KR20080099269A - 비균등 공간 분포로 입자를 함유하는 골 시멘트 복합재 및 이식 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 양태는 차별적인 복합재(160)를 포함하며, 당해 복합재의 골 시멘트는 어느 부위에서나 또는 실질적으로 어느 부위에서나 일부 이상의 비-제로 용적분의 입자(172 및 174)를 함유하며, 입자(172 및 174)의 국소 용적분은 조절된 방식으로 복합재(160) 내 장소마다(162 또는 164) 달라질 수 있다. 당해 변화는 구별되는 영역(162 및 164)이거나, 경사 형태의 국소 용적분 입자(172 및 174)일 수 있다. 적어도 특정 위치(164)에서, 입자(174)의 국소 용적분은 당해 입자(174)가 균열 방지제로서 작용하게 한다. 천연 골(162) 경계의 근접 부위에서, 입자(172)의 국소 용적분이 더 커질 수 있다. 천연골(140)에 인접한 적어도 특정 위치(162)에서, 입자(172)의 국소 용적분은 복합재(160) 내 적합한 영역에서 골 성장을 유도하며, 이로써 개선된 계면전단강도를 갖는다. 본원은 복합재(160)를 제조하고 전달하는 방법 및 기구를 기술하며, 이는 도입기(208) 및 확장되는 바스켓-형 태 장치(48)의 사용을 포함할 수 있다.

골 시멘트 복합재, 비-균등, 비-제로, 계면전단강도, 피로 수명, 이중-우산 바스켓

Description

비균등 공간 분포로 입자를 함유하는 골 시멘트 복합재 및 이식 장치{Bone cement composite containing particles in a non-uniform spatial distribution and devices for inplementation}

관련 교차-참조 출원

본 출원은 참조에 의해 전체가 본원에 혼입되는, 2006년 1월 23일에 출원된 미국 가출원 제60/761,454호에 대해 35 U.S.C. §119 하의 우선권을 주장한다.

본 발명은 골 시멘트에 관한 것으로, 더욱 특히 골 시멘트의 생체역학(biomechanical) 및 생체재료(biomaterial) 특성을 개선시키기 위해 입자를 함유하는 골 시멘트에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 본원에 기술된 골 시멘트의 이식 장치 및 이식 방법에 관한 것이다.

골 시멘트는 인공보철(prostheses)의 이식이나 병든 골 소실의 지지대를 제공하기 위한 그라우트(grout)로서 빈번하게 사용되고 있다. 골 시멘트는 임플란트를 골에 결합시키기 위한 정형외과 수술에서 인공 전관절대치술에 널리 사용되어 왔다.

한 제형은 분말과 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 단량체를 가루반죽과 같 은(dough-like) 단계가 될 때까지 혼합하고, 다음으로 빈번히 압력하에서 미리 제조된 해면골 공동(cancellous bone cavity) 내로 삽입하는 것이다. PMMA는 공동과 해면골 매트릭스의 모든 가능한 틈새 내로 흘러들어간다. 인공보철의 스템(stem)이 다음으로 가루반죽과 같은 PMMA 내로 삽입된다. 몇 분 후에, PMMA는 경화되고, 이로써 금속의 정형외과 수술 임플란트가 고정된다. 이는 다소 만족스럽긴 하지만, 시멘트는 일상 생활의 반복 재하(cyclic load-bearing)를 받게 되고, 이로써 부식 피로(corrosion fatigue)를 받게 된다. "원형(penny)" 균열은 해면골 매트릭스를 부분적으로 둘러싼 시멘트가 균열 개시제이기 때문에 자연스럽게 발생한다. 일단 개시되면, 균열은 경화된 중합체를 통해 전파될 수 있다. 도 1은 순수한 PMMA 시멘트에서 스트레스 강도 인자 함수에 따른 균열 개시 및 균열 성장률을 보여주는 데이타(즉, 도 1에서 좌측의 △ 점으로 표시되는 곡선)를 제공한다. 이러한 이유로, 골 시멘트를 사용하여 고정된 임플란트는 때로 평균 10년 후에 기계적인 고장을 일으키고, 또 다른 수술, 예를 들어 수정 수리를 요하게 된다.

또한, 시멘트 내 혼합된 입자를 함유하는 복합재 시멘트가 균열 방지제(arrestor)로 작용함이 공지되어 있다. 도 1은 150 내지 300 마이크론 크기의, 30중량%의 무기 골 입자를 함유하는 복합재 PMMA에서 스트레스 강도 인자 함수에 따른 균열 성장률에 관한 데이타(즉, 도 1에서 우측의 × 점으로 표시되는 곡선)를 추가로 보여준다. 당해 데이타는 입자의 존재로 인해 균열 성장률이 이에 상응하는 순수한 경화된 PMMA 중합체의 균열 성장률보다 약 한 자리 수 크기(one order of magnitude) 늦추어짐을 보여준다.

또 다른 관련 인자는 골과 시멘트 사이 경계면의 전단강도(shear strength)이다. 골 시멘트 경계면에 주입된 골-골-입자의 실험적인 견 테스트는, 이의 골과 복합재 골 시멘트 사이 경계면의 전단 강도가 골과 PMMA 시멘트 사이 경계면의 전단 강도와 비교시 5개월 후에 3.6 팩터(factor) 향상됨을 보여준다. 조직 검사 및 근접촬영술을 통해 천연 골과 골-입자 삽입된 골 시멘트에 사이의 경계 공간에 골성장이 있음을 확인하였다. 이러한 발견은 시멘트 부위 전체를 통해 분포된 입자를 함유하는 시멘트에 대해 획득되었다. 시펜트 내 입자의 분포는 다소 비균등한데, 이는 입자를 가진 PMMA 중합체 분말과 PMMA 단량체를 통상의 반죽 공정(doughing process)으로 혼합하는 방법에 기인한 것으로, 당해 비-균등성은 조절되지 않는다. 이러한 발견은 문헌[참조: Y. K. Liu, J. B. Park, G. O. Njus, and D. Stienstra, "Bone-particle-impregnated bone cement: An in vitro study," Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 21, 247-261, 1987; H. C. Park, Y. K. Liu and R. S. Lakes, "The material properties of bone-particle impregnated PMMA," Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 108, 141-148, 1986; and in K. R. Dai, Y. K. Liu, J. B. Park, C. R. Clark, K. Nishiyama, Z. K. Zheng, "Bone-particle-impregnated bone cement: An in vivo weight-bearing study," Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 25, 141-156, 1991]에 기술되어 있다.

척추성형술(vertebroplasty) 또는 풍선척추성형술(kyphoplasty)에서 시멘트 임플란트의 예시적 상황에서, 시멘트 전체를 통해 분포되어 균열-방지제로서 작용 하는 입자를 가진, 입자-함유 PMMA 시멘트의 사용은, "순수한" 입자-비함유 PMMA의 부식 피로 파괴(failure)를 완화시킬 수 있다. 이러한 저-용적의 임플란트가 다른 원인, 즉, 희박한 입자-골 시멘트 접촉으로 골 성장이 거의 없거나 전혀 없음이 원인이 되어, 골-골 시멘트 경계에서 계면전단응력 파괴로 인해 실패할 수 있다. 계면전단응력 파괴는 시멘트 복합재의 중량이 감소된 경우, 예를 들어 척추성형술 또는 풍선척추성형술에서 시멘트 복합재의 표면에서 서로-접촉하는(inter-touching) 입자의 수가 줄어드는 경우 급성이 된다. 따라서, 시멘트 벌크에서 피로 수명과 골-시멘트 경계의 계면전단응력 각각 모두를 개선시킬 필요가 있다.

다른 연구, "박"의 미국 특허 제5,343,877호 및 "칼다리스"의 미국 특허 제5,681,317호(당해 두 문헌은 참조에 의해 전체가 본원에 혼입된다)는, 골 근처 영역에 입자를 함유하지만 골 시멘트의 벌크 영역에는 입자를 함유하지 않는 골-시멘트처리된 관절을 기술하고 있다. 이 기술은 천연 골 가장자리에 입자-함유 영역을 가진 힙과 무릅 인공보철의 금속 스템을 이식하는 데 사용되기 위해 고안되었다. 이 기술을 사용시, 입자-삽입된 시멘트가 적용되는 영역은 전술한 엷은 층에서 최소의 균열-방지 이익을 얻을 수 있으나, 시멘트만 함유(입자-비함유) 내부 벌크 영역은 실질적으로 순수한 고형화된 PMMA 시멘트에서 발견되는 것과 같이 부식 피로에 동일하게 취약할 수 있다. 골과 골-시멘트 경계 사이의 골 성장 가능성은 사용된 시멘트 중량이 소량이기 때문에 낮다.

금속 임플란트가 관여하지 않는 수술, 예를 들어 개별 추간관절 내 공동을 함유하거나 함유하지 않는 해면골 내로 골 시멘트를 주입시키는 척추성형술이나 풍 선척추성형술으로의 공지된 수술 과정과 관련하여, 참조에 의해 본원에 전체가 혼입되는 "스탈컵"의 미국 특허 제6,332,894호는, 골 입자를 함유할 수 있는 시멘트를 척추 사이 환상 풍선(annular balloon) 내로 주입시킴으로써 기구 사용한 내부 고정 없이도 척추 운동 관절의 융합을 달성하는, 두 개의 척추의 융합 방법을 기술하고 있다.

인공보철의 이식, 척추 및 기타 골의 수리 및 임의의 기타 적합한 외과 수술 과정을 위해서 최적의 균열 방지 및 계면전단강도 특성을 모두 갖는 개선된 골 시멘트 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.

추가로, 그러한 복합재를 제조하고 시행하기 위한 기구 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

발명의 요약

본 발명의 한 양태는 골 내부 또는 골과 접촉된 복합재를 포함하며, 당해 복합재는 적어도 특정의 비-제로(non-zero) 용적 분의 입자를 함유하는 골 시멘트를 함유한다(이는 생체적합성 및 생체흡수성일 수 있다). 당해 복합재에서, 입자의 국소 용적 분은 조절된 방식으로 복합재 내 위치에 따라 달라질 수 있다. 이러한 변이는 구별되는 영역이거나, 경사(gradient) 형태의 입자의 국소 용적 분일 수 있다. 적어도 특정 위치에서, 입자의 국소 용적 분은 입자에 의해 형성되는 공간이 균열 방지제로서 작용할 수 있을 정도일 수 있다. 천연 골 경계에 인접한 위치에서, 입자의 국소 용적 분은 더 클 수 있다. 천연 골에 인접한 적어도 특정 위치에 서 입자의 국소 용적 분은, 복합재의 적합한 영역 내로 골 성장을 유도하여 계면전단강도를 훨씬 개선시키는 정도일 수 있다. 또한, 본 발명의 한 양태는 이러한 차별화된 배열의 복합재를 제조하고 시행하기 위한 방법 및 기구를 포함하며, 이에는 캐뉼러 도입기(cannula introducer) 및 전개되는(deployable) 이중-우산 바스켓의 사용을 포함할 수 있다.

한 양태에서, 골 시멘트와 당해 골 시멘트 내에 함유된 입자를 포함하는 복합재가 기재된다. 복합재는 적어도 2개의 상이한 비-제로(non-zero) 국소 입자 농도를 가질 수 있다. 국소 입자 농도는 목적하는 위치에서 목적하는 값을 갖도록 조절될 수 있다. 특정 양태에서, 골에 직접적으로 인접한 복합재는 골에서 멀리 떨어진 입자 농도보다 더 큰 입자 농도를 갖는다. 특정 양태에서, 골 시멘트는 실질적으로 비-생체흡수성이거나 실질적으로 생체흡수성일 수 있다. 복합재는 환자의 하나 이상의 골 중 하나 이상의 공동(cavity) 내 함유될 수 있다. 복합재는 입자의 국소 농도 경사(gradient)를 나타낼 수 있다.

특정 양태에서, 입자는 하나 이상의 다음 성분, 무기골; 미네랄 제거된 골; 천연 골; 골 모르포겐 단백질; 콜라겐; 젤라틴; 다당류; 폴리카프로락톤(PCL); 폴리글리콜리드(PGA); 폴리락티드(PLA); PLA와 PGA의 공중합체인 DLPLG; 폴리파라디옥사논(PPDO); 기타 지방족 폴리에스테르; 폴리포스포에스테르; 폴리포스파젠; 폴리안하이드리드; 폴리하이드록시부티레이트; 폴리아리에테르케톤; 폴리우레탄; 마그네슘 암모늄 포스페이트; 스트론튬-함유 하이드록시아파타이트; 베타 트리칼슘 포스페이트; 칼슘 포스페이트의 기타 형태; 및 탄소를 포함할 수 있다. 특정 양태 에서, 골 시멘트는 하나 이상의 다음 성분, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA); 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA); 폴리알카노에이트; 폴리에테르우레탄; 폴리카보네이트 우레탄; 폴리실록산우레탄 및 폴리플루오로에틸렌을 포함한다.

특정 양태에서, 제1 입자의 제1 비-제로 농도를 함유하는 골 시멘트를 포함하는 제1 영역과, 제2 입자의 제2 비-제로 농도를 함유하는 골 시멘트를 포함하는 제2 영역을 포함하는 복합재를 기술한다. 제2 입자의 제2 농도는 제1 입자의 제1 농도와 상이할 수 있으며, 영역이 목적하는 위치를 차지하도록 조절될 수 있다. 특정 양태에서, 제1 영역은 골에 접촉하고 제2 영역은 실질적으로 골에 접촉하지 않는다. 제1 입자의 제1 농도는 제2 입자의 제2 농도보다 더 크다. 특정 양태에서, 제1 입자와 제2 입자는 실질적으로 서로 동일하다. 다른 양태에서, 제1 입자와 제2 입자는 특정 관점에서 서로 상이하다. 특정 양태에서, 골 시멘트에 의해 일부분만이 접촉되거나 골 시멘트에 접촉되지 않은 추가의 제1 입자가 복합재 내 포함된다. 특정 양태에서, 복합재는 제1 및 제2 영역 사이에 경사-함유 영역을 포함한다.

특정 양태에서, 골 시멘트와, 당해 골 시멘트 내 함유된 입자를 포함하는 복합재를 기술한다. 복합재는 골의 약 2mm 이하 범위의 적어도 특정 위치를 가질 수 있다. 복합재는 또한 적어도 약 60%의 입자의 국소 중량 분을 함유할 수 있다. 골로부터 약 2mm 이상 떨어진 복합재는 약 40% 이하의 입자 국소 중량분을 함유할 수 있다.

특정 다른 양태에서, 복합재는 골-성장 레짐 하의, 골에서 대략 2mm 내의 적 어도 특정 위치를 가질 수 있다. 복합재는 또한 균열-방지 레짐 하의, 당해 골로부터 대략 2mm 이상 떨어진 위치를 가질 수 있다.

다른 양태에서, 3개 이상의 전술한 입자를 함유하는 임의의 실질적 등축의 국소적 공간이 국소 입자 농도로 정의될 수 있으며, 복합재는 국소 입자 농도의 경사를 나타낼 수 있다.

다른 양태에서, 공동을 가지고, 공동 안에 복합재를 포함하는 척추나 기타 골을 포함하는 안정화된 척추 또는 기타 골을 기술한다. 복합재는 골 시멘트 및 당해 시멘트 내 함유된 입자를 포함한다. 입자는 복합재 내의 상이한 위치에서 상이한 입자 농도로 존재할 수 있다. 또한, 척추나 기타 골의 골 재료(material)에 바로 인접하고 있는 입자 농도는 척추의 골 재료로부터 떨어져 있어 입자 농도보다 더 크다. 특정 양태에서, 입자는 복합재 내 상이한 위치에서 상이한 입자 농도로 존재하며, 입자 농도는 특정 위치에서 목적하는 수치를 갖도록 조정된다.

