CN101090675A - 用于脊柱稳定的系统和方法 - Google Patents

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杰弗里·怀特
卡门·沃尔特斯
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罗纳德·卡拉汉
埃内斯特·科劳
斯蒂芬·马圭尔
布里安·希尔德布兰德
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Abstract

本发明提供了脊柱稳定装置、系统以及方法，其包括至少一种椎弓根螺钉(216，218)以及至少一种机构，该机构支撑相对于椎弓根螺钉的三个旋转自由度。所述机构可以包括万向节机构或球状物(236，238)和套筒(232，234)机构。动力型接头有利地结合到脊柱稳定系统中，该脊柱稳定系统包括另外的椎弓根螺钉、球形元件以及套筒构件。本发明披露了椎弓根螺钉，其包括向上延伸的筒夹(260)。该筒夹可以包括向下延伸的槽(270)，其在其间限定可偏转节段(264)。椎弓根螺钉可以包括预加载固定螺钉(274)，其被干扰保持在适当位置，其中干扰有利地形成在固定螺钉上以防止固定螺钉的移动，例如，在椎弓根螺钉的装运和/或临床放置期间。当球形元件或其它结构，例如，非动力型稳定元件，被定位在筒夹周围时，固定螺钉的引入会引起直立节段的向外偏离而与球形元件接合。卡环(273)可以置于筒夹和球形元件之间以促进在其间的定位。

Description

用于脊柱稳定的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于脊柱稳定的有利的方法和装置。更具体地说，本发明涉及用于向脊柱提供动力型(动态)稳定的方法和装置以便提供临床有效的结果。
背景技术
腰背痛是使工业化社会苦恼且花费最多的疾病之一。除普通感冒之外，这种疾病的医生诊断量比任何其它疾病都多。腰背痛的范围很广，从能消退的阶段性剧烈失能性疼痛到不同程度的慢性疼痛。可用于腰背痛的保守疗法包括：冷裹法、物理疗法、麻醉药、类固醇和按摩疗法。一旦患者用尽了所有的保守疗法，外科选择方案的范围一般就是从显微椎间盘切除术(micro discectomy)(一种相对较小的手术以缓解对神经根和脊髓的压力)到融合术(其在疼痛水平上消除脊柱运动)。
在美国，每年有超过200,000患者进行腰融合外科手术。虽然融合术在大约70％的时候是有效的，但即使是这些成功的手术仍然存在不良后果，包括运动范围减少以及向相邻水平面的脊柱的负荷转移增加，这会加速在那些水平面上脊柱的退化。另外，相当数量的背痛患者，在美国估计超过七百万，只是一味地忍受慢性腰背痛，而不去冒可能会不能适当或有效地减轻他们的症状的手术的风险。
新的治疗器械，统称为运动保护装置，目前正获得开发以着手解决这些限制。某些有希望的疗法是(髓)核置换术、(椎)盘置换术或小面(关节)置换术的形式。其它的运动保护装置提供损伤和/或退变性脊柱的动力型(动态)内稳定，例如，Dynesys稳定系统(Zimmer，Inc.；Warsaw，IN)以及Graf韧带。此方法的主要目标是稳定脊柱以防止疼痛，同时保持近正常的脊柱功能。这两种类型的运动保护装置的主要差别在于：使用置换装置的目的是置换促进运动的退变性的解剖结构，而使用动力型(动态)内稳定装置的目的是稳定和控制异常的脊柱运动。
十多年以前提出了一种腰背痛假说，在该假说中脊柱系统被认为是由脊柱(椎骨、(椎间)盘和韧带)、围绕脊柱的肌肉、以及在日常生活的各种活动中帮助稳定脊柱的神经肌肉控制单元构成的。Panjabi MM.“The stabilizing system of the spine.Part I.Function，dysfunction，adaptation，and enhancement.”J Spinal Disord 5(4)：383-389，1992a。这种假说的一个推论是，当脊柱受到损伤或退变时需要强有力的棘肌(脊肌，spinal muscle)。当以中立体位(neutralposture)站立时，这尤其是正确的。Panjabi MM.“The stabilizingsystem of the spine.Part II.Neutral zone and instability hypothesis.”JSpinal Disord 5(4)：390-397，1992b。换句话说，腰背(疾病)患者需要具有足够的很好协调的肌力，增强和训练必要处的肌肉，以使在他们以中立体位站立时提供最大的保护。
动力型稳定(非融合)装置需要某种功能性，以便辅助背部(疾病)患者受损的(具有机械完整性降低的损伤或退变的)脊柱。具体地说，这些装置必须给受损的脊柱提供机械辅助，尤其在最需要它的中性区。“中性区”是指较低的脊柱刚度(stiffness)的区域或脊柱节段的力矩-旋转曲线的前下部区域(toe-region)(参见图1)。Panjabi MM，Goel VK，Takata K.1981 Volvo Award in Biomechanics.“Physiological Strains in Lumbar Spinal Ligaments，an in vitroBiomechanical Study.”Spine 7(3)：192-203，1982。中性区通常定义为围绕中立体位运动的范围的中心部分，此处脊柱的软组织和面关节对脊柱运动提供最小的阻力。
如图1所示，此概念可以很形象地用无损伤脊柱和损伤脊柱的负荷-位移或力矩-旋转曲线表示出来。这些曲线是非线性的；也就是说，脊柱机械性能随角度和/或旋转的量而变化。如果我们设想在正侧和负侧上的曲线分别表示在弯曲状态和伸展状态的脊柱行为，那么在曲线每一点的斜率则表示脊柱刚度。如在图1中所看到的，中性区是运动范围的较低刚度区域。
实验表明，在脊柱损伤和/或脊柱退变后，中性区以及运动范围会增加(参见图1)。然而，当描述为相应的无损伤值的百分数时，中性区比运动范围增加的程度更大。这意味着中性区可以是比运动范围更好的脊柱损伤及不稳定性的度量。临床研究还发现，运动范围并不很好地与腰背痛相关。因此，不稳定的脊柱尤其在中性区需要加以稳定。
考虑到上述，本领域技术人员会理解，对于能克服现有技术装置、系统以及方法的缺点的脊柱稳定装置、系统和/或方法有需求。本发明提供了用于增加和有效的脊柱稳定的装置、系统以及方法。更具体地说，本发明提供了有利的动力型内稳定装置、系统以及方法，其是柔性的，以便随脊柱运动，从而使得(椎)盘、面关节、以及韧带具有正常的(或改善的)生理运动以及为保持其良好的均衡状态所必需的负荷。本发明的这些装置、系统以及方法还有利地适应每个患者和解剖部位的不同物理特性，以便为每个患者获得所希望的和/或改善的体位。
发明内容
根据本发明提供了用于脊柱稳定的有利的装置、系统以及方法。根据本发明的优选具体实施方式，所披露的装置、系统以及方法对脊柱提供动力型稳定，以便提供临床有效的结果。此外，所披露的装置、系统以及方法提供了临床优点，包括在应用中的容易安装、多功能性/柔性，以及为遭遇腰背痛和其它与脊柱相关的麻烦(spine-related difficulties)的个体提供优良的临床结果。
根据本发明的示例性实施方式，提供了装置、系统以及方法，其包括一个或多个用于连接于脊柱结构的椎弓根螺钉。本发明的椎弓根螺钉通常用作脊柱稳定系统的一部分，其包括一个或多个以下有利的结构和/或功能特性：
●在至少一个椎弓根螺钉与至少一个细长构件(或多个细长构件)例如杆之间的动力型接头(dynamic junction)，其与椎弓根螺钉啮合和/或以其它方式结合；
●有利的装配装置，其促进相对于椎弓根螺钉的球状物/球体或其它辅助部件的装配/安装以及提供有利的功能特性作为脊柱稳定系统的一部分。示例性机构包括有利的基于筒夹的装置、配合螺纹装置(cooperatively threaded mechanism)、对于球状物/球体或其它辅助部件施加支承力的装置、和/或包括卡环或类似结构的装置；
●有利的多水平动力型脊柱稳定系统/实施方案(或设备，implementation)，包括多水平系统，其允许进行一次或多次调节(例如，在原位置和/或在临床安装之前)，例如，调节由稳定系统所施加力的大小和/或位移-响应特性；根据本发明的示例性多水平实施方案(或设备)，可以在个体稳定水平采用不同的稳定方式，例如，通过在处于不同稳定水平的相邻椎弓根螺钉之间进行动力型和非动力型稳定结构的混合；
●用于促进脊柱稳定系统部件的放置/安装的有利的安装附件(例如，锥形结构)，如特别适于供常规导线用于促进相对于椎弓根螺钉对系统部件进行对准/定位的附件；
●动力型稳定系统和/或其它包括盖和/或外壳结构的外科植入物，该结构可向内力赋予部件(inner force-impartingcomponent)，例如，一个或多个弹簧，提供有利的保护，同时呈现出临床上可接受的与周围解剖流体和/或结构的相互作用，例如，盖和/或外壳结构，其(整体或部分)由ePTFE、UHMWPE和/或可替换的聚合材料如聚碳酸酯-聚氨酯共聚物和/或掺合物制成；
●有利的动力型脊柱稳定连接系统，其促进相对于椎弓根螺钉细长构件(例如，杆)的基本刚性的连接，同时促进相对于相邻结构(例如，相邻椎弓根螺钉)的运动以允许容易和有效地进行术中系统放置；
●用于固定结构(例如，紧定螺钉)的有利的“预载荷”装置，其可以用来相对于椎弓根螺钉在原位置安装球(窝)接头或其它辅助部件，从而最大程度减少与上述固定结构的定位和/或对准有关的临床困难的可能性。
如上所述，有利的脊柱稳定装置、系统以及方法可以结合一种或多种上述结构和/或功能特性。因此，可以设想，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，该系统、装置和/或方法可以仅使用以上陈述的有利的结构/功能之一、本文描述的多个有利的结构/功能、或所有上述结构/功能。换句话说，认为本文描述的每种结构和功能都可提供益处，例如，向临床医师和/或患者提供临床优点，而不管是单独使用或连同其它所披露的结构/功能一起使用。
通常，本文披露的椎弓根螺钉的螺纹轴部分的结构/功能具有常规设计。因此，通常由临床医师以常规方式进行椎弓根螺钉的安装。如本领域技术人员所已知的，椎弓根螺钉的选择和放置通常是基于常规准则。然而，不同于基于常规椎弓根螺钉的系统，本发明的装置、系统、以及方法可提供有利的临床结果，例如，基于杆/细长构件放置的简易和柔性、杆/细长构件在原位置处相对于椎弓根螺钉的动力型特性、和/或响应于脊柱位移刺激的动力传递。
根据以下的详细描述，尤其是参照附图时，对于本领域技术人员来说，与本发明的装置、系统以及方法相关的另外的有利特征和功能将是显而易见的。这样的另外的特征和功能，包括与其有关的结构和机械特性，将明确包括在本发明的范围内。
附图说明
为了帮助本领域技术人员制作和使用用于脊柱稳定和其它用途的所披露的装置、系统以及方法，参考了附图，其中：
图1是脊柱节段(无损伤和损伤)的力矩-旋转曲线，其示出了中性区内相对较低的脊柱刚度。
图2是脊柱节段的示意图连同脊柱节段的力矩-旋转曲线，其示出了中性区内相对较低的脊柱刚度。
图3a是根据本发明的示例性的装置/系统的示意图连同力-位移曲线，其表明在根据本发明的动力型脊柱稳定器的中心区内提供了增加的阻力。
图3b是力-位移曲线，其表明通过替换根据本发明的示例性具体实施方式的弹簧所获得的线图的变化。
图3c是在其上固定有一对示例性的稳定器的脊柱的后视图或背视图。
图3d示出了根据本发明的处于拉伸状态的示例性的稳定器的侧面图或侧视图。
图3e示出了根据本发明的处于压缩状态的示例性的稳定器的侧面图或侧视图。
图4是根据本发明的示例性的动力型脊柱稳定器的示意图。
图5是根据本发明的一个方面的动力型脊柱稳定器的一种可替换的示例性具体实施方式的示意图。
图6是力矩-旋转曲线，其说明根据本发明的示例性的动力型脊柱稳定器帮助脊柱稳定的方式。
图7a和图7b分别是根据本发明的示例性的动力型稳定器的自由壳体受力示意图以及表示该示例性的稳定器的中心区的简图。
图8是根据本发明的一种具体实施方式的示例性的动力型脊柱稳定系统的分解图。
图9是图8所示的示例性的动力型脊柱稳定系统的透视图。
图10和图11是示出了供本发明的动力型脊柱稳定(系统)使用的示例性的连接构件的透视图。
图12是示出了根据本发明的脊柱稳定技术的示例性的实施方式的导线装配技术的示意图。
图13是根据本发明的一种示例性的具体实施方式的一对椎弓根螺钉的示意性侧视图。
图14是根据本发明的一种示例性的具体实施方式的一对椎弓根螺钉连同导线组件的侧视图。
图15a是根据本发明的一种示例性的具体实施方式的连接构件的透视图，其中连接构件适于促进与细长构件例如杆的对准。
图15b是根据本发明的一种示例性的具体实施方式用于连接构件的球形元件的侧视图。
图16是根据本发明的一种示例性的具体实施方式的一对单一水平脊柱稳定系统的俯视图。
图17是用于根据本发明的一种示例性的动力型脊柱稳定系统的示意性的力-位移曲线。
