造椎间关节100的块包括头部和尾部前侧关节部分106、112，它们分别配合在孔中并位于基本圆柱体7a、9a之间的适当椎间盘空间内。人造关节100的那些块可完全分成在插入通孔前用布或业内公知的其它材料捆在一起或包裹在一起的两个或多个关节块。在能够保持自然椎间盘外环的至少一部分的情况下，人造椎间关节每侧的尾部前侧接头部分被插入，由此它们毗邻于环的相应部分。桥110、116背侧地从前侧关节部分106、112延伸并且背侧地从椎间盘空间延伸。背侧部分108、114被背侧地设置于椎间盘空间以作为自然小面关节功能的代替或补充。可将螺钉132通过连接部分134插入相邻骨头中，例如蒂部。要理解可在整个关节造型半部102已被植入或者在每个头部和尾部部分被植入后将螺钉植入。
在安装时，由头部前侧关节部分106和尾部前侧关节部分112产生的前侧球/槽口型关节可以是相对稳定和自定中心的。不管是由头部背侧关节部分108和尾部背侧关节部分114形成的前侧关节还是背侧关节均允许关节造型半部102抵抗剪切力，尤其是前侧-背侧力。头部前侧关节部分106相对尾部前侧关节部分112的移动受到背侧槽口124中的背侧凸起120位移的限制。例如，与尾部前侧关节部分112相对的头部前侧关节部分106的平移将受到背侧关节的限制。围绕由圆柱体定义的纵轴线的转动既由背侧关节中的约束所限制又由两关节造型半部102、104提供的组合约束所限制。此外，背侧关节可限制任何真实的横向弯曲自由度。
可将纯粹的运动自由度限制在绕由关节造型半部102、104的前侧关节界定的轴线的关节弯曲-延伸运动。然而，在某些条件下，关节100能够克服这些设定的限制以允许有限的侧向运动、旋转运动和耦合运动。例如，前侧关节部分106、112彼此脱开或分离并经历有限的“上抬”，由此允许额外的自由度以及严格关节弯曲-延伸运动外的组合动作。前侧关节的自定中心特性可在上抬发生后产生重新连接和对齐。前侧关节部分106、112的有限的重新连接可由背侧关节中的约束度所调整。例如，在背侧关节处的相对松的约束允许更大的上抬量。然而，背侧关节处的某些程度的约束是有用的以激励前侧关节的重新连接和对齐。
总地来说，严格地约束于具有相同或相似曲率半径的各部分的简单的前侧位置的球以及槽口关节允许关节弯曲-延伸、侧向弯曲和扭转运动，同时抵抗剪切力和限制平移。通过将额外的较高约束的球/槽口关节添加到背侧部分，可限制例如扭转的额外自由度。额外的关节还限制运动的自由度。如果允许前侧或背侧关节脱开或脱离，可如上所述地允许额外的自由度。改变球部分和槽口部分之间的间隙形状同样实现额外的自由度。
前侧和背侧关节的强健和高适应性(forgiving)结构还允许关节造型半部102、104的定位不对齐和稍微不准确。例如，前侧关节部分106、112的自对齐球/槽口结构容许在各部分之间具有一定量的不对齐。因此，部分106、112的插入轨道可略为不对齐。背侧凸起120和背侧槽口124的相互作用还能调整关节造型半部102、104之间的平行不对齐和/或前侧-背侧不对齐。
在替代性实施例中，可安装单个的单侧关节造型半部。这种有意地将前侧关节单侧化形成一种对治疗脊柱侧凸或其它需要平衡校正的病理症状而言所要求的楔效果。在安装有两个关节造型半部的情况下，需要使用不同高度和形状的前侧部分矫正脊柱侧凸和类似的病理症状。在这种方式下，连接性关节替代组件可用作楔，产生与支承关节替代组件不同的椎间高度。