또한, 본원은 골 공동을 입자-함유된 골 시멘트 복합재로 충전시키는 방법을 기술한다. 당해 방법은, 공동의 내부 표면에 생체흡수성 제1 입자를 위치시키는 단계 및 공동 내 잔존하는 공간에 제2 입자를 포함하는 시멘트 전구체를 위치시키는 단계를 포함한다. 표면에서 제1 입자의 제1 농도는 시멘트 전구체에서 제2 입자의 제2 농도보다 더 클 수 있다. 특정 양태에서, 배치되는 제1 입자는, 적어도 하나 이상의 다음 성분; 무기 골; 미네랄 제거된 골; 천연 골; 골 모르포겐 단백질; 콜라겐; 젤라틴; 다당류; 폴리카프로락톤(PCL); 폴리글리콜리드(PGA); 폴리락티드(PLA); PLA와 PGA의 공중합체인 DLPLG; 폴리파라디옥사논(PPDO); 기타 지방족 폴리에스테르; 폴리포스포에스테르; 폴리포스파젠; 폴리안하이드리드; 폴리하이드록시부티레이트; 폴리아리에테르케톤; 폴리우레탄; 마그네슘 암모늄 포스페이트; 스트론튬-함유 하이드록시아파타이트; 베타 트리칼슘 포르페이트; 칼슘 포스페이트의 기타 형태; 및 탄소를 포함한다. 시멘트 전구체는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA); 하이드록실에틸 메타크릴레이트(HEMA); 폴리알카노에이트; 폴리에테르우레탄; 폴리카보네이트 우레탄; 폴리실록산우레탄; 및 폴리플루오로에틸렌으로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택된 성분을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 제1 입자를 위치시킴은 제1 입자를 도입기와 입자-배치 툴, 예를 들어 확장되는 바스켓(예: 이중-우산 바스켓)를 사용하여 제1 입자를 위치시킴을 포함한다. 또한, 제1 입자를 위치시키는 단계에 바스켓 상 천공의 외부 막 덮개를 포함하는 이중-우산 바스켓의 사용이 관여될 수 있다. 더욱이, 이중-우산 바스켓을 사용하여 제1 입자를 위치시킴은 바스켓 상 천공의 외부 막 덮개를 파열시킴을 포함할 수 있다. 또한, 이중-우산 바스켓을 사용하여 제1 입자를 위치시킴은 덮개가 골 공동 내부에 존재하는 동안 천공된 막 덮개를 파열시킴을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 방법의 임의 단계에서 확장 압력 및/또는 공동 내 이중-우산 바스켓의 배치로 인해 공동의 변형을 야기하는 추가의 단계가 시행될 수 있다.

본원은 또한 골 공동의 벽에 입자를 전달하고 위치시키는 기구를 기술한다. 기구는 이중-우산 바스켓일 수 있다. 이중-우산 바스켓은 기계적 힘이나 압력에 의해 확장되고, 확장시 입자를 방출하도록 구성될 수 있다. 특정 양태에서, 입자는 생체적합성이며 생체흡수성 입자일 수 있다. 이중-우산 바스켓 상 천공된 외부 막 덮개는, 이중-우산 바스켓에 가해지는 압력이나 힘으로 인해 파열될 수 있으며, 선택적으로 막 덮개가 용해될 수 있다.

또한, 본원은 입자를 포함하는 시멘트를 골 내로 도입시키는 단계를 포함하는 골 치료 방법을 기술하며, 여기서 당해 입자는 골유도 성분을 포함한다. 골유도 성분은 또한 골전도성일 수 있다.

다른 양태에서, 본원은 입자를 포함하는 시멘트를 골 내로 도입시키는 단계를 포함하는 골 처리 방법을 기술하며, 여기서 당해 입자는 활성 약제학적 성분을 포함한다. 활성 약제학적 성분은 예를 들어 항종양제일 수 있다.

또한, 본원은 공동의 생성 방법을 기술한다. 방법은 접근부(access)를 생성하는 단계를 포함한다. 다음으로, 제1 배치에서 접근부 내로 기구를 도입시킬 수 있다. 기구가 접근부 내부에서 확장되어 공동을 생성시킬 수 있다. 다음으로 기구를 공동 내에서 수축시키거나 완전히 수축시킬 수 있다. 기구를 다음으로 공동 내에서 회전시킬 수 있다. 기구를 다음으로 공동 내에서 재확장시킬 수 있다. 다음으로, 기구를 완전히 수축시켜 공동으로부터 기구를 용이하게 제거할 수 있다. 기구를 회전시킴은 기구의 인접한 스트럿 사이의 공간 각(spacing angle)의 적어도 약 정수배 미만의 각도로 회전시킴을 포함한다. 또한, 방법은 공동 내 기구를 재확장시킨 후 추가로 기구를 더 크게 확장시키는 단계를 포함한다.

한 양태에서, 본 발명은 접근부 구멍을 생성시키는 단계, 예리한 모서리를 포함하는 복수의 스트럿을 갖는 기구를, 수축된 배치로 접근부 구멍 내에 도입시키는 단계, 기구를 접근부 구멍 안에서 확장시켜 공동을 생성시키는 단계, 공동 내 골을 절단하기에 충분한 정도로 공동 내에서 기구를 회전시키는 단계 및 기구를 수축시켜 공동으로부터 기구를 용이하게 제거하는 단계를 포함하는, 골 내 공동을 생성시키는 방법을 기술한다. 또한, 방법은 공동으로부터 절단된 골을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명은 복수의 스트럿을 갖는 확장되는 바스켓을 포함하는, 골 내 공동을 생성시키기 위한 기구를 기술한다. 스트럿은 골을 절단하기 위해 배치된 예리한 모서리를 가질 수 있다.

본원은 골 내 공동을 생성시키는 기구를 기술한다. 기구는 복수의 스트럿을 갖는 확장되는 바스켓을 포함하며, 여기서 스트럿은, 스트럿의 장축을 횡단하는 다양한 치수(dimension)를 가진다. 특정 양태에서, 적어도 특정 스트럿은 중간 부위의 스트럿이 말단 부위의 스트럿보다 더 넓다.

특정 양태에서, 본원은 골 내에 공동을 생성시키는 기구를 기술한다. 기구는 제1 근단과 제2 원단을 갖는 복수의 스트럿을 갖는 확장되는 바스켓을 포함한다. 또한 당해 바스켓의 제1 근단에 연결되거나 이와 접촉하는 제1의 실질적 강체 부재(rigid member) 및 당해 바스켓의 제2 원단에 연결되거나 이에 접촉하는 제2의 실질적 강체 부재를 포함한다. 더욱이, 기구는 스크류(screw)를 포함하는 어셈블리(assembly)를 포함할 수 있다. 당해 어셈블리는 다른 부재에 대해 부재들 중 어느 하나에 축력(axial force)을 가하는 데 바람직하게 적합하다. 특정 양태에서, 스크류 어셈블리는 연결된(threaded) 비회전성 성분에 대해 회전하도록 배치된 노브(knob)를 포함한다. 스크류 어셈블리는 정렬 부재로부터 회전될 수 있다.

본원은 또한 근단과 원단을 갖는 복수의 스트럿을 갖는 확장되는 바스켓 및 바스켓에 반응힘을 전달하기에 적합한 말단캡을 포함하는, 골 내 공동을 생성시키는 기구를 기술하며, 여기서 말단캡은 실질적으로 둔한(blunt) 말단을 갖는다. 특정 양태에서, 말단캡은 바스켓을 지탱하도록 배치된 숄더(shoulder) 영역을 추가로 포함한다.

특정 양태에서, 본원은 제1 근단과 제2 말단을 갖는 복수의 스트럿을 함유하는 확장되는 바스켓, 및 당해 바스켓에 힘을 전달하기에 적합한 말단캡을 포함하는, 골 내 공동을 생성시키는 기구를 기술한다. 말단캡은 확장되는 바스켓의 말단의 외부 직경보다 더 작은 직경을 가질 수 있다.

또한, 본원은 복수의 스트럿을 갖는 확장되는 바스켓, 및 스트럿이 외측으로 움직일 때 외측으로 움직이도록 배치된 유연한(flexible) 막 덮개를 포함하는, 공동을 생성시키는 기구를 기술한다. 특정 양태에서, 기구가 비전개된(undeployed) 배열인 경우, 막 덮개가 내측으로 접혀 입자를 함유하도록 배치된 공간을 생성한다. 특정 양태에서, 입자는 적어도 골유도, 골전도 또는 이들 둘 다의 물질을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 막 덮개는 기구의 원주 주위에서 연속적이다. 특정 양태에서, 막 덮개는 기구의 원주 주위에서 산재해 있다. 특정 양태에서 파열되거나 용해되도록 배치된 외부막 덮개를 포함한다. 다른 양태에서, 외부 막 덮개는 또한 구멍이나 틈(slit)을 포함한다. 스트럿은 입자를 함유하도록 배열된 공간을 가질 수 있다.

특정 양태에서, 본원은 엘라스트로머가 축 방향으로 압축되었을 때 반지름 방향으로 확장되는 엘라스트로머 및 당해 엘라스트로머를 축 방향으로 압축하는 수단을 포함하는, 공동을 생성시키는 기구를 기술한다. 특정 양태에서, 제1 입자는 방사선불투과성이고 제2 입자는 방사선투과성이다.

추가로, 본원은 척추 압박 골절을 치료하거나 예방하는 방법을 기술한다. 당해 방법은 척추체 내로 삽입 장치를 경피적으로 삽입시키는 단계를 포함한다. 다음으로, 당해 방법은 삽입 장치를 통해 척추체의 해면골 부위 내로 공동-형성 기구를 삽입시키는 단계를 포함할 수 있다. 더욱이, 당해 방법은 공동-형성 기구로 해면골을 대체시켜 해면골의 표면에 의해 한정된 공동을 생성시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 당해 방법은 제1 매질을 공동 내 적어도 일부 표면에 일렬로 도입시켜 이로써 공동의 용적을 감소시키는 단계 및 제2 매질로 적어도 일부 공동을 충전시키는 단계를 포함할 수 있다.

다른 양태에서, 본원은 척추 압박 골절을 치료하거나 예방하는 방법을 기술한다. 당해 방법은 삽입 장치를 척추체 내로 경피적으로 삽입시키는 단계를 포함한다. 다음으로, 당해 방법은 삽입 장치를 통해 척추체의 해면골 부위 내로 공동-형성 기구를 삽입시키는 단계를 포함할 수 있다. 다음으로, 공동-형성 기구로 해면골을 대체시켜 해면골의 표면으로 한정된 공동을 생성시키는 단계가 실시될 수 있다. 추가로, 제1 매질을 공동 내의 적어도 일부 표면에 일렬로 도입시켜 이로써 공동의 용적을 감소시키는 단계 및 제2 매질로 적어도 일부 공동을 충전시키는 단계가 실시될 수 있다. 삽입 장치는 바늘일 수 있으며, 특정 양태에서 11-게이지 바늘일 수 있다. 공동-생성 기구는 특정 양태에서 기계적 탬프(tamp), 리 머(reamer), 드릴, 구멍 펀처 및 풍선 카데터로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 제1 매질을 공동에 도입시킴은, 공동에 분말, 페이스트 및/또는 현탁액을 도입시킴을 포함할 수 있다.

특정 양태에서, 본원은 골 치료 방법을 개시한다. 공동은 해면골 내에 생성될 수 있다. 적어도 일부 공동이 제1 매질로 일렬로 채워질 수 있다. 적어도 일부 공동이 제2 매질로 충전될 수 있다. 제1 매질은 해면골 성장 특성을 포함할 수 있다. 제2 매질은 균열 전파 억제 특성을 포함할 수 있다.

특정 양태에서, 본원은 척추 압박 골절을 치료하거나 예방하는 방법을 개시한다. 공동은 척추체의 해면골 내에 생성될 수 있다. 적어도 일부 공동은 제1 매질로 일렬로 채워질 수 있다. 적어도 일부 공동이 제2 매질로 충전되어 외부 표면과 핵을 갖는 구조물을 생성할 수 있다. 외부 표면 물질은 핵 물질보다 상대적으로 큰 골 성장 특성을 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 핵 물질은 외부 표면 물질보다 상대적으로 더 큰 균열 전파에 저항성을 가진다.

또한, 본원은 척추 압박 골절을 치료하기 위한 키트를 기술한다. 키트는 공동 생성, 즉 제1 매질을 공동의 벽에 위치시키기 위한 제1 배치 장치 및 제1 매질에 인접해 있는 제2 매질을 공동 내에 위치시키기 위한 제2 배치 장치를 포함할 수 있다. 키트는 또한 제1 매질의 용적 및/또는 제2 매질의 용적을 추가적으로 포함할 수 있다. 제2 매질은 특정 양태에서 중합체 및 PMMA의 단량체를 포함할 수 있다. 키트는 또한 척추체에 접근부(access)를 생성시키기 위한 접근부 툴(tool)을 추가로 포함할 수 있다.

본원은 척추 압박 골절을 치료하기 위한 다양한 키트를 제공한다. 키트는 공동 생성, 즉 제1 매질을 공동의 벽에 위치시키기 위한 제1 배치 장치 및 제1 매질에 인접해 있는 제2 매질을 공동 내에 위치시키기 위한 제2 배치 장치를 포함할 수 있다. 키트는 또한 제1 매질의 용적 및/또는 제2 매질의 용적을 추가적으로 포함할 수 있다. 제2 매질은 특정 양태에서 중합체 및 PMMA의 단량체를 포함할 수 있다. 키트는 또한 척추체에 접근부(access)를 생성시키기 위한 접근부 툴을 추가로 포함할 수 있다. 특정 키트에서, 골의 내부를 접근하기 위해 드릴을 포함한다. 특정 키트에서, 공동 생성 기구는, 예를 들어 팽창되는 풍선 또는 기타 확장장치일 수 있다. 키트는 또한 해면골을 절단하기 위한 제거 툴, 예를 들어 회전식 루프 또는 절단기(cutter), 공동 내 미립자를 위치시키기 위한 배치 툴, 및/또는 입자 내 골 시멘트를 위치시키기 위한 배치 툴을 포함할 수 있다.

특정 양태에서, 키트는 하나 이상의 매스와 같은 샤프 절개 툴, 절개 개구부를 지탱하기 위한 클램프 또는 스프리더, 척추벽 또는 추경에서 입구 포트를 생성시키기 위한 드릴 및 해면골에서 공동을 생성시키기 위한 기구로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택된 툴이나 기구를 포함할 수 있다. 또한 만약 공동이 풍선 및 석션 장치로 생성되어 해면골 물질의 제거가 요구되는 경우 인플레이터(inflator) 같은 공동-생성 지지 기구가 포함될 수 있다. 공동 내 골 시멘트나 전구체를 주입시키는 장치, 탬프와 같은 지지 장치, 시린지 및 시멘트의 양생 공정을 가속화하는 장치가 또한 포함될 수 있다. 또한 특정 키트는 상처 봉합 장치, 예를 들어 봉합기, 스테이플 또는 반창고를 포함할 수 있다.

본 발명은 다음 도면에서 추가 예시한다.

도 1은 순수한 PMMA 골 시멘트 및 무기 골 입자를 30 중량%로 함유하는 PMMA 골 시멘트에 대한, 스트레스 강도 인자 ΔK의 함수에 따른, 균열 전파 성장률, da / dN을 보여주는 실험 데이타를 나타낸다[참조: Y. K. Liu, J. B. Park, G. O. Njus, and D. Stienstra, "Bone-particle- impregnated bone cement: An in vitro study," Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 21, 247-261, 1987 to optimize fatigue life in a standardized ambient test].

도 2는 본 발명의 한 양태에 따른 골에 위치한 복합재 내의 2개 영역의 횡단면을 보여준다.

도 3은 본 발명의 한 양태에 따른, 높은 용적 분 입자를 가진 제1 영역과 낮은 용적 분 입자를 가진 제2 영역을 추가로 도시한다. 당해 예시에서, 복합재 시멘트 물질은 모든 입자에 의해 실질적으로 둘러싸여 있으며 천연 골과 접촉해 있다.

도 4는 도 3과 다소 유사한 영역을 도시하고 있으나, 당해 예시는 본 발명의 한 양태에 따른 부분적으로만 시멘트에 접촉되어 있거나 전혀 접촉되어 있지 않은 몇몇의 입자가 있음을 도시한다.

도 5는 본 발명의 한 양태에 따른 경사의 국소 용적 분 입자를 가진 복합재를 보여주는 횡단면이다.

도 6A는 본 발명의 한 양태에 따른, 외과 수술 과정 중 일부로서 투관침(toscar)에 의해 생성된 척추의 수직 벽에서 놋치(notch)를 보여주는 횡단면이다.

도 6B는 본 발명의 한 양태에 따른, 외과 수술 과정 중 일부로서 척추의 수직 벽을 통해 척추의 해면골 내로, 드릴 소도구(bit)로 뚫린 구멍을 보여주는 횡단면이다.

도 6C는 본 발명의 한 양태에 따른, 외과 수술 과정 중 일부로서 척추의 수직 벽을 통해 척추의 해면골 내로 뚫린 구멍을 보여주는 횡단면이다.

도 6D는 본 발명의 한 양태에 따른, 외과 수술 과정 중 일부로서 척추의 수직 벽을 통해 척추체의 해면골 매트릭스 내부에로의 접근부관(access channel)에 위치한 캐뉼라 도입기를 보여주는 횡단면이다.