图18是根据本发明的实施方式的一种示例性的多水平动力型脊柱稳定系统的示意性俯视图。
图19是图18的示例性的动力型脊柱稳定系统的一部分的示意性分解侧视图。
图20是图18的示例性的动力型脊柱稳定系统的一个方面的示意性侧视图。
图21是图18至图20的示例性的多水平动力型脊柱稳定系统的透视图。
图22是图19的示例性的多水平动力型脊柱稳定系统的另一个透视图。
图23是根据本发明的椎弓根螺钉/球(窝)接头分组件(部分分解的)的示例性部分的侧视图。
图24a、图24b以及图24c是根据本发明的可替换的基于筒夹的装置的视图。
图25a、图25b以及图25c是根据本发明的非扩展的基于筒夹的装置的视图。
图26a、图26b以及图26c是用于相对于根据本发明的椎弓根螺钉安装球状物/球体的另一可替换装置的视图。
图27是用于相对于根据本发明的椎弓根螺钉安装球状物/球体的另外的可替换装置的侧剖图。
图28是根据本发明的一种示例性具体实施方式的示例性的套筒构件和弹簧帽的透视图。
图29是根据本发明的在椎弓根螺钉和辅助部件(或附件)之间的一种可替换的动力型接头的分解图。
图30是根据本发明的示例性的具体实施方式的弹簧帽杆的透视图。
具体实施方式
本发明提供了用于脊柱稳定和/或可替换的外科植入物用途的有利的装置、系统以及方法。更具体地说，本发明提供了装置、系统以及方法，其向脊柱传送动力型稳定以便提供临床有效的结果。本文披露的示例性具体实施方式是用来说明本发明的有利的脊柱稳定系统和外科植入物以及其实施方法/技术的。然而，应当明了，所披露的具体实施方式仅是本发明的示例性实施方式，其可以以不同的形式实施。因此，本文相对于示例性的动力型脊柱稳定系统和相关的方法/技术所披露的细节不是用来限制，而仅作为教导本领域技术人员如何实施和/或应用本发明的有利的动力型脊柱稳定系统以及可替换的外科植入物的基础。
参照图2、图3a-e和图4，其披露了用于脊柱稳定的示例性方法和装置。虽然以下的描述主要涉及脊柱稳定，但可以明显地设想，所披露的方法和装置可以有利地用于可替换的外科用途，例如，任何长骨的应用。因此，应当明了在以下详细描述本发明的全文中，相对于脊柱稳定的论述和教导仅是说明性的，并且所披露的系统、装置以及方法可用于多种外科/解剖装置，尤其包括涉及股骨、胫骨、腓骨、尺骨、和/或肱骨的长骨应用。
根据本发明的一种示例性具体实施方式，实现脊柱稳定的方法是：通过将内部动力型脊柱稳定构件10固定在相邻的椎骨12、14之间，从而向连接动力型脊柱稳定构件10的脊柱区域提供弹性阻力形式的机械帮助。作为位移的函数施加弹性阻力，以使当脊柱在其中性区时提供较大的刚度，即较大的递增阻力，而当脊柱弯曲超过其中性区时提供较小的机械刚度，即较小的递增阻力。虽然在本申请说明书中通常使用术语弹性阻力，但在不偏离本发明精神的情况下，可以采用其它形式的阻力。
如本领域技术人员确知的，以及如上所述的，“中性区”应理解为是指较低脊柱刚度的区域或脊柱节段的力矩-旋转曲线的前下部区域(参见图2)。也就是说，中性区可被认为是指围绕脊柱节段的中性静止位置的松弛区域，在此处对于椎骨间运动存在最小的阻力。中性区的范围被认为在确定脊柱稳定性时具有非常显著的重要性。Panjabi，MM.“The stabilizing system of the spine.Part II.Neutralzone and instability hypothesis.”J Spinal Disorders 1992；5(4)：390-397。
事实上，Panjabi博士(本发明人)以前已经利用“碗中球体”作类比描述了与脊柱稳定性相关的负荷-位移曲线。根据此类比，碗的形状表示脊柱稳定性。碗越深表示脊柱越稳定，而碗越浅则表示脊柱越不稳定。Panjabi博士以前假设，对于没有脊柱损伤的人，其具有正常的中性区(对椎骨间运动存在最小阻力的那部分运动范围)和正常的运动范围，因而没有脊柱疼痛。在这种情况下，碗不太深也不太浅。然而，当损伤发生于与脊柱相关的解剖结构时，脊柱的中性区会增加，并且“球体”可在更大的距离上自由移动。根据此显著类比，碗应该更浅而球体更不稳定，因此疼痛来自这种扩大的中性区。
通常，利用易耐受的和本领域技术人员熟知的外科手术过程，使用椎弓根螺钉16、18将动力型脊柱稳定构件10连接于脊柱的椎骨12、14。与动力型脊柱稳定构件10结合在一起的椎弓根螺钉16、18包括稳定系统11。根据一种示例性具体实施方式，以及如本领域技术人员确知的，通常用成对的稳定系统11来平衡施加于脊柱的负荷(参见图3c)。动力型脊柱稳定构件10帮助背痛患者受损的(损伤和/或变性)脊柱，并且帮助她/他进行日常活动。动力型脊柱稳定构件10作为稳定系统11的一部分，通过向脊柱运动，尤其是向围绕在中性区的区域中的中立体位周围的脊柱运动提供受控的阻力来进行上述帮助。当脊柱向前弯曲(屈曲)时稳定构件10被拉伸(参见图3d)，而当脊柱向后弯曲(伸展)时稳定构件10被压缩(参见图3e)。
由动力型脊柱稳定构件10提供的对位移的阻力是非线性的，并在其中心区最大，以便与(患者)个体的中性区相一致；也就是说，稳定构件10的中心区在支撑脊柱上提供高水平的机械帮助。当个体移动超过中性区时，阻力的增加下降到更适中的水平。因此，当在中性区内移动时，患者遇到对于移动的更大阻力(或更大的递增阻力)。
根据本发明的示例性具体实施方式，动力型脊柱稳定系统11的中心区，即，脊柱稳定系统11对移动提供最大递增阻力的运动范围，可以在外科手术时加以调节以适合于各个患者的中性区。因此，根据本发明的示例性具体实施方式，由动力型脊柱稳定构件10提供的对于移动的阻力可以在手术前和/或手术中加以调节。这种可调节性有助于调整动力型脊柱稳定系统11的机械性能以适合单个患者的受损脊柱。此外，根据本发明的示例性具体实施方式，动力型脊柱稳定器10的长度也可以(或可替换地)在手术中加以调节以适合单个患者的解剖体组织构造，并达到所希望的脊柱体位。在这种示例性具体实施方式中，可以在手术后借助于外科程序对动力型脊柱稳定元件10进行再调节，用以调节其中心区，从而例如满足患者已改变的需要。
参照图4，根据本发明的示例性具体实施方式，可以采用球窝接头36、38来将动力型脊柱稳定构件10与椎弓根螺钉16、18连接或用其它方式接合。动力型脊柱稳定构件10和椎弓根螺钉16、18的接头是自由的，并在旋转上不受限制。因此，根据本发明的有利的动力型接头提供了三个旋转自由度。可以设想可替换的结构方案用以提供所披露的动力型接头所希望的旋转自由度，例如，在图29中披露的以及在下文所讨论类型的万向节结构。相对于椎弓根螺钉安装的结构，其支撑或适应相对于椎弓根螺钉的运动，例如，所披露的球形元件以及万向节机构，是根据本披露内容的示例性的运动界面元件。因此，首先，通过提供本发明的动力型接头，脊柱能够进行弯曲和扭转的所有生理运动，其次，动力型脊柱稳定构件10和椎弓根螺钉16、18受到保护，以免受潜在有害的弯曲和/或扭转力或力矩。如前所述，虽然根据本发明的一种示例性具体实施方式披露了球窝接头，但本发明并不限于使用一种或多种球窝接头，并在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以使用其它连接结构/装置。
根据图4的示例性具体实施方式，由于存在与稳定构件10的每一端机械结合的球窝接头36、38，所以在稳定系统11内，弯曲力矩通常不会从脊柱传递到稳定构件10。另外，重要的是要认识到，与稳定构件10的操作有关的仅有的力是由构成稳定构件10的一部分的弹簧30、32的力所引起的力。这些力只取决于如由脊柱运动所确定的稳定构件10的拉伸和/或压缩。总之，与稳定构件10的操作有关的力局限于弹簧弹力。与脊柱上的重负荷(如当人携带或举起较重负荷时)无关，稳定构件10受到的负荷仅与在稳定构件10内出现的弹簧弹力有关，其是脊柱运动的结果而不是脊柱负荷的结果。因此，稳定构件10独特地能够辅助脊柱而无须承受脊柱的高负荷，从而允许进行广泛的设计选择。
在本发明披露的稳定系统11中，椎弓根螺钉16、18的加载也与现有技术的椎弓根螺钉固定装置中的加载有很大不同。稳定系统11的椎弓根螺钉16、18承受的仅有的负荷是由稳定构件10传递的力，其转化成在球窝接头-螺钉界面处的纯轴向力。与现有技术的椎弓根螺钉融合系统相比，所披露的稳定系统11的设计和操作因此大大地减小置于椎弓根螺钉16、18上的弯曲力矩。由于与球窝接头36、38有关的自由运动的缘故，在每个椎弓根螺钉16、18内的弯曲力矩在球窝接头36、38处理论上分别为零，因而失效的可能性被有利地减小。总之，当用作本发明的示例性动力型脊柱稳定系统的一部分时，椎弓根螺钉16、18比通常的椎弓根螺钉承受显著更小的负荷并处于显著更小的受力状态下。
在图2中，在具有示例性的稳定构件10(作为动力型脊柱稳定系统的一部分)的构造中示出了健康脊柱的力矩-旋转曲线。该曲线表明在健康脊柱的中性区中遇到的移动阻力较低。然而，如由中性区的扩大所证明的，当脊柱被损伤时，该曲线会变化并且脊柱变得不稳定(参见图1)。
根据本发明的示例性具体实施方式，患有脊柱损伤的人通过在中性区提供增加的机械帮助的装置、系统以及方法可以获得最好的治疗。当脊柱移动超出中性区时，需要的机械帮助会下降并且变得更适中。尤其是，并参照图3a，描绘了通过实施所披露的有利的装置、系统以及方法所设想的示例性的支撑线图(或分布图，profile)。
在图3a中示出了三种不同的线图。所披露的线图仅是示例性的，并且说明了在中性区内可能的支撑要求。线图1代表在中性区需要较大辅助的个体，因此本发明的稳定系统的中心区被增加，从而在较大的位移范围内提供高水平的阻力；线图2代表在中性区需要较小辅助的个体，因此本发明的稳定系统的中心区更为适中，从而在更加有限的位移范围内提供增加的阻力；而线图3代表这样的情况：在中性区仅需要稍微大一点的辅助，因此可以减小本发明的稳定系统的中心区用以在甚至更小的位移范围内提供增加的阻力。
如本领域技术人员确知的，所需要的机械辅助和中性区的范围将随个体不同而变化。然而，本发明的基本原则保持不变；即，对于那些遭受脊柱不稳定性的个体，在个体的中性区内需要更大的机械辅助。这种辅助是以在个体的中性区和动力型脊柱稳定构件10(其有利地形成动力型脊柱稳定系统的一部分)的中心区内提供的对移动更大的阻力形式来提供的。
本发明的示例性动力型脊柱稳定构件10有利地提供了符合所希望的支撑线图的机械帮助(或机械辅助，mechanical assistance)。另外，例如借助于同心弹簧设计，对于动力型脊柱稳定构件10的示例性具体实施方式提供了可调节性。更具体地说并参照本发明的示例性具体实施方式，当脊柱在任何生理方向上离开中立体位时，脊柱稳定系统10以增加的刚度的形式，即，对移动的更大的递增阻力(根据优选的具体实施方式由弹簧提供)，为受损的脊柱提供辅助(或帮助)。如上所述，由示例性的稳定系统10以及动力型脊柱稳定构件10提供的力-位移关系曲线是非线性的，在脊柱的中性区和稳定系统11的中心区的周围具有更大的递增阻力，而当个体移动超出中性区时，在动力型脊柱稳定系统11的中心区之外具有减小的递增阻力(参见图3a)。
参照图3a，进一步示出了本稳定系统11与在拉伸和压缩期间施加的力之间的关系曲线。如上所述，本稳定系统11的行为是非线性的。负荷-位移曲线具有三个区：拉伸区、中心区和压缩区。如果K1和K2分别定义了在拉伸区和压缩区的刚度值，那么设计根据本发明的有利的稳定系统使得在中心区传递高刚度，即“K1+K2”。如在下文将更详细讨论的，取决于稳定构件10的“预载荷”，可以调节中心区的宽度，因此可以调节高刚度区域的宽度。
参照图4，示意性描述了包括根据本发明的动力型脊柱稳定构件10的示例性动力型脊柱稳定系统11。动力型脊柱稳定系统11包括以壳体20形式与脊柱稳定构件10相联系的支撑组件，其中壳体20由第一壳体构件22和第二壳体构件24组成。借助于形成在第一壳体构件22的开口端26上的外螺纹和形成在第二壳体构件24的开口端28上的内螺纹，可伸缩地(套叠地)连接第一壳体构件22和第二壳体构件24。这样，通过将第一壳体构件22拧入第二壳体构件24就可完成壳体20。同样地，以及如在下文将更详细讨论的，可以容易地调节第一壳体构件22和第二壳体构件24之间的相对距离，以便调节容纳在壳体20内的第一弹簧30和第二弹簧32的压缩。虽然根据本发明的优选具体实施方式采用了弹簧，但在不偏离本发明精神或范围的情况下，可以采用其它弹性构件。活塞组件34连接相对于第一和第二球窝接头36、38的第一弹簧30和第二弹簧32。第一和第二球窝接头36、38本身又被成形并设计为用于选择性连接可以从相应椎骨12、14伸出的椎弓根螺钉16、18(例如，如图2所示)。
