专利名称：相互连接的脊椎装置和方法 本领域中众所周知，在人体解剖学中，脊椎是一个可以承受拉力和压力负载的总体上可挠曲的柱体，可以作弯曲运动并具有用来连接肋骨、肌肉和韧带的位置。总的来说，脊椎分为三个部分颈椎、胸椎和腰椎。图1示意性地示出了健康人体脊柱的腰椎1和骶骨区域3的示意图。脊椎各部分由许多单个的称为椎骨的骨头组成且椎骨被位于其间的椎间盘分开。图2示出了具有健康椎间盘5的腰椎区域右侧的一部分，椎间盘置于两个相邻椎骨7，9之间。在任一给定的关节中，顶部椎骨可称为上椎骨，底部椎骨称为下椎骨。每个椎骨包括一个大致的圆柱体7a，9a，作为承重的主要区域，还包括三个骨突，如7b，7c，7d(其中两个在图2中可见)。如图7A所示，其中所有的骨突均可见，骨突7b，7c，7d沿圆周间隔的位置从椎骨体7向外延伸。除其它的功能外，这些骨突主要提供连接肌肉和韧带的区域。邻近的椎骨可以通过小平面部件7e(图2)相互相对运动，部件7e从椎骨柱体延伸且适于在弯曲时一个相对另一个滑移以支配脊椎的运动。有两个小平面关节与相邻椎骨相连，它们每一个由的上小平面部件和下小平面部件限定。图3示出了一个健康的椎间盘。如图3所示，一个椎间盘有四个区域一个髓核11，一个过渡区域13，一个内环纤维化区域15和一个外环纤维化区域17，通常内环纤维化区域15和外环纤维化区域17由牢固的连接在上部和下部椎骨体的多层纤维软骨物质层组成。实际上凝胶状内芯11通常较含有更多的水。这些椎间盘的功能是吸收震动以及充当关节。它们被设计来吸收脊柱可能承受的拉力和压力负载，同时允许相邻的脊椎体一定量的相对运动，特别是在脊椎弯曲(扭曲)时。因此，椎间盘持续处于肌肉和/或重力压力下且通常是腰椎首先显示出“劳损”症状的部位。小平面关节功能退化也很常见，因为小平面关节几乎是随着脊椎持续运动。事实上，小平面关节功能退化和椎间盘功能退化常常同时发生。通常虽然主要问题会是其中一个功能退化然而另一个会由于脊椎结构的改变而产生次要问题，当需要考虑外科手术选择时，平面连接功能退化和椎间盘功能退化通常已经都发生了。例如，改变了的小平面关节结构和/或椎间盘结构可能导致脊椎狭窄、退化性脊椎前移和退化性脊柱侧凸。一种治疗这些情形的外科手术程序是脊椎关节固定术(即脊椎熔接)，该程序已经通过前植/和后植方法操作过。后植程序包括原位熔接，后侧器械熔接，茎孔腰椎体间熔接(″TLIF″)和后植腰椎体间熔接(″PLIF″)。固定熔接脊椎段以消除那个平面的运动可减轻直接症状，但是对于某些病人而言，维持活动能力可能是有利的。众所周知通过外科手术可用人造椎间盘或人造小平面关节分别代替退化的椎间盘或小平面关节。但是，没有一个已知的装置或方法可提供本发明所公布的实施例的优点。因而，上述内容说明需要一种改进的脊椎关节造形术，以避免已知植入体和外科技术的缺点和不足。
在一个实施例中，一个用来形成至少一个在上椎骨和下椎骨之间连接的一个部分的人造脊柱关节包括一个下关节造形半部。该下关节造形半部包括一个用来放置在上椎骨和下椎骨之间椎间盘空间中的下关节连接部件，一个第一后臂，以及一个连接于下关节连接部件和第一后臂之间的第一桥接部件。人造脊椎关节还包括一个上关节造形半部。上关节造形半部包括一个用来放置在上椎骨和下椎骨之间椎间盘空间中的上关节连接部件，一个第二后臂，以及一个连接于上关节连接部件和第二后臂之间的第二桥接部件。第一后臂和第二后臂横越从椎间盘空间延伸通过并中心限定的前-后轴线。
在另一实施例中，一种在上下椎骨间植入一个人造脊椎关节的方法包括在病人后背上产生一个第一手术切口以进入椎间盘空间和在病人后背上产生一个第二手术切口进入椎间盘空间。该方法还包括通过第一手术切口沿一个第一通道送入一个人造脊椎关节的第一关节连接部分到椎间盘空间，以及通过第二手术切口沿一个第二通道送入一个人造脊椎关节的第二关节连接部分到椎间盘空间。该方法还包括啮合第一和第二关节连接组件部分以形成一个以从椎间盘空间延伸通过并中心限定的前-后轴线为中心的椎间关节和在椎间空间外并横越前-后轴线放置第一和第二人造脊椎关节后臂第一和第二后臂。