도 7은 본 발명의 한 양태에 따른, 조밀하게 채워진 입자 층을 골 공동의 벽에 위치시킨 후 도 6D의 가능한 공동을 보여주는 횡단면이다.

도 8은 도 7과 유사하나, 본 발명의 한 양태에 따른, 가능한 공동의 벽에 인접하고 있는 조밀하게 채워진 입자 층에 의해 정해진 내부 영역 내로 도입된 입자-함유 시멘트를 추가로 보여준다.

도 9는 도 8과 유사하나, 본 발명의 한 양태에 따른, 시멘트가 최초 도입된 장소를 벗어나 확산되어, 가능한 공동의 벽에 인접하고 있는 조밀하게 채워진 입자 사이로 퍼질 수 있음을 추가로 보여준다.

도 10 내지 19는 본 발명의 한 양태에 따른, 골 공동 내 복합재 골 시멘트를 전달하고 위치시키기 위한 전개되는(deployable) 이중-우산 바스켓 기구 형태의 확장되는 케이지(cage)가 관여하는 외과적 수술 과정 단계를 보여준다. 특히, 도 10은 본 발명의 한 양태에 따른, 캐뉼라 도입기(47) 및 이중-우산 바스켓(48)의 어셈블리를 수술 부위 외부에서 보여주는 횡단면이다.

도 11은 본 발명의 한 양태에 따른, 수술 부위(150) 내로 삽입될 수 있는 캐뉼라 도입기(47) 및 이중-우산 바스켓(48)의 어셈블리를 보여주는 횡단면이다.

도 12는 본 발명의 한 양태에 따른, 이중-우산 바스켓(48)의 각 스트럿(51) 사이가 연속되거나 반-연속된 내부 막 덮개(50)가, 이중-우산 바스켓(48)을 둘러싸거나 부분적으로 둘러싸고 있으며, 비전개된 이중-우산 바스켓(48) 내에 입자(172)을 포함하고 있을 수 있음을 보여주는, 측면 횡단면(좌측) 및 종단 횡단면(우측)을 도시한다. 내부 막 덮개(50)는 입자-함유 저장소를 생성하기 위해 비전개된 배열로 안으로 접혀져 있을 수 있다. 입자(172)는 생체적합성이고 생체흡수성의 외부막 덮개(53)에 의해 추가로 포함될 수 있으며, 당해 외부막 덮개(53)는 스트럿(51)에 견고히 부착되어 있을 수 있다. 스트럿(51) 사이의 외부막 덮개(53)는 천공된 방울구멍(tear slot)(52)으로 미리 제조될 수 있다.

도 13은 본 발명의 한 양태에 따른, 캐뉼라 도입기(47)와 이중-우산 바스켓(48)의 어셈블리가 수술 부위(150)에 도달한 후에, 캐뉼라 도입기(47)가 부분적으로 철수하여 비전개된 이중-우산 바스켓(48)를 노출시킴을 보여주는 횡단면이다.

도 14A는 본 발명의 한 양태에 따른, 로드(54) 어셈블리의 노브(55)가 적합한 방향으로 회전할 때, 기계적으로-연결된 로드(54)에 의해 이중-우산 바스켓(48) 이 전개될 수 있는 장치의 전망도이다. 로드(54)의 노브(55)를 회전시킴으로써, 로드(54)를 말단적으로 이동시킬 수 있으며, 당해 축력을 바스켓 어셈블리에 적용시킨다. 축력은 바스켓 어셈블리 스트럿(51)을 외측으로 회전하도록 하고, 이로써 끝과 끝을 잇는(end-to-end) 이중-우산 바스켓 모양을 생성시킨다. 도 14B는 원-피스(one-piece) 어셈블리로서 실질적으로 강성의 센터 로드(59)와 말단캡(57)을 보여주는 장치의 횡단면으로, 이는 내부 대부분의 핵과 장치의 말단캡으로 구성된다.

도 15는 본 발명의 한 양태에 따른, 내부에 막 덮개(50)를 가진 이중-우산 바스켓(48)이 수술 부위(150)에서 전부 확장되어 목적하는 형태가 되고, 또한 입자(172)를 골 벽 공동(154) 표면으로 압축시켜 배치시킴을 보여주는 횡단면도이다.

도 16은 본 발명의 한 양태에 따라, 이중-우산 바스켓(48)이 배치되고 스트럿(51)이 외측으로 구부러질 때, 내부 막 덮개(50) 내에 함유된 입자(172)가, 외부 막 덮개(53)(또한 본원에서 막 덮개로 언급되는)가 파열될 때 방출될 수 있음을 보여준다. 좌측 도면은 측면도이고, 우측 도면은 좌측 도면의 A-A 선을 통한 종단면을 보여준다.

도 17은 본 발명의 한 양태에 따른, 캐뉼러 도입기(47)와, 수술 부위(150)에서 제거된 임의의 잔존하는 외부막 덮개(53)를 가진 이중-우산 바스켓(48), 및 골 벽 공동(154)의 벽에 배치된 입자(172)를 보여주는 횡단면도이다.

도 18은 본 발명의 한 양태에 따른, 입자(172)와 입자(174)를 함유하는 시멘트 전구체(177)의 혼합물로 채워진 골(140) 내 수술 부위(150)를 보여주는 횡단면 도이다.

도 19는 본 발명의 한 양태에 따른, 골(140) 내 시멘트 전구체(177)가 경화되어 입자(172)와 입자(174)를 함유하는 시멘트(176)를 생성함을 보여주는 횡단면도이다.

도 20은 본 발명의 한 양태에 따른, 척추체(200)의 해면골(206) 내에 도입기 기구(208)를 보여주는 횡단면 개요도이다.

도 21A는 본 발명의 한 양태에 따른, 공동을 형성하는 툴(220)의 개요도이다.

도 21B는 본 발명의 한 양태에 따른, 입자-배치 툴(234)의 개요도이다.

도 22는 본 발명의 한 양태에 따른, 접근 캐뉼러 도입기(208) 상의 중앙 루멘(216)을 통해 축방향으로 진행된 도 21A의 공동 생성 툴(220)을 보여준다.

도 23은 본 발명의 한 양태에 따른, 공동 생성 툴(220)의 공동 생성 부재(228)가 확장된 프로파일로 변형됨을 보여주는 횡단면 개요도이다.

도 24는 본 발명의 한 양태에 따른, 공동 생성 툴(220)의 제거 후에 접근 캐뉼라 도입기(208)를 보여주는 횡단면 개요도이다.

도 25는 본 발명의 한 양태에 따른, 접근 캐뉼러 도입기(208)의 중앙 루멘(216)을 통해 축방향으로 진행된 입자-배치 툴(234)을 보여주는 횡단면 개요도이다.

도 26은 본 발명의 한 양태에 따른, 입자 배치 툴(234)을 제거한 후 접근 캐뉼러 도입기(208)를 보여준다.

도 27은 본 발명의 한 양태에 따른, 접근 캐뉼러 도입기(208)의 제거 후에 척추(200)와, 임플란트(252)의 주입을 보여주는 횡단면 개요도이다.

도 28A-E는 본 발명의 특정 양태에 따른, 일반적으로 직사각형-형태의 스트럿을 가진 확장되는 장치를 사용하여 골 내 공동을 생성시키는 단계를 개요적으로 도시한다.

도 29는 본 발명의 특정 양태에 따라, 일반적으로 직사각형-형태의 스트럿을 가진 확장되는 장치를 사용하여 골 공동 내 입자를 배치시킴을 개요적으로 도시한다.

도 30A-B는 본 발명의 특정 양태에 따라, 일반적으로 직사각형-형태의 스트럿을 가진 확장되는 장치를 사용하여 골 공동 내 입자를 확산시키는 방법을 개요적으로 묘사한다.

도 31A-E는 본 발명의 특정 양태에 따라, 일반적으로 "나비넥타이(bow-tie)" 형태 스트럿을 가진 확장되는 장치를 사용하여 골 내 공동을 생성시키는 단계를 개요적으로 도시한다.

도 32는 본 발명의 특정 양태에 따른, 일반적으로 "역방향 나비넥타이" 형태의 스트럿을 가진 확장되는 장치를 사용하여 골 공동 내 입자를 배치시킴을 개요적으로 도시한다.

도 33A-B는 본 발명의 특정 양태에 따른, 일반적으로 "역방향 나비넥타이" 형태의 스트럿을 가진 확장되는 장치를 사용하여 골 공동 내 입자를 확산시키는 방법을 개요적으로 묘사한다.

바람직한 양태의 상세한 설명

시멘트 중 최적의 중량분 입자(바람직한 양태에서 약 25%보다는 크고 약 35%보다는 적은)로 예시되는 복합재의 구성 레짐(regime)은, 균열-방지 레짐으로 기술될 수 있다. 입자와 중합체의 공지된 비율에 근거하여, 당해 복합재는 입자를 둘러싸는 경화된 아크릴 시멘트의 실질적으로 연속상을 포함하여, 드물게 서로 접촉할 것으로 예상될 수 있다. 실질적으로 연속인 중합체 상에서 시작되는 균열은 입자의 구멍에 도달하기 전의 단거리까지만 전파될 수 있으며, 다음으로 균열 전파 성장을 방지하는 것으로 여겨진다. 복합재가 훨씬 더 고용적 분 입자를 함유하는 경우 생체 내에서(in vivo) 다른 행동 레짐을 보일 수 있다. 이러한 상황에서, 경화된 아크릴 시멘트의 연속적으로 내부연결된 상이 적어도 일부 존재할 수 있으나, 동시에 다수 입자가 하나 이상의 인접한 입자와 직접 접촉할 것이다. 입자가 생체흡수성인 경우, 입자의 흡수 및 신생 골의 성장은 동시에 일어날 수 있으며 결국 골 시멘트 내로 천연 골의 성장을 유도할 것으로 예상된다. 골이 약 2mm 이상 중합체 상으로 성장한 경우 특히 양호한 계면전단강도를 생성시키는 것으로 예상될 수 있다. 이러한 상황은 "골 성장" 레짐으로 언급될 수 있다.

본 발명은 개선된 골 시멘트 복합재를 제공하며, 당해 복합재는 입자-함유 시멘트로 일반적으로 수득될 수 있는 피로 수명을 제공하고, 또한 순수한 골 시멘트를 사용하여 일반적으로 수득될 수 있는 것보다 더 큰 골-시멘트 계면 상에서의 계면전단강도를 추가로 나타낸다.

본 발명의 골 시멘트 복합재는 이의 벌크 거의 대부분에 거쳐 균열 방지 레짐(regime)과, 천연 골과의 경계 부근에서 골 성장 레짐을 작동시키는 것으로 여겨진다. 골-시켄트 경계에서 개선된 전단강도는, 다수의 임플란트가 수정 수술이 전혀 필요없이 환자의 수명 동안 지속될 수 있도록 한다.

일반적으로, 이는 본 발명에 있어서 복합재 내 입자의 국소 용적 분이 조절된 방식으로 공간적으로 비균등한 골 시멘트 복합재를 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 한 양태는 외과적 수술 과정의 종결 후에 환자의 체내 존재하는 바와 같은 복합재의 배열로, 당해 배열에서 복합재는 2개의 영역을 가진다. 이를 도 2에 도시한다. 도 2는 수술 부위(150)를 갖는 골(140)의 일부를 도시한다. 수술 부위(150)는 가능한 공동 입구(152)를 가질 수 있으며 가능한 공동은 복합재(160)를 함유할 수 있다. 복합재(160)는 제1 영역(162)과 제2 영역(164)을 포함할 수 있으며, 이들 두 영역은 특정 관점에서 서로 상이하다. 도 2에서, 영역(162)은 일반적으로 골(140)에 인접하고, 이는 가능한 공동 입구(152) 경계를 정한다. 특정 양태에서, 영역(164)은 영역(162)으로 일반적으로 둘러싸여 가능한 공동 입구(152)의 경계를 형성하는 골(140)과 일반적으로 접촉하지 않을 수 있다. 특정 양태에서, 국소적 예외 또는 비정상이 존재할 수 있을 것이다.

본원에 기술된 복합재 골 시멘트를 척추체에 도입시킴을 주내용으로 하여 본 발명을 기술한다. 그러나, 본원에 기술된 복합재가 체내 폭넓은 다양한 골에, 임의로 공동의 사전 형성 또는 동시 형성을 수반하여, 도입될 수 있음이 예상된다. 당해 골은 예를 들어 골반, 대퇴골, 비골, 경골, 상박골, 척골, 요골, 늑골 또는 두개골이나 안면골의 다양한 성분 구조물을 포함할 수 있다. 본 발명의 폭넓은 다양한 적용이 당업자에 의해 예상되며, 이는 골의 퇴행성, 침윤성, 외상성 및/또는 악성 결함에 대한 치료적 개입을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 파제트 질환, 골다공증, 골연화증, 골수종, 전이성 상피 종양, 원발성 또는 전이성 육종, 불안전골생성증, 골연골증 및/또는 혈관종을 포함한 기타 골의 비전이성 이형성 결함을 포함한다.

추가로, 본 발명은 복합재를 척추체 내에 도입시켜 척추체의 높이를 회복시키거나 척추체의 추가 퇴행성을 최소화함을 내용으로 기술될 수 있다. 골내 공동을 충전시키는 것 외에, 본 발명의 복합재는 매우 다양한 기타 적용에 사용될 수 있으며, 이 중 골에, 골 또는 비-골 인공 보철을 부착시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명의 복합재는 임의의 다양한 장치를 골의 내부 또는 외부 표면에 고정시키는 것을 보조하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어 수질의 손톱이나 로드(rod), 스크류(screw), 플레이트 및 기타 안정화물의 고정, 하드웨어의 고정 또는 가동성 보전에 사용될 수 있다. 특정 적용은 전체 어깨 또는 전체 힙 대체의 고정, 예를 들어 골수강 내에 인골 보철 스템의 고정을 포함할 수 있다. 복합재는 또한 재건 적용, 예를 들어 선천성 기형; 안면 구조, 골반 및/또는 기타 골 부위의 외상 후 재건; 또는 상피 또는 골 종양 환자의 절개 후의 재건, 예를 들어 이에 제한되는 것은 아니지만, 머리와 목 종양, 골반 육종, 또는 고주파술(RF) 및 강력집속초음파(HIFU) 절개 요법을 포함하는 기타 소작술 또는 절개 후의 불연속 골 전이에 사용될 수 있다.

본 발명의 복합재는 본원에 기술된 관점에서 당업자에게 명백한 바와 같이, 임의의 다양한 골 앵커(anchor), 선스펜션 슬링(suspension sling) 또는 골에 이식가능한 진단 또는 치료 장치의 부착을 보조하는 데 추가로 사용될 수 있다. 추가로, 본 발명은 복합재는 골 이식, 동종이식, 합성 골 이식 또는 골 내 또는 골에 인접한 기타 이식을 안정화하거나 고정시키는 데 추가로 사용될 수 있다.

영역(162)와 영역(164)은 도 3에서 각 영역이 입자(172)와 입자(174)를 각각 추가로 함유할 수 있음을 추가로 보여줌으로써 더 상세히 도시된다. 도 3에서, 본원의 다른 유사한 도면과 마찬가지로, 입자(172)와 입자(174)는 동일한 직경을 가진 구로서 도시된다. 그러나, 이는 단지 예시를 용이하게 하는 이상적인 형태일 뿐이며, 실제로는 임의의 입자(172)와 입자(174)가 하나 이상의 다음 특성, 예를 들어 크기, 모양, 크기 분포, 모양 분포 또는 기타 기하학적 특성이 다를 수 있음이 이해될 것이다. 입자(172) 및 입자(174)는 본원에 기술된 바와 같이 서로 동일하거나 특정 관점에서 서로 상이할 수 있다.

시멘트 중 입자의 존재를 기술하면서, 용어 (입자의) 농도는 본원에서 시멘트 중 입자의 용적 분 또는 중량 분을 나타내는 일반적 용어로 사용된다. 입자의 농도가 중량 분으로 표현되는 경우, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 이에 상응하는 입자의 용적 분은 입자 물질의 중량 밀도와 시멘트의 중량 밀도가 공지되어 있다면 계산될 수 있다. 만약 입자 물질의 중량 밀도가 시멘트의 중량 밀도가 동일하다면, 입자의 중량 분과 용적 분은 수치적으로 동일할 것이다. 만약 두 중량 밀도가 동일하지 않다면, 다음으로 당업자에게 공지된 바와 같이 중량 분으로부터 용적 분으로 또는 이와 반대로 수치적 계산으로 전환시킬 수 있다.