借助于螺纹啮合构件40，第一球窝接头36相对于第一壳体构件22的闭合端39被固定，其中螺纹啮合构件40被成形且调整尺寸以与第一壳体构件22连接。根据本发明的一示例性具体实施方式，开口42形成在第一壳体构件22的闭合端39内并设置有螺纹用于接合啮合构件40的螺纹部分。这样，第一球窝接头36基本上闭合第一壳体构件22的闭合端39。通过相对于第一壳体构件22旋转第一球窝接头36来调节第一壳体构件22和第一球窝接头36的啮合构件40之间的重叠程度，即，啮合构件40被套入在第一壳体构件22内的程度，就可以容易地调节动力型脊柱稳定系统11的长度。如本领域技术人员确知的，虽然根据本发明的示例性具体实施方式披露了在第一壳体构件22和第一球窝接头36的啮合构件40之间的螺纹接合，但在不偏离本发明的精神或范围的情况下可以采用其它的连接结构(例如，焊接联接(或焊接附件，weldingattachment)、插销栓(bayonet lock)或类似结构)。
在本发明的一种示例性具体实施方式中，第二壳体构件24的闭合端44设置有护盖46，在护盖中形成有开口48。如在下文将更详细讨论的，开口48被成形并调整尺寸以容纳通过其与活塞组件34相联的活塞杆50的通道。示例性的活塞组件34包括：活塞杆50；第一和第二弹簧30、32；以及保持杆(固定杆，retaining rods)52。活塞杆50包括止动螺母54和在其第一端58上的扩大头部56。扩大头部56刚性连接于活塞杆50，并包括导孔60，通过该导孔，保持杆52在本动力型脊柱稳定构件10的工作过程中进行延伸。因此，在第二球窝接头38移向和移开第一球窝接头36时，即，随同第一和第二球窝接头36、38之间的相对运动，扩大头部56沿着保持杆52被引导。如在下文将更详细讨论的，当拉伸(或延伸)动力型脊柱稳定构件10并在屈曲状态移动脊柱时，扩大头部56与第一弹簧30相互作用以产生阻力。
止动螺母54被装配在活塞杆50上，以便相对于活塞杆自由移动。然而，保持杆52阻止止动螺母54向第一球窝接头36移动，其中保持杆52支撑止动螺母54并阻止止动螺母54移向第一球窝接头36。如在下文将更详细讨论的，当压缩动力型脊柱稳定构件10并在伸展状态移动脊柱时，止动螺母54与第二弹簧32相互作用以产生阻力。
活塞杆50的第二端62从在第二壳体构件24的闭合端44处的开口48伸出，并连接到与第二球窝接头38相联的啮合构件64上。在本发明的一种示例性具体实施方式中，活塞杆50的第二端62通过螺纹接合连接到第二球窝接头38的啮合构件64。如本领域技术人员确知的，根据一种示例性具体实施方式，披露了在活塞杆50的第二端62和第二球窝接头38的啮合构件64之间的螺纹接合，然而在不偏离本发明的精神或范围的情况下也可以采用其它的连接结构。
如上所简单提及的，第一和第二弹簧30、32被保持或容纳在壳体20内。尤其是，第一弹簧30在活塞杆50的扩大头部56和第二壳体构件24的护盖46之间延伸。第二弹簧32在第二球窝接头38的啮合构件64远端和活塞杆50的止动螺母54之间延伸。由第一和第二弹簧30、32施加的预加载力通常将活塞杆保持在壳体20内的静止位置，并且活塞杆50能够在脊柱的伸展或屈曲期间相对于壳体20移动。
在使用中，当在屈曲状态下移动椎骨12、14并自第二球窝接头38拉开第一球窝接头36时，即，在第一和第二球窝接头36、38之间存在相对运动以致它们彼此离开，活塞杆50在壳体24内逆着由第一弹簧30施加的力被拉动。尤其是，活塞杆50的扩大头部56移向第二壳体构件24的闭合端44。这种运动引起第一弹簧30的压缩，从而对脊柱的移动产生阻力。对于第二弹簧32，该第二弹簧32随活塞杆50自第二球窝接头38离开。当椎骨在中性区内以屈曲状态移动时，第二弹簧32的高度增加，从而减小了撑开力(distractive force)，并且实际上增加了装置对移动的阻力。通过这种机制(或机构)，当脊柱在屈曲状态自初始位置移动时，通过增加弹簧(即，第一弹簧30)内的负荷或通过减少促使运动的负荷(即，第二弹簧32)，弹簧30和弹簧32均直接抵抗装置的撑开(distraction)。
然而，当脊柱处于伸展状态并且第二球窝接头38移向第一球窝接头36时，第二球窝接头38的啮合构件64移向止动螺母54，该止动螺母在活塞杆50移向第一球窝接头36时被保持杆52保持在适当位置。这种移动引起容纳在第二球窝接头38的啮合构件64和止动螺母54之间的第二弹簧32的压缩，用以对在动力型脊柱稳定构件10内的移动产生阻力。对于第一弹簧30，该第一弹簧30被支撑在护盖46和扩大头部56之间，并且当椎骨在中性区内在伸展状态下运动时，第二弹簧32的高度会增加，从而减小压缩力，并且实际上会增加装置对移动的阻力。通过这种机制(或机构)，当脊柱从初始位置在伸展状态下移动时，通过增加弹簧(即，第二弹簧32)内的负荷或通过减少促使运动的负荷(即，第一弹簧30)，弹簧32和弹簧30均直接抵抗装置的压缩。
如根据本发明的示例性具体实施方式所披露的，基于使用两个同心定位的弹性弹簧30、32，本动力型脊柱稳定构件10提供了如图2所示的辅助(力)线图。也就是说，当在稳定系统11的中心区内移动动力型脊柱稳定构件10时，第一和第二弹簧30、32联合工作以提供较大的弹力。然而，一旦第一球窝接头36和第二球窝接头38之间的位移扩大超出稳定系统11的中心区和(使用)个体的脊柱运动的中性区，对运动的递增阻力则显著降低，这是因为(使用)个体不再需要在中性区内所需的显著的辅助。这是通过设置本文所披露的装置的中心区来完成的。力-位移曲线的中心区是曲线的区域，其表示在如上所述的装置中何时两个弹簧都起作用。当脊柱的运动在中性区之外并且相关装置的伸长或压缩在所设定的中心区之外时，伸长的弹簧达到其自由长度。如本领域技术人员所明了的，自由长度是当未施加力时的弹簧长度。在本发明的这种有利的、示例性装置中，在中心区(此处两个弹簧都起作用以抵抗运动)之外，对装置移动的阻力仅依赖于一个弹簧的阻力：在屈曲状态为弹簧30或在伸展状态为弹簧32。
如上所简单论述的，示例性的动力型脊柱稳定构件10可以通过第一壳体构件22相对于第二壳体构件24的旋转来调节。这种运动以最终改变第一和第二弹簧30、32上的预载荷的方式改变第一壳体构件22和第二壳体构件24之间的距离。这种预载荷的变化改变了本动力型脊柱稳定构件10的阻力(分布)线图：从示于图3a的线图2到预载荷的增加(参见图3a的线图1)，其扩大了第一和第二弹簧30、32完全协调作用的有效范围。这种增加的稳定构件10的中心区宽度与在脊柱运动的更大范围内更高的刚度相关。如从图3a的线图3所明显看到的，这种效应反过来也成立。
本动力型脊柱稳定构件10连接于从需要支撑的椎骨节段伸出的椎弓根螺钉16、18。在动力型脊柱稳定构件10的外科手术附着期间，根据本发明的示例性具体实施方式，稳定器的中心区的大小可以针对每个患者加以调节，如由外科医师进行判断和/或由不稳定性测量装置进行量化。该动力型脊柱稳定构件10的这种可调节特点在三个说明性的线图中加以例示，这些线图是根据本发明的示例性具体实施方式所产生的(参见图3a和3b；注意装置中心区的宽度)。
在手术前，可以用不同组的弹簧(整体或部分地)替代动力型脊柱稳定构件10的第一和第二弹性弹簧30、32，以适应更大范围的脊柱不稳定性。如图3b所表明的，当与图3b的线图2a示出的曲线比较时，线图2b表示由更为刚性的一组弹簧产生的力-位移曲线。
在手术中，例如通过转动第一球窝接头36的啮合构件40可以调节示例性动力型脊柱稳定构件10的长度，用以加长稳定构件10以便适应不同患者的解剖体组织构造以及所希望的脊柱体位。在手术前，可以用不同长度/几何形状的活塞杆调换活塞杆50以适应甚至更大范围的解剖组织构造的变化。
已经单独试验了本文披露的示例性动力型脊柱稳定构件10的负荷-位移关系。当施加拉力时，该动力型脊柱稳定构件10显示增加的阻力直到预定位移，接着增加阻力的速率降低，直到装置达到其完全伸长位置。当受到压缩时，该动力型脊柱稳定构件10显示增加的阻力直到预定位移，接着增加阻力的速率降低，直到装置达到其完全压缩位置。因此，该动力型脊柱稳定构件10呈现出非线性的负荷-位移曲线，并对于在中立体位周围提供的位移具有最大的阻力。这种有利的特性有助于使受损脊柱的负荷-位移曲线正常化。
在本发明的的另一示例性具体实施方式中，参照图5，稳定构件110可以用串联弹簧布置而加以构造。根据该具体实施方式，壳体120由第一和第二壳体构件122、124组成，这些壳体构件以螺纹接合，从而具有可调节性。第一球窝接头136自第一壳体构件122伸出或相对于第一壳体构件122进行延伸。第二壳体构件124设有开口148，通过该开口活塞杆150的第二端162进行延伸。活塞杆150的第二端162相对于第二球窝接头138连接。例如，第二球窝接头138可以被拧到活塞杆150上。
活塞杆150包括在其第一端158的扩大头部156。第一和第二弹簧130、132被分别固定在扩大头部156与第一以及第二壳体构件122、124的闭合端139、144之间。这样，利用与前述具体实施方式(即，稳定构件10)相同的机械原理，稳定构件110可以对扩张(或展开)和压缩均提供阻力。
对于根据该可替换的具体实施方式的阻力线图的调节可以通过相对于第二壳体构件124旋转第一壳体构件122来实现。以这种方式进行的旋转改变了由稳定构件110提供的高阻力的中心区。如前所述，也可以调换一个或两个弹簧以分别在两个或三个区改变力-位移曲线的斜率。
为了解释示例性稳定构件10、110如何辅助受损的脊柱(在中性区增加的支撑)，现观察力矩-旋转曲线(图6)。图6示出了四条曲线：1.无损伤，2.损伤，3.稳定器(“DSS”)，以及4.损伤+稳定器(“DSS”)。这些曲线分别是无损伤脊柱、损伤脊柱、单独的稳定器、以及稳定器加损伤脊柱的力矩-旋转曲线。值得注意的是，最后一条曲线(即，损伤脊柱加上本发明的稳定系统)接近无损伤曲线。因而，对围绕中立体位的移动提供更大阻力的本发明的稳定器/稳定系统理想地适于补偿脊柱的不稳定性。
参照图8至图17，示意性绘出并在文中描述了本发明的有利的稳定系统211的另外的具体实施方式(以及有关的力(分布)线图特性)。如图8的分解图所概括示出的，这种示例性稳定系统211包括第一和第二同心弹簧212、214作为稳定构件210的一部分，其中稳定构件210被定位在第一和第二椎弓根螺钉216、218之间。如本领域技术人员确知的，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，结合在稳定构件210中的弹簧可以采取本领域技术人员已知的各种形式，例如，机械弹簧、线圈弹簧、波形弹簧以及类似弹簧。此外，可以设想在稳定构件210中可以结合其它阻力装置，例如，弹性材料和/或弹性结构、贝勒维尔垫圈(Belleville washers)以及类似物(如单独使用或连同上述弹簧一起使用的可替换的阻力装置)而不偏离本发明的精神或范围。
稳定系统211通常限定第一端220和第二端222。图8的示意图包括一对椎弓根螺钉(216、218)，但应当明了，“第一端”和/或“第二端”可以形成中间位置，其中另外的椎弓根螺钉和/或稳定构件定位在其以外。向第一端220提供了第一连接构件224，该第一连接构件224被构造并调整尺寸以容纳第一球状物(或球形元件)236从而限定适应第一连接构件224和椎弓根螺钉216之间的相对运动的第一球窝接头226。事实上，在球窝接头226处形成的动力型接头有利地提供了三个旋转自由度。向稳定系统211的第二端222提供了第二连接构件228，该第二连接构件228被构造并调整尺寸以容纳第二球状物(或球形元件)238从而限定第二球窝接头230。第二球窝接头有利地适应第二连接构件228和椎弓根螺钉218之间的相对运动，即，限定提供三个旋转自由度的动力型接头。
在图8的示例性具体实施方式中，球窝接头226、230包括与相应的第一和第二连接构件224、228整体形成的套筒232、234以及定位在其中的球体236、238。当然，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，套筒232、234可以制造成与第一和第二连接构件224、228分开的部件。在实施方式中，其中套筒是与连接构件分开制得的，可以采用适当的用于接合/连接的装置如子组件，例如，焊接合、螺纹啮合、插销栓机构或类似装置。
根据图8至图17的示例性具体实施方式，第一连接构件224被构造成用于支撑第一内弹簧212以便操作根据本发明的稳定系统211。最好如在图16和图28中所看到的，第一连接构件224包括壳体构件240，该壳体构件240具有通过其延伸的开口242。开口242的内表面限定了套筒232并且被成型且调整尺寸以接收球状物(或球形元件)236。球状物/球形元件的组装是通过相对于套筒232旋转球状物偏离球状物的正常位置90度实现的。在此位置，球状物/球形元件可以通过两个相对的槽232a进行滑动，其中槽232a是在套筒的内部球形滚道(race)中切开的。在本发明的示例性具体实施方式中，相对的槽基本上是弓形的并延伸一定距离，其与球形元件的高度相适应。在定位在套筒内以后，通常相对于套筒旋转球状物/球形元件以防止与其分离。事实上，一旦组装到椎弓根螺钉上，球状物/球形元件不可能与形成在套筒构件中的内部球形滚道分开。在本发明的示例性具体实施方式中，开口242是按尺寸制造使得球状物/球形元件236在一平面或附近接合套筒232，其中所述平面限定了球状物/球形元件236的直径。这样，球状物/球形元件236相对于套筒232被中心定位并且不允许穿过套筒232。第一内弹簧212从第一连接构件224的壳体构件240伸出，并且在一种典型的具体实施方式中，与第一连接构件224的壳体构件240整体形成。