一个在上椎骨和下椎骨之间形成连接的系统，该系统包括喙部和尾部前关节连接部件，这两个部件围绕一个旋转中心枢轴连接，其中喙部和尾部前关节连接部件以及旋转中心适于位于上下椎骨之间的椎间盘空间内。该系统还包括喙部和尾部后臂，其适于位于椎间盘空间外并滑动连接以围绕旋转中心运动。喙部前关节连接部件适于通过一个第一通道植入椎间盘空间，尾部关节连接部件适于通过一个对侧通道植入椎间盘空间。
所公开的实施例可以用于腰椎退变；后外伤；椎间盘源性、小平面疼痛或脊椎移位；和/或保持腰椎多种层面的运动。
以下的说明书、附图和权利要求书将阐述附加及替代的特征、优点、用途和实施例或可从中清楚地得到。


图1是一腰椎及一个健康人体脊柱的骶骨区域侧视图。
图2是一表示图1所示右侧腰椎骨的一部分的立体详图，示出置于两个椎骨间的健康椎间盘。
图3是一图2所示椎间盘的俯视立体图，显示了椎间盘主要部分。
图4是一腰椎的一部分的分解侧视图，显示了一个根据本发明原理构造的人工椎间关节的第一实施例。
图5是一腰椎的一部分的正视图，显示了根据本发明的第一实施例构造组装的人造椎间关节的左半部和右半部的上部，圆盘部分和下部。
图6是图5所示人造椎间关节右半部的侧视图。
图7A是一腰椎的一部分的横截面仰视图，显示了如图4所示人造椎间关节的上部。
图7B是一腰椎的一部分的横截面俯视图，显示了如图4所示人造椎间关节的下部。
图8是一腰椎的一部分的横截面仰视图，显示了第二实施例人造椎间关节上部分，其中茎螺钉在植入时起辅助作用。
图9是一腰椎的一部分的横向俯视图，显示了第二实施例人造椎间关节下部分，其中茎螺钉在植入时起辅助作用。
图10是一腰椎的一部分的侧视图，显示了有一个可见茎螺钉的如图8所示人造椎间的关节上部。
图11是一腰椎的一部分的侧视图，显示了有一个可见茎螺钉的如图9所示人造椎间的关节下部和整个圆盘部分。
图12是一腰椎的一部分的后视图，显示了有两个可见茎螺钉的如图8所示人造椎间关节的上部。
图13是一腰椎的一部分的后视图，显示了有两个可见茎螺钉的如图9所示人造椎间关节的下部。
图14是一腰椎的一部分的侧视图，显示了茎螺钉处在安装位置的第二实施例。
图15是一腰椎的一部分的后视图，显示了用了拉带的人造椎间关节的的上部，圆盘部分和下部的第三实施例。
图16是一腰椎的一部分的侧视图，显示了在安装位置用了拉带的第三实施例。
图17是一腰椎的一部分的横截面仰视图，显示了一个根据本发明的原理构造的人造椎间关节的第四实施例的上部，其中没有置换小平面关节。
图18是一腰椎的一部分的横截面俯视图，显示了人造椎间关节的第四实施例的上部。
图19是本发明另一实施例的侧视图。
图20是图19的反向侧视图。
图21是如图19所示实施例的后视立体图。
图22是如图19所示实施例的应用环境视图。

附图示出了用以置换椎间盘或椎间盘与至少一个对应小平面关节的组合的人造椎间关节的各种实施例。根据本发明原理的人造椎间关节的各种实施例可用于治疗任何导致关节置换的问题，尤其包括如腰椎退变；后外伤；椎间盘源性、小平面疼痛或脊椎迁移；和/或保持腰椎多种层面的运动。
图4-7示出了一个人造椎间关节的第一典型实施例。如图4和5所示，每一关节包括两个关节造形半部，每一个关节造形半部有一个隔片或圆盘部分19以及一个保持部分21。保持部分21包括一个第一保持部分21a和一个第二保持部分21b。在如图4所示例子中第一保持部分21a位于第二保持部分21b之上且圆盘部分19位于其间。虽然根据本典型实施例的人造椎间关节的第一保持部分和第二保持部分每个有两半部分，但是应当理解，在其它实施例中可使人造椎间关节有单个的第一保持部分，单个的第二保持部分和单个的隔板。还应当理解，其它实施例也可为具有一个第一保持部分，一个第二保持部分，和/或一个圆盘部分的关节造形，每个部分都有不同尺寸的两半部分或两个以上部件组成。