특정 양태에서, 적어도 일부 복합재(160)가 시멘트 내 분산된 고체 입자(172)와 입자(174)를 가질 수 있는 연속상의 시멘트(176)를 포함할 수 있다. 영역(162)와 영역(164) 모두에서, 복합재는 비-제로 국소 용적 분의 입자(172)와 입자(174)를 포함할 수 있다. 비-제로 국소 용적 분의 입자(172)와 입자(174)는 복합재가 입자-비함유 또는 실질적 입자 비함유 시멘트의 피로 수명보다 더 긴 피로 수명을 갖도록 할 수 있다. 복합재 내에서, 영역(162) 내 입자(172)의 국소 농도는 영역(164) 내 입자(174)의 국소 농도와 다를 수 있다. 도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, 골에 접한 영역(162)은 더 큰 비-제로 국소 용적 분의 입자(172)를 가질 수 있고, 일반적으로 골에 접하지 않는 영역(164)은 더 작은 비-제로 국소 용적 분의 입자(174)를 가질 수 있다.

골-복합재 경계에 바로 인접한 부위에서 떨어진 영역(164)에서, 입자(174)의 농도는

로 표시되는 중량 분으로 기술될 수 있다. 예를 들어, 입자(174)의 농도는 대략 적어도 약 10중량%에서 대략 약 50중량% 이하의 범위일 수 있다. 다른 양태에서, 영역(164) 내 입자(174)의 농도는 대략적으로 약 20중량% 이상에서 대략적으로 약 40중량% 이하일 수 있다. 또 다른 양태에서, 영역(164) 내 입자(174)의 농도는 바람직하게 대략 약 25중량% 이상에서 대략 약 35중량% 이하일 수 있다. 다른 양태에서, 영역(164) 내 입자(174)의 농도는 바람직하게 약 30중량%이다. 입자(174)의 농도는 적어도 일부분에서 생성 복합재가 목적하는 피로 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 문헌에서는 입자의 약 30중량% 농도가 기술된 물질 배합물에 대 해 최적의 농도인 것으로 기술되어 있으나, 더욱 일반적으로는 최적의 피로 특성을 갖는 입자 농도는 입자 조성물의 특정 배합물, 이의 특성, 시멘트 조성물 및 이의 특성에 따라 달라질 수 있다. 복합재 영역(164)에서, 복합재 특성은 중량-함유 행동 양식이 "균열 방지" 레짐인 것으로 기술될 수 있을 것이다. 당해 레짐에서, 일반적으로 말해서, 대부분의 입자(174)가 다른 입자(174)와 직접 접촉하지 않고 시멘트(176)에 의해 즉시 둘러싸일 수 있다. 도 2에서, 영역(164)이 입자(174)를 함유하며, 여기서 적어도 대부분의 입자(174)가 다른 입자(174)와 접촉하지 않는 것으로 도시되어 있다. 평균적으로, 당해 입자(174)는 소수의 입자 직경에 의해 또는 입자 직경 분만으로 서로 분리될 수 있다. 이러한 상황은 평균적으로 당해 거리가, 균열 전파의 성장을 방지할 수 있는 입자(174)가 충돌하기 전에 시멘트(176)에서 균열이 개시될 것 같은 가장 긴 길이임을 의미한다. 일단 균열이 방지되면, 추가의 순환적 로딩(loading)이 새로운 균열을 개시하거나 존재하는 균열을 전파하기 위해 요구될 수 있다. 이는 입자(174)와 같은 입자의 존재에 의해 당해 레짐에서의 피로 특성이 개선될 수 있는 주요 메카니즘으로 여겨진다. 그러나, 다른 메카니즘이 또한 당해 레짐에서 피로 수명 개선에 기여할 수 있다.

도 2에서 더욱 조밀하게 채워진 영역(162)은 입자(172)를 함유하는 것으로 도시되며, 여기서 대부분의 입자(172)는 다른 입자(172)와 직접 접촉한다. 동시에, 입자(172)는 시멘트(176)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 골-시멘트 경계의 인접 부위인, 영역(162)에서 시멘트 복합재는 β로 표시되는 입자(172)의 국소 용적분을 가질 수 있다. 기하학적 패킹을 고려하고 입자가 구형으 로 동일한 크기라는 가정하에, 임의의 환경 하 입자의 최대 가능한 용적분은, 약 70%를 초과하지 않는데, 이는 입자의 정확한 팩킹 배열에 따라 약간 변동될 수 있으며, 만약 구형의 입자가 다수의 크기로 존재하거나 구형 형태가 아닌 입자가 존재하는 경우 입자의 최대 가능한 용적분은 약 70%보다 다소 높을 수 있다. 본원에서 기술하고 있는 바와 같이, 입자와 시멘트의 각각의 질량 밀도(mass density)에 대한 정보를 가지고, 당업자는 입자의 국소 용적분과 입자의 국소 중량분 사이의 관계를 계산할 수 있다. 골-시멘트 경계의 인접 부위인 영역(162)에서, 입자(172)의 농도는 약 50중량% 내지 약 80중량%의 범위, 바람직하게 약 60중량% 내지 약 80중량%의 범위일 수 있다. 특정 양태에서, 유의한 중량분, 예를 들어 복합재의 영역(162)에서 약 50% 이상의 입자(172)가 근처 입자(172)와 직접 접촉할 수 있다. 즉, 골과 직접적으로 접촉하는 입자(172)는 생분해될 수 있으며 새로운 골로 대체될 수 있다. 다음으로, 골로 대체되기 전에 초기에 존재하던 입자(172)와 접촉하고 있던 다른 입자(172)는 골에 추가로 접촉할 수 있다. 이러한 현상이 발생할 때, 입자 흡수와 골 성장의 방법이 반복될 수 있다. 이러한 방식으로, 복합재 내로의 연속적으로 연결된 넷트워크식의 천연 골의 성장이, 특정 개수의 입자 직경의 거리만큼 복합재 내로 진행될 수 있다. 이러한 이유로, 당해 복합재는 "골 성장 레짐" 인 것으로 불리울 수 있다.

일반적으로, 본 발명에서, 골-시멘트 경계(영역(162))의 근접 부위에서의 복합재는, 골-시멘트 경계의 근접 부위로부터 떨어진(영역(164)) 입자(174)의 국소 용적분보다 더 큰 국소 용적분을 갖는 입자(172)를 함유할 수 있다. 영역(162)은 국소 용적분의 입자를 함유할 수 있으며, 당해 입자는 다른 입자와 접촉하여 이로써 당해 영역이 골 성장 레짐 하에 있게 한다. 이것이 골-시멘트 결합의 강도, 예를 들어 전단강도의 개선을 돕는 것으로 여겨진다. 이는 전단 강도가 골 성장에 의해 제공되고, 성장 양이, 입자의 농도 또는 용적분과 함께 증가하고 또한 입자가 서로 접촉하여 상호-접촉 입자를 형성하는 정도를 증가시키는 것(이는 입자의 국소 농도 또는 용적 분을 증가시키는 것으로 예상될 수 있다)으로 기대되기 때문이다. 상대적으로 높은 국소 농도의 입자를 갖는 복합재 영역은 실질적으로 다수의 입자(172)를 함유하는 것으로 예상되며, 당해 입자는 다른 입자(172)와 직접적으로 접촉한다. 다른 입자(172)에 직접적으로 접촉하는 입자(172)의 존재로 서로 연결된 입자가 생성되어, 이로 인해 골 흡수 및 성장에 의한 골 성장의 생성을 돕는 것으로 기대될 수 있다. 그러나, 이러한 이론이나 설명 중 어느 것에도 제한되지 않는다.

골-복합재 경계의 인접 부위는 본원에서 약 0.1mm 내지 약 2mm, 또는 약 2mm 이하의 범위 내의 특정 거리를 의미한다. 또한, 국소 입자 농도는, 공간에 포함된 총 물질의 총중량 또는 총용적으로 나눠진, 공간 내 함유된 입자의 중량 또는 용적(용적분과 중량분 중 어느 것이 언급되느냐에 따라 달라짐)으로서 정의되며, 여기서 공간은 모든 3개의 직각 차원에서 적어도 대략적으로 등축이며 적어도 대략적으로 3개의 입자 또는 입자 분을 함유하기에 충분한 용적을 갖는다. 본 발명에서 입자(162) 및 입자(172)의 일반적인 평균 전체 치수 또는 직경은, 특정 양태에서 적어도 약 50 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터일 수 있고, 다른 양태에서 적어도 약 150 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터일 수 있다. 도 3에서, 입자(174)는 시멘트에 의해 완전히 둘러싸이는 것으로 도시된다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니며, 본 발명의 또 다른 양태에서, 시멘트에 의해 완전히 둘러싸인 것은 아닌 입자(174)를 포함할 수 있다. 도 4에서, 입자(188)는 부분적으로 시멘트와 접촉한다. 더욱이, 입자(190)와 같이 어떤 시멘트와도 접촉하지 않는 입자도 있을 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 대부분의 골-복합재 경계가, 도 2에서 예시된 바와 같이 골(140)과 접촉하는 영역(162)에서 생성될 수 있으나, 그러한 구별되는 상이한 영역(162)이 영역(164)과 해면골(140)을 분리하지 않는 특정 고립된 장소가 있을 수 있으며, 예를 들어 균열-방지 레짐을 작동시키는 영역(164)이 해면골(140)과 접촉할 수 있다. 치밀골(170) 외부 층이 또한 도시된다.

본원은, 예를 들어 본원의 도 2 내지 도 4는 복합재 내 영역(162) 및 영역(164)과 같은 구별되는 영역을 포함하는 복합재를 나타낸다. 또는, 본 발명의 다른 양태에서, 입자의 국소 용적분이 공간적 비균등성을 나타낼 수 있지만, 앞에서 예시한 바와 같이, 확연하게 구별되는 영역(162)와 영역(164)을 항상 갖는 것은 아닐 수 있다. 예를 들어, 복합재 내 한 장소에서 다른 장소로 입자의 국소 용적분의 경사(gradient)가 있을 수 있다. 이를 도 5에 도시하고 있다. 도 5에서, 골에 가장 가까운 입자(194)는 일반적으로 다른 입자에 직접 접촉하고, 복합재 내부의 입자(194)는 일반적으로 다른 입자에 직접 접촉하지 않지만, 이들 두 위치 사이의 변화는 도 3 및 도 4에서 보여지는 것에 비해 보다 점진적이다. 도 5에서, 입 자(194)는 일반적으로는 도 3 및 도 4에서의 입자(172) 및 입자(174)와 동일한 입자를 나타내지만, 도 5에서 입자(194)의 국소 용적 분은 대략적으로 단계적인 방식이라기보다는 다소 연속적인 변화로 공간적으로 달라질 수 있다. 추가적 가능성은 영역(162)와 영역(164)와 같은 구별되는 영역이 있어 개별 영역 내 입자의 농도는 실질적으로 일정하나 두 영역이 서로 만나는 근접 부위에서 입자 농도의 경사가 있을 수 있다.

모든 상황에서(경사 또는 구별되는 영역 또는 기타 상황), 입자의 국소 용적분 분포는 시멘트 내 입자의 국소 용적분이 골 경계로부터 떨어진 곳보다 골 경계의 근접 부위에서 더 크도록 할 수 있다. 일반적으로, 국소 입자 농도는 공간적으로 비-균등일 수 있고, 복합재 전체를 통해 어디에서든 실질적으로 비-제로일 수 있다. 이러한 입자 농도의 공간적 변화는 특정 위치에서 목적하는 입자 농도를 수득하는 조절되는 방식일 수 있다. 목적하는 입자 농도는 본원에서 기술된 바와 같이 생물학적 고려 또는 파괴 역학과 관련된 이유로 선택될 수 있다.

다른 양태에서, 제로 국소 입자 농도를 갖는 특정 국소 영역이 존재할 수 있으며, 동시에 입자를 함유하는 복합재의 부위에서 국소 입자의 농도가 공간적으로 비-균등 분포로 존재한다. 예를 들어 이는 슬관절 전치술 또는 고관절 전치술의 긴 뼈에 비해 척추와 같은 짧은 뼈의 공동을 충전시키는 것과 관련하여 발생할 수 있다.

재료

입자는 생적합성 및/또는 생흡수성일 수 있다. 특히, 영역(162)와 영역(164)와 같이 구별되는 영역을 함유하는 양태에서, 적어도 영역(162)(천연 골(140)에 인접한) 내 입자(172)는 생흡수성일 수 있다. 더욱 일반적으로, 예를 들어 경사를 갖는 양태에서, 적어도 천연 골과의 경계 근접 부위에 있는 입자가 생흡수성일 수 있다. 골 성장이 요구되는 영역, 예를 들어 영역(162)에서, 입자(172)의 당해 영역에서의 생체흡수성은 입자가 천연 골로 대체되어 강한 계면 결합을 형성하도록 한다. 복합재 내에서 더욱 내부적인, 예를 들어 영역(164)에서 입자는 또한 생체흡수성일 수 있으나, 생체흡수성으로 요구되는 것은 아니다.

입자(172)와 입자(174) 중 어느 하나는 하나 이상의 다음 물질을 포함할 수 있다: 무기 골; 미네랄 제거된 골; 천연 골; 골 모르포겐 단백질; 콜라겐; 젤라틴; 다당류; 폴리카프로락톤(PCL); 폴리글리콜리드(PGA); 폴리락티드(PLA); PLA와 PGA의 공중합체인 DLPLG; 폴리파라디옥사논(PPDO); 기타 지방족 폴리에스테르; 폴리포스포에스테르; 폴리포스파젠; 폴리안하이드리드; 폴리하이드록시부티레이트; 폴리아리에테르케톤; 폴리우레탄; 마그네슘 암모늄 포스페이트; 스트론튬-함유 하이드록시아파타이트; 베타 트리칼슘 포스페이트; 칼슘 포스페이트의 기타 형태. 입자는 체내 사용에 적합한 임의 형태로 탄소를 함유할 수 있다. 입자는 골전도성, 골유도성 또는 이들 둘 다일 수 있다. 입자가 적어도 골전도성이라면 당해 입자는 문헌[참조: Y. K. Liu, J. B. Park, G. O. Njus, and D. Stienstra, "Bone-particle-impregnated bone cement: An in vitro study," Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 21, 247-261, 1987]에 기술되어 있으며, 당해 상호-접촉 입자는 동시적인 파골 세포 활성과 골아 세포 활성으로 인해 시멘트 내로의 골의 생성과 성장을 촉진시킬 수 있다. 입자가 골유도성이고, PMMA와 같은 시멘트의 발열성 운동이 골유도성 물질의 골유도 특성의 전부 또는 일부를 파괴시키는 경우, 골전도성이 여전히 잔존할 수 있다.

당업자라면 이해하는 바와 같이, 골전도성 입자 유형의 예는, 무기 골 입자, 콜라겐, 베타 트리칼슘 포스페이트 및 기타 형태의 인산칼슘을 포함한다. 골유도성 입자의 예는, 골형성 단백질-1, 미네랄 제거된 골 매트릭스(DBM) 및 골 모포겐 단백질-2를 포함한다. 골전도 및 골유도성 입자의 예는 천연 골, 예를 들어 동종 및 내생적 골 이식, 콜라겐 미네랄 복합재 이식, 예를 들어 하이드록시아파타이트와 트리칼슘 포스페이트와 배합된 콜라겐을 포함한다.

입자(172)와 입자(174) 또는 각 영역의 입자는 하나 이상의 종류의 입자 혼합물일 수 있으며, 크기, 형상 및 기타 특성의 분포를 가질 수 있다. 입자는 임의 형상일 수 있다. 특정 양태에서, 입자는 신장되거나 섬유와 같이 동축이 아닌 형태를 가질 수 있다. 섬유는 복합재 물질 내 제제를 강화시키는 데 유리하게 유용하다.

영역(162) 내 입자(172)와 영역(164) 내 입자(174)는 조성과 같은 물리적 특성 및 기하학적 치수 특성에서 실질적으로 서로 동일한 수 있다. 또는, 영역(162)과 영역(164)의 두 영역 중 입자(172)와 입자(174)는 다음 특성 중 하나 이상 또는 임의 조성이 서로 상이할 수 있다: 조성, 생체적합성, 흡수성 또는 흡수율, 크기, 형상, 크기 분포, 형상 분포 또는 임의의 기타 특성. 모든 개별적인 영역에서, 당 해 영역 중 입자의 조성, 크기, 형태 및 임의의 기타 특성은 각 영역에서 요구되는 기계적 물질 특성 또는 기타 특성을 갖는 복합재를 제조하도록 적합하게 선택될 수 있다.

