KR20100016503A - 인체용 또는 동물체용 척추간 임플란트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 척추간 임플란트에 관한 것으로서, 상기 척추간 임플란트(17)는 척추의 각 척추 종판(7)과 상호작용할 수 있는 두 개 이상의 지지 부분(21, 22)으로 함께 연결되는 상대적으로 강성인 두 개의 기둥(19, 20)을 포함하는, 전방 배치 또는 후방 배치에 적합한 인체용 또는 동물체용 척추간 임플란트(17)로서,

상기 지지 부분(21, 22) 중 하나 이상의 지지 부분은, 상기 임플란트(17)가 두 개의 척추 종판 사이에 위치될 때 상기 지지 부분을 결합된 척추 종판(7)의 형상에 적어도 부분적으로 맞출 수 있는 하나 이상의 상대적으로 가요성인 영역을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

척추 종판, 척추간 임플란트, 기둥, 플레이트

Description

인체용 또는 동물체용 척추간 임플란트{INTERVERTEBRAL IMPLANT FOR THE HUMAN OR ANIMAL BODY}

본 발명은 인체 또는 동물체의 척추 수술 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 척추간 임플란트에 관한 것이다.

척추간 임플란트에는 일반적으로 두 가지 카테고리가 존재하는데:

- 제1 카테고리는 추간판을 대체하도록 구성되어 두 개의 인접한 척추 사이에 위치되는 인터소매틱 임플란트(intersomatic implant)라고 하는 임플란트에 관한 것이고;

- 제2 카테고리는 부분적으로 또는 전체적으로 하나 이상의 척추를 대체하도록 구성된 VBR(Vertebral Body Replacement, 척추체 대체물) 유형의 임플란트에 관한 것이다.

일반적으로 골이식재가 결합되는 이러한 모든 임플란트는, 임플란트와 상호작용하는 척추체들을 융합시킬 수 있고, 이로 인해 다양한 척추 병변을 치료할 수 있다.

종래 기술에 따른 제1 유형의 척추간 임플란트(1)가 첨부된 도 1에 개략적으 로 도시되어 있다.

이러한 임플란트는 PEEK(polyether-etherketone)와 같은 생체적합성 플라스틱 또는 티타늄 합금과 같은 금속으로 구성될 수 있고, 상기 임플란트의 형상은 거의 평행육면체이고, 상기 임플란트에는 골이식재를 안착시키고 상기 골이식재를 피이식골(host bone)에 접촉시키는 오리피스가 제공된다.

도 2는 상기 임플란트에 지지되어 있는 척추(5)를 도시하고 있고: 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 임플란트와 상호작용하는 상기 척추의 척추 종판(7)은 소정의 요면(凹面, convavity)을 가진다.

따라서, 상기 척추(5)는 실제로 상기 임플란트(1)의 에지(8, 9)에만 지지되고: 이러한 위치에서의 압력은 척추 종판(7)에 그리고 인접한 척추체(11)에 매우 큰 응력을 발생시키고, 이는 척추(5)를 약화시키거나 심지어 파손시킬 수 있다.

이러한 임플란트의 에지에서의 응력 집중이 도 3의 그래프에 나타나 있다.

이 그래프에서, 가로좌표는 도 2의 x 축에서 mm 단위로 측정된 척추 종판의 곡면 가로좌표에 대응하고, 세로좌표는 폰 미제스 응력(Von Mises stress)를 MPa 단위로 나타낸 임플란트(1)가 척추(5)에 가하는 압력을 가리키고: 이 그래프에 도시된 바와 같이 두 개의 응력 피크들(12a, 12b)은 척추 종판(7)에 위치한 임플란트(1)의 에지(8, 9)의 지지 영역에 대응한다.

이러한 문제점을 감소시키기 위하여, 척추 종판에 맞닿아 지지되도록 구성된 표면이 상기 척추 종판의 요면에 맞춰지는 철면(凸面, convexity)을 가지는 임플란트를 제조하는 방안이 제안되어 왔다.

이러한 임플란트(13)의 예가 도 4에 도시되어 있다.

사실, 어떠한 척추도 동일한 요면을 가지지 않으므로, 도 4의 임플란트는 특정 척추의 형상에 맞게 맞춰져야 하지만, 이러한 임플란트는 다른 척추의 형상에는 적절하지 못할 것이다.

구체적으로, 이는, 특정 척추에 있어서 임플란트(13)와 척추 종판(7) 사이의 접촉부가 좁은 장소에 위치되고, 이로 인해 도 6에서 도면부호 15로 표시된 바와 같이 척추 종판의 중앙에서 응력 피크를 발생시킨다는 것을 의미한다.