此外，如图4所示，第一保持部分21a和第二保持部分21b位于两个相邻的椎骨之间。尤其是，第一保持部分可沿着两个相邻椎骨中上面一个的下表面且第二保持部分可位于两个相邻椎骨中下面一个的上表面的上面。但是，本领域的普通技术人员应当理解，第一保持部分和第二保持部分不仅限于这样的布置，而是可定位于与这里所描述的情况不同的位置和/或采用不同形状。
关节造形的保持部分21a和21b中接触椎骨的剩下的端板的表面可涂上珠状材料或等离子喷射来促进骨质的内向生长和它们之间的坚固连接。具体来说，促进骨质的内向生长的表面可以是敷上钛/钙/磷酸盐双层涂层的钴铬钼合金表面，一个网孔表面或者任何其它的有效表面精饰。作为替代或相结合的方案，一种粘合剂或接合剂、如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可用于将所有的或者一部分植入体固定在一个或者两个端板上。
如以下更详细论述，一个外环区域17的主要部分(参见如图4，7B)(在一些实施例中约为300度)可以保持在端板下部上，其作用是作为一个阻挡物将下部保持部分保持在其位置上直到骨质发生内向生长以将保持部分和它们对应的椎骨牢固的连接起来(图4仅示出了被保持的外环17的一部分)。相反，在传统的上部关节造形中通常移去约270度的外环区域17。此外，茎螺钉也可如下关于其它实施例的详细描述所述用于直接固定。
在本发明的各种实施例中，第一保持部分21a和第二保持部分21b被构造成用来将圆盘部分19保持于其间。例如，在圆盘部分19具有两个凸表面19a的情况下，第一保持部分21a和第二保持部分21b可各有一个凹表面21c，形成一个可以保持圆盘部分19在其中的空间。例如，在如图4所示的典型实施例中，圆盘部分19的上凸表面19a适配在由第一保持部分21a的凹面21c形成的凹部内且圆盘部分19的下凸表面19b适配在由第二保持部分21b的凹面21c形成的凹部内。
图5示出了一个典型的装配好的人造椎间关节正视图，其中在适当的位置具有两个关节造形半部，图6示出了图5所示的装配好的人造椎间关节侧视图。如图5和图6所示，圆盘部分19位于第一保持部分21a和第二保持部分21b之间。应当理解，虽然圆盘部分19可保持在第一保持部分21a和第二保持部分21b之间，但圆盘部分19可在由第一保持部分21c的和第二保持部分21b相应表面21a形成的空间内自由滑动。以这种方式得到相邻椎骨间的受限运动。
在图4、5、6所示的典型实施例中，圆盘部分19是一个插入于第一保持部分21a和第二保持部分21b之间的独立部分。但是，如下所述，应当理解，隔片或圆盘部分19可整体形成或形成于第一保持部分21a和第二保持部分21b中的一个或两个。
在本发明的典型实施例中，如图4、6、7A、7B所示，每个人造椎间关节保持部分包括一个第一人造小平面部件23a和一个第二小平面部件23b。如图7A和7B所示，第一人造小平面部件23a有一个面25a，对应的第二个人造小平面部件23b有一个面25b，构造成使得面25a和面25b相互配合，以在保护和引导每一个椎骨相对于其它椎骨运动时稳定相邻椎骨。每组上、下保持部件21a、21b可设置有一对小平面部件23a，23b，该对小平面部件共同形成一个小平面关节。根据本实施例对于一个带有小平面的整个关节置换，从后部看左右关节造形会形成两个相邻的小平面关节。