입자 농도의 경사가 있는 양태에서, 전술한 바와 같이 입자의 임의의 물리적 특성이 장소마다 상이할 수 있다.

입자 크기 또는 입자 크기의 분포는 입자의 조성 및 의도된 임상적 사용에 따라 폭넓게 달라질 수 있다. 일반적으로, 예를 들어 적어도 약 150 마이크론 내지 약 300 이하의 마이크론 크기를 갖는 입자가 복합재에서 골의 골전도성 성장을 위해 적합할 수 있다[참조: J. J. Klawitter and S. F. Hulbert "Application of Porous Ceramics for the Attachment of Load Bearing Internal Orthopedic Applications," J. Biomed. Mater. Res. Symp., 2(1), 161- 229, 1972), and; J. B. Park and R. S. Lakes "Biomaterials: An Introduction - Second Edition," Plenum Press, 1992, pp 177-178.].

본 발명에서, 골 시멘트는 비흡수성이거나, 인체나 동물체의 환경에서 예를 들어 흡수되는 데에 약 50년 이상의 시간이 소요되는 매우 느린 흡수율을 가질 수 있다. 골 시멘트는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 시멘트를 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 골 시멘트는 하나 이상의, 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA); 폴리알카노에이트; 폴리에테르우레탄; 폴리카보네이트 우레탄; 폴리실록산우레탄; 및 폴리플루오로에틸렌을 포함할 수 있다. PMMA/입자 집합 조성물 내 포함될 수 있는 제제는, 트롬빈, 피브리노겐, 엡실론-아미노카프로산(아미카) 또는 공동의 주변에서 국소적 응고를 촉진시키는 기타 제제; 수술 부위에서 감염을 예방하는 입자 또는 가용성 항생제; 혈관신생을 자극하거나 이식된 물질의 고농도 입자 성분의 혼입을 도와주는 성장 인자, 예를 들어 이에 제한되는 것은 아니지만 VEGF와 같은 내피성장인자; G-CSF, GM-CSF 또는 트롬보포이에틴; 수술 도중 및 후에 이식 물질의 가시화를 개선시키는 조영제; 종양 대체 또는 골 파괴의 경우, 가용성, 겔 또는 고체 상 중 도입될 수 있는 화학요법제, 예를 들어 아드리아마이신 및 시스플라틴; 시멘트와 생흡수성 입자의 도입 전, 도중 또는 후에, 화합물 내로 혼입될 수 있는 단일 또는 다중 골생성-촉진제를 포함할 수 있다.

방법

본 발명의 복합재를 골에 단독으로 또는 다른 임플란트와 함께 도입시키는 것은, 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 모든 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 일반적으로, 골 내 생성된 공동을 충전시키는 예에서, 입자 경사(gradient)는 공동을 한정하는 골의 표면과 접촉하여 입자 층을 도입시키고, 다음으로 골 시멘트를, 골시멘트와 (부착이 요망되는) 골 표면 사이의 입자 층 샌드위치에 도입시킴으로써 획득될 수 있다. 공동의 벽은 입자 층으로 완전히 덮일 수 있거나 목적하는 결과에 따라 선택된 부분만이 입자로 덮일 수 있다.

새로 생성되거나 선재하는 공동을 생성하거나 개질시키는 방법은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 피하 또는 개방 흡입, 외과적 절개, 고주파술(RF) 절개 또는 강력집속초음파(HIFU), 절개, 소작술, 기계적 대체, 효소적 또는 기타 가용화 공정 또는 당업자에게 공지된 다양한 기계적 수단에 의한 압축할 수 없는 용액의 도입을 포함한다.

특정 양태에서, 입자는 공동 내에 건조 분말 형태로 도입될 수 있으며, 예를 들어 분말을 배치(deployment) 루멘 또는 스프레이 헤드로부터 압력 하에 스프레이 또는 분출시킴으로써 도입될 수 있다. 또는 건조 분말은, 예를 들어 풍선, 스펀지 또는 기타 확장되는 구조물과 같은 확장 부재(member)의 표면으로 운반시킴으로써 공동의 벽과 접촉시킬 수 있다.

다른 양태에서, 입자는 하나 이상의 담체와 함께 도입될 수 있다. 예를 들어, 입자는 현탁액 형태 또는 수성 슬러리와 같은 슬러리 형태로 도입될 수 있으며, 당해 현탁액 또는 슬러리는 점도 개선제를 추가로 포함할 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같은 특정 제제가 또한 점도를 개질시키거나, 공동과 수술의 기타 특성을 개질시키기 위해 포함될 수 있으며, 특정 제제의 예는, 트롬빈, 피브리노겐 또는 기타 트롬빈형성제; 히알루로니다제 또는 기타 용해 성분과 같은 효소적 성분; 골생성촉진제; 및 항생제와 같은 항미생물제를 포함한다.

본 발명의 한 양태에서, 입자는 충분한 점도 및 접착 특성을 갖는 페이스트나 겔 중 운반되어 골 표면의 얇은 층에 부착된다. 입자의 페이스트 또는 현탁액은 다양한 임의의 장치(예: 스프리더, 스프레이어 또는 입자를 골의 표면에 분포시키는, 풍선 또는 기타 확장되는 구조물)를 사용하여 공동의 골 표면에 분포될 수 있다.

척추체에 접근하는 다양한 수술 접근법이 사용되고 기술되어 왔다. 접근법 의 선택은 임상적 판단, 치료될 특정 결함 및 척추 수준(어떤 수준은 후방 접근보다 전방 접근이 더 용이하다)에 따라 달라진다. 그러나, 선택은, 측면 접근; 경척추 접근; 당업자에 의해 사용되거나 계획될 수 있는, 후방 접근으로서 일반적으로 기술되는 다양한 직접 또는 사선 접근법이 포함될 수 있다.

담체의 특성에 따라, 골의 표면에 접촉하는 입자 층은 골 시멘트의 잔여부의 도입 전에 경화되거나 부분적으로 경화되어, 생체 내 형성된 임플란트의 코어를 생성한다.

본 발명의 다른 양태는 기술된 입자를 위치시켜 차별적인 복합재를 생성하는 방법을 포함한다. 도 6A 내지 6D에 도시된 바와 같이, 초기에 수술 부위(150)는 골 드릴 또는 기타 기구와 당업자에게 공지된 공정을 사용하여 골(140) 내 생성될 수 있다. 입자 층(172)을 위치시키는 한 방법은 본원에서 기술된 바와 같이 기계적으로 확장되는 지지체를 배치시키는 캐뉼러 도입기(47)를 통해서이다. 다음으로, 도 7에 예시된 바와 같이, 입자(172) 층이 골 (140) 내 공동(154)의 적어도 일부 내부 벽에 배치될 수 있다. 입자(172) 층의 두께는 달라질 수 있으나, 특정 양태에서 적어도 약 0.1mm 내지 약 4mm 이하이다. 또한, 입자(172)를 스파튤라, 스왑(swab) 또는 기타 적용기와 같은 포켓용 기구(hand-held tool)를 사용하는 간단한 방법으로 배치시키는 것이 가능하다.

건조 분말 형태의 입자는, 예를 들어 주사기, 스퀴즈 벌브 또는 기타 소스로부터 압축 공기를 사용하여 선택적으로 도입될 수 있다. 천연 골의 내부 표면, 특히 천연 해면골의 새로-압축된 또는 압착된 내부 표면은, 습윤되거나 혈, 골수 또 는 세포간질액으로 젖어 있을 수 있다. 이러한 습기 또는 젖음은, 입자(172)가 당해 적용 수술 동안과 직후에 위치에 고정되는 것을 도와줄 수 있다. 다른 선택으로서, 입자(172)는 페이스트 형태로 배치될 수 있고, 당해 페이스트 형태는 입자를, 물, 혈액, 기타 체액 또는 적합한 생리적 항상성을 갖는 기타 담체와 함께 혼합하여 제조될 수 있다.

적합한 시점에서, 시멘트 전구체(177)는 전술한 바와 같은 가루반죽(doughing) 방법으로 제조되어, 시간이 경과됨에 따라, 예를 들어 수분 내 경화되어 시멘트(176)를 형성할 수 있다. 수술 공정에 적합한, 예를 들어 약 5분 미만의 공지된 경화 시간을 갖는 새로 혼합된 중합체 시멘트 전구체일 수 있다. 예를 들어, 시멘트 전구체는 당업자에게 공지된 바와 같은 적합한 경화제 또는 촉진제 또는 방사선-비투과성 첨가제를 함유할 수 있다. 시멘트 전구체(177)는 입자 밀도는

로 표현되는 입자(174)를 함유할 수 있다. 당해 혼합물을 입자(172)의 배치 중 생성된 공동(154) 내로 도입시킬 수 있으며 골(140) 내 공동(154) 벽에 인접한입자(172) 층에 대해 압축될 수 있다.

도 8은 당해 충전 직후의 수술 부위의 외양을 개요적으로 보여준다. 시멘트 전구체(177)는

로 표현되는 입자 농도를 갖는 입자를 함유할 수 있으며, 당해 입자 농도는 벌크 내부 영역(164) 중 시멘트(176)의 입자(174)의 목적하는 최종 농도와 동일하거나 거의 일치한다. 전술한 바와 같이, 시멘트 전구체(177) 내 함유된 입자(174)는 이전에 도입된 입자(172)와 실질적으로 동일하거나, 또는 시멘트 전구체(177) 내 함유된 입자(174)는 입자(172)와 특정 특성이 상이할 수 있다. 입 자(174)를 함유하는 시멘트 전구체(177)는 공동(154) 내로 충분한 압력으로 도입되어 수술 부위(150)의 형상이나 크기에 대략 합치된다. 주입 압력은 형광 투시법으로 검출되는 바와 같이 치밀골로부터 골 시멘트의 출구에 의해 제한될 수 있다.

시멘트 전구체(177)가 경화되기 전의 시간 동안 입자(174)를 함유하는 시멘트 전구체(177)가 공동(154) 내로 도입되는 압력에 따라, 일부 시멘트 전구체(177), PMMA와 입자(174)의 혼합물이 이전에 도입된 입자(172) 사이 간격으로 이동할 수 있다. 이러한 이동은 입자(174)를 함유하는 시멘트 전구체(177)에 압력의 적용이 원인이 되거나 이에 의해 촉진될 수 있다. 추가적으로, 당해 이동은 도 9에 보여지는 상황을 야기할 수 있으며, 여기서 시멘트 전구체(177)는 최초 도입된 입자(172)와 시멘트 전구체(177)와 혼합된 입자(174) 모두에 의해 실질적으로 둘러싸인다. 영역(162)의 입자(172)의 목적하는 용적분은 골(140) 내 공동(154)의 벽에 침착되는 입자(172)의 양을 조절함으로써 부분적으로 달성될 수 있다. 시간이 경과함에 따라, 시멘트 전구체(177)은 경화되어 시멘트(176)가 될 수 있다. 이는 상대적으로 큰 국소 입자 농도 β를 갖는 골-시멘트 경계 영역(162)이 생성되는 것을 도울 수 있다. 영역(162)에서의 입자 농도 β는 당해 영역이 최적의 골-성장 레짐을 가져 최대의 계면전단강도(interfacial shear strength)를 갖도록 선택될 수 있으며, 골 시멘트(영역(164))의 벌크는 균열 전파 방지를 위해 최적화된 국소 입자 농도

를 가짐으로 인해 가장 긴 피로 수명을 가질 것이다.

도 9에서, 골-접촉 영역(162)와 벌크 내부 영역(164) 사이의 뚜렷한 경계는 부분적으로 설명을 용이하게 함을 주목한다. 복합재에서 입자의 국소 용적분은 입 자(골-접촉 영역(162)의 특징적인)의 국소 용적분으로부터, 벌크 영역(164)에 특징적인 입자의 국소 용적분에 이르기까지 다소 점차적으로 변화될 수 있다. 차별적인 입자 밀도를 획득하기 위해 사용될 수 있는 특정 기술이 본원에 기술되어 있다.

본원에 기술된 바와 같이, 전개되는 이중-우산 바스켓이 관여하거나 관여하지 않는, 시멘트 전구체(177) 또는 일반적으로 임의의 용액을 골 내 내부 공동으로의 주입은, 수술 과정에서 당업자에게 익히 공지된 충분한 압력을 사용하여 실행될 수 있다. 당해 압력은 수술 과정에 관련된 골의 임의의 파국적 실패를 야기하지 않도록 크기 면에서 제한된다. 바람직하게, 압력은 충분한 시간 동안 유지되어 시멘트 전구체(177)가 적어도 실질적인 부분이 시멘트(176)로 완전히 변환되도록 한다. 모든 기술된 성분의 배치 및 시멘트 전구체(177)를 경화시켜 시멘트(176)를 생성시킬 충분한 양의 시간을 허용한 후(필요하다면), 수술 부위는 공지된 수술 기술을 사용하여 폐쇄될 수 있다.

기술된 수술 과정의 일부로서, 특정 양태에서 입자(172) 층은, 캐뉼러 도입기(47) 및 매질 배치 장치, 예를 들어 전개되는 기계적으로 확장되는 바스켓 장치를 사용함으로써 배치될 수 있다. 당해 공정의 한 양태는 도 10 내지 19에서 추가로 도시된 바와 같다; 관련 장치의 또 다른 양태는 도 14A 및 14B에서 추가 도시된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 장치는 확장되는 바스켓(48)과 같은 공동 생성 툴이, 배치될 수 있도록 하는 튜불러 도입기(47)를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 도입기는 약 4 내지 8mm의 직경을 가지며, 더욱 바람직하게 약 5 내지 6mm의 직경을 갖는다. 도입기의 길이는 특정 양태에서 일반적으로 약 12cm 내지 약 30cm의 범위이다. 도 11에서, 도입기(47) 및 이중-우산 바스켓(48) 어셈블리를 당업자에게 공지된 수술 기술을 사용하여 골(140) 내에 위치시킬 수 있다. 도 13에서와 같이, 도입기(47)는 다음으로 부분적으로 후퇴하고 이중-우산 바스켓(48)이 배열을 위해 위치될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 확장되는 바스켓(48)은 복수의 유연한 스트럿(51)을 포함할 수 있으며, 당해 스트럿은 서로 동일한 길이-폭 방향으로 대략적으로 생성될 수 있다. 비-전개 상태에서, 스트럿(51)은 일반적으로 축 방향의 배열을 갖는다. 스트럿(51)은 전개된 상태일 수 있으며, 이때 스트럿(51)은 바깥쪽으로 구부러지거나 방사상으로 확장되어 특정 양태에서 끝과 끝을 잇는 이중-우산 바스켓 모양을 만들 수 있다. 이중-우산 바스켓(48)의 각각의 스트럿(51) 사이는 연속적인 내부 막 덮개(50)가 있으며, 당해 덮개가 비-전개된 이중-우산 바스켓(48) 내의 입자(172)를 수용한다. 입자(172)는 생체적합성이고 생체흡수성인 외부막 덮개(53)에 의해 추가로 함유될 수 있으며, 당해 덮개는 스트럿(51)에 단단히 고정될 수 있다. 스트럿(51) 사이의 외부 막 덮개(53)는 바람직하게 하나 이상의 가분 영역, 예를 들어 천공된 티어(tear) 슬럿(slot)(52)으로 미리 제조된다.

도 16에서, 이중-우산 바스켓(48)이 전개되는 경우, 내부 막 덮개(50) 내 함유된 입자(172)는 외부 막 덮개(53)가 스트렛칭하여 파열되는 때 방출된다. 외부 막 (53)상의 천공의 티어 슬럿(52)은 이중-우산 바스켓(48)이 전개될 때 생기는 특정 양의 변형에 도달하는 때 파열되거나 찢어질 수 있다(용어 "파열되는"과 "찢어 지는"은 본원에서 호환적으로 사용된다). 이중-우산 바스켓(48)은 다음으로 제1 방향에서 약 20 내지 30도 회전될 수 있고, 다음으로 제2 방향에서 약 20 내지 30도 회전하여, 이미 배치된 입자(172)를 골의 벽 표면 쪽으로 확산시킬 수 있다.. 도 10, 11 및 13에서, 예시를 용이하게 하기 위해 입자(172)는 나타내지 않았다. 입자(172)는 건조하거나 습윤 상태일 수 있으며, 당업자에게 공지된 바와 같은 액체 또는 담체 성분을 추가 함유할 수 있다. 도 10은 수술 부위 외측에서 도입기(47)와 이중-우산 바스켓(48)의 어셈블리를 보여준다. 도 11은 수술 부위(150) 내에 삽입된 동일한 어셈블리를 보여준다. 기구가 수술 부위(150) 내에 도달한 후에, 캐뉼러 도입기(47)는 도 13에서 보여지는 바와 같이 비-전개 이중-우산 바스켓(48)을 노출시키면서 부분적으로 철회될 수 있다.