第二连接构件228类似地包括壳体构件244，该壳体构件244具有通过其延伸的开口246。开口246的内表面限定了套筒234，其被构造并调整尺寸以接收球状物238。因此，如以上参照套筒232所描述的，在示例性具体实施方式中，套筒234包括相对的槽以适应球状物/球形元件的引入。如同球状物236和套筒232之间的尺寸关系一样，开口246被有利地调整尺寸使得球状物238在一平面或附近啮合套筒232，其中所述平面限定了球状物238的直径(而球状物238不允许穿过套筒232)。第二连接构件228进一步包括杆连接器248，该杆连接器248具有通过其延伸的横向开口或通道250。横向开口或通道250被成形并调整尺寸以作为弹簧帽杆252通过的通道。弹簧帽杆252被固定在横向开口250内，例如，借助于延伸通过螺纹开口的固定螺钉254，其中螺纹开口提供从杆连接器248的外表面到横向开口/通道250的通道，而在横向开口/通道250内定位有弹簧帽杆252。
根据一种可替换的具体实施方式并参照图10，固定螺钉254′与楔形构件249′相互作用。楔形构件249′被置于横向开口/通道250′内并且被成形且调整尺寸以便当它穿过横向开口/通道250′时接合弹簧帽杆252。更具体地说，楔形构件249′包括暴露的弓形表面，其被成形并调整尺寸以与弹簧帽杆252′相互作用从而当相对于楔形构件249′上紧紧定螺钉254′时，基本上防止了弹簧帽杆相对于第二连接构件228′的移动。
参照图11、15a以及15b，示意性绘出了另一可替换的结构方案，其用于相对于根据本发明的连接构件固定弹簧帽杆。当希望在连接构件内提供弹簧帽杆的柔性加载时，图11、15a以及15b的结构方案可以是特别有利的。图11、15a以及15b的可替换的具体实施方式在横向开口/通道250″选择性地采用可旋转球状物249″，其内部的横向开口/通道250″被限定在连接构件228″内。球状物249″包括通过其延伸的横向压缩槽251″。如在下文将更详细描述的，通向开口255的多个内槽253也形成在球状物249″中，用以有助于进一步夹紧定位在其间的弹簧帽杆252″。值得注意的是，形成在球状物249″中并示于图15b的开口255有利地具有椭圆形的几何形状，其中短轴为“Y”而长轴为“Z”。压缩槽251″基本上与短轴“Y”对准而槽253以弓形方式设置并面向压缩槽251″，即，在开口255的相反侧。
在使用中，当元件例如，细长构件如杆被定位在开口255内以后，一种机构(例如，紧定螺钉254″)则用来对球状物249″的外部施加力。该力有利地在基本上与椭圆形开口255的长轴“Z”对准的情况下施加于球状物249″。当将力施加于球状物249″的外表面时，椭圆形开口255变形(或形变)并呈现圆形的(或基本上圆形的)几何形状。变形成圆形几何形状是通过相对于开口255定位压缩槽251″和槽253来促进的。事实上，压缩槽251″和槽253的定位使球状物249″的优选变形适应所希望的圆形(或基本上圆形)开口255。通过呈现圆形或基本上圆形的几何形状，围绕开口255的球状物249″的内壁基本上围绕细长构件/杆的整个周边接合具有圆形横截面的细长构件/杆。通过基本上围绕其整个周边来接合细长构件/杆，则在球状物和细长构件/杆之间赋予更大的稳固性。
因此，槽251″和槽253使得球状物249″可以被固定螺钉254″赋予的力所压缩并变形到有限程度，从而将球状物249″和弹簧帽杆252″锁定在横向开口/通道250″内的适当位置。球状物249″使得弹簧帽杆252″可以通过其延伸，同时球状物249″和弹簧帽杆252″相对于第二连接构件228″的方向被调节到所希望的方向。换句话说，球状物249″在开口/通道250″内具有三个旋转自由度使得球状物249″基本上可以被定向在任何角度以适应与弹簧帽杆252″(或另一种细长构件/杆)对准，从而大大增强与脊柱稳定系统有关的组装的简易和灵活性。事实上，在用连接构件组装以后，临床医师/外科医师通常将定位在球状物249″内的杆修整(或加工)成一定长度；如果修整到非常接近于球状物249″的出口端，则球状物/杆组合相对于连接构件228″将呈现基本为180度的旋转自由度。如通过本文披露的示例性具体实施方式所完成的较高程度/水平的角度在临床应用上是有利的。球状物249″与连接构件228″的开口/通道250″的组合可以称作“箱中球状物”。一旦相对于脊柱稳定系统的其它部件为杆获得所希望的定向以后，可以上紧固定螺钉254″，从而将组合件锁定在适当位置。
进一步参照图8，第一和第二连接构件224、228适合于安装在椎弓根螺钉216、218上。每个椎弓根螺钉216、218包括近端256和远端258(由于在本文描述的示例性具体实施方式中，第一和第二椎弓根螺钉216、218是相同的，所以相同的标号将用于描述两种椎弓根螺钉；然而，可以设想，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以将具有不同结构和/或功能特点的椎弓根螺钉结合到根据本发明的稳定系统实施方案中)。远端258包括常规的扣纹，其适于沿着个体脊柱进行牢固附着。根据本发明的示例性具体实施方式并进一步参照图23，椎弓根螺钉216的近端256装有筒夹260，该筒夹260是按一定尺寸加以制造以接收形成于球状物/球形元件236内基本上为圆筒形的接收开口/通道262a。
可以制造和/或形成筒夹260，使其具有扩张和收缩的能力，例如，在涉及到使用稳定系统211的医师的控制下。示例性的筒夹260包括多个直立节段(或直立部分，upstanding segment)264，这些直立节段264以基本上弓形的方式围绕中心空腔266(即围绕中心空腔266的周边)加以布置。相邻的直立节段264由槽或通道265隔开。如图23所示，槽265可以在其底部限定扩大的、基本上为圆形的区域265a。在本发明的示例性具体实施方式中，圆形区域265a进一步促进相邻直立节段264的相对运动。
进一步参照图8和图23，示例性的筒夹260限定了三(3)个几何形状/尺寸基本相同的直立节段264，尽管在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以使用和/或采用可替换数目、间隔和/或布置的直立节段264。如在下文将更详细解释的，直立节段264适合于在下述之间移动：(i)扩张的(或向外偏离的)状态，用于将筒夹260锁定在球状物/球形元件236、238的接收通道262a、262b内和(ii)未扩张的(或静止)状态，其中可以选择性地插入或从球状物/球形元件236、238的接收通道262a、262b移走筒夹260。值得注意的是，“扩张状态”通常并不与固定或预定程度的扩张有关，而通常是由扩张程度(即，向外偏离)所限定，其中扩张水平是用以在筒夹260和球状物/球形元件236、238之间获得所希望的摩擦接合所需要的。
根据本发明的示例性具体实施方式，相应的球状物/球形元件236、238的每个接收通道262a、262b被构造并尺寸调整为用于接收与椎弓根螺钉216、218相联系的筒夹260，同时处于其未扩张(或基本上未扩张)状态。通过在(或邻近)筒夹260的直立节段264的远端或上端提供凸缘268可以进一步增强筒夹260的保持力。凸缘268通常形成在每个直立节段264上，例如，在筒夹260的铸造或加工期间，并且通常围绕可获得的筒夹260的周边进行延伸。每个接收通道262a、262b通常包括在其相反端的第一和第二倒角区域(chamfered region)。倒角区域有助于所披露的稳定系统部件的对准和连接，例如，椎弓根螺钉216、218和球状物/球形元件236、238之间的相互作用。为了促进在使用所披露的稳定系统时的灵活性，球状物/球形元件236、238通常围绕或相对于中间平面(由图23中的假想线“MP”表示)是对称的。因此，在接收通道262a、262b的任一端的倒角区域的几何形状和尺寸是基本相同的。
如上所述，凸缘268形成在直立节段264的外壁上，并且有利地被构造并被调整尺寸以与接收通道262a、262b的倒角区域相配合。因此，一旦筒夹260贯穿接收通道262a、262b，与直立节段264相联的凸缘268通常定位在与接收通道262a、262b相联的倒角区域内。如本文所述，凸缘268和接收通道262a、262b的倒角面之间的摩擦相互作用通常有助于例如在筒夹260扩张之前和以后保持筒夹260和接收通道262a、262b的相对定位。
根据本发明的示例性具体实施方式，在球状物/球形元件236、238和/或筒夹260上设置有结构特征和/或元件以促进与一种或多种工具的相互作用，例如，相对于椎弓根螺钉216、218和/或其它与稳定系统211相联系的部件用于固定球状物/球形元件236、238的工具。参照图8和图23的示例性系统，对准接头或切口270、272形成在直立节段264中用于器具(工具或附件，tool)相互作用。图23中所示的对准接头/切口270、272具有基本上为L形的几何形状，虽然可以采用可替换的几何形状以适应特定的器具(工具)设计和/或器具(工具)相互作用。在图8和图23的示例性具体实施方式中，一种器具(或附件)(未示出)可以有利地例如通过弓形布置的夹紧伸展部分与相邻的对准接头/切口270、272相互作用，其中该夹紧伸展部分被隔开、配置并调整尺寸以与相邻的对准接头/切口接合/配合。如上所述，球状物/球形元件236、238相对于中间平面(“MP”)通常是对称的，并且所披露的对准接头/切口270、272通常形成在球状物/球形元件236、238的两端。实际上，在球状物/球形元件236、238的两端设置对准接头/切口270、272可有利地便于在每个定向安装球状物236、238而不损失功能性/相互作用性能，例如，与辅助工具等的相互作用。根据本发明的示例性具体实施方式，互补槽口271可以形成在球状物236、238中以有助于器具相互作用。槽口271通常是围绕球状物236、238的周边被隔开，并且可以使得与切口270、272对准，例如，通过器具(未示出)及其器具相关操作使球状物236、238相对于筒夹260的旋转再定向。此外，在椎弓根螺钉上可以存在几何形状和/或结构，其被构造成与球状物/球形元件上的切口相互作用以自动定向和提供旋转稳定性从而使得便于反转矩，例如，当相对于椎弓根螺钉固定球状物/球形元件时。
通过在中心开口266内插入固定螺钉274可以实现与椎弓根螺钉216、218相联系的示例性筒夹260的扩张，中心开口266被限定在筒夹260的直立节段264内。根据一种示例性具体实施方式，借助于沿中心开口266的内表面和固定螺钉274的外表面形成的配对(或啮合)螺纹将固定螺钉274固定在中心开口266内。固定螺钉274通常包括向外的锥形节段274a，例如，在或靠近其无螺纹端，其被构造并被调整尺寸用以当相对于椎弓根螺钉216、218拧紧固定螺钉274时接合(或啮合)筒夹260的直立节段264。因此，当紧定螺钉274在中心开口266内向下移动时，直立节段264被固定螺钉274的向外锥形部分274a所接触并被向外施压/偏离。直立节段264的向外偏离会增加筒夹260的有效直径，从而在筒夹260的外表面和接收通道262a、262b的内壁之间增加(或建立)干涉接触。通过进一步插入固定螺钉274，可以使得筒夹260与球状物/球形元件236、238的接收通道262a、262b锁定接合。如先前所述，凸缘268可以设置在直立节段264的外表面上，尤其是增强筒夹260赋于的“锁定”力。
参照图24a、24b以及24c，描述了一种可替换的基于筒夹的系统，该系统用于相对于根据本发明的椎弓根螺钉固定或安装球状物/球形元件。图24a～24c的基于筒夹的系统类似于在图23中所描述的系统。然而，在图24a～24c的装有内卡环273的系统中，其被构造以与形成在直立节段264的外壁中的外部环形槽277以及形成在球状物/球体236中的内部环形槽279相配合。卡环273限定部分圆，其中开口273a便于卡环273的直径扩大。通常，卡环273由适宜的金属材料，例如，钛或不锈钢制成，其提供所希望的弹性度。通常分别选择外部和内部环形槽277、279的深度以确保卡环273的安置。
在使用中，卡环273通常定位在形成在球状物/球体中的内槽中，并基本上与形成在筒夹中的外槽“啪嗒”一声快速进入适当位置，即，当各部件达到所希望的对准时。这种在球状物/球体与筒夹/椎弓根螺钉之间“啪嗒”一声的快速连接使临床医师可以采取适当步骤用以更永久地彼此相对地固定各部件(例如，设置和定位适当的器具(工具))而无部件未对准的风险。因此，卡环有利地对准并部分地嵌套在两个环形槽277、279内，从而在球状物/球体236间提供进一步的接合。当固定螺钉274被拧入适当位置时，直立节段264向外偏离，从而在球状物/球体236与椎弓根螺钉216之间提供更大的接合(力)。在其可替换的具体实施方式中，卡环可以最初定位在筒夹的外表面上(即，在外槽中)，在这种情况下，当达到所希望的对准时，卡环“啪嗒”一声快速进入球状物/球状物的内槽。