不考虑是否提供了小平面关节，与关节造形的左右半部连接的相应上下保持部分可完全相互独立。这就是说，如图7A所示，例如，连接于每个半部的两个第一保持部分21a相互不直接接触。如图7b所示的两个保持部分21b也是如此。但是，本领域的普通技术人员应当理解，即使是在本发明包括人造小平面关节的实施例中，每半部的第一保持部分21a的至少一个部分和/或每半部第二保持部分21b的至少一个部分可直接互相接触和/或如图17-18相关的详细描述中所述相互连接。
此外，在本发明的不同实施例中，圆盘部分19，第一保持部分21a和第二保持部分21b可由任何合适的材料制成，该材料当提供相邻表面之间的前述通常为横向的滑动时有利于传送压力和拉力的连接。例如，在第一个实施例中，第一保持部件21a和第二保持部件21b可通常由任何适合于外科植入的金属或金属合金制成，如不锈钢、钛、以及钴铬、或如碳化纤维之类的复合材料，或如聚醚醚酮(PEEK)之类的塑料材料或任何其它合适的材料。圆盘部分可由塑料制成如高分子量的聚乙烯或PEEK，或由陶瓷、金属、和天然或人造纤维制成，例如但不限于碳纤维、橡胶、或其它合适的材料。通常为了帮助保持表面的滑动性，可抛光和/或涂敷表面以提供光滑的表面。例如，如果表面由金属制成，金属的表面可为抛光的表面。
图8-14示出了人造椎间关节的第二实施例。这里只详细描述与第一个实施例不同的特征。在第二个典型实施例中，固定部件如茎螺钉27用来为第一保持部分21a和/或第二保持部件21b与对应椎骨之间提供更加可靠和直接的连接。另外，本实施例描述了一个圆盘部分19，它可与其中一个保持部分形成为一体，这里为下保持部分21b。圆盘部分19可与其保持部分由相同的材料形成整体，但也可由相似的或不相似的材料单独形成并永久连接于保持部分以形成一个整体装置。本实施例中，圆盘部分19和保持部分可都由金属制成。
图15和16描述了一个人造椎间关节的第三实施例。在第三个实施例中，附加固定部件、如拉带31通过固定第一保持部分21a和第二保持部分21b来补充或取代限制相邻椎骨间运动的后韧带的功能。如图15-16所示，后拉带31可缠绕于对应的茎螺钉27或其它便利的连接点。
图17和18描述了一个人造椎间关节的第四实施例。在这个图17和18描述的典型实施例中，人造椎间关节具有除了人造小平面部件外的上述所有特征。在这个实施例中，保持了天然的小平面关节。在某些实施例中韧带的拉带可能仍是完整无缺的。此外，该实施例包括一个在对应的上下保持部分之间前部中线连接的特殊例子，该连接用以辅助保持第一保持部件21a和第二保持部件21b的位置。
图17和18说明了有可能提供一个第一保持部分21a，它具有一个锁和钥匙形式，与第二保持部分21b上的对应配合部分互补。具体来说，第一保持部分21a的一个半部有一个具有U形部分35a的外边界而第一保持部分21a相应的另一个半部具有一个具有凸出部分35b的外边界，该凸出部分装入U形部分35a。结果，第一保持部分21a、21b的每个半部被保持在预定的位置。但是，上或下保持部分可以任何便于植入和/或有助于提供和/或在保持关节基本稳定、对称配置形状的方式结合在一起和/或在椎体间空间连接，例如在前部中线附近。可能在两个下保持部分之间提供这样的连接更加重要，这是因为外环17保持在如图8所示的下端面上的向内的力所致。在相应的两个下保持部分之间的中线连接可抵抗外环促使保持部分向中线37运动的力。
如各种典型实施例所示，不同于如锁和钥匙结构那样装配在一起来保持两保持部分之间的相对位置的第一和/或第二保持部分，人造椎间关节的每个半部通常可相对于椎骨中线37对称。同样，这些典型实施例仅仅说明但并没有穷尽所有本发明可能的设计、实施、变化和应用。此外本发明的一个实施例相关所述特征可与其它实施例联合起来应用，即使没有在以上明确说明。