특정 양태에서, 이중-우산 바스켓(48)은 외과적 스테인레스 스틸 또는 임의의 형상 기억 합금으로 제조될 수 있다. 당해 물질의 비제한적인 예는, 316L 스테인레스 스틸, 코발트-크로뮴-몰리브데늄 합금 또는 임의 형상 기억 합금(예: Nitinol

)이다. 외부 막 덮개(53)는 상대적으로 얇은 생체적합성이고 생체흡수성인 중합체로 제조될 수 있다. 그러한 물질의 예는 본원에 기술된 바와 같은 폴리카프로락토 및 DLPLG와, 심장 카데터 및 유사한 적용에서 막으로서 공지된 용도를 갖는 임의의 다양한 물질을 포함한다.

도 14A에서, 확장되는 바스켓(48)은, 다양한 메카니즘, 예를 들어 로드(54)의 노브(55)가 회전할 때 기계적으로 연결된(threaded) 플런저 튜브(54)를 사용한 축 방향 압축에 의해 전개될 수 있다. 노브(55)가 회전하면서 로드(54)를 말단적 으로 이동시킬 수 있으며, 이러한 축방향의 압축력을 바스켓 어셈블리에 적용한다. 압축력은 바스켓 어셈블리 스트럿(51)을 바깥쪽으로 구부러지게 할 수 있으며, 이로써 끝과 끝을 잇는 이중-우산 바스켓 형상이 생성된다. 당해 공정이 스테인레스 스틸을 사용하는 바람직한 경우라면 추가의 전개를 위한 행동이 필요하지 않다. 다른 양태에서, 확장되는 바스켓(48)은 예를 들어 형상기억 금속 합금 또는 코발트-크로늄-몰리브데늄 합금 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 당해 양태에서, 스트럿(51)은 목적하는 치수(dimension)로 미리 제조될 수 있다. 목적하는 치수는 배열된 크기와 형상을 갖는 이중-우산 바스켓으로 열-세팅될 수 있다. 기계적 또는 온도-의존 활성화시, 이중-우산 바스켓(48)은 목적하는 크기 및 형상으로 전개된다. 이중-우산 바스켓(48)은 바깥쪽으로 구부러져 더 큰 용적을 차지한다. 도 5는 전개된 확장되는 바스켓(48)이 수술 부위(150)에서 목적하는 형상을 생성함을 보여준다. 기계적 또는 온도-의존적 활성화시, 이중-우산 바스켓(48)은, 배열을 목적하는 크기 및 형상으로 변화시킨다. 이중-우산 바스켓(48)은, 내측으로 철회하여 캐뉼러 도입기(47) 내로 철회되기에 적합한 더 적은 용적을 차지할 수 있다. 도 17은 비-전개 이중-우산 바스켓(48)이 수술 부위(150)으로부터 제거됨을 보여준다.

도 16에서, 외부 막(53)이 이중-우산 바스켓(48)이 전개시 기계적으로 분리되고, 내부 막 덮개(50)에 함유된 입자(172)는 바스켓 어셈블리가 확장시 바깥쪽으로 압력을 받아 골 벽 공동(154)의 표면에 배치될 수 있다. 후에, 골(140)에서 골 벽(154)의 내부 표면은, 외부 막 덮개(53)가 파열되거나 용해된 후에 내부 막 덮 개(50)으로부터 입자(172) 층을 전달받는다. 바스켓 어셈블리 기구는 다음으로 제1 방향으로 약 20 내지 30도 회전하고(강체와 같이), 다음으로 제2 방향으로 20 내지 30 도 뒤로, 바람직하게는 제1 방향과 반대 방향으로 회전될 수 있다. 당해 회전으로 입자(172)는 다소 고르게 배치될 수 있다. 수술 부위(150)으로부터 이중-우산 바스켓(48)을 제거하기 위해, 로드(54) 어셈블리의 노브(55)를 스테인레스 스틸 이중-우산 바스켓(48)이 이의 본래 전개 전 크기와 형태로 회복되기에 적합한 방향으로 회전시킨다. 특정 양태에서 선택적으로, 형상-기억 금속 합금 이중-우산 바스켓이 사용되어 로드(54)의 노브(55)의 회전으로 바스켓 어셈블리를 축 방향으로 잡아당겨 형상 기억 합금의 초탄력성에 기한 본래 형상으로 복귀하여 접혀질 수 있다. 이러한 본래 크기와 형상으로의 복귀로 전체 어셈블리를 철회시킬 수 있다. 남아있는 외부 막 덮개(53)는 바스켓 어셈블리가 수술 부위로부터 철수할 때 부분적으로 제거될 수 있거나, 외부 막 덮개(53) 또는 이의 일부는 수술 부위(150) 내에 남아, 시간이 경과함에 따라 체내에 흡수될 수 있다.

시멘트 전구체(177)(입자(174)를 함유하는)는 통상의 방법으로 제조되어 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 골 공동 수술 부위(154) 내로 삽입되거나 주입될 수 있다. 도 17은 캐뉼러 도입기(47)과 수술 부위(150)로부터 제거되는 잔존하는 외부 막 덮개(53)를 보여준다. 도 18은 입자(174)를 함유한 시멘트 전구체(177) 및 입자(172)의 혼합물로 충전된 골(140) 내 수술 부위(150)를 보여준다. 최종적으로, 도 19는 경화되어 입자(174)와 입자(172)를 함유하는 시멘트(176)을 형성하는, 골(140) 내 시멘트 전구체(177)를 보여준다.

전술한 방법에서, 입자(172)가 실질적으로 서로 접촉하여 팩킹 분을 갖는 입자(172)의 층으로서 배치되고, 다음으로 입자(174)를 함유하는 시멘트 전구체(177)가 주입되는 경우, 시멘트 전구체(177)의 일부가 이미 배치된 입자(172)들의 간격 사이로 흐를 수 있다. 그러나, 시멘트 전구체(177) 내 함유된 입자(174)는 입자(172)의 간격 사이로 이동하지 않을 수 있다. 특정 입자의 이러한 저지(holding back)으로 인해 영역(162)와 영역(164) 사이의 경계 근처 부위에서 입자 농도가 완전히 날카로운 정도보다는 덜한 변화를 보일 수 있다. 영역(162)와 영역(164) 사이의 경계 부위에서, 입자 농도가 주입된 시멘트 혼합물에서 보다는 높으나 이미-배치된 입자(172)의 농도보다는 더 작은 위치가 있을 수 있다. 이는 입자 농도에서 국소적 경사로서 나타날 수 있다. 입자 코팅(172)은 골의 바깥으로의 복합재의 누출을 저지할 수 있다. 복합재 시멘트 및 입자의 누출은 척추성형술과 풍선성형술에서 바람직하지 않은 부작용인 색전이 될 수 있다.

마지막으로, 수술 절개부가 당업자에게 공지된 수술 과정에 의해 폐쇄될 수 있다. 도 19는 회복된 척추를 보여주며, 이는 다른 양태에서 다른 골일 수 있으며, 여기서 복합재는 비-균등 농도의 입자, 즉 골 근처 영역(162)에서는 골 성장을 촉진하기 위해 높은 입자 밀도(=β)를 가지며, 골 시멘트 벌크(164)에서는 최대 피로-저항성 복합재를 제공하여 회복된 골을 지지하기 위해 더 낮은 입자 밀도(=

)를 가진다. 또한, 도 19에서 골-접촉 영역(162)과 골 시멘트 벌크 영역(164) 사이의 명확한 구분은 일부분 예시 목적임을 주목해야 한다. 실제로는 골 시멘트 내 입자 농도는 골-접촉 영역(162)로부터 특정 거리에 걸쳐 점진적으로 변화하여 내부 벌크 영역(164)의 농도에 이르는 국소적 변이가 있을 수 있다. 도 19에서, 의학적 치료가 완결된 상태를 나타내기 위하여, 이전 도면들에서 시멘트 전구체(177)로 나타내었던 것을 시멘트(176)(경화 과정이 실질적으로 완성된)으로 나타내었다.

도 20 내지 27은 본 발명의 한 양태를 보여주며, 여기서 공동-형성 기구 및 입자-배치 기구는 별개의 장치이다. 도 20에서, 요추체(200)과 같은 척추체 일부를 잘라낸 측면도가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이 척추체는 예시적 골로 사용된 것으로 본 발명은 신체의 다양한 골에 적용될 수 있다.

척추체(200)의 외부는 일반적으로 척추의 얇은 벽을 덮는 상부의 말단 플레이트(202)와 하부의 말단 플레이트(204)를 포함한다. 척추체(200) 내부에 해면골 매트릭스 네트워크(206)가 포함된다.

척추에서 적용되는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 공개된 수술 접근법을 사용하거나 피하 천공법과 같은 덜 침투적인 접근법을 사용하여 수행될 수 있다. 도 20에서 도시된 바와 같이 신장된 접근 캐뉼러 도입기(208)는 환자 내 피하에 도입되고, 연질 조직을 통해 진행하여 원단(214)이 해면골(206) 내에 위치한다. 접근 캐뉼러 도입기(208)는 근단(212), 원단(214) 및 캐뉼러 루멘(216)을 갖는, 신장된 튜불러 바디(210)를 포함한다. 바람직하게, 원단(214)은 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 날카로운 팁이나 트로카, 예를 들어, 단일, 이중 또는 삼중 배블(bevel)을 포함한다. 접근 캐뉼러 도입기(208)는 적합한 물리적 특성을 갖는 다양한 임의의 물질이 사용될 수 있으나, 예를 들어 수술 스틸과 같은 의학적 등급 물질을 바람직하게 포함한다. 근단(212)은, 핸들링을 용이하게 하며, 또한 적용 후 중앙 루멘(216)을 통해 신장되는 다양한 도구와의 분리가능한 맞물림을 임의로 가능하게 하는, 근접 허브(218)를 포함할 수 있다.

접근 캐뉼러 도입기(208)는 환자의 등에 있는 연 조직을 통해 척추체(200) 내로 진행될 수 있다. 접근 캐뉼러 도입기(208)의 진행축은 척추경일 수 있으나, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 치료될 척추의 수준 및/또는 관련된 해부학적 특징에 따라, 다른 접근, 예를 들어 측방, 후측방, 척추경외 및/또는 전방이 사용될 수 있다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 접근 캐뉼러 도입기(208)의 게이지에 따라, 제거될 수 있는 내부 폐쇄기(internal obturator) 또는 스타일릿(stylet)(도시되지 않음)이 중앙 루멘(216)에 위치될 수 있다. 바람직하게, 튜불러 접근 캐뉼러 도입기(208)가 도 20에 도시된 바와 같이 배치되면, 공정의 남은 과정에서 척추체 내부로의 접근을 제공한다.

접근 캐뉼러 도입기(208)가 삽입되는 동안에, 캐뉼러 도입기(208)의 위치는 다양한 임의 영상 장비, 예를 들어, 형광투시법(즉, 실시간 X-레이), 초음파, CT 스캔 장치, MRI, 또는 컴퓨터 활용한 가이던스 및 맵핑 장비(mapping equipment)를 포함한 통상적인 기타 모니터링 장비를 사용하여 모니터링될 수 있다.

본 발명의 한 양태에서, 접근 캐뉼러 도입기(208)의 원단(214)은 척추체(200)의 후방 측면 방향의 위치에서 척추체(200) 내 위치한다. 원단(214)은 전방 측면과 같은 척추체(200)의 다양한 임의 부위에 선택적으로 위치할 수 있다.

도 21A에서 본 발명에 따른 공동 생성 툴(220)을 개요적으로 도시하였다. 공동 생성 툴(220)은 근단(224), 원단(226) 및 원단(226)에서 공동 생성 부재(228) 를 갖는 신장체(222)를 포함한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 근접 허브(230)가 제공될 수 있다.

본원에 기술된 관절 의약 장치 분야에서 잘 공지된 다양한 임의 소재로 제조될 수 있으며, 특정 목적하는 타겟 골에 적합한 치수를 가질 수 있다. 본 발명의 예에서, 접근 캐뉼러 도입기(208)는 약 7cm 내지 약 35cm 범위의 길이를 가지고, 외측 직경이 약 12mm이하일 수 있으며, 특정 양태에서 약 7mm이하일 수 있다. 관련 기구 치수는 당업자에게 이해되는 바와 같이, 중앙 루멘(216)의 길이와 직경과 일치하도록 조절될 것이다.

공동 생성 툴(220)은 접근 캐뉼러 도입기(208)에서 중앙 루멘(216)을 통해 축방향으로 신장되어 해면골(206)에 접근하도록 치수화된다. 공동 생성 부재(228)는 본원에 기술된 바와 같은 다양한 임의 형태의 공동 생성 부재일 수 있다. 예를 들어, 공동 생성 부재(228)는 단일 벽 팽창가능 풍선, 이중 벽 팽창가능 풍선, 이중-우산 기계적 전개가능한 바스켓 또는 기타 기계적 확장 부재를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 골 압축에 의해 공동을 생성하는 데 사용될 수 있다. 또는, 공동은 골의 제거로 형성될 수 있다. 이는 척추체(200)의 내에서 조작되어 공동을 형성시킬 수 있는, 임의의 다양한 컷터, 버(burrs) 또는 브러쉬를 사용하여 수행될 수 있다. 물질 제거에 의한 공동 생성은 또한 임의의 다양한 화학적 또는 생화학적 제제, 예를 들어 효소, 산 또는 해면골을 감소시키거나 제거하는 기타 물질을 도입시켜 수행되거나 보조될 수 있다.

추가 양태로서, 공동 생성 부재(228)는 임의의 다양한 변환기 또는 에너지 원, 예를 들어 고주파술(RF) 일렉트로드, 마이크로파 또는 고강도집속초음파(HIFU) 변환기, 열원 또는 저온 냉각 챔버를 포함할 수 있으며, 이는 선택된 부분의 해면골을 분쇄시키거나 제거를 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 예시적 양태에서, 공동 생성 부재(228)는 팽창 루멘(232)에 의해 바디(222)의 근단(224)과 결속되어 있는 있는 팽창되는 풍선이다. 팽창되는 풍선은 접근 캐뉼러 도입기(208)에서 중앙 루멘(216)을 통해 축방향 진행을 용이하게 하기 위해, 접혀지고, 미끄러운 코팅이나 기타 특성을 가질 수 있으며, 팽창되는 풍선은 디플레이트(deplate) 프로파일을 갖는다.

공동 생성 부재는, 바람직하게, 목적하는 크기의 공동이 공동 생성 툴(220)의 제거 후에도 충분히 남아있을 정도로 충분히 확장된다. 예시적 양태에서, 팽창되는 풍선의 팽창 용적은, 일반적으로 적어도 약 0.2cc이며, 골 특성 및 밀도에 따라서 약 1, 2, 4, 6 또는 8cc 이상과 같이 더 클 수 있다. 추가로, 팽창된 풍선의 크기와 풍선의 모양은 치료될 골의 특성에 의해 영향받을 것이다. 척추체의 치료를 위해서 구형 풍선 또는 원통형 풍선이 빈번하게 사용될 수 있다. 그러나, 대퇴근위부에서의 치료를 위해, 예를 들어, 신장된 원통형 또는 원뿔대 모양 풍선 또는 비규칙적 기하학적 모양의 풍선이 불규칙한 모양을 갖는 골수강에 사용될 수 있다.

예를 들어 미국특허 제6,726,691호[발명자: 오소리오 등(Osorio et al.), 발명의 명칭: 골절 및/또는 감염된 골의 치료 방법]에 기재된 바와 같은 다양한 선택적 공동 생성 기구가 또한 사용될 수 있으며, 당해 문헌은 참조에 의해 본원에 혼입된다.

도 21B는 입자-배치 툴(234)을 개요적으로 도시한다. 일반적으로, 입자-배치 툴(234)은, 근단(238)과 원단(240)을 갖는 신장된 튜불러 바디(236)를 포함한다. 원단(240)은 본원에 기술된 바와 같은 입자 배치를 위한 임의의 다양한 구조일 수 있는, 배치 헤드(242)를 포함한다. 예를 들어, 배치 헤드(242)는 복수의 천공을 갖는 팽창되는 풍선일 수 있다. 또는, 배치 헤드(242)는 벽 사이에 입자를 포획하고 있는 이중벽 풍선을 포함할 수 있으며, 여기서 외부 벽 풍선은 생체 내에서 파열될 수 있다. 또는, 배치 헤드(242)는 골 내 입자 물질을 방출시키기 위해 튜불러 바디(236)의 측벽을 따라 복수의 구멍을 포함할 수 있다.