值得注意的是，在卡环被包括在所披露的组合件中的情况下，不再需要筒夹来向内和向外形变。可以用卡环代替在筒夹上的凸缘的功能，其中卡环将临时快速配合和最终固定的功能分开。由于这种由卡环273赋予的机械功能的分离，相对于图23的具体实施方式，在图24a～24c的示例性具体实施方式中，可以减小槽/通道265的深度，而无需减小在球状物/球形元件和筒夹之间的固定相互作用的效率。因为不再需要槽/通道来提供向内的形变，所以产生了减小槽/通道265深度的趋势。由于仅需要直立节段264的向外偏离来获得必要的固定力，因此可以减小槽/通道的深度，从而加固和加强筒夹。基于本发明，选择适宜的槽/通道265的深度是本领域技术人员熟知的。通过减小槽/通道265的深度，可以赋予筒夹260更大的强度。
参照图25a～25c，绘出了另一可替换的机构，其中筒夹是非偏转的，即，除去了来自先前具体实施方式的槽/通道。因此，筒夹260′限定了基本上为圆柱形的结构，而不是由槽/通道265分开的多个直立、可偏离部分(如参照先前具体实施方式所描述的)。相对于前述有槽的具体实施方式，圆柱形结构将附加的强度赋予筒夹260′。如同图24a～24c的具体实施方式一样，提供了内部卡环273并适于以上述方式嵌入在内部和外部环形槽277、279内。卡环273和环形槽277、279之间的相互作用提供了在筒夹260′和球状物/球体236之间的固定力。
特别参照图25b的分解图以及图25c的剖视图，固定螺钉274′限定了扩大头部274a，该扩大头部274a被加工成一定尺寸以与球状物/球体236的倒角开口相配合。锥形圆环支承面274b被限定在头部274a的下部，其适于当将固定螺钉274′拧入到筒夹260′内时接合球状物/球体236。配合螺纹(cooperating screw thread)通常被限定在固定螺钉274′(例如，6-32螺纹)的向下延伸部分的外部上与筒夹260′的内表面上。因此，当固定螺钉274′被推入筒夹260′时，支承面274b接合在球状物/球体236上的配合倒角表面。同时，由(或相联系的)椎弓根螺钉216所限定的成角度的圆环支承面261在球状物/球体236的相反端与对称限定的倒角表面相接合。因此，球状物/球体236被有效地接收(capture)在固定螺钉274′的扩大头部与定位在筒夹260′的底部附近的支承面261之间。
根据图25a～25c的可替换的具体实施方式，通过去除槽/通道，增加了筒夹的强度。此外，相对于前述的具体实施方式，固定螺钉274′的扩大头部的更大尺寸允许更大的六角形(或其它几何形状)器具的接合特点。此外，“组织友好”的表面部分(surfacefeature)274c可以限定在扩大头部的上表面以保护组织不受球状物/球形元件236内间隙的影响。然而，根据图25a～25c的具体实施方式，不可能在形成在椎弓根螺钉内的中心开口内“预加载”固定螺钉274′(如在下文更详细描述的)，这是因为不可能在其上通过球状物/球形元件。
参照图26a～26c，根据本发明绘出了相对于椎弓根螺钉用于固定或安装球状物/球体的另一示例性机构(或机制)。如同图25a～25c的具体实施方式一样，设置有不开槽的筒夹并与椎弓根螺钉结合。此外，如同上述具体实施方式一样，成角度的圆环支承面261邻近筒夹的底部加以定位以及被构造并调整尺寸以接合由球状物/球体限定的内表面。支承面261由(或结合的)椎弓根螺钉216所限定并定位在下文论述的螺纹的下面。
特别参照图26b和26c，球状物/球形元件236′限定了螺纹内表面236a，其适于与形成在筒夹260″上的向外螺纹表面260a相配合。配合螺纹免除了需要使用参照先前具体实施方式所论述的卡环。值得注意的是，通常在球状物/球体元件236′的开口形成一个或多个特征用以促进与器具(工具)(未示出)的相互作用，其中所述器具用来赋于球状物/球体236′相对于椎弓根螺钉216的旋转运动。用类似的方法，通常在筒夹260″的顶部(或附近)形成一个或多个特征用以促进与反转矩器具(工具)(未示出)的相互作用，从而确保球状物/球体236的旋转导致所希望的球状物/球体236′相对于筒夹260″的上紧。当球状物/球体236′相对于筒夹260″被上紧时，球状物/球体的底部接合支承面261，从而在其间提供进一步的摩擦接合。
在使用中，图26a～26c的安装机构(或机制)免除了对固定螺钉(如在先前的具体实施方式中所描述的)的需要并使用不开槽的筒夹，从而相对于先前披露的有槽筒夹将附加强度赋予给筒夹结构。球状物/球体和椎弓根螺钉的组装需要螺纹对准和适当的器具相互作用用以实现所希望的球状物/球体相对于筒夹/椎弓根螺钉的旋转。
参照图27，描述了另一可替换的安装机构(或机制)，其中在球状物/球体236″上的进口螺纹(entry thread)236b被构造用以与在有槽筒夹260k的底部(或附近)的配合螺纹260x相互作用。提供卡环273用以当有槽筒夹260k的直立节段向外偏离，即当固定螺钉274相对于椎弓根螺钉216被向下推进时，提供进一步的安装安全性。根据所披露机构的示例性具体实施方式，进口螺纹是“左旋”螺纹，从而当引入固定螺钉274时最大程度减小其分离的可能性。实际上，当固定螺钉被推进时，由于其相反方向的扣纹，球状物/球体被推入锁定位置。可替换地，固定螺钉可以设置有左旋螺纹，而进口螺纹可以是右旋螺纹以获得相同的结果。在使用中，通过筒夹的可偏离的直立节段(适应于固定螺钉引入)、包括的卡环、以及包括在球状物/球体上的进口螺纹的联合作用，图27的安装机构在球状物/球体和筒夹/椎弓根螺钉之间提供了增强的安装安全性。
根据本发明的示例性具体实施方式，固定螺钉274在中心开口266内被有利地“预加载”，即在开始临床手术前，固定螺钉274被部分地拧入中心开口266。对上述安装机构来说，仅图25a～25c的设计对“预加载的”固定螺钉不敏感(因为在固定螺钉274′上的扩大头部)。可以在固定螺钉274表面上提供(或设置)阻碍物(或干扰)用以将固定螺钉274保持在最初的“预加载”位置，例如，在装运以及相对于患者最初临床定位/引入椎弓根螺钉期间。根据本发明的一种示例性干扰(或阻碍物)涉及螺旋螺纹的形变，例如，在其远端或附近。可以通过用刚性表面撞击在一个或多个位置(例如两个相对(或相反)的位置)形成的螺纹来实现形变。在一种示例性具体实施方式中，一对形变或“挡销”(“pings”)形成在固定螺钉的远端或附近的螺纹中。可以进一步设想，可以通过沿螺纹的长度提供有限区域的“偏离螺距(off-pitch)”扣纹来实现所希望的干扰(或阻碍)。如本领域技术人员根据本发明所容易明了的，可以采用可替换的结构和/或机构来获得所希望的干扰(或阻碍)(当相对于椎弓根螺钉推进固定螺钉时，临床医师可以容易地克服这种干扰(或阻碍))。
如本文所描述的，通过“预加载”固定螺钉，可促进所披露系统的临床应用，例如，可以基本上消除在临床手术期间与将固定螺钉274对准中心开口266有关的潜在困难和/或与临床活动有关的误置/掉下和/或固定螺钉螺纹错扣(cross-threading)的可能性。值得注意的是，可以有利地选择固定螺钉274的长度和/或固定螺钉274的向外锥形区域的相对尺寸和/或定位，以便在固定螺钉274的“预加载”构造中防止或限制直立节段264的向外偏离。
通常，根据本发明的示例性具体实施方式，通过将固定螺钉拧入定位在椎弓根螺钉的头部或附近的中心开口，由此相对于椎弓根螺钉上紧和/或锁定球状物/球形元件。固定螺钉可以被有利地预加载到中心开口内以便于其临床应用。将固定螺钉拧入中心开口会引起与筒夹机构有关的一系列直立节段的向外偏离，其中筒夹机构与椎弓根螺钉有关。为了促进固定螺钉相对于椎弓根螺钉的移动，通常希望将“反转矩”力赋予给椎弓根螺钉以便当固定螺钉相对于中心开口被插入或取出时防止/限制椎弓根螺钉的旋转运动。用于提供所希望的反转矩(以及用于插入/取出固定螺钉)的工具是已知的。根据本发明的示例性具体实施方式，切口/对准接头可以被形成或与筒夹相联系，而配合槽口可以被形成或与球状物/球形元件相联系，以促进与所述工具(例如，在固定螺钉插入/取出期间用于将所希望的反转矩力赋予给椎弓根螺钉的工具)的相互作用。
虽然本发明已描述了一系列示例性具体实施方式，其中球状物/球形元件相对于椎弓根螺钉加以安装并与套筒构件相配合以支撑相对于椎弓根螺钉的运动(即，作为运动界面元件)并提供有利的动力型接头，但应当明了，本发明并不限于通过球状物/球形元件与套筒构件之间的相互作用而形成的动力型接头。例如，如图29所示，具有向外螺纹筒夹260a的椎弓根螺钉216可以啮合向内螺纹空腔236a，该向内螺纹空腔236a安装或连接于起运动界面元件作用的第一万向节机构241。杆252与在其第一端的第一万向节机构241和在其相反端的第二万向节机构243相配合。万向节机构的设计和操作对于本领域技术人员来说是熟知的，并且其实施方式连同本文所披露类型的椎弓根螺钉安装结构能用于提供有利的可替换的动力型接头供稳定系统/应用。如本领域技术人员根据本文提供的详细描述所容易明了的，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，也可以采用可替换的动力型接头组件。
如本领域技术人员所确知的，相对于筒夹260和在套筒232、234内有效和可靠对准球状物/球形元件236、238是所希望的。根据本发明的示例性具体实施方式以及参照图12和图14，通过向临床医师提供有利的导线系统275可以便于对准动作。如本文所述，示例性的导线系统275包括导线276以及锥形导引构件278，该锥形导引构件278限定向外的锥形导引表面(例如，锥面)，其被成形并调整尺寸以促进球状物相对于椎弓根螺钉和/或套筒系统的定位。导线276通常限定近端280和远端282，并具有位于其间的中心部分284。在本发明的示例性具体实施方式中，导线276的近端和远端280、282基本上类似于在常规椎弓根螺钉安装中所使用的常规导线。然而，如本文所描述的，中心部分284装配有有利的锥形导引构件278。
锥形导引(件)278通常限定倾斜外表面以及基本上为平面的底部279。底部279通常被调整尺寸以具有最大直径，该最大直径稍微小于接收通道262a、262b的直径(如在非倒角区域内所测得的)。通常，在锥形导引(件)278的底部279和接收通道262a、262b的中心通道之间的直径差是约0.001″至约0.020″，从而便于球状物相对于椎弓根螺钉的对准，而同时确保球状物相对于锥形导引(件)底部的非阻塞通道。在本发明的示例性具体实施方式中，导线276的远端282在椎弓根螺钉216、218内延伸，例如，延伸到稍短于椎弓根螺钉216、218的远端258的位置。然后锥形导引构件278有利地定位在导线276上使得底部279接近椎弓根螺钉的近端256，例如，接近或接触筒夹260。
在使用中，椎弓根螺钉可以被引入到所希望的解剖部位。然后所披露的导线系统可以有利地用来促进球状物/球体相对于椎弓根螺钉的有效和可靠定位。导线通常被装到椎弓根螺钉里，使得所披露的锥形导引构件的底部非常接近和/或接触椎弓根螺钉的近端，例如，定位在其头部或附近的筒夹。然而，在经皮应用中，导线通常首先被定位，同时经过导线将椎弓根螺钉引入到所希望的解剖部位。然后沿着导线将球状物/球形元件(或可替换的辅助结构)送入，即，导线穿过球状物/球形元件的接收通道。锥形导引构件有利地引导球状物对准椎弓根螺钉的近端，例如，对准定位在椎弓根螺钉头部的筒夹。然后球状物/球体越过锥形导引构件的底部进入在椎弓根螺钉头部的位置，例如，其中本发明的有利的筒夹定位在球状物的接收通道内。
可以设想，本发明的锥形导引构件可以形成有为适合特殊的需要和/或用途而设计的各种形状。例如，锥形导引构件可以成螺旋形地成形并装配有另外的导引(件)，用于确保当安装在筒夹上时球状物具有适当的定向/定位(或套准)。这样的具体实施方式可以用于最低程度的侵入性手术，例如，以便于适当对准连接构件的固定螺钉。此外，锥形导引构件可以有利地包括结构和/或特征以便于部件例如，具有至少一个不对称特性的部件相对于椎弓根螺钉的旋转对准或套准。因此，例如，可以将螺线设置在锥形导引构件上，其确保与椎弓根螺钉上的特征的适当对准/套准。
此外，根据本发明，导引圆锥体或锥形导引构件可以用来引导螺丝刀和/或反转矩装置沿导线而下，例如，以便于在有限可视或不可视的情况下使固定螺钉进入。在本发明的另外的有利具体实施方式中，导线系统可以便于工具对准/引导至偏轴位置，例如，横向隔开连接构件和/或杆连接器，其是基于相对于导线定位在其中的椎弓根螺钉的已知横向/偏轴方向和距离。因此，导引构件可以沿着导线滑动，其可实现例如一种工具(例如，螺丝刀)相对于导线的预先确定的和有利的偏轴定位。
此外，根据本发明的锥形导引构件可以具有星形或三角形轮廓。另外，锥形导引构件可以设置成分开的部件，即，用于在所希望的位置及时用导线加以组装，例如，在根据本发明的稳定系统的安装期间。在相对于导线的锥形导引构件被设置成不同的部件(与预组装导线系统相反)的实施方案中，在稳定系统安装过程中，锥形导引构件有利地越过导线并定位在所希望的轴向位置。的确，可以进一步设想，可以与导线分开地形成和使用锥形导引构件，例如，通过在与椎弓根螺钉的近端并列的情况下放置锥形导引构件，例如，通过相对于与椎弓根螺钉相联系的筒夹而安装锥形导引构件。