现在参阅图21和图22，在该实施例中，人造椎间关节200包括可插入到椎骨7、9之间的两个关节造型半部202、204。关节造型半部202包括头部前侧关节部分206、头部背侧关节部分208以及在前侧部分206和背侧部分208之间的头部桥210。关节造型半部202还包括尾部前侧关节部分212、尾部背侧部分214以及在前侧部分212和背侧部分214之间延伸的尾部桥216。头部前侧关节部分206包括骨接触表面206a而尾部前侧关节部分212包括骨接触表面212a。关节造型半部204在结构和功能上基本类似于关节造型半部202并因此不再详细描述。
在该实施例中，头部桥210包括形成出口门的粗糙面217以及用于退出神经根的人造孔。另外在该实施例中，尾部前侧关节部分212可包括曲面凸起218，而尾部背侧关节部分214包括尾部凸起220。尾部前侧关节部分206包括被配置成容纳曲面凸起218的前侧槽口222。曲面凸起218的曲率半径近乎匹配于前侧槽口222的曲率半径以形成高度约束的球/槽口型啮合。在替代性实施例中，通过增加槽口相对曲面凸起半径的曲率半径，曲面凸起可在槽口内平移。
头部背侧关节部分208可包括被配置成啮合背侧凸起220的背侧槽口224。背侧凸起220的曲率半径可小于背侧槽口224的曲率半径，由此允许运动并限制背侧关节部分208、214之间的粘合。背侧槽口224和背侧凸起220的曲率半径从关节造型半部202的共同旋转中心发散出。在该实施例中，背侧槽口224的曲率半径相对较大，而产生的关节受到松约束。在另一实施例中，与具有紧曲率半径的头部背侧部分匹配的尾部背侧部分的背侧凸起的曲率半径可形成受到紧密约束的背侧关节。
前侧部分206、212以及桥部分210、216的尺寸和形状会受到背侧手术方法约束条件的限制。例如，前侧部分206、212被配置成覆盖最大脊骨终板面积以分散负载并减少下沉，同时仍然配合于背侧手术暴露部、坎宾三角及其它神经元。为了实现最大的表面覆盖，前侧部分206、212的材料可分别从曲面凸起218和前侧槽口222向前侧延伸。桥部分210、216的宽度也被最小化以通过坎宾三角并与神经元共存。
在该实施例中省去了连接部分。然而要理解在替代性实施例中，可使用与前述内容基本类似的连接部分。
如图21和图22所示，关节造型半部202的头部部分206、208、210被一体地形成。要理解在组合式替代实施例中，这些部件彼此可移动地连接。例如，头部前侧关节部分与桥分离地安装。在前侧部件到位后，通过业内公知的紧固机构(例如螺纹连接、螺栓连接或闩连接)将桥固定于前侧部分。然后通过类似的紧固机构将组合式头部背侧部分固定于桥以形成关节造型半部的头部部分。
关节造型半部202、204可由任何合适的生物兼容性材料制成，包括上述的金属、陶瓷或聚合物。此外，可用上述的涂覆或特征对关节造型半部202、204的任何骨接触表面进行处理。
可如下所述地将人造椎间关节200安装在椎骨7、9之间。尽管已就关节造型半部202对安装进行说明，但要理解关节造型半部204也以同样的方式被安装。总地如上所述，人造椎间关节200采用与已知TLIF或PLIF过程相似的背侧穿孔方法被植入到体内。PLIF方法总地来说更接近内科并依赖更多横贯根和硬脑脊的收回以进入椎骨内部空间。这些结构之间的空间被成为坎宾三角。TLIF方法典型地更倾斜、需要较少的退出根的收回以及由于更少横贯结构抽回导致的更少硬膜出血。也可用远侧方法进入内部空间，在退出神经根的位置之上并且在坎宾三角的外部。在某些例子中可经由远侧进入内部空间而无需切除小面。此外，通过腰肌的直侧方法是已知的。该方法完全避开背侧神经元。本发明的实施例可望使用这些普通方法的任何一种。