입자 배치 툴(234)은 입자 물질의 제공원과 결합시키기 위한 근접 허브(244)를 바람직하게 추가 포함한다. 본원에 기술된 바와 같이, 배치 헤드(242) 및 근접 허브(244)의 특성은 배치될 입자의 조성적 특성(예: 건조 분말, 겔, 슬러리, 페이스트 등)에 따라 달라질 수 있다.

도 22에서, 공동 생성 툴(220)은 접근 캐뉼러 도입기(208)에서 중앙 루멘(216)을 통해 축방향으로 진행하여 공동 생성 부재(228)를 해면골 (206) 내에서 디플레이트된 또는 감소된 프로파일 배열로 위치시킨다.

도 23에서 공동 생성 부재(228)는 이의 확장된 프로파일로 변형되어 해면골(206)을 압축시켜 공동(246)을 생성한다. 도 24에서, 공동 생성 툴(220)은 제거되고, 접근 캐뉼러 도입기(208)가 위치를 유지시켜 공정의 후속 단계를 위한 공동(246)에의 접근을 제공한다.

도 25에서, 입자 배치 툴(234)이 접근 캐뉼러 도입기(208)의 중앙 루멘(216) 을 통해 축방향으로 진행하여 공동(246) 내 배치 헤드(242)를 위치시킨다. 도 25에서 도시된 바와 같이, 입자는 본원에 기술된 바와 같이 배치 헤드(242)로부터 배치되어 공동(246)의 벽(248)에 일렬로 배열되거나 코팅(250)된다. 본원에 기술된 바와 같이, 입자는 건조 분말, 겔, 페이스트, 또는 기타 유동 형태일 수 있다.

도 26에서, 입자 배치 툴(234)은 접근 캐뉼러 도입기(208)로부터 철수될 수 있다. 다음으로, 혼합된 입자를 함유하여 충전 물질을 형성하는, PMMA 또는 기타 본원에 기술된 경화되는 매질원이, 근접 허브(218)에 결합하고, 경화되는 매질은 중앙 루멘(216)을 통해 진행하여 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 공동(246)을 채우고, 다음으로 입자를 도입시켜 복합재 임플란트(252)를 생성한다. 도 27에서, 접근 캐뉼러 도입기(208)는 후에 제거될 수 있다. 접근 캐뉼러 도입기(208)의 제거는 충전제 도입 후 즉시 수행되거나, 접근 트랙을 통해 경화되지 않는 또는 경화되는 매질의 이탈 위험을 최소화하기 위해, 경화되는 충전제 매질이 적어도 부분적으로 경화되기 시작하는 기간 후에 수행될 수 있다. 접근 트랙은 당업자에게 공지된 바와 같이, 공지된 기술에 따라 폐쇄시키거나, 직경 및 목적하는 임상 결과에 따라 방치되어 치료될 수 있다.

도 28 내지 30은 본 발명에 따른 한 양태를 보여주며, 여기서 공동-형성 툴, 입자 배치 툴 및 입자-전개(spreading) 툴은 3개의 분리된 장치로 이의 사용 방법은 다중 단계를 포함한다.

바람직하게 약 1.5cm 내지 3.0cm의 삽입가능한 길이를 갖는 공동-형성 툴은, 바람직하게 예리한 모서리를 갖는 수개의 유연한 스트럿(51)을 포함할 수 있다. 공동-형성 툴의 당해 양태에서, 도 28A 내지 28에서와 같이, 공동-형성 툴은 변화되는 이중-우산 바스켓(48)이다. 이중-우산 바스켓(48) 공동-형성 양태는 외과적 스테인레스 스틸 또는 임의의 형상 기억 합금으로 제조될 수 있다. 각 재료의 예는 316L 스테인레스 스틸, 코발트-크로뮴-몰리브데늄 합금, 또는 니틴올(Nitinol

)과 같은 임의의 형성 기억 합금이다.

다중-단계 방법의 당해 예에서, 이중-우산 바스켓(48) 공동-형성 툴은 축력에 의해 척추체의 해면골의 내부에서 작용한다.

특정 양태에서, 툴은 바람직하게 구성요소로서 말단캡(57)을 가진 센터 로드(59)를 포함하며, 당해 센터 로드는 외부 슬리브(54), 이중-우산 바스켓(48) 및 노브(55)와 동축을 가진다. 슬리브(54)의 말단은 바람직하게 이중-우산 바스켓 어셈블리에 바람직하게 인접한다. 슬리브(54)의 근단은 바람직하게 노브(55) 성분과 인접한다. 이중-우산 바스켓(48)의 원단은 센터 로드(59) 및 말단캡(57)에 인접할 수 있다. 도 14B에서 볼 수 있는 바와 같이, 이중-우산 바스켓(48) 공동-형성 툴은 센터 로드(59)에 조정되어 회전이 방지될 수 있으며, 이로써 노브(55)가 회전시 장치의 근단으로부터 회전이 적용되도록 한다. 노브(55)의 회전으로 이중-우산 바스켓(48)에 대하여 외부 슬리브(54)를 말단적으로 이동시킬 수 있다. 이중-우산 바스켓(48)이 센터 로드(59) 말단캡(57)에 대해 말단적으로 이동할 때 확장되는 바스켓(48) 어셈블리에 축력을 생성시킬 수 있다. 또는, 장치는 당업자에게 공지된 래칫(ratchet) 또는 기타 메카니즘에 의해 작동될 수 있다.

축력으로 인해 공동-형성 스트럿(51)의 바스켓 어셈블리가 해면골 매트릭스 에 대해 바깥쪽으로 구부러지고, 이로 인해 도 28D와 같이 완전히 전개되었을 때 끝과 끝을 잇는 이중-우산 바스켓 모양을 생성한다.

이중-우산 바스켓(48) 공동-형성 툴은 도 28B에서 보여지는 바와 같이 부분적으로 전개되고, 회전되어 해면골 매트릭스를 절개하여 해면골 내에서 공동을 형성시킬 수 있다. 후속의 추가 축력으로 인해 이중-우산 바스켓(48) 공동-형성 툴은 도 28C 및 도 28D에서와 같이 추가 전개된다. 이중-우산 바스켓(48) 공동-형성 툴은 재회전하여 추가의 해면골을 절단하여 해골 내 공동의 크기를 추가로 증가시킬 수 있다. 이중-우산 바스켓(48) 공동-형성 툴의 크기를 증가시키는 이러한 방법은 수회 반복될 수 있으며, 이로써 목적하는 공동 형태를 생성시킬 수 있어 "공동 측정 시스템"이라 칭할 수 있다.

목적하는 공동 형태가 본 발명의 예시적 사용에서 해면골 내에 형성되면, 이중-우산 바스켓(48) 공동 생성 툴은, 도 28E에서와 같이, 축력을 제거함으로써 비-전개되어 본래 튜불러 모양을 회복할 수 있다. 이중-우산 바스켓(48)의 근단 및 말단은, 비-전개되기 위해 필요하다면(바스켓 물질 의존적) 이들 각각의 근접부에 정착하거나 고정될 수 있다. 이중-우산 바스켓(48) 공동-형성 툴은 다음으로 전에 기술한 바와 같이 캐뉼러 도입기(47)를 통해 해면골로부터 철수될 수 있다.

다중-단계 방법의 당해 예에서, 도 29의 제2 입자 배치 장치(500)가 입자(172)를 전달하는 데 사용될 수 있다. 입자-배치 장치의 원단은 홀(501)을 함유하여, 이로써 전력 지원 또는 입자(172)의 매뉴얼 주입이 가능하다. 입자(172)의 전달 매질은, 겔, 페이스트, 슬러리, 염수, 공기 또는 당업자에게 공지된 기타 방 법의 담체 형태일 수 있다. 기타 제제가, 또한 입자(172) 담체의 점도를 개질시키기 위해, 또는 공동 및 공정의 기타 특정을 개질시키기 위해 포함될 수 있으며, 당해 제제의 예로는 트롬빈, 피브리노겐 또는 기타 트롬빈성 제제, 히알루로니다제 또는 기타 용해성 물질을 포함한 효소 성분, 골생성-촉진제, 선택적 또는 동시적인 항생제가 포함될 수 있다.

다중-단계 방법의 본 실시예에서, 제3의 입자-담체-확산(spreading) 장치(600)가 입자-배치 장치(500)에 의해 분배된 입자(172)를 확산시키는 데 사용될 수 있다. 그러한 입자-담체 확산은 중합체-덮개 이중-우산 바스켓(48), 풍선, 기계적 와이퍼, 또는 기타 당해 유형의 적용 분야에 있어 당업자에 의해 이용가능한 장치로 시행될 수 있다. 입자-확산 장치(600)는 배치될 수 있고, 필요한 만큼, 예를 들어 적어도 약 10, 20, 30, 40, 50, 60 또는 그 이상으로 회전하여, 입자(172) 또는 입자-함유 담체를 배치시킬 수 있다.

도 31 내지 33은 도 28 내지 30에서와 같이, 골 공동을 형성시키는 단계 및 공동 내 입자를 배치시키는 단계를 일반적으로 도시한다. 그러나, 도 31A 내지 E 및 도 33A 및 B에서의 바스켓(48)은, 도 28A 내지 E 및 도 30A 및 B에 도시된 바와 같은 일반적인 직사각형 스트럿(601) 대신에, "역방향 넥타이 방향" 형태를 일반적으로 가진다. 도 31A 내지 E 및 도 33A 내지 E에서 도시된 바와 같이, "역방향 나비넥타이" 형태의 스트럿(602)은 스트럿(602)의 제1 말단에서 중앙 부위까지의 폭은 감소되고, 중앙 부위에서 스트럿(602)의 제2 말단까지의 폭은 증가된다. 당해 스트럿(602) 배열은 스트럿 중앙 부위에서 증가된 강도 및 안정성을 유리하게 제공 할 수 있다. 당업자는 다양한 형태의 기타 스트럿 배열, 예를 들어, 스트럿의 모든 길이를 따라 바브(barb)를 갖는 스트럿, 진동하는 폭을 갖는 스트럿 등을 인식할 수 있을 것이다.

사용 방법

본 발명의, 입자의 비-균등 농도를 갖는 골 시멘트 복합재는, 척추 골절(골다공증 또는 외상으로 인한 압박 골절)의 치료 또는 척추성형술 또는 풍선척추성형술이라 불리우는 험프-백 (척추후만증)의 교정 수술에서 인공 보철의 이식에 사용될 수 있다. 종양 또는 암의 경우, 본 발명의 골 시멘트가, 다양한 질환 및 장애, 예를 들어, 다발골수증, 및 원발성 또는 전이성 골 종양, 예를 들어 육종, 폐, 결장, 전립선, 유방 및 갑상선 암 및 기타(예: 폐, 유방 및 림프 노드의 암으로부터 발병된 전이성 골 병소)를 치료하는 데 사용될 수 있다. 양성 병소, 예를 들어, 거대세포 종양 및 혈관종이, 또한 본 발명의 차별적으로 함유된 입자 밀도를 가진 골 시멘트 복합재에 의해 제공되는 경사 시스템을 사용하여 치료될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 전술한 골 시멘트의 적용이, 작은 골, 예를 들어 척추에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 복합재 골 시멘트가 또한 주요 근골격 관절 또는 장골의 골간에서의 다양한 골 장애를 치료하는 데 적용될 수 있다. 더욱이, 당업자는 본원의 복합재 및 방법이 예를 들어 골과 임플란트 결합을 개선하는데; 골과 골의 결합을 개선하는 데; 체내 생성된 임플란트의 표면을 거칠게 하는 데; 임플란트의 골 성장을 개선하는 데; 해면골 통합을 용이하게 하는 데 사용되거나 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 공동을 생성시키는 방법 및 공동을 기술된 복합재로 충전시키는 방법은, 시험관 내에서 또는 체외에서(ex vivo)에서 실시될 수 있다.

본 발명자는 선택된 케이스에 대한 표준 ASTM 피로 테스트에서, 시판되는 PMMA의 반죽 기간 중에 대략 30 중량% 분의 무기 골 입자를 혼합시킴으로써 최적의 균열 개시 저항성 및 표준화된 피로 검체에 대해 최적의 피로 수명을 획득하였다[참조: Y. K. Liu, J. B. Park, G. O. Njus, and D. Stienstra, "Bone-particle-impregnated bone cement: An in vitro study," Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 21, 247-261, 1987; and in H. C. Park, Y. K. Liu and R. S. Lakes, "The material properties of bone-particle impregnated PMMA," Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 108, 141-148, 1986].

당해 복합재를 총 관절 대체 적용에 도입시키기 위해, K. R. Dai 등에 의해 실시된 생체 내 중량-함유 견 실험은, 계면전단 강도가 3.6 팩터 상승되어, 시멘트 내로 충분한 골 성장이 있었음을 보여준다[참조: K. R. Dai, Y. K. Liu, J. B. Park, C. R. Clark, K. Nishiyama, Z. K. Zheng, "Bone-particle-impregnated bone cement: An in vivo weight-bearing study," Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 25, 141-156, 1991]. 그러나, 복합재 시멘트 용적이 감소됨에 따라, 생체 골과 접촉하는 입자의 수도 감소된다. 계면전단강도를 증가시키기 위해서는, 표면 근처에서 입자의 용적 분을 증가시켜야만 한다. 예를 들어, 특정 실험은 최적의 전단 강도를 얻기 위해서는 골 성장이 약 2mm 이상을 침투할 필요가 없다고 보고하였다. 따라서, 적은 용적 적용을 위해서, 예를 들어 척추성형술 또는 풍선척추성형술에서, 입자의 용적은 적합한 용적 분인 2mm 두께 구 표면을 차지하도록 계산되거나 측정될 수 있다.

2mm 두께 표면 구를 차지하는 데 요구되는 적합한 입자의 용적은, 사용된 입자와, 물질 용적, 및 입자와 물질 사이의 상호 작용의 함수이다.

본 발명의 복합재 및 방법은, 골과 임플란트의 결합을 개선하는 데, 예를 들어, 골과, 대체 관절, 로드, 스크류, 기타 고정 장치 등의 결합을 유리하게 개선시킬 수 있다. 골 대 임플란트 시멘트 인공보철은 2개의 취약한 경계, 즉 1) 시멘트 대 인공보철 및 2) 시멘트 대 골을 갖는다. 제1 취약성은 예를 들어 인공보철의 스템을, 가능한 한 강한 경계를 하는 수득하는, 산업적인 실험실 조건 하에서 아크릴성 시멘트로 전-코팅함으로써 해결될 수 있다[참조: J. B. Park and R. S. Lakes "Biomaterials: An Introduction - Second Edition," Plenum Press, 1992, pp 324-328]. 아크릴성 시멘트 반죽이 압력 하에서 골수강 내에 도입될 때와, 와이어 메쉬로 임의의 공기 버블을 제거시킬 때, 전-코팅된 스템은 구 시멘트와 신규 시멘트의 중합체화를 통해 고정된다. 제2 취약한 경계는 본 발명에 의해 해결되며, 즉 생체 골은 복합재 시멘트 벌크 내로 성장하는 데, 이는 척추 벽 표면에서 입자 복합재의 존재로, 전술한 바와 같이 골유도 또는 골전도 또는 이들 둘 다를 유도하기 때문이다.

시멘트 임플란트가 전관절대체술에서 황금 표준이지만, 전술한 취약한 경계들 중 어느 하나가 느슨해지기 전에 평균 10년 동안 임플란트를 지속한다. 시멘트 인공보철의 성공율은, 느슨해지기 전에 힙에서 현저하고 무릎에서 매우 양호하다. 모엇보다도, 시멘트가 그라우트로서 작용하기 때문에, 이는 외과적으로 묵인될 수 있다. 수정 수술이 요구되는 경우, 인공보철의 제거는 실질적인 골 중량의 절개를 필요로 하며, 따라서 수정 수술이 더욱 어려워진다. 환자가 고연령에 접근하지 않는다면, 다음으로 비-시멘트 인공보철이 사용되어야 한다. 그러나, 당해 시멘트-완화 양태에서, 스템은 이와 동일 물질의 비드로 소결되어, 골 성장을 위한 상호 연결된 최적 크기의 포어(pore)를 생성한다. 그러나, 이러한 수술이 성공하기 위해서는, 의사가 끼워 맞춤을 통한 인공보철의 배치에서 정밀해야 함을 요구한다. 만약 피트(fit)가 너무 타이트하다면, 골 괴사 또는 다공성 골이 부서지게 될 것이며, 만약 피트가 충분히 타이트하지 않다면, 수술 후 곧 느슨해질 것이다. 더욱이 시멘트 임플란트와 비교했을 때 훨씬 후의 수술후까지 허용되지 않을 것이다. 시멘트-완화(cement-less) 인공 보철에 대해, 인공 보철의 제거보다는 수정 수술이 필요한 경우라면, 더 작은 부분만의 해면골을 제거함으로써 당업자에게 공지된 바와 같은 더욱 용이한 수정 수술이 허용될 수 있다.