进一步参照示例性的稳定构件210的偏置结构，提供了包括同心弹簧212、214的活塞组件286。这些同心弹簧采取第一内弹簧212和第二外弹簧214的形式。如在下文将更详细描述的，活塞组件286进一步包括弹簧帽288和弹簧帽杆252，其在活塞组件286和椎弓根螺钉216、218之间转换和/或传递力。因为椎弓根螺钉216、218基本上与患者的脊柱结构成为整体，所以本文所描述的结构方案(布置)可有效地转换和/或传递来自患者脊柱的力以及将力转换和/或传递到患者脊柱。
第一内弹簧212通常限定第一端290和第二端292。如上所述，在本发明的示例性具体实施方式中，第一弹簧212相对于第一连接构件224被俘获(或接收)。第一内弹簧212的第二端292相对于弹簧帽杆252的对接表面(abutment surface)294被俘获(或接收)。第二外弹簧214还限定第一端296和第二端298。在本发明的示例性具体实施方式中，第二外弹簧214的第一端296刚性地固定于弹簧帽288而第二外弹簧214的第二端298则刚性地固定于弹簧帽杆252的对接表面294。
如上所述，相应的第一和第二弹簧212、214接合于与示例性稳定构件210相联的一个或多个结构。根据此示例性具体实施方式，可以相对于与稳定构件210相联的一个或多个部件刚性地(即，固定地)接合一个或两个弹簧212、214。根据本发明的一种优选的具体实施方式，弹簧在其一端或两端被焊接到各结构上，然而本领域技术人员应当明了，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以使用其它接合技术(例如，嵌套技术和/或俘获技术)。
弹簧212、214通常定位在外壳300内，例如基本上为圆筒形的构件，以防止在弹簧与原位解剖结构之间的不希望的相互作用或干扰。因此，相对于周围的解剖结构和流体，外壳构件300有利地为基本上惰性的。根据本发明的示例性具体实施方式，外壳300(至少部分地)由ePTFE(膨胀(或发泡)聚四氟乙烯)、UHMWPE(超高分子量聚乙烯)、聚碳酸酯-聚氨酯复合材料(例如，其共聚物和/或其掺混物)、或其组合制成，然而本领域技术人员应明了，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以使用其它材料。外壳300通常由具有足够弹性的材料制成，以适应稳定构件110的轴向伸长/收缩，然而也可以采用适应这样的轴向运动的结构方案，例如，波纹管状结构。可以设想，外壳300可以包括表面处理，例如，药物和/或药剂，以便于或促进所希望的临床结果。
通常相对于外壳300在其第一端固定弹簧帽杆252的对接表面294，并且通常相对于外壳300在其相反端固定弹簧帽288。垫圈或C形夹钳302通常定位在外壳300与端构件(即，弹簧帽288和对接表面294)之间的接合处以促进其间的相互作用。在本发明的一种示例性具体实施方式中，相对于第一连接构件224的壳体构件240进一步刚性地固定弹簧帽288。
如图8和图9所示，尽管在脊柱应用中可获得的解剖区域很有限，但第一和第二弹簧212、214、弹簧帽288以及弹簧帽杆252通常以提供所希望的和有利的力分布线图的方式将活塞组件286接合于椎弓根螺钉216、218。例如，当脊柱在伸展状态下运动时，椎弓根螺钉216、218遇到彼此相对地对椎弓根螺钉施加偏压的力。由椎弓根螺钉216、218承受的力被转换成作用于第一和第二连接构件224、228的力，其中第一和第二连接构件224、228被类似地施加偏压以彼此相对地移动。上述力(其来源于脊柱活动)产生作用于稳定构件210的压缩力。响应于由稳定构件210承受的压缩力，通过当弹簧帽杆252被推进并压缩在弹簧帽288与弹簧帽杆252的对接表面294之间的第二外弹簧214时产生的弹簧弹力则在稳定构件210内产生反作用力。当弹簧帽杆252被推进并压缩在第一连接构件224的壳体(构件)240与弹簧帽杆252的对接表面294之间的第一内弹簧212时，则稳定构件210产生另外的反作用力。如图17所示，响应于脊柱在拉伸状态下的运动，第一弹簧212和第二弹簧214的组合弹簧弹力产生基本上均匀的力分布线图，而伸展产生穿过弹簧构件的压缩。
当脊柱在屈曲状态下运动时，椎弓根螺钉216、218承受对椎弓根螺钉加偏压使其彼此远离的力。当脊柱在屈曲状态下运动时，椎弓根螺钉216、218承受的力被转移到第一和第二连接构件224、228，其类似地承受对稳定系统211的上述部件加偏压使其彼此远离的力。响应于脊柱的屈曲运动，反作用力由稳定构件210产生。反作用力的产生是部分源于当弹簧帽杆252拉伸和延伸在弹簧帽288与弹簧帽杆252的对接表面294之间的第二外弹簧214时所产生的弹簧弹力。响应于脊柱的屈曲运动，当弹簧帽杆252允许第一内弹簧212在第一连接构件224的壳体构件240与弹簧帽杆252的对接表面294之间伸展时，则产生另外的反作用力。如图17的力分布线图所示，弹簧212、214在稳定构件210内的操作产生力分布线图，当整个脊柱位移增加/继续时，所述力分布线图在强度方面会有利地降低。在一定位置，内弹簧达到其自由长度并且对运动的阻力仅响应于外弹簧的增加的伸长。
参照图8和图13-16、并根据本发明的一种示例性具体实施方式，通常以下述方式安装稳定系统211。使用传统技术将椎弓根螺钉216、218定位在椎骨内。通常采用并强烈推荐使用荧光检查来引导椎弓根螺钉。椎弓根螺钉216、218通常被放置在小面的侧面以便确保在小面和植入系统之间不存在干扰。用高速钻孔锥(burr)或尖钻(awl)首先打开椎弓根。其后，稳定器椎弓根探测器可以用来产生用于椎弓根螺钉216、218的通道。椎弓根螺钉216、218通常是自攻螺纹，因而通常不需要椎弓根螺钉通道的攻丝。然后通常检查椎弓根(螺钉)通道壁的完整性并通过将螺钉连接于螺丝刀以及将螺钉引入到小面的侧面来安装按一定尺寸适当制造的椎弓根螺钉216、218。通常推进椎弓根螺钉216、218直到螺钉的头部接触椎弓根。通常，尽可能低地放置椎弓根螺钉216、218是非常重要的，尤其是在L5和S1椎弓根中。然后通常用荧光检查、X射线和/或其它手术导航/观察技术来检查椎弓根螺钉216、218的置位。
一旦椎弓根螺钉216、218被适当地安装，通常测量椎弓根螺钉216、218之间的距离并可以在适当的情况下将稳定构件210的杆252切割至适当的尺寸。可替换地，可以提供不同长度的杆252以允许临床医师选择所需要长度的杆。更进一步地，可以采用用于调节杆252长度的装置，例如，具有下述机构的伸缩杆，其中该机构用于将杆固定在一个或多个所希望的长度(例如，在固定间隔处的定位器、用于彼此相对地固定伸缩式杆构件的固定螺钉系统等)。
在采用导线系统来引导系统部件的对准和/或安装的安装过程中，导线276被定位在一个或两个椎弓根螺钉216、218内。根据本发明的示例性具体实施方式，锥形导引构件278被有利地定位在筒夹260的顶部附近。然而，如上所述，锥形导引构件可以直接与椎弓根螺钉和/或筒夹相联系以促进系统部件的对准和/或安装(例如，在不采用导线的实施方式中)。
连接构件224、228(其包括球状物/球体236)可以沿导线276向下滑动直至到达锥形导引构件278。一旦连接构件224、228到达锥形导引构件278，将更精确的引导功能赋予给连接构件。实际上，锥形导引构件278有利地起作用以引导与连接构件224、228相联系的球状物/球体236对准筒夹260，使得其被定位/对准，从而在其上获得有效的滑动通道。因此，锥形导引构件278使得在球状物/球体236中形成的通道的中心线基本上对准筒夹260内的中心线，使得筒夹260可以容易地滑动通过球状物/球体236。取决于与筒夹和球状物/球体之间的相互作用有关的安装装置(参见图23-27)，然后彼此相对地安装对准的部分(或部件)。
因此，在图8和图15-16的示例性具体实施方式中，在筒夹260内的固定螺钉274被有利地上紧以实现直立节段的向外偏离，从而相对于筒夹/椎弓根螺钉将球状物236、238锁定/固定在适当位置。值得注意的是，在图8和图15-16的示例性具体实施方式中，可以相对于筒夹260有利地预加载固定螺钉274，从而有助于如前所述的安装过程。对于本文所描述的可替换的安装机制，可以采取适当的步骤以相对于筒夹固定球状物/球体，例如，球状物236、238相对于筒夹的旋转运动。值得注意的是，如果需要的话，球状物236、238适于相对于连接构件224、228自由旋转运动，从而便于球状物的旋转安装。
在组装/安装的此阶段，相对于第一筒夹/椎弓根螺钉固定第一球状物。然而，根据本发明，还是建立了动力型接头，因为连接构件可以相对于球状物自由运动，例如，旋转。确实，“滚道”通常被限定在其间以便于球状物和连接构件之间的相对运动。因此，可以进行连接构件的再对准和/或再定向，以便促进与相邻椎弓根螺钉的对准，即，用于动力型稳定水平的组装。特别值得注意的是，甚至在相对于相邻的椎弓根螺钉安装连接构件以后，动力型接头在本文所描述的最初的椎弓根螺钉处保持有效，从而适应在安装所披露的动力型稳定系统后可能产生的解剖移位。
进一步参照图15～16，杆252与第二连接构件228相联的连接器248的接收部分对准。如同上述的第一连接构件一样，动力型接头被有利地限定在套筒232与球状物/球体238之间，以使促进杆连接器248与杆252之间的对准。此外，动力型接头的功能性并不受杆252相对于杆连接器248安装的影响，即，当根据所披露的动力型稳定系统固定/组装杆时，并不影响其间的旋转运动。当杆252在杆连接器248内被适当对准时，固定螺钉254被上紧在横向开口250内以将杆252锁定在适当的位置。在椎骨的相反侧通常重复安装工序以完成单水平动力型稳定。因此，在装配过程的此阶段，为单水平建立了动力型稳定，即，由椎弓根螺钉216、218的位置(以及在椎骨相反侧的相关的配对物)所限定的水平。
参照图28和图30(以及在图8和图19中的相应结构)，现提供与所披露的动力型稳定构件的一种示例性具体实施方式相联系的另外的结构和组装细节。如上所述，第一连接构件224包括弹簧帽228。如图28所示，弹簧帽228包括在弹簧帽228的凸缘状结构的外周上的螺旋槽229。螺旋(槽)229的宽度和深度通常按一定尺寸加以制造以便适应螺旋外弹簧(例如，图8的第二弹簧214或图19的第二弹簧456)的线规。此外，柱231从弹簧帽228的凸缘状结构伸出。柱231通常中心位于凸缘状结构上并延伸离开套筒232。环形空腔233可以形成在柱231周围。根据本发明的示例性具体实施方式以及参照图30，弹簧帽杆252的对接表面294包括螺旋槽295(类似于螺旋槽229)、柱297(类似于柱231)以及环形空腔299(类似于环形空腔233)。细长构件(杆)301在柱297相反的方向从对接表面294伸出。上述结构和特点可便于根据本发明的示例性动力型稳定构件的组装和操作。
更具体地说，根据本发明的示例性具体实施方式，第一内弹簧212最初被定位在第二(外)弹簧214内，然后被定位在柱231以及从对接表面294延伸的相反的柱297周围或其上。根据本发明的示例性组装，第一内弹簧212有利地延伸进入环形空腔233并形成在对接表面294中的相反的空腔299内。这样，第一内弹簧212被有效俘获在弹簧帽288和弹簧帽杆252之间，并且基本上相对于相反的柱231、297进行漂移(float)。此后，第二弹簧214被拧入形成在弹簧帽288中的槽229(或形成在对接表面294中的相反槽295)中。最后，通常相对于其固定第二弹簧214，例如，通过焊接，并且可以被修整以便与待安装到其上的凸缘状结构的外边缘齐平。然后延伸第二外弹簧214，以便被拧到相反槽上，即，与对接表面294或弹簧帽288相联系的槽，例如，根据具体情况而定，通过相对于第二弹簧214旋转对接表面294或弹簧帽288。一旦拧入到相反槽内，通常相对于其固定第二弹簧214，例如，通过焊接，并且可以被修整以形成齐平边缘。
值得注意的是，第二外弹簧214通常比第一内弹簧212短。因此，当使对接表面294与弹簧帽288彼此靠近(以允许第二弹簧214被安装在两者上)时，第一内弹簧212被置于压缩状态。第一弹簧212被压缩的程度通常取决于如在弹簧212、214之间的长度差异。因此，部分地通过选择弹簧212、214的相对长度就可以控制和/或调节第一弹簧212的预加载压缩。除了内弹簧212的预加载压缩以外，外弹簧214相对于弹簧帽288和对接表面294的安装可将外弹簧214置于拉伸状态。根据该示例性具体实施方式的动力型稳定构件的总预载荷相当于由弹簧212、214所承受的相等的和相反的力，即，外弹簧214的最初拉伸以及内弹簧212的最初压缩。
根据本发明的示例性具体实施方式，在患者的运动超出中性区的位置处或附近点，内弹簧212达到其自由长度(即，非压缩状态)。超出该点，内弹簧212(在相反柱上)自由移动并且不会对脊柱运动提供阻力。如前所述，由本发明的动力型稳定系统提供的有利的力分布线图是通过利用内弹簧和外弹簧协同工作来实现的。尤其是，选择弹簧的力分布线图以当位移超出中性区时产生在机械阻力增加方面的下降。