根据这些方法中的至少一种，可在患者背部形成诸如中线切口的切口并经由孔将受影响椎间盘和周围组织除去。可将椎骨9的上终板表面碾磨、锉磨或切除以匹配尾部前侧骨接触表面212a的外形，从而使椎骨9的上终板表面上的应力分布均一和/或在骨生长前提供初始固定。椎骨9终板的制备可导致平坦表面或诸如囊、沟的表面轮廓或其它与骨接触表面212a上的相应特征匹配的轮廓。可类似地制备椎骨7的下终板以容纳头部前侧关节部分206到退出神经根和脊椎末梢神经中枢所允许的程度。根据是否已替换小面关节的任何一个，可将椎骨7、9的自然小面关节修剪以留出空间给背侧部分208、214。
然后分别通过左/右通孔开口将人造椎间关节200的半部202、204逐块地插入。也就是说，人造椎间关节200的块包括头部和尾部前侧关节部分206、212，它们分别配合在孔中并位于基本圆柱体7a、9a之间的适当椎间盘空间内。人造关节200的那些块可完全分离或形成在插入通孔前用布或业内公知的其它材料捆在一起或包裹在一起的两个或多个关节块。在能够保持自然椎间盘外环的至少一部分的情况下，人造椎间关节每侧的尾部前侧接头部分被插入而使它们毗邻于环的相应部分。桥210、216背侧地从前侧关节部分206、212延伸并且背侧地从椎间盘空间延伸。背侧部分208、214被背侧地设置于椎间盘空间以作为自然小面关节功能的代替或补充。
在安装时，由头部前侧关节部分206和尾部前侧关节部分212产生的前侧球/槽口型关节可以是相对稳定和自定中心的。不管是由头部背侧关节部分208和尾部背侧关节部分214形成的前侧关节还是背侧关节均允许关节造型半部202抵抗剪切力，尤其是前侧-背侧力。头部前侧关节部分206相对尾部前侧关节部分212的移动受到背侧槽口224中的背侧凸起220位移的限制。例如，与尾部前侧关节部分212相对的头部前侧关节部分206的侧向平移将受到背侧关节的限制。围绕由圆柱体定义的纵轴线的转动既由背侧关节中的约束所限制又由两关节造型半部202、204提供的组合约束所限制。此外，背侧关节可限制任何真实的横向弯曲自由度。
可将纯粹的运动自由度限制在绕由关节造型半部202、204的前侧关节界定的轴线的关节弯曲-延伸运动。然而，在某些条件下，关节200能够克服这些设定的限制以允许有限的侧向运动、旋转运动和耦合运动。例如，前侧关节部分206、212彼此脱开或分离并经历有限的“上抬”，由此允许额外的自由度以及严格的关节弯曲-延伸运动之外的组合动作。前侧关节的自定中心特性可在上抬发生后产生重新连接和对齐。前侧关节部分206、212的有限的重新连接可由背侧关节中的约束度所调整。例如，在背侧关节处的相对松的约束允许更大的上抬量。然而，背侧关节处的某些程度的约束是有用的以激励前侧关节的重新连接和对齐。
前侧和背侧关节的强健和高适应性(forgiving)结构还允许关节造型半部202、204的定位不对齐和稍微不准确。例如，前侧关节部分206、212的自对齐球/槽口结构容许在各部分之间具有一定量的不对齐。因此，部分206、212的插入轨道可略为不对齐。背侧凸起220和背侧槽口224的相互作用还能调整关节造型半部202、204之间的平行不对齐和/或前侧-背侧不对齐。
现在参阅图23和图24，在另一实施例中，人造椎间关节可包括可在一横向侧插入椎骨7、9之间的关节造型半部302。第二关节造型半部(未图示)在相对横向侧被插入并具有相似的结构和功能。关节造型半部302可包括头部前侧关节部分306、头部背侧关节部分308以及在前侧部分306和背侧部分308之间延伸的头部桥310。关节造型半部302还包括尾部前侧关节部分312、尾部背侧关节部分314以及在前侧部分312和背侧部分314之间延伸的尾部桥316。