虽然从以上论述中一个普通的熟练技工将会明白，如下仍将简要描述可用于植入人造关节的合适外科手术程序。如上所述，通常人造椎间关节可通过类似于已知TLIF或PLIF程序的后茎孔方法植入人体。根据本方法，可在病人的后背开一个切口如中线切口，并通过茎孔将一些或所有受影响的椎间盘以及周围的组织移出。根据是否有小平面关节要置换，可修剪人体的天然小平面关节以为人造小平面关节腾出空间。然后，人造椎间关节的两半部分可通过相应的左右茎孔分段插入。就是说，包括上下保持部分(带有或不带有小平面部件)以及人造圆盘部分(如果单独提供)的人造椎间关节的组成件通过茎孔装入并放入合适的椎间盘空间内。人造关节的组成部件可完全独立，或者将两个或两个以上此类部件用纱布或本领域已知的其它材料捆扎在一起再通过茎孔插入。在天然椎间盘外环的至少一部分可以保留的情况下，人造椎间关节每侧的下保持部分插入以使其与对应的外环部分相邻。如果有中线前连接，保持件的左右半部组装在一起并由外环保持在位。这样，外环的保持部分可实质上位于与操作之前相同的位置。
此外，在人体天然椎间盘的外环必须全部移除或者不充分保留的情况下，可用例如本发明中使用茎螺钉的实施例来确保将人造椎间关节的组成件保持在位。本领域的普通技术人员应当理解，尽管限制了后植方法的优点，人造关节可通过前植方法或前植后植相结合的方法植入。例如，一些人造椎间关节的组成件可按前植方法或其它后植方法插入。前植和后植部分可与图17和18所述实施例类似地组装在一起。
现在参见图19-22，在该实施例中，人造椎间关节100可包括两个插在椎骨7、9之间的关节造形半部102、104。关节造形半部102可为一个上关节造形半部并可包括一个喙部前部件106、一个喙部后连接部件108、以及一个在前部件106和后部件108之间延伸的喙部桥接件110。喙部前部件106可包括骨接触表面106a。在该实施例中，喙部桥接件110可包括一个转向部117以产生一个出口和一个拉出神经根的人造茎孔。
术语“喙部”和“尾部”用在一些实施例中描述该实施例部件的位置。而喙部在本领域通常用来描述向着头部的位置，尾部用来描述向着尾部或脚部的位置，在这里，喙部和尾部只是用来作为所述实施例部件相对位置的修饰词。例如喙部部件可在所述关节的一侧，尾部可在所述关节的另一侧。所述实施例中标有喙部或尾部的部件不表示要限制装置的方向或关于病人身体的应用方法，或者限制任何装置或方法权利要求的保护范围。
关节造形半部104可为一个下关节造形半部并包括一个尾部前部件112、个尾部后关节部件114、以及一个在前部件112和后部件114之间延伸的尾部桥接件116。尾部前部件112可包括一个骨接触表面112a。桥接件110、116中的任一个，但是具体为尾部桥接件116，可为一个可补充或取代人体天然茎的“特级”或人造茎。
尾部前部件112可包括一个尾部关节连接表面，如一个弯曲凸部118。喙部前关节部件106可包括一个喙部关节连接表面，如一个前凹部22，该表面形成为可以容纳凸部118的形式。弯曲凸部118的弯曲半径可与前凹部112的弯曲半径紧密相配以形成高度约束的球窝形配合。弯曲凸部118可围绕位于轴线126上的旋转中心124枢轴旋转于前凹部122内，轴线126延伸穿过柱体7a、9a。旋转中心124也可位于通过椎间盘空间中心限定的前-后轴线125上。在另一实施例中，通过增加凹部相对于弯曲凸部的弯曲半径，弯曲凸部可在凹部内平移。
喙部后部件108可为一个具有弯曲连接片128和一个弯曲连接片130的后臂。弯曲连接片128、130可有一个位于旋转中心124的弯曲中心。尾部后部件114可包括一个弯曲槽132和一个弯曲槽134。弯曲槽132、134也可有一个位于旋转中心124的弯曲中心。尾部后连接部件114还包括一个限制壁136、一个限制壁138、以及一个凹槽或凹口140。