如上简单提及的，可以采用轴向弹簧构造，其产生参照图17所示的力-位移曲线，同时为第一和第二连接构件之间的更短距离创造条件。如上所述，力-位移曲线并不完全与参照图1至图7的具体实施方式所披露的力-位移曲线相同。也就是说，在背伸展和稳定器压缩期间曲线基本上是均匀的，但当背处于屈曲状态以及稳定器被拉长时，曲线基本上类似于参照图3a和图3b所描述的曲线。本发明的示例性同心弹簧设计使得在第一和第二连接构件之间具有更短的距离，去除在某些先前的具体实施方式上的突出物(overhang)，但这种同心弹簧定向要求伸展曲线是均匀或直线的(即，没有拐弯(或拐点，elbow))。与其中仅一个弹簧在屈曲状态下被加载，即一旦在装置的中心区以外而被拉长的情况相比较，这种分布特性来自下述事实：两个弹簧在伸展状态下被加载，因而当两个弹簧在中性区被加载时产生精确相同的曲线。
本文披露的有利的动力型稳定系统还可以用于多水平系统的稳定。多水平稳定可以通过安装多个稳定构件(通过多个细长构件例如杆，加以接合)以及多个椎弓根螺钉来实现。例如并参照图18至图22，示意性绘出了多水平、动力型稳定系统410。多水平稳定系统410可以采用各种不同的连接构件412、414、416。可以基于解剖需要考虑的问题，例如，用于安装的脊柱部位、和/或在多水平系统内的位置而选择不同的连接构件设计。换句话说，某些连接构件设计更适用于第一端或第二端，而其它连接构件设计适用于中间位置。虽然根据图18～22的示例性多水平稳定系统披露了元件和/或部件的特殊组合，但本领域技术人员根据本发明会很容易了解，可以如何采用各种连接构件和相关的结构/部件以在各种脊柱部位和/或在可替换的扩张方案中实现动力型稳定。
在产生两个水平的系统时，示例性的多水平动力型稳定系统410采用三种不同的由活塞组件418、420动态连接的连接构件412、414、416。当然，另外的水平可以通过用另外的椎弓根螺钉、筒夹/球状物安装机构、动力型稳定构件、以及细长构件/杆延伸的组件加以稳定。如上所述，通过与椎弓根螺钉(未示出)的相互作用，将各种连接构件固定到椎骨上。通常，动力型接头被有利地(通过与球状物/筒夹机构的协作)置放在每个椎弓根螺钉与相对于其安装的连接构件之间。动力型接头可以在多水平动力型稳定系统的安装/组装期间促进与相邻的椎弓根螺钉/连接构件子组件的对准，并适应安装后的有限的解剖位移/再对准。
对于在第一连接构件412和第二连接构件414之间的动力型稳定，第一连接构件412被构造用于支撑第一内弹簧428，并且包括具有通过其延伸的开口432的壳体构件430。壳体构件430限定了套筒434，该套筒434被构造并加工成一定尺寸以接收球状物436，从而构成第一动力型接头。根据本文描述的示例性具体实施方式，第一内弹簧428从第一连接构件412的壳体构件430伸出，并且可以与该壳体构件430整体形成(或用其它方式相对于该壳体构件430加以定位)。
第二连接构件414类似地包括具有通过其延伸的开口440的壳体构件438。壳体构件438限定了套筒442，该套筒442被构造并加工成一定尺寸以接收球状物444，从而构成第二动力型接头。第二连接构件414进一步包括或限定杆连接器446，该杆连接器446具有通过其延伸的横向槽或通道448。横向槽/通道448被构造并调整尺寸以适应稳定器弹簧帽杆450在其内的定位和/或通过。弹簧帽杆450通常借助于固定螺钉452被固定在横向槽/通道448内，其中固定螺钉452在杆连接器446的外表面与由杆连接器446形成的横向槽/通道448之间进行延伸。如本领域技术人员所确知的，横向槽/通道可以用各种方式(例如，如以上参照图8～11所描述的)来构造。第二连接构件414进一步与从其延伸出来以与第三连接构件416相互作用的第一内弹簧454相联系(下文论述)。
定位在第一与第二连接构件412、414之间的活塞组件418通常包括一对同心弹簧。通常设置有第一内弹簧428和第二外弹簧456。如同上述的具体实施方式一样，第一内弹簧428和第二外弹簧456是相对于弹簧帽杆450的对接表面458以及第一连接构件412的壳体构件430加以固定的。因此，在脊柱运动期间，例如，在脊柱的伸展和屈曲期间，第一和第二弹簧428、456提供作用于(或相对于)第一和第二连接构件412、414的力。如根据本文的论述所容易明了的，施加于第一和第二连接构件412、414的力被转化成作用于相关联的椎弓根螺钉的力，从而稳定在其上安装有椎弓根螺钉的椎骨。
现参照第二连接构件414与第三连接构件416之间的关系，应当注意到，第三连接构件416的结构特点基本上类似于第二连接构件414的结构特点。然而，在本文披露的示例性的两水平稳定系统中，第三连接构件416并不具有从其延伸出来的内弹簧和外弹簧。在这种具体实施方式中，“第二”水平并不受动力型稳定的支配。定位在第二和第三连接构件414、416之间的活塞组件420类似于先前描述的活塞组件。通常，活塞组件420包括从第二连接构件414伸出的第一内弹簧454以及从第三连接构件416伸出的弹簧帽杆464。
如上所述，第一、第二和第三连接构件412、414、416可以在特殊的解剖部位具有特殊的应用。例如，可以设想，第一连接构件412可能在位置S1和位置L5的下面最有用，而在L5及以上可以有利地采用第二和第三连接构件414、416。基于特殊临床需要和/或判断可以采取上述连接构件的可替换的实施方式。
值得注意的是，根据本发明的单水平或多水平动力型脊柱稳定系统/实施方案允许进行一次或多次调节(例如，在原位置和/或在临床安装以前)。例如，可以对由稳定系统施加的力的大小和/或位移-响应特性进行调节，例如，通过替换在一个或多个稳定构件内的弹簧和/或调节第一/第二外壳(如参照图8所描述的)。可以在开始临床手术前进行调节，例如，基于对特定患者的评估，或在临床手术后进行调节，例如，基于患者的术后感受。
根据本发明的另外的示例性具体实施方式，可以进行多水平脊柱稳定，其中可以在每个单独水平上采用相同或不同的稳定方式。因此，例如，在第一稳定水平上可以采用根据本发明的动力型稳定构件，在第二稳定水平上可以采用非动力型稳定构件(例如，刚性结构/组件如刚性杆或板连接)，而在第三稳定水平上可以采用动力型或非动力型稳定元件。根据本发明，用于相对于椎弓根螺钉安装的所披露的系统/设计的有利的挠性和多用性增强了稳定方式在不同水平之间变化的能力。例如，本文披露的向上延伸的筒夹可容易地适应相对于动力型和非动力型稳定构件/元件的配合安装。确实，根据本发明可以设想，在外科手术时例如基于临床观察和/或限制可以作出关于稳定方式的决定。此外，可以设想，术后可以及时互换动力型和非动力型方式。在这种应用中，第一稳定构件(不管是动力型还是非动力型)可以从临床安装的稳定系统上卸下，而提供不同方式的第二稳定构件可以被安装在其位置。因此，根据本发明的系统包括多水平稳定，其包括至少一个包括动力型稳定构件的水平以及至少一个包括非动力型稳定元件的水平。
可以有利地提供用具箱(kit)，该用具箱包含根据本发明进行临床手术(即，脊柱稳定手术)所可能需要的部件。如本领域所已知的，通常对用具箱内容物进行消毒，并且其可以包括适当的标记/记号以便于其使用。典型的用具箱内容物包括：(i)两个或两个以上的连接构件(其中连接构件之一可以包括结合稳定构件的延伸构件)，(ii)两个或两个以上的球状物/球体，以及(iii)两个或两个以上的椎弓根螺钉。根据本发明的可替换的用具箱可以包括一个或多个以下额外的零件：(iv)各种或分类的备用弹簧，可供本发明的动力型稳定构件之用，(v)一个或多个工具(例如，螺丝刀、反抗转矩装置、测量工具、用于置放椎弓根螺钉的工具等)，供本发明的动力型稳定步骤之用，(vi)一根或多根导线，(vii)一个或多个锥形导引构件或圆锥体，和/或(viii)一个或多个固定螺钉。如本领域已知的，用于上述用具箱的外壳通常被构造并加工成一定尺寸以容纳上述部件，并且由适于消毒的材料制成。在不偏离本发明的精神或范围的情况下，单个用具箱可以分成多个外壳。
如上所述，对于其中使用弹簧制作所披露的动态稳定构件的本发明的示例性具体实施方式，弹簧的选择通常取决于递送特定力分布线图或力分布曲线的需要或要求。通常，弹簧的选择取决于预测由特定弹簧设计/材料产生的力的基本物理定律。然而，根据本发明获得的特别有利的动力型脊柱稳定(如上所述并示意性绘出在图3a、3b以及图17中)需要识别在脊柱周围环境中遇到的条件和刺激。
首先，设计准则基于下述事实：该动力型稳定构件必须在压缩和拉伸状态下均起作用。其次，由所披露的动力型稳定构件提供的在中心区更高的刚度(K1+K2)通常是通过存在弹簧预载荷来实现的。当存在预载荷时，使两个弹簧一起工作。当动力型稳定构件被拉伸或压缩时，在一个弹簧中的作出响应的力增大而在另一个弹簧中作出响应的力减小。当减小的力达到零值时，对应于此力的弹簧不再对稳定功能性作出贡献。以下介绍了一种工程分析，其包括示于图7a和7b中的简图。该分析特别涉及披露在图5中的示例性具体实施方式，然而本领域技术人员应该明了，它可以应用于本文所披露的所有具体实施方式的方法中。
F0是动力型稳定构件内的预载荷，其通过缩短如上所述的壳体的主体长度而引入。
K1和K2是压缩弹簧的刚度系数，分别在动力型稳定构件拉伸和压缩期间是有效的。
F和D分别是动力型稳定构件的(椎)盘相对于动力型稳定构件的主体的力和位移。
力的总和必须等于零。因此，
F+(F0-D×K2)-(F0+D×K1)＝0，以及
F＝D×(K1+K2)。
对于中心区(CZ)宽度(参见图3a)：
在拉伸侧CZT是：
CZT＝F0/K2
在压缩侧CZC是：
CZC＝F0/K1。
虽然上述分析可用于理解与所披露的动力型稳定构件的操作相联系的物理性能和力，但本发明并不局限于弹簧设计或功能的任何理论或定量的表征。相反地，可以通过定量分析、经验研究、或其组合来获得所希望的力分布线图/力分布曲线。此外，如本领域技术人员所确知的，作为动力型稳定系统以及相关部件/组件的基础构思可以应用于其它临床需要和/或医疗/外科手术。因此，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，所披露的装置、系统以及方法可以在脊柱治疗以外加以使用。
已经描述了本发明的示例性具体实施方式，尤其应当注意的是，本发明包括一系列有利的特征和功能，其在脊柱稳定装置/系统以及相关方法中具有特定的应用，包括以下方面：
●提供在至少一个椎弓根螺钉和至少一个细长构件(或多个细长构件)例如杆之间的动力型接头的装置、系统以及方法，其中细长构件接合和/或用其它方式与椎弓根螺钉相配合。在本发明的示例性具体实施方式中，动力型接头是通过筒夹/球状物机构以及与连接构件相联系的套筒之间的相互作用来提供的。动力型接头便于脊柱稳定系统的组装并允许椎弓根螺钉/细长构件适应安装后有限程度的解剖再对准/再定向。
●提供或结合球状物组装机构的装置、系统以及方法，这些机构便于球状物/球体相对于椎弓根螺钉的组装/安装并提供有利的功能特性作为脊柱稳定系统的一部分。示例性的机构包括有利的基于筒夹的机构(例如，有槽筒夹以及不开槽筒夹)、配合螺纹机构(例如，与内螺纹球状物/球体相配合的外螺纹筒夹)、对于球状物/球体(例如，形成在具有扩大头部的固定螺钉上的圆周支承面)施加支承力的机构、和/或包括卡环或类似结构的机构。所披露的机构允许相对于椎弓根螺钉可靠地安装球状物/球体。
●提供在单水平和/或多水平上的动力型脊柱稳定系统/实施方案的装置、系统以及方法，其包括单水平和多水平系统，这些系统允许进行一次或多次调节(例如，在原位置和/或临床安装之前)，例如，相对于由稳定系统施加的力的大小和/或位移-响应特性的调节。
●提供多水平动力型稳定系统的装置、系统以及方法，这些系统包括在不同水平上的不同稳定方式，例如，至少一个包括动力型稳定构件的水平以及至少一个包括非动力型稳定构件的水平。如本文所披露的，根据混合的多水平稳定系统的示例性具体实施方式，动力型和非动力型稳定元件是相对共用的，即，由相同的椎弓根螺钉加以安装。
●提供或使用有利的安装附件(例如，圆锥体结构)，以便于脊柱稳定系统部件的配置和/或安装的装置、系统以及方法，这些附件特别适合于供常规导线使用以便于系统部件相对于椎弓根螺钉的对准/定位。
●提供或使用动力型弹簧稳定部件的装置、系统以及方法，这些部件包括盖和/或外壳结构，该结构向内力赋予部件提供有利的保护，同时呈现出临床可接受的与周围解剖流体和/或结构的相互作用，例如，盖和/或外壳结构(完全或部分地)由ePTFE、UHMWPE和/或可替换的聚合材料如聚碳酸酯-聚氨酯共聚物和/或掺合物制成。
●提供有利的动力型脊柱稳定连接系统的装置、系统以及方法，这些系统便于细长构件(例如，杆)相对于椎弓根螺钉的基本刚性的连接，同时促进相对于相邻结构(例如，相邻椎弓根螺钉)的运动以便允许容易和有效地进行术中系统置放。
●提供用于固定结构(例如固定螺钉)的有利“预载荷”装置的装置、系统以及方法，其可以在原位置用来相对于椎弓根螺钉安装球窝接头，从而最大程度地减少与上述固定结构的部位和/或对准有关的临床困难的可能性。