이때, 이러한 부적절한 배열로 인해 척추(5)를 약화시키거나 또는 심지어 파손시킬 수 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 미국특허공보 US2004/267367, 국제특허공개공보 WO2004/064693 및 국제특허공개공보 2006/127849에는, 척추의 각각의 척추 종판과 상호작용할 수 있는 지지 부분이 소정의 가요성을 가지는 척추간 임플란트를 사용하는 방안이 제안되어 왔다.

이러한 가요성을 인해, 결합된 각 척추 종판에서 임플란트의 지지력을 분산시킬 수 있고, 이로 인해 척추를 손상시킬 수 있는 응력 집중을 방지할 수 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 가요성 지지 영역을 구비한 이러한 척추간 임플란트는 최적의 혈관 재형성(revascularization) 및 골융합을 획득할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 주목적은 이러한 문제점을 제거하는 것이다.

본 발명의 목적은, 척추의 각 척추 종판과 상호작용할 수 있는 두 개 이상의 지지 부분으로 함께 연결되는 상대적으로 강성인 두 개의 기둥을 포함하는, 전방 배치 또는 후방 배치에 적합한 인체용 또는 동물체용 척추간 임플란트로서, 상기 지지 부분 중 하나 이상의 지지 부분은, 상기 임플란트가 두 개의 척추 종판 사이에 위치될 때 상기 지지 부분을 결합된 척추 종판의 형상에 적어도 부분적으로 맞출 수 있는 하나 이상의 상대적으로 가요성인 영역을 포함하는 척추간 임플란트로 달성된다.

지지 부분으로 함께 연결되어 있는 이러한 구조의 기둥으로 인해, 본 발명에 따른 가요성 지지 영역을 구비한 척추 임플란트는 골융합 및 혈관 재생성을 촉진하는 공동을 한정한다. 상기 공동은 특히 골이식재를 배치시킨다.

이러한 특수한 구조는, 본 발명에 따른 임플란트와, 중실형(solid)으로 형성되어 골융합 및 혈관 재성생에 장벽을 형성하는 종래 기술에 따른 임플란트 사이의 차이점이다.

두 개의 기둥이 두 개의 지지 부분만으로 함께 연결된다는 사실로 인해, 상 기 임플란트는 특히 간단한 구조체가 된다.

놀랍게도, 임플란트에 공동을 제공하면서 가요성 지지 영역도 제공할 수 있다는 것이 발견되었고: 적절한 구성의 경우, 물질 강도의 일반 법칙을 알고 있는 당해 기술 분야에서 숙련된 당업자의 범위 내에서, 임플란트를 인접 척추에 의해 충돌될 위험에 노출시키지 않으면서 가요성과 공동을 조화시킬 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명에 이르기까지, 가요성 지지 영역을 가지는 임플란트는 충돌을 견디기 위해 중실형이어야 한다고 생각되어져 왔다.

본 발명에 따른 임플란트의 다른 선택적인 특징에 따르면:

- 상기 지지 부분은 상기 기둥을 함께 연결하는 두 개 이상의 상대적으로 가요성인 플레이트를 포함하고: 이러한 실시 형태로 인해, 플레이트로 지지 부분을 구성함으로써, 즉 상기 임플란트를 형성하는 물질의 형상 및 두께를 조작하여 이러한 물질의 고유의 탄성을 조작함으로써 필요한 가요성을 획득할 수 있고;

- 상기 지지 부분은 상기 기둥에 제공된 지지 영역 및 상대적으로 가요성인 암으로 상기 기둥에 연결된 상대적으로 강성인 플레이트를 포함하고: 이는 전술한 실시 형태의 변형 실시 형태이고, 이러한 변형 실시 형태에서 플레이트들을 본체에 연결하는 수단에 의해 필요한 가요성이 획득되고;

- 상기 본체 및 상기 플레이트는 외부 체적 및 편장형인 내부 공동을 한정하고: 이러한 특수한 구성으로 인해, 특히 척추의 척추 종판의 다양한 요면에 매우 적합한 임플란트를 획득할 수 있고;

- 상기 플레이트에는 혈관 형성 오리피스가 제공되고: 이러한 오리피스로 인해, 임플란트 영역에 혈관망을 재구성할 수 있고;

- 상기 지지 부분은 지지홈을 포함하고: 이러한 지지홈은 결합된 척추 종판들 사이에 임플란트를 고정하는 것을 보조하고;

- 상기 임플란트는 단일 블럭으로서 Ti₆Al₄V와 같은 생체적합성 금속 또는 PEEK, PLLA 또는 PGA와 같은 생체적합성 폴리머로 형성되고: 단일 블록으로 된 이러한 실시 형태는 특히 단순하고, 금속 합금을 기계 가공함으로써 또는 폴리머들을 성형함으로써 각각 획득될 수 있고; 이러한 물질들은 수술용 임플란트 분야에서 매우 광범위하게 사용된다.