前连接部件106、112和桥接部件110、116的尺寸和形状受到后植或茎孔手术方法的限制。例如，前部件106、112可设置成可覆盖最大椎端板面积的形式以分散负载且减少下陷，同时仍通过后手术切口、装入Kambin三角区、以及其它的神经元。为了实现覆盖面积的最大化，前连接部件106、112可包括从相应的前凹槽122和前弯曲凸部118向前延伸的表面(未示出)。桥接部件110、116的宽度也可最小化以通过Kambin三角区并和神经元共存。
关节造形半部102、104还包括将人造椎间关节100固定到椎骨7、9的固定结构。但是应当理解，在另一个实施例中，可能没有该固定结构。除了如下描述，关节造形半部102、104可包括附加固定结构(未示出)以进一步将人造椎间关节100固定到相邻椎骨上或者提供对称紧固连接。在该实施例中，上关节造形半部102可包括一个从喙部前部件106向喙部延伸的连接部件150。本实施例中的连接部件150包括一个适于容纳骨紧固件如螺钉152的孔。连接部件150的定向允许将螺钉152体间固定到圆柱椎骨体7a上。
关节造形半部104可包括一个固定于或整体形成于尾部后部件114的连接部件154。该实施例中的连接部件154包括一个适于容纳骨紧固件如156的孔。连接部件154的定向允许螺钉156在茎外地(extrapedicularly)插入以使螺钉沿与通过茎限定的中心轴线成一定角度或倾斜的通道行进。在该实施例中，螺钉可穿过茎孔壁并可形成坚固的皮层固定。茎外固定可为不沿通过茎前-后限定的轴线进入茎孔的任何固定。骨紧固件152、156可凹进以不影响关节连接、软组织、神经结构。
在另一实施例中，例如图14所示，一个从后部件114伸出的连接部件可定向成允许螺钉在茎外地穿出茎孔插入以使螺钉相对沿着通过茎限定的中心轴线行进。在又一个实施例中，后连接部件可与圆柱体部分9a连接。应当理解在其它实施例中，连接部件可从关节半部的不同的部件不同角度沿不同方向延伸。例如，一个连接部件可从喙部桥接件而不是喙部前关节部件延伸出来。
如图19-22所示，上关节造形半部102的喙部部件106、108、110由部件间的紧密连接形成一个整体。应当理解，在另一个模块化实施例中，这些部件可运动地彼此联结。例如，喙部前关节部件可从桥接件单独安装。在前连接部件到位后，桥接件可通过本领域已知的紧固机械安装到前部件上，例如一个螺纹连接，一个螺钉连接或一个掣子连接。一个模块化的喙部后部件可通过一个类似的紧固机械安装到桥接件上来完成关节半部的喙部部分。同样的，尾部部件也可是模块化的。
关节半部102、104可由任何适合的生物相容的材料如钴铬合金、钛合金、镍钛合金、和/或不锈钢合金制成。陶瓷材料如氧化铝、氧化锆、微粒钻石压块、和/或热解碳也是适合的。也可用聚合体材料，包括如聚醚醚酮(PEEK)之类的聚芳醚酮(PAEK)系列的任意一种、碳加固PEEK、或聚醚酮酮(PEKK)、聚砜、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、超高分子量的聚乙烯(UHMWPE)、和/或交联的UHMWPE。包括关节造形半部102、104的各种部件可由不同材料形成，可以是金属覆盖金属、金属覆盖陶瓷、金属覆盖聚合物、陶瓷覆盖陶瓷。陶瓷覆盖聚合物、或聚合物覆盖聚合物的结构。
关节造形半部102、104的骨接触表面可包括加强植入体固定的结构或涂层。例如，表面可通过例如化学腐蚀、喷珠、喷砂、研磨、锯齿化、和/或钻石切割使其粗糙。关节造形半部102、104的所有或一部分骨接触表面也可涂敷生物相容的骨传导材料、如羟磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)、和/或碳酸钙来促进骨的生长和固定。或者也可用骨吸入性涂层，如来自转化生长因子(TGF)β大族的蛋白质、或骨形态发生蛋白质，如BMP2或BMP7。其它适合的结构包括长钉、隆起、和/或其它表面结构。