在该实施例中，尾部前侧支承部分312包括曲面凸起318，而尾部背侧关节部分314包括背侧凸起320。头部前侧关节部分306包括被配置成容纳曲面凸起318的前侧槽口322。头部背侧关节部分308包括背侧槽口324，它的形状象槽并被配置成啮合背侧凸起320，以使表面320“坐”在槽内。
在该实施例中，可将龙骨321从尾部前侧关节部分312开始并沿尾部桥316延伸。龙骨321允许关节造型半部302啮合椎骨体9a的上终板和椎骨9蒂的下表面。要理解可碾磨、锉磨或以其它方式制备椎骨体9a的上终板以及椎骨9蒂以形成用于容纳龙骨321的沟道。龙骨帮助连接到骨头并将关节造型半部402的移动限制在所希望的自由度下。龙骨可具有成角度的或半圆柱横截面。要理解在任何给出部分上可使用一个以上的龙骨。
关节造型半部302可由上述用于关节100的材料的任何一种构成。同样，可用与上述关节100相同的方式涂覆关节造型半部302的骨接触表面。也能以基本与关节100相同的方式进行安装。
无需再现自然小面的准确结构，本实施例能模仿自然小面关节的许多功能。在该实施例中，关节造型半部302很大程度地受到来自背侧的控制，那里的机械优势是最大的。背侧槽口324的头-尾长度326限制运动的关节弯曲-延伸范围，而背侧槽口的横向宽度328限制运动的旋转范围。例如图23所示，其中长度326大于背侧凸起320的长度，则当背侧凸起320在背侧槽口324中移动时，允许对应范围的关节弯曲-延伸运动。通过在背侧凸起320和背侧槽口324宽度328之间设很小的间隙或不设间隙，可大部分地消除转动。不管是前侧关节还是背侧关节均允许关节造型半部302抵抗剪切力，尤其是前侧-背侧力。
在该实施例中，由前侧槽口322和曲面凸起318形成的前侧关节具有转动的关节弯曲-延伸轴线330，它相对于尾部前侧关节部分312的中线332背侧地定位。当被安装在椎骨7、9之间时，轴线330也相对于由大致圆柱体7a、9a定义的纵向轴线背侧地定位，由此使运动中心位于更自然的位置上。
参阅图25，在本实施例中，人造椎间关节400包括两个关节造型半部402、404，它们被插入在椎骨7、9之间。除了下述的区别外，关节400与关节100基本相似。在本实施例中，关节造型半部402包括具有一组长钉或销的头部连接件406。当将关节造型半部402插入椎骨7、9之间时，长钉利于啮合圆柱体部分7a。
参阅图26，在本实施例中，人造椎间关节420包括被插入到椎骨7、9之间的两个关节造型半部422、424。除了下述区别外，关节420与关节100基本类似。在本实施例中，关节造型半部422包括尾部前侧关节部分426、尾部背侧关节部分428以及在部分426、428之间延伸的尾部桥430。尾部背侧关节部分428包括止动结构432。关节造型半部422还包括具有止动结构436、438的头部前侧关节部分434。
可装配由部分428、434形成的背侧关节以使止动结构432位于止动结构436、438之间。在前侧-背侧剪切负载的作用下，可通过止动结构436对止动结构432的相互作用限制或防止位移。关节弯曲-延伸运动由止动结构436、438之间的距离所限制，该距离作为止动结构432的运动极限。
人造关节半部422还包括从尾部桥430开始延伸的尾部连接部分440。在该实施例中，连接部分440形成角度以使位于连接部分中的接骨螺钉啮合大致圆柱体部分9a。
现参阅图27，在本实施例中，人造椎间关节450包括两个被插入在椎骨7、9之间的关节造型半部452、454。除了下述区别外，关节450基本类似于关节100。在本实施例中，关节造型半部452包括具有成角度的孔的尾部连接部分456以使接骨螺钉通过该孔啮合于大致圆柱体部分9a。