추가 코멘트

본 발명의 한 양태는 차별적인 복합재 골 시멘트를 포함하며, 당해 시멘트의 내부 벌크 용적은 생체 내 반복 재하 조건 하에서 우수한 피로 특성을 잠재적으로 함유한다. 복합재의 벌크 중 입자의 존재로, 순수한 PMMA 골 시멘트의 피로 수명보다 대략적으로 한 자리 크기가 더 긴, 피로 수명을 잠재적으로 갖는다. 피로 수명은 파괴되기 전의 검체에 의해 경험되는 재하 수 또는 대체 주기에 의해 측정된 다. 특정 양태에서, 피로 수명은 적어도 약 20년, 30년, 40년, 50년 이상일 수 있다.

동시에 본 발명의 복합재는 골-시멘트 경계에서 매우 양호한 골 성장을 제공하며, 이로써 훨씬 개선된 계면 전단 강도 및 강성을 제공할 수 있다.

본 발명은 본원에 상세하게 개시되어 있으며 이의 양태에 관하여 기술되어 있으나, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 형태 및 상세한 내용에 있어 다양한 변화를 시도해 볼 수 있음이 인정된다. 전술한 모든 양태에서, 방법의 단계가 순차적으로 행해질 필요는 없다.

Claims (62)

1. (a) 골 시멘트 및 (b) 당해 골 시멘트 내 함유된 입자를 포함하는 복합재로, 당해 복합재가 적어도 2개의 상이한 비-제로(non-zero) 국소 입자 농도를 갖는 입자를 함유하며, 당해 국소 입자 농도는 목적하는 위치에서 목적하는 수치를 갖도록 조절되는, 복합재.
2. 제1항에 있어서, 골에 바로 인접한 복합재가, 당해 골로부터 떨어진 입자 농도보다 더 큰 입자 농도를 가짐을 특징으로 하는, 복합재.
3. 제1항에 있어서, 골 시멘트가 실질적으로 생체 비흡수성인 복합재.
4. 제1항에 있어서, 입자가 실질적으로 생체 흡수성인 복합재.
5. 제1항에 있어서, 복합재가 환자의 골 내 공동(cavity) 안에 함유됨을 특징으로 하는, 복합재.
6. 제1항에 있어서, 복합재가 경사(gradient)의 국소 입자 농도를 가짐을 특징으로 하는, 복합재.
7. 제1항에 있어서, 입자가, 무기골, 미네랄 제거된 골, 천연 골, 골 모르포겐 단백질, 콜라겐, 젤라틴, 다당류, 폴리카프로락톤(PCL), 폴리글리콜리드(PGA), 폴리락티드(PLA), PLA와 PGA의 공중합체인 DLPLG, 폴리파라디옥사논(PPDO), 기타 지방족 폴리에스테르, 폴리포스포에스테르, 폴리포스파젠, 폴리안하이드리드, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리아리에테르케톤, 폴리우레탄, 마그네슘 암모늄 포스페이트, 스트론튬-함유 하이드록시아파타이트, 베타 트리칼슘 포스페이트, 칼슘 포스페이트의 기타 형태 및 탄소로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택된 성분을 포함하는, 복합재.
8. 제1항에 있어서, 골 시멘트가, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), 폴리알카노에이트, 폴리에테르우레탄, 폴리카보네이트 우레탄, 폴리실록산우레탄 및 폴리플루오로에틸렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성분을 포함하는, 복합재.
9. (a) 제1 비-제로 농도의 제1 입자를 함유하는 골 시멘트를 포함하는 제1 영역 및 (b) 제2 비-제로 농도의 제2 입자를 함유하는 골 시멘트를 포함하는 제2 영역을 포함하는 복합재로, 제2 입자의 제2 농도가 제1 입자의 제1 농도와 상이하고, 상기 2개의 영역이 목적하는 위치를 차지하도록 조절된, 복합재.
10. 제9항에 있어서, 제1 영역이 골에 접촉하고, 제2 영역은 당해 골에 실질적으 로 접촉하지 않으며, 제1 입자의 제1 농도가 제2 입자의 제2 농도보다 더 큼을 특징으로 하는, 복합재.
11. 제9항에 있어서, 제1 입자와 제2 입자가 실질적으로 서로 동일한, 복합재.
12. 제9항에 있어서, 제1 입자와 제2 입자가 특정 관점에서 서로 상이한, 복합재.
13. 제9항에 있어서, 골 시멘트와 부분적으로만 접촉하는 제1 입자를 추가로 포함하는, 복합재.
14. 제9항에 있어서, 골 시멘트와 접촉하지 않는 제1 입자를 추가로 포함하는, 복합재.
15. 제9항에 있어서, 제1 영역과 제2 영역 사이에 경사-함유 영역을 추가로 포함하는, 복합재.
16. (a) 골 시멘트 및 (b) 당해 골 시멘트 내 함유된 입자를 포함하는 복합재로, 당해 복합재가, 골에서 대략 2mm 이내의 적어도 특정 위치에서 대략 60% 초과의 국소 중량분 입자를 함유하고, 당해 골에서 대략 2mm 이상 떨어진 위치에서 대략 40% 미만의 국소 중량분 입자를 함유하는, 복합재.
17. (a) 골 시멘트 및 (b) 당해 골 시멘트 내 함유된 입자를 포함하는 복합재로, 당해 복합재가, 골에서 대략 2mm 이내의 적어도 특정 위치에서 골-성장 레짐(regime)을 나타내고, 골에서 대략 2mm 이상 떨어진 위치에서 균열-방지 레짐을 나타내는, 복합재.
18. (a) 골 시멘트 및 (b) 당해 골 시멘트 내 함유된 입자를 포함하는 복합재로, 당해 복합재에서, 국소 입자 농도가 3개 초과의 입자를 함유하는 임의의 실질적으로 동축인 국소 위치에서 정의될 수 있으며, 당해 복합재가 경사의 국소 입자 농도를 갖는, 복합재.
19. (a) 공동을 함유하는 골, 및 (b) 당해 공동 내, 골 시멘트 및 골 시멘트 내 함유된 입자를 함유하는 복합재를 포함하는 안정화된 골로, 당해 입자가 복합재 내 상이한 위치에서 상이한 입자 농도를 가지며, 척추 또는 기타 골의 골 재료에 바로 인접한 입자 농도가, 당해 골의 골 재료로부터 떨어진 입자 농도보다 더 큰, 안정화된 골.
20. 제19항에 있어서, 골이 척추인, 안정화된 골.
21. (a) 공동을 함유하는 골, 및 (b) 당해 공동 내, 골 시멘트 및 골 시멘트 내 함유된 입자를 함유하는 복합재를 포함하는 안정화된 골로, 당해 입자가 복합재 내 상이한 위치에서 상이한 입자 농도를 가지며, 당해 입자 농도는 정해진 위치에서 목적하는 수치를 갖도록 조절된, 안정화된 골.
22. 제21항에 있어서, 골이 척추인, 안정화된 골.
23. (a) 공동의 내부 표면에 생체흡수성인 제1 입자를 배치시키는 단계 및 (b) 공동 내 남은 공간에 제2 입자를 포함하는 시멘트 전구체를 배치시키는 단계를 포함하는, 공동을 입자 함유 골 시멘트 복합재로 충전시키는 방법.
24. 제23항에 있어서, 표면에서 제1 입자의 제1 농도가, 시멘트 전구체에서 제2 입자의 제2 농도보다 더 큼을 특징으로 하는, 방법.
25. 제23항에 있어서, 배치되는 제1 입자가, 무기골, 미네랄 제거된 골, 천연 골, 골 모르포겐 단백질, 콜라겐, 젤라틴, 다당류, 폴리카프로락톤(PCL), 폴리글리콜리드(PGA), 폴리락티드(PLA), PLA와 PGA의 공중합체인 DLPLG, 폴리파라디옥사논(PPDO), 기타 지방족 폴리에스테르, 폴리포스포에스테르, 폴리포스파젠, 폴리안하이드리드, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리아리에테르케톤, 폴리우레탄, 마그네슘 암모늄 포스페이트, 스트론튬-함유 하이드록시아파타이트, 베타 트리칼슘 포스 페이트, 칼슘 포스페이트의 기타 형태 및 탄소로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택된 성분을 포함하는, 방법.
26. 제23항에 있어서, 시멘트 전구체가, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), 폴리알카노에이트, 폴리에테르우레탄, 폴리카보네이트 우레탄, 폴리실록산우레탄 및 폴리플루오로에틸렌으로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택된 성분을 포함하는, 방법.
27. 제23항에 있어서, 제1 입자를 배치시키는 단계가, 도입기 및 확장되는 바스켓을 사용함으로써 제1 입자를 배치시킴을 포함하는, 방법.
28. 제27항에 있어서, 제1 입자의 배치가, 바스켓 상 천공된 막 덮개를 포함하는 확장되는 바스켓을 사용함으로써 달성됨을 특징으로 하는, 방법.
29. 제27에 있어서, 확장되는 바스켓을 사용한 제1 입자의 배치가, 확장되는 바스켓 상 천공된 외부 덮개를 파열시킴을 포함하는, 방법.
30. 제27항에 있어서, 확장되는 바스켓을 사용한 제1 입자의 배치가, 덮개가 공동 내에 위치할 때, 바스켓 상 천공된 막 덮개를 파열시킴을 포함하는, 방법.
31. 제23항에 있어서, 당해 방법의 임의의 단계에서, 공동 내 확장되는 바스켓을 배치시키는 압력 또는 부분적으로 배치시키는 압력으로 인해, 공동의 변형을 야기하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
32. 기계적 힘 또는 압력에 의해 확장되도록 배열된 이중-우산 바스켓을 포함하는 기구로, 당해 이중-우산 바스켓이 확장될 때 입자가 방출되는, 골 공동의 벽에 입자를 전달하고 배치시키는 기구.
33. 제32항에 있어서, 입자가 생체적합성 및 생체흡수성인, 기구.
34. 제32항에 있어서, 이중-우산 바스켓 상 천공된 외부 막 덮개가, 당해 이중-우산 바스켓에 가해진 압력이나 힘에 의해 파열될 수 있는, 기구.
35. 접근부(access)를 생성하는 단계, 당해 접근부 내에 제1 배열을 갖는 기구를 도입시키는 단계, 기구를 접근부 내에서 확장시켜 공동을 생성시키는 단계, 공동 내에서 기구를 수축시키거나 부분적으로 수축시키는 단계, 기구를 공동 내에서 회전시키는 단계, 공동 내에서 기구를 재확장시키는 단계 및 기구를 완전히 수축시켜 공동으로부터 기구의 제거를 용이하게 하는 단계를 포함하는, 공동 생성 방법.
36. 제35항에 있어서, 기구를 회전시키는 단계가, 기구의 인접한 스트럿(strut) 사이의 공간 각의 적어도 약 정수배 미만의 각도로 회전시킴을 포함하는, 공동 생성 방법.
37. 제35항에 있어서, 기구를 공동 내에서 재확장시킨 후에, 기구를 더 큰 정도로 확장시키는 단계를 추가 포함하는, 공동 생성 방법.
38. 골의 절단을 위해 배열된 예리한 모서리를 갖는 복수의 스트럿을 함유하는 확장되는 바스켓을 포함하는, 골 내 공동 생성 기구.
39. 복수의 스트럿을 함유하는 확장되는 바스켓을 포함하고, 당해 스트럿이 스트럿의 장축을 횡단하는 다양한 치수(dimensions)를 가지는, 골 내 공동 생성 기구.
40. 제39항에 있어서, 일부 이상의 스트럿에서, 중앙 부위의 스트럿이 종단 부위의 스트럿보다 더 큰 폭을 가짐을 특징으로 하는, 골 내 공동 생성 기구.
41. 제1 근단 및 제2 원단을 갖는 복수의 스트럿을 함유하는 확장되는 바스켓; 제1 근단에 연결되거나 접촉된 제1 실질적 강성 부재 및 제2 원단에 연결되거나 접촉된 제2 실질적 강성 부재; 및 당해 부재 중 어느 하나에 다른 부재에 대해 축력을 가하기에 적합한 스트류(screw)를 함유하는 어셈블리를 포함하는, 공동 생성 기구.
42. 제41항에 있어서, 스크류 어셈블리가, 연결된(threaded) 비-회전성 부재에 대해 회전하도록 배열된 노브(knob)를 포함하는, 기구.
43. 제41항에 있어서, 스크류 어셈블리가, 병진성(translational) 부재로부터 회전을 수용하는, 기구.
44. 근단 및 원단을 함유하는 복수의 스트럿을 함유하는 확장되는 바스켓, 및 당해 바스켓에 반응 힘을 전달하기에 적합하고 실질적으로 둔한(blunt) 말단을 갖는 말단캡을 포함하는, 공동 생성 기구.
45. 제44항에 있어서, 말단캡이 바스켓을 지탱하도록 배열된 숄더(shoulder) 부위를 추가로 포함하는, 기구.
46. 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 복수의 스트럿을 함유하는 확장되는 바스켓, 및 당해 바스켓에 힘을 전달하기에 적합하고 바스켓의 외측 직경보다 더 큰 직경을 갖는 말단캡을 포함하는, 골 내 공동 생성 기구.
47. 제46항에 있어서, 말단캡의 직경이, 말단캡의 외부 직경의 절반 미만인, 기구.
48. 복수의 스트럿을 함유하는 확장되는 바스켓 및 스트럿이 외측으로 이동할 때 외측으로 이동하도록 배열된 유연한 막 덮개를 포함하는 공동 생성 기구로, 당해 기구의 비-전개된 배열에서, 막 덮개가 내측으로 접혀 입자를 포함하도록 배열된 공간을 생성하는, 공동 생성 기구.
49. 제48항에 있어서, 입자가 골전도성 또는 골유도성 중 적어도 어느 하나인 재료를 포함하는, 기구.
50. 제48항에 있어서, 막 덮개가 기구의 원주 주위로 연속적인, 기구.
51. 제48항에 있어서, 막 덮개가 기구의 원주 주위로 산재된, 기구.
52. 제48항에 있어서, 파열되거나 용해되도록 배열된 외부 막 덮개를 추가로 포함하는, 기구.
53. 제48항에 있어서, 구멍 또는 슬릿(slit)을 포함하는 외부 막 덮개를 추가로 포함하는, 기구.
54. 제48항에 있어서, 복수의 스트럿이 입자를 함유하도록 배열된 공간을 포함하 는, 기구.
55. 엘라스트로머가 축방향으로 압축될 때 방사 방향으로 확장되는 엘라스트로머 및 당해 엘라스트로머를 축방향으로 압축시키는 수단을 포함하는, 공동 생성 기구.
56. 제55항에 있어서, 제1 입자가 방사선 불투과성이고, 제2 입자가 방사선 투과성인, 기구.
57. 공동 생성 장치, 공동의 벽에 제1 매질을 배치시키는 제1 배치 장치 및 공동 내 제1 매질의 인접 부위에 제2 매질을 배치시키는 제2 배치 장치를 포함하는, 척추 압박 골절 치료용 키트.
58. 제57항에 있어서, 제1 매질의 용적을 추가로 포함하는, 키트.
59. 제57항에 있어서, 제2 매질의 용적을 추가로 포함하는, 키트.
60. 제59항에 있어서, 제2 매질이 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)를 포함하는, 키트.
61. 제57항에 있어서, 척추체에 접근부를 생성시키기 위한 접근 툴을 추가로 포 함하는, 키트.
62. 장치가, 복수의 스트럿을 함유한 확장되는 바스켓 및 스트럿이 외측으로 이동할 때 외측으로 이동하도록 배열된 유연한 막 덮개를 포함하며, 당해 장치의 비-전개된 배열에서, 막 덮개가 내측으로 접혀 입자를 함유하도록 배열된 공간을 생성하는, 공동을 생성하고 척추 압박 골절을 치료하기 위한 장치의 용도.

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