첨부된 도면에 대한 설명 및 이하의 설명을 통하여, 본 발명의 다른 특징들 및 장점들을 기술할 것이다.

도 1은 전술한 종래 기술에 따른 제1 임플란트의 사시도이고,

도 2는 척추와 상호작용하고 있는 도 1에 따른 임플란트에 관한 도면이고,

도 3은 임플란트에 의해 척추로 전달되는 응력을 나타내는 그래프이고,

도 4 내지 도 6은 전술한 종래 기술에 따른 제2 임플란트에 대하여 도 1 내지 도 3의 도면 및 그래프와 유사한 도면 및 그래프이고,

도 7은 본 발명에 따른 임플란트의 사시도이고,

도 8은 어떠한 압축력도 받고 있지 않으며 척추와 상호작용하고 있는 본 발명에 따른 임플란트의 도면이고,

도 9는 압축력을 받으며 척추와 상호작용하고 있는 본 발명에 따른 임플란트의 도면이고,

도 10은 압축력을 받는 상태에서 임플란트(17)에 의해 척추(5)로 전달되는 응력을 나타내는 그래프이고,

도 11은 본 발명에 따른 임플란트의 변형 실시예의 사시도이고,

도 12는 도 11의 변형 실시예의 전면도이다.

이하에서는 도 7에 관해 설명할 것이고, 도 7에 따르면 본 발명에 따른 임플란트는 두 개의 플레이트(21, 22)에 함께 연결되어 있는 두 개의 기둥(19, 20)을 포함할 수 있다.

임플란트(17)의 본체를 형성하는 두 개의 기둥(19, 20)은, 수직력에 대해 높은 내구성을 가지고, 즉 도 7의 직선 z 방향인 힘에 대해 높은 내구성을 가진다.

플레이트의 부분에 있어서, 플레이트들(21, 22)은 상기 기둥(19, 20)에 대해 상대적인 가요성을 제공하는 지지부를 형성하고: 가해진 하중 하에 강성 기둥과 가요성 플레이트 사이의 탄성 변형율의 비는 일반적으로 약 1 내지 10이다.

바람직하게는, 도시된 바와 같이, 상기 기둥(19, 20) 및 상기 플레이트(21, 22)는 한편으로는 외부 체적부를 한정하고, 다른 한편으로는 구별할 수 없는 축을 구비한 편장형 섹션을 가지는, 바람직하게는 타원형 섹션을 가지는 내부 공동(24)을 한정한다.

또한, 상기 플레이트(21, 22)에는 복수의 혈관 신생(vascularization) 오리피스(26, 28)가 제공된다.

또한, 상기 플레이트(21, 22)의 표면에는 지지홈(도시되지 않음)이 제공될 수도 있다.

바람직하게는, 상기 임플란트(7)는 단일 블록으로서 PEEK(polyether-etherketone), PLLA(polylactic acid), 또는 PGA(propyleneglycol alginate)과 같은 물질로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 임플란트(17)는 예를 들어 성형으로 또는 기계 가공으로 획득될 수 있다.

이하에서는, 도 8에 대해 기술할 것이고, 도 8은 압축 상태에 위치되기 전에, 즉 척추에 의해 전달된 힘이 가해지기 전에 척추(5)의 척추 종판(7)과 접촉해 있는 본 발명에 따른 임플란트(17)를 도시하고 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 임플란트(17) 및 척추(5)의 척추 종판(7) 사이의 접촉 형태는 도 5에 도시된 임플란트의 접촉 형태와 동일하다: 이러한 접촉부는 거의 분리된, 좁은 장소에 위치된다.

이하에서는, 도 9에 대해 기술할 것이고, 도 9에서 상기 임플란트(17)는 압축 상태에 있고, 즉 상기 임플란트는 척추에 위치되어 척추에 의해 전달된 힘을 받고 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상대적으로 가요성을 가지는 두 개의 플레이트(21, 22)는 서로 가까워지도록 변형되어 있고, 이로 인해 상기 플레이트들과 인접한 척추 종판들의 접촉 면적을 상당히 증가시킬 수 있다.

이러한 방식으로, 도 10의 그래프에서 평평한 영역(30)으로 나타나 있는 바와 같이, 척추(5)에서 임플란트(17)에 의해 전달된 응력을 최적으로 분산시킬 수 있다.

이러한 방식으로, 척추(5)를 손상시킬 수 있거나 또는 심지어 척추(5)를 파손시킬 수 있는 좁은 장소에서의 높은 응력은 제거된다.