现在参阅图28，在本实施例中，人造椎间关节的一个关节造型半部502被插入到椎骨7、9之间。要理解与上述实施例类似，第二关节造型半部(未图示)被插入于相对的横向侧。关节造型半部502可包括头部前侧关节部分506、头部背侧关节部分508以及在前侧部分506和背侧部分508之间延伸的头部桥510。关节造型半部502还包括尾部前侧关节部分512、尾部背侧关节部分514以及在前侧部分512和背侧部分514之间延伸的尾部桥516。头部前侧关节部分506包括骨接触表面506a而尾部前侧关节部分512包括骨接触表面512a。
另外，在本实施例中，尾部前侧关节部分512包括曲面凸起518，而尾部背侧关节部分514包括背侧槽口520。头部前侧关节部分506包括配置以容纳曲面凸起518的前侧槽口522。
头部背侧关节部分508包括配置以啮合背侧槽口520的背侧凸起524。在该实施例中，背侧凸起可以是部分半球并在槽口520中转动或平移，从而形成松约束的球/槽口型关节。
关节造型半部502还包括用来固定于椎骨7、9的特征。然而要理解，在替代性实施例中可省去固定特征。关节造型半部502可包括从头部前侧关节部分506向头部延伸的连接部分530。本实施例中的连接部分530是具有用来容纳诸如螺钉532的骨紧固件的孔的凸起。连接部分530的取向使螺钉132固定于圆柱椎骨体7a。在一替代性实施例中，头部连接部分允许例如图14所示的与椎骨7蒂部的连接。关节造型半部502还包括固定于或一体形成于尾部前侧关节部分512的连接部分534。本实施例中的连接部分534是具有用来容纳诸如螺钉536的骨紧固件的孔的凸起。连接部分534的取向允许螺钉536固定于圆柱椎骨体9a。连接部分530、534还用作支承凸起，提供额外的表面积以分散力和减少下沉。
关节造型半部502还包括从头部前侧关节部分506延伸的头部龙骨540以及从尾部前侧关节部分512延伸并在尾部桥516之下的尾部龙骨542。龙骨540允许关节造型半部502啮合椎骨体7a的下终板，而龙骨542允许关节造型半部502啮合椎骨体9a的上终板以及椎骨9蒂部的上表面。要理解可碾磨或以其它方式制备椎骨体7a的下终板以容纳龙骨540。同样，可碾磨、锉磨或以其它方式制备椎骨体9a的上终板和椎骨9的蒂部以形成用于容纳龙骨542的沟道。龙骨帮助连接于骨头并将关节造型半部502的运动限制在所要求的自由度下。龙骨可具有成角度的或半圆柱截面。要理解可在任何给出的部分上使用一个以上的龙骨。
关节造型半部502与关节造型半部102类似地安装并在前侧关节中具有类似运动。在该实施例中，球形背侧凸起524被定位在槽口520中，槽口520是狭长的以允许在限制扭转的同时实现关节弯曲-延伸运动。将凸起524定位在头部部分508上能够简化当医师观察槽口520时的安装并且提高他/她组装背侧关节的能力。
尽管上面仅示出一些范例性实施例，本领域内技术人员很容易理解在实质上不脱离本公开的新颖性理念和优点的前提下可作出多种修正。因此，所有这些修正和替换均由下列权利要求所定义的本发明范围所包括。本领域内技术人员还能不脱离本公开精神和范围地实现这样的修正和等效结构或方法，并且不脱离本公开精神和范围地作出各种改变、代替和选择。要理解所有空间参考，例如“水平”、“垂直”、“顶”、“上”、“下”、“底”、“左”、“右”仅为示例性的并且能在本公开范围内变化。在这些权利要求中，装置加功能的条款旨在将文本中所述结构覆盖为实现所述功能并且不仅是结构等效物，还包括等效结构。