人造椎间关节100可按如下所述安装在椎骨7和9之间。总的来说，如上所述，人造椎间关节100可用类似于TLF或PLIF的后茎孔方法植入人体。PLIF方法通常更趋于中间且依赖更多横根和脊膜的收缩来进入椎骨空间。这些结构间的空间就是所谓的Kambin三角区。TLIF方法通常较斜向，要求较少出口根的收缩和更少横向结构收缩时的膜外出血。也可以在出口神经根和Kambin三角区的外侧的位置上方用远侧方法进入该空间。在某些情况下，有可能不需要切除小平面通过远侧边进入该空间。此外，已知一种通过腰肌的直接侧边方法。这种方法完全避开了后部神经元。本发明的实施例有望利用任意一种普通的方法。
根据这些方法中的至少一种，可在病人的后背开一个切口如中线切口，并通过茎孔将一些或所有受影响的椎间盘以及周围的组织移出。椎骨9的上端板表面可碾磨、锉或切除来配合尾部前骨连接面112a的轮廓，使椎骨9的上端板表面的应力分布均匀化，和/或提供骨骼内向生长之前的初始固定。椎骨9端板的制备可产生一个平坦表面或表面轮廓如凹坑、凹槽、或可配合骨接触表面112a相应结构的其它轮廓。可类似地制备椎骨7的下端板以接纳喙部前关节部件106至出口神经根和后神经根中枢允许的程度。根据是否有小平面关节要置换或补充，可修剪椎骨7、9的天然小平面关节以为后部件108、114节腾出空间。
然后，人造椎间关节100的上关节造形半部102可分段插入如通过右茎孔切口。就是说，喙部前关节部件106可通过茎孔插入并植入通常位于柱体7a、9a之间的椎间盘空间的合适位置。可沿一个类似于TLIF植入中用到的弯曲或有角的通道送入前部件106。然后人造椎间关节100的人造关节置换组件104可通过一个对侧手术切口分段插入，如左茎孔手术切口。就是说尾部前关节部件112可通过对侧茎孔插入并植入通常位于柱体7a、9a之间的椎间盘空间的合适位置。还可将尾部前关节部件112沿一个类似于TLIF植入中用到的弯曲或有角的通道送入或可沿容纳部件形状的其它通道送入。应当理解，关节造形半部可构成可使下半部可从右手术切口且上半部可从左手术切口插入的形式。
在椎间盘空间内，前部件106、112可放置成使前凹部112通过球窝型连接与弯曲凸部118转动配合。因此转动中心124固定于椎间盘空间内或通常根据切除量固定于下柱体9a内。旋转中心124的位置可在通常由相邻椎骨7、9形成的关节天然旋转中心内。在椎间盘空间外面和由相邻椎骨7、9形成的椎骨槽后部，后臂108可与后臂114相配合以使弯曲连接片128、130插入弯曲槽132、134。后臂108、114可延伸越过轴线125以使弯曲连接片128与弯曲槽132配合形成位于轴线125一侧的后关节，且弯曲连接片130与弯曲槽134配合形成第二位于轴线125另一侧的后关节。后臂108、114可置换或补充天然小平面关节的功能且可用于治疗关节炎和小平面关节退化。
后臂108、114的安装可包括切除脊柱突7b和/或从椎骨9延伸出来的脊柱突之中的一个或两个的至少一部分。凹口140可提供空间容纳椎骨9的整个或切除部分。在另一实施例中，后臂可连接于或固定于脊柱突。
桥接件110、116可分别从相应的前关节部件106、112和椎间空间向后延伸。除了连接前后部件，桥接件110、116可用来防止下陷。通过横越茎(用于尾部桥接件116)或椎骨7的骨封环后壁(用于喙部桥接件110)，形成了大的表面积并降低了骨下陷。安装后，关节造形半部102、104可环绕一个位于上下椎骨7、9之间的椎骨槽横截面。
安装后，上关节造形半部102和下关节造形半部104可固定于椎骨7、9。螺钉152通常可通过连接部件150插入圆柱体7a。螺钉156可通过连接部件154插入并可与椎骨9在茎外地连接。例如，螺钉156可通过一个茎侧壁形成刚性皮层固定。应当理解，螺钉可在整个关节造形半部或每个喙部尾部部件植入后植入。如上所述，连接部件和螺钉可一起省略。