●包含或使用有利的用具箱(或工具箱)的装置、系统以及方法，这些用具箱(或工具箱)包括外壳和以本文描述的方式用于实施动力型脊柱稳定所必需的部件，这些外壳/部件是以临床可接受的形式加以提供的(例如，经消毒以供临床使用)。
虽然已参照示例性具体实施方式以及其实施方案披露了本发明，但本领域技术人员应当明了，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，本发明可允许各种变化、改进和/或实施方式。事实上，可以设想，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，所披露的连接结构可以用于各种环境和临床装置。因此，虽然已示出和描述了本发明的示例性具体实施方式，但应当理解，通过这种披露的内容不是用于限制本发明，而是用于覆盖和涵盖在本发明精神和范围内的所有改进和替换结构。

Claims (68)

1.一种作为脊柱稳定系统的一部分的动力型接头，所述动力型接头包括：
(a)椎弓根螺钉，其在头部区域限定向上延伸结构；以及
(b)相对于所述椎弓根螺钉的所述向上延伸结构安装的机构，其支撑相对于所述椎弓根螺钉的三个旋转自由度。
2.根据权利要求1所述的动力型接头，其中，所述机构是万向节机构。
3.根据权利要求1所述的动力型接头，其中，所述机构包括球形元件和套筒构件。
4.根据权利要求2所述的动力型接头，其中，所述机构包括：
(a)限定中心通道的球形元件，其中所述中心通道被构造并调整尺寸以允许所述向上延伸结构通过；以及
(b)限定开口的套筒构件，其中所述开口被构造并被调整尺寸以接合所述球形元件。
5.根据权利要求4所述的动力型接头，其中，所述球形元件相对于所述椎弓根螺钉被固定在所述头部区域；以及其中所述套筒构件相对于所述球形元件自由运动同时保持与其接合。
6.根据权利要求1所述的动力型接头，其中，所述机构与适于与至少一个细长构件相配合的连接构件相联。
7.根据权利要求6所述的动力型接头，其中，所述至少一个细长构件是杆。
8.根据权利要求6所述的动力型接头，其中，所述机构包括套筒构件，并且其中所述套筒构件整体地结合于所述连接构件。
9.根据权利要求6所述的动力型接头，其中，所述连接构件限定一通道，所述通道被构造并调整尺寸以接收所述细长构件。
10.根据权利要求1所述的动力型接头，其中，所述向上延伸结构是筒夹。
11.根据权利要求10所述的动力型接头，其中，所述筒夹限定一高度，并且其中所述筒夹包括多个从所述筒夹的顶部边缘延伸越过部分所述高度的槽。
12.根据权利要求10所述的动力型接头，其中，所述筒夹是不开槽的。
13.根据权利要求1所述的动力型接头，其中，所述机构包括球形元件，并且其中所述球形元件至少部分地通过定位在所述椎弓根螺钉的所述头部区域中的固定螺钉而相对于所述椎弓根螺钉被固定。
14.根据权利要求13所述的动力型接头，其中，所述固定螺钉相对于所述椎弓根螺钉的推进引起所述向上延伸结构的向外偏离，从而实现与所述球形元件的接合。
15.根据权利要求13所述的动力型接头，其中，所述固定螺钉限定一扩大头部，所述扩大头部限定用于接合所述球形元件的支承面。
16.根据权利要求1所述的动力型接头，其中，所述机构包括限定中心通道的球形元件，并且其中所述中心通道限定至少一个倒角进口区域。
17.根据权利要求16所述的动力型接头，其中，所述球形元件的所述中心通道在其每一端限定基本上对称的倒角区域。
18.根据权利要求1所述的动力型接头，其中，所述机构包括套筒构件和球形元件，以及其中所述套筒构件限定用于与所述球形元件接合的滚道。
19.根据权利要求1所述的动力型接头，其中，所述向上延伸结构适于与球形元件相配合，所述球形元件限定具有内面的中心通道，并且所述球形元件包括在所述中心通道的所述内面的至少一部分上形成的螺旋螺纹。
20.根据权利要求19所述的动力型接头，其中，所述中心通道限定至少一个进口区域，并且其中所述至少一个进口区域是倒角的。
21.根据权利要求20所述的动力型接头，其中，所述球形元件的所述中心通道限定基本上对称的进口区域。
22.根据权利要求20所述的动力型接头，其中，所述螺旋螺纹位于所述至少一个进口区域。
23.根据权利要求20所述的动力型接头，其中，所述向上延伸结构适于容纳具有螺纹的固定螺钉，并且其中所述螺旋螺纹相对于所述螺纹具有相反的方向。
24.一种用于实施脊柱稳定系统的方法，包括：
(a)将第一椎弓根螺钉定位在椎骨中，所述第一椎弓根螺钉将向上延伸结构限定在其头部区域中；
(b)通过将所述向上延伸结构定位在中心通道内而将具有所述中心通道的球形元件定位在所述第一椎弓根螺钉上；
(c)相对于所述球形元件定位套筒构件使得所述套筒构件可以相对于所述球形元件自由运动同时保持与其的接合；以及
(d)相对于所述第一椎弓根螺钉固定所述球形元件。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，通过相对于所述第一椎弓根螺钉推进固定螺钉而使所述球形元件相对于所述第一椎弓根螺钉固定。
26.根据权利要求24所述的方法，进一步包括通过经导线穿过所述球形元件来相对于所述第一椎弓根螺钉的所述头部区域引导所述球形元件。
27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括在所述导线上提供锥形导引构件以相对于所述向上延伸结构引导所述球形元件。
28.根据权利要求24所述的方法，进一步包括：
(a)将第二椎弓根螺钉定位在椎骨中，所述第二椎弓根螺钉将第二向上延伸结构限定在其头部区域中；
(b)通过将所述第二向上延伸结构定位在所述第二球形元件的中心通道内以将具有所述中心通道的第二球形元件定位在所述第二椎弓根螺钉上；
(c)相对于所述第二球形元件定位第二套筒构件使得所述第二套筒构件相对于所述第二球形元件自由运动同时保持与其的接合；
(d)相对于所述第二椎弓根螺钉固定所述第二球形元件；以及
(e)相对于所述第二椎弓根螺钉连接所述第一椎弓根螺钉以限定脊柱稳定系统。
29.一种椎弓根螺钉，包括：
(a)螺纹轴；以及
(b)向上延伸的筒夹，其包括多个向下延伸槽，
其中，所述各槽在其间限定多个可偏离直立节段。
30.根据权利要求29所述的椎弓根螺钉，其中，所述筒夹包括三个向下延伸槽，并且所述三个向下延伸槽限定三个可偏离的直立节段。
31.根据权利要求29所述的椎弓根螺钉，其中，所述筒夹限定适于容纳固定螺钉的内螺纹区域。
32.根据权利要求31所述的椎弓根螺钉，其中，相对于所述内螺纹区域推进所述固定螺钉引起所述可偏离直立节段的向外偏离。
33.根据权利要求29所述的椎弓根螺钉，进一步包括定位在所述筒夹周围的卡环。
34.根据权利要求33所述的椎弓根螺钉，其中，所述筒夹限定圆周环形槽，并且其中所述卡环至少部分地被定位在所述圆周环形槽内。
35.根据权利要求34所述的椎弓根螺钉，其中，所述卡环包括便于所述卡环扩张的开口。
36.根据权利要求29所述的椎弓根螺钉，进一步包括限定中心通道的球形元件以及定位在内槽中的卡环，其中所述中心通道被构造及尺寸调整为使得所述向上延伸的筒夹穿过所述中心通道，并且其中所述内槽形成在所述球形元件中。
37.根据权利要求36所述的椎弓根螺钉，其中，所述向上延伸的筒夹包括外槽，并且当所述筒夹和所述球形元件处于预定的对准状态时所述卡环快速进入至少部分在所述外槽内的位置。
38.根据权利要求37所述的椎弓根螺钉，其中，当在所述球形元件相对于所述筒夹被锁定之前所述卡环快速进入适当位置时，所述筒夹和所述球形元件被固定在适当位置。
39.根据权利要求29所述的椎弓根螺钉，其中，所述筒夹包括在其底部区域的向外螺纹区域。
40.一种动力型脊柱稳定系统，包括：
(a)第一椎弓根螺钉、第二椎弓根螺钉以及第三椎弓根螺钉，其中所述三个椎弓根螺钉的每一个限定一头部和一细长螺纹区域；
(b)在所述第一椎弓根螺钉和所述第二椎弓根螺钉之间延伸的第一细长构件；以及
(c)在所述第二椎弓根螺钉和所述第三椎弓根螺钉之间延伸的第二细长构件；
其中，通过包括动力型稳定构件作为所述第一细长构件和所述第二细长构件的至少之一的一部分来实现动力型脊柱稳定。
41.根据权利要求40所述的动力型脊柱稳定系统，其中，所述动力型稳定构件包括一对嵌套弹簧。
42.根据权利要求40所述的动力型脊柱稳定系统，其中，所述动力型稳定构件包括作为所述第一细长构件和所述第二细长构件的部件。
43.根据权利要求40所述的动力型脊柱稳定系统，其中，所述椎弓根螺钉的每一个在形成筒夹的所述头部区域内限定向上延伸结构。
44.根据权利要求43所述的动力型脊柱稳定系统，进一步包括固定于每个所述筒夹的球形元件。
45.根据权利要求44所述的动力型脊柱稳定系统，其中，相对于每个所述球形元件安装有套筒构件，每个所述套筒构件可以相对于所述球形元件自由运动同时保持与其接合。
46.根据权利要求45所述的动力型脊柱稳定系统，其中，每个所述套筒构件与形成所述第一和第二细长构件的至少之一的一部分的连接构件相联。
47.根据权利要求46所述的动力型脊柱稳定系统，其中，所述连接构件的至少之一包括杆式连接器。
48.根据权利要求47所述的动力型脊柱稳定系统，其中，与所述第一和第二椎弓根螺钉的至少之一相联的连接构件包括杆式连接器，而其中所述杆式连接器限定用于接收所述第一细长构件的横向通道。
49.根据权利要求48所述的动力型脊柱稳定系统，其中，所述第一和第二椎弓根螺钉限定一直线轴，并且其中所述第一细长构件被定位在所述杆式连接器的所述横向通道内使得可以偏轴放置所述第一细长构件。
50.根据权利要求40所述的动力型脊柱稳定系统，其中，具有压缩槽的可旋转球状物被定位在所述横向通道内以便于相对于所述杆式连接器固定所述第一细长构件。
51.根据前述权利要求中任一项所述的系统或方法，进一步包括用于简化脊柱稳定步骤的组件，包括：
(a)导线，其相对于所述椎弓根螺钉可移动地定位；以及
(b)锥形导引构件，其包括用于接收所述导线的中心通道；
其中，所述锥形导引构件限定一底部，所述底部被构造并调整尺寸以基本上相应于所述椎弓根螺钉的向上延伸结构的横截面。
52.根据权利要求51所述的系统或方法，其中，所述锥形导引构件是圆锥形的。
53.根据权利要求51所述的系统或方法，其中，所述锥形导引构件被构造以实现相对于所述导线的偏轴对准。
54.根据权利要求51所述的系统或方法，其中，所述锥形导引构件包括至少一个圆周形套准特征。
55.根据权利要求51所述的系统或方法，其中，所述锥形导引构件包括一螺旋形以引导部件与所述椎弓根螺钉对准。
56.根据前述权利要求中任一权项所述的系统或方法，其中，提供了一种脊柱稳定系统，包括：
(a)以间隔直线定向的第一和第二对接表面；
(b)定位在所述第一和第二对接表面之间的力赋予机构；以及
(c)相对于所述第一和第二对接表面以及在所述力赋予机构周围安装的外壳构件；
其中，所述外壳构件由相对于解剖结构基本上为惰性的材料制成。
57.根据权利要求56所述的系统或方法，其中，所述外壳构件由选自由膨胀聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚碳酸酯和聚氨酯的共聚物、以及聚碳酸酯和聚氨酯的掺合物构成的组中的材料制成。
58.根据权利要求56所述的系统或方法，其中，所述外壳构件提供足够的弹性以适应所述间隔直线定向的线性伸长和收缩。
59.根据权利要求56所述的系统或方法，其中，所述外壳构件至少部分被构造成波纹管。
60.根据权利要求56所述的系统或方法，进一步包括对所述外壳构件的表面处理。
61.根据权利要求60所述的系统或方法，其中，所述表面处理是药物、药剂、或其组合。
62.根据前述权利要求中任一项所述的包括椎弓根螺钉组件的系统或方法，所述椎弓根螺钉组件包括：
(a)椎弓根螺钉，其限定细长螺纹轴和头部区域，所述头部区域包括内螺纹、中心开口；以及
(b)被预加载进入所述中心开口的固定螺钉。
63.根据权利要求62所述的系统或方法，其中，所述固定螺钉包括至少一个结构特征以防止所述预加载固定螺钉离开所述中心开口。
64.根据权利要求63所述的系统或方法，其中，所述至少一个结构特征包括形成在所述固定螺钉上的阻碍物。
65.根据权利要求64所述的系统或方法，其中，所述阻碍物包括至少一种与所述螺纹轴相联系的形变。
66.根据权利要求65所述的系统或方法，其中，所述至少一种形变是形成在所述螺纹轴的螺纹中的挡销。
67.根据前述权利要求中任一项所述的系统或方法，进一步包括杆式连接装置，所述杆式连接装置包括：(i)限定横向通道的连接构件，所述横向通道的几何形状基本上为椭圆形，并且包括多个内槽以及与所述横向通道连通的压缩槽，以及(ii)定位在所述横向通道内的可旋转球状物，其中对所述连接构件施加压缩力可将所述基本上为椭圆形的几何形状形变成基本上为圆形的几何形状。
68.根据权利要求67所述的系统或方法，其中，所述多个内槽和所述压缩槽促进所述横向通道优先形变成所述基本上为圆形的几何形状。
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