상기 플레이트(21, 22)의 이러한 가요성에도 불구하고, 상기 임플란트(17)는 상대적으로 강성인 기둥(19, 20)에 의해 임플란트의 지지 기능을 계속 유지할 수 있다는 점에 유의하여야 한다.

또한, 상대적으로 가요성인 플레이트들(21, 22)로 인해, 본 발명에 따른 임플란트(17)는 척추의 척추 종판에 있는 어떠한 형태의 요면에도 실질적으로 맞춰질 수 있다.

따라서, 모든 척추에 맞춰질 수 있는 상이한 임플란트의 수를 상당히 감소시킬 수 있다.

상대적으로 가요성인 플레이트(21, 22)에 형성된 오리피스(26, 28)로 인해, 척추들 사이에 혈관망을 빠르게 재생성할 수 있다.

내부 공동(24)으로 인해, 융합용 또는 관절 고정용 골이식재를 안착시킬 수 있다.

또한, 상기 플레이트들(21, 22)의 상당한 가요성으로 인해, 결합된 척추 종판의 표면에 작용할 수 있고, 이로 인해 당해 기술 분야에서 숙력된 당업자에게 주지되어 있는 볼프의 법칙(Wolff's law)으로 뼈의 재생을 촉진할 수 있다는 것을 알아야 한다.

또한, 도 7 내지 도 9에 도시된 임플란트의 형상에 대해서는 제한이 없다는 점에 유의해야한다.

따라서, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은 대칭 형상은 전방(즉, 환자의 몸의 앞쪽을 통한) 배치에 적합한 반면, 비대칭 형상은 후방(즉, 환자의 몸의 등 쪽을 통한) 배치에 적합할 수 있다.

당연히, 본 발명에 따른 임플란트의 다른 변형 실시예들을 생각할 수도 있다.

예를 들어, 척추 종판에 맞닿아 지지되는 부분들이, 상기 임플란트의 본체를 형성하는 상대적으로 강성인 기둥들(119, 120)에 제공된 지지 영역(131a, 131b, 132a, 132b)과, 상대적으로 가요성인 암들(151a, 151b, 152a, 152b)에 의해 상기 기둥들에 연결된 상대적으로 강성인 두 개의 플레이트(141, 142)로 형성되어 있는, 도 11 및 도 12에 도시된 변형 실시예에 따른 임플란트(117)를 생각할 수도 있다.

Claims (7)

1. 척추의 각 척추 종판(7)과 상호작용할 수 있는 두 개 이상의 지지 부분(21, 22; 121, 122)에 의해 함께 연결되는 상대적으로 강성인 두 개의 기둥(19, 20; 119, 120)을 포함하는, 전방 배치 또는 후방 배치에 적합한 인체용 또는 동물체용 척추간 임플란트(17; 117)로서,

   상기 임플란트(17; 117)가 두 개의 척추 종판 사이에 위치될 때, 상기 지지 부분(21, 22; 121, 122) 중 하나 이상의 지지 부분은, 상기 지지 부분이 결합된 척추 종판(7)의 형상에 일부 또는 전체가 맞추어질 수 있도록 하는 하나 이상의 상대적으로 가요성인 영역을 포함하는 척추간 임플란트(17; 117).
2. 제1항에 있어서,

   상기 지지 부분은 상기 기둥(19, 20)을 함께 연결하는 두 개 이상의 상대적으로 가요성인 플레이트(21, 22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추간 임플란트(17).
3. 제1항에 있어서,

   상기 지지 부분(121, 122)은 각각, 상기 기둥(119, 120)에 제공된 지지 영역(131a, 131b, 132a, 132b) 및 상대적으로 가요성인 암(151a, 151b, 152a, 152b)으로 상기 기둥에 연결된 상대적으로 강성인 플레이트(141, 142)를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추간 임플란트(117).
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 본체(19, 20; 119, 120) 및 상기 플레이트(21, 22; 121, 122)는 외부 체적 및 편장형인 내부 공동(24; 124)을 한정하는 것을 특징으로 하는 척추간 임플란트(17; 117).
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 플레이트(21, 22; 141, 142)에는 혈관 형성 오리피스(26, 28; 126, 128)가 제공되는 것을 특징으로 하는 척추간 임플란트(17; 117).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 한에 있어서,

   상기 지지 부분은 지지홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 척추간 임플란트(17; 117).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 임플란트는 단일 블럭으로서 Ti₆Al₄V와 같은 생체적합성 금속 또는 PEEK, PLLA 또는 PGA와 같은 생체적합성 폴리머로 형성되는 것을 특징으로 하는 척추간 임플란트(17; 117).

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