安装后，由前连接部件106、112形成的前球窝型连接可相对稳定且自定中心。前关节连接表面118、122围绕旋转中心124枢轴转动时，连接片128、130可分别在槽132、134内滑动。当它们通过槽滑动，连接片128、130可在一个围绕同一个旋转中心124的弧形通道内运动或旋转。因为弯曲连接片128、130和弯曲槽132、134有共同的具有前关节连接表面118、122的旋转中心124，前球窝连接在后臂108、114的限制下可全方位运动。例如，置于弯曲槽132、134内的弯曲连接片128、130可用来抵抗剪应力(具体是前后应力)防止弯曲凸部118和前凹部122形成的球窝连接脱落。喙部前部件106相对于尾部前部件112的的侧转和旋转运动也可由后臂108、114限制。例如，限制壁136、138可用作弯曲连接片128、130的阻挡装置，分别限制连接片在槽132、134内的运动，并因此限制连接近片围绕旋转中心124的旋转。弯曲连接片128、130可分别在槽132、134内允许升起时，前球窝连接内允许弯曲拉伸运动。弯曲连接片128、130甚至可分别从槽132、134脱离以允许更大的弹性运动。在某些情况下，前连接部件106、112可脱离槽132、134和/或连接片128、130可从槽132、134脱离以允许增加自由和连接运动幅度超出完全连接前后关节所允许的幅度。前关节的自定中心特性会促使发生脱离后重新连接和校准。
通常，一个紧密约束各具有相同或相近弯曲半径的部件的简单前位球窝连接在抵抗剪应力和限制平移时可弯曲拉伸、侧弯曲、和扭转运动。通过为后部件增加一个附加高度约束球窝连接，可能限制一个附加自由度，如扭转。附加连接还可进一步限制运动自由度。如果允许前或后连接脱离，则允许如上所述的附加自由度。改变球窝部件的形状或间距也可允许附加运动幅度。
在又一实施例中，任何上述人造椎间关节还可包括一个从喙部前部件伸出的喙部瓣状凸起和/或一个从尾部前连接部件沿着尾部桥接件伸出的尾部瓣状凸起。喙部瓣状凸起可与脊椎体7a的下端板相连接，尾部瓣状凸起可与脊椎体9a的上端板和椎骨9的茎的上面部相连接。应当理解，脊椎体7a的下端板可经受研磨或经其它处理以接纳喙部瓣状凸起。同样，脊椎体9a的上端板和脊椎骨9的茎可经受研磨、凿刻、或经其它处理以形成一个可容纳尾部瓣状凸起的通道。瓣状凸起有助于与骨头连接并将人造关节半部的运动限制在所要的自由度范围内。瓣状凸起可具有一个斜的或半圆柱的横截面。应当理解，不止一种瓣状凸起可用于任一给定的部件。
尽管以上只详细描述了几个典型实施例，本领域的技术人员会容易理解本质上不脱离本发明新颖性和优越性的典型实施例中多种修改的可能性。相应的，所有此类的修改和变化均落入本发明如下权利要求的保护范围内。本领域的技术人员应当认识到，这样的修改和同等结构或方法不脱离本发明的精神和范围，可不脱离本发明的精神和范围作出各种改变、置换和改动。应当理解，所有的空间标记，如“水平”、“垂直”、“顶”、“上”、“下”、“底”、“左”、“右”仅用于说明目的且可在保护范围内改变。在权利要求中，方法加功能的条款意为覆盖这里描述的作为实现所述功能的结构，不仅是结构的等价物，而是等价的结构。


一种用于形成上椎骨和下椎骨之间连接的至少一部分的人造脊椎关节(100)包括一个下关节造形半部(104)。下关节造形半部包括一个用来放置在上椎骨和下椎骨之间椎间盘空间的下关节连接部件(112)、一个第一后臂、以及一个连接于下关节连接部件和第一后臂之间的第一桥接部件(116)。人造脊椎关节还包括一个上关节造形半部(102)。上关节连接半部包括一个用来放置在上椎骨和下椎骨之间椎间盘空间的上关节连接部件(106)、一个第二后臂、以及一个第二连接于上关节连接部件和第二后臂之间的第二桥接部件(110)。第一后臂和第二后臂横越从椎间盘空间延伸通过并中心限定的前－后轴线。