CN111405883B - 具有传感器的人造椎间盘 - Google Patents

Abstract

人工椎间盘可以采用感测人造椎间盘的形式，该感测人造椎间盘包括弹性芯和至少一个传感器，该至少一个传感器被配置成感测椎间盘内和/或椎间盘所经历的一种或更多种状况。该感测人造椎间盘可以作为脊椎的两个椎骨之间的失效或受伤的椎间盘的替代物。该感测人造椎间盘可以包括至少一个元件，该至少一个元件被配置成响应于由至少一个传感器感测到的状况来改变弹性芯的状况或特性。人工椎间盘可以包括配置成将药物输送到身体的治疗系统，该治疗系统可以包括药物储液器。

Description

具有传感器的人造椎间盘

相关申请的交叉引用

本申请根据《美国法典》第35条119款要求于2017年9月29日提交的、名称为“具有传感器的人造椎间盘”的美国临时专利申请No.62/565,357的优先权，其内容通过引用合并在本申请中。

尽管不要求要求了于2013年3月13日提交的美国临时申请No.61/792,057的优先权的于2014年3月17日提交的美国申请No.14/215,340的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

尽管不要求2011年3月15日提交的、作为美国专利8,449,616公布的美国申请No.13/047,857的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

尽管不要求于2007年6月22日提交的、作为美国专利8,956,412公布的美国申请No.11/821,241的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

虽然不要求于2005年12月6日提交的、作为美国专利7,850,697公布的、要求了于2004年12月6日提交的美国临时申请No.60/633,620的优先权的美国申请No.11/294,925的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

虽然不要求于2003年12月10日提交的、作为美国专利7,128,761公布的美国申请No.10/732,660的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

尽管不要求于2002年12月10日提交的、作为美国专利7,169,181公布的美国申请No.10/315,373的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

虽然不要求于2003年12月10日提交的、作为美国专利7,695,517公布的美国申请No.10/731,964的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

尽管不要求于2003年12月10日提交的、作为美国专利7,588,600公布的美国申请No.10/731,942的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

虽然不要求于2003年6月9日提交的、作为美国专利7,857,852(该专利是于2001年7月3日提交的、作为美国专利6,607,558公布的美国申请No.09/898,612的延续申请)公布的美国申请No.10/457,589的优先权，但是本发明可以与其有关，其公开内容通过引用合并在本申请中。

技术领域

本发明构思涉及医疗设备领域，并且更具体地，涉及人造脊柱椎间盘(artificialspinal discs)领域。

背景技术

本领域已知人造椎间盘(artificial discs)用于替换受损的脊柱椎间盘。这样的椎间盘通常包括试图近似于两个椎骨之间存在的天然脊柱椎间盘的物理性质的弹性芯(resilient core)。

一些椎间盘包括顶板和底板，在两个板之间具有弹性层。顶板和底板连接到椎间盘上方和下方的椎骨，而弹性层近似于它所替代的天然椎间盘的功能。

在某些现有的椎间盘中，电路已嵌入到椎间盘中以被动地记录椎间盘所承受的机械应力的形式的使用数据。该电路可以包括通信装置，以将所记录的使用数据传送到外部设备。此类使用数据可用于确定使用寿命有限的椎间盘的磨损。即，在一定量的磨损之后，人工替换椎间盘将来可能需要替换。读取和分析使用数据的能力可以帮助确定何时应该进行人工椎间盘(prosthetic disc)的替换。

现有技术的椎间盘均未使用感测的椎间盘状况来主动控制或影响人工椎间盘的性能。现有技术的椎间盘均未主动使用椎间盘状况来控制或影响由人工椎间盘辅助的治疗。现有技术没有教导在不去除人工椎间盘的情况下向植入的人工椎间盘添加电路，或者修复、替换或去除人工椎间盘的电路。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种感测人造椎间盘，其包括：具有顶表面、底表面和至少一个侧壁的弹性芯；设置在弹性芯内或弹性芯上的至少一个传感器；以及配置成发送表示感测到的状况的信号的无线发射机。该椎间盘可包括至少一种机构，该机构配置成控制、影响或改变弹性芯的状况。

在各种实施例中，至少一个传感器被嵌入在弹性芯中。

在各种实施例中，该感测人造椎间盘包括设置在弹性芯的至少一个侧壁之中或之上的至少两个传感器。

在各种实施例中，至少一个传感器是应变片。

在各种实施例中，至少一个传感器是温度传感器。

在各种实施例中，至少一个传感器是被无线充电的。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被连续地发送到外部位置。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被存储在存储设备上。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被无线地发送到外部位置。

在各种实施例中，感测人造椎间盘还包括加强装置，该加强装置可以被调节并且被构造和布置成修改感测人造椎间盘的刚度。

在各种实施例中，加强装置被配置成响应于感测到的状况来改变感测人造椎间盘的刚度。

在各种实施例中，响应于感测到的状况，自动调节加强装置。

在各种实施例中，加强装置是可调节的带或带条。

在各种实施例中，可以使用电磁体来调节加强装置。

在各种实施例中，感测人造椎间盘还包括上板，该上板具有上板内表面以及能够与脊柱的第一椎骨接合的外表面，其中弹性芯的顶表面与上板的内表面接合。

在各种实施例中，感测人造椎间盘还包括下板，该下板具有下板内表面以及能够与脊柱的第二椎骨接合的外表面，其中弹性芯的底表面与该下板的内表面接合。

根据本发明构思的另一方面，提供一种感测人造椎间盘，其包括：具有顶表面、底表面和至少一个侧壁的弹性芯；设置在弹性芯内或弹性芯上的至少一个传感器；被配置成发送表示感测到的状况的信号的无线发射机；加强装置，该加强装置可以被调节并且被构造和布置成修改感测人造椎间盘的刚度。

在各种实施例中，至少一个传感器被嵌入弹性芯中。

在各种实施例中，感测人造椎间盘包括设置在弹性芯的至少一个侧壁之中或之上的至少两个传感器。

在各种实施例中，至少一个传感器是应变片。

在各种实施例中，至少一个传感器是温度传感器。

在各种实施例中，至少一个传感器是被无线充电的。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被连续地发送到外部位置。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被存储在存储设备上。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被无线地发送到外部位置。

在各种实施例中，加强装置响应于感测到的状况来修改感测人造椎间盘的刚度。

在各种实施例中，响应于感测到的状况，自动调节加强装置。

在各种实施例中，加强装置是可调节的带或带条。

在各种实施例中，可以使用电磁体来调节加强装置。

在各种实施例中，感测人造椎间盘还包括上板，该上板具有上板内表面以及能够与脊柱的第一椎骨接合的外表面，其中弹性芯的顶表面与上板的内表面接合。

在各种实施例中，感测人造椎间盘还包括下板，该下板具有下板内表面以及能够与脊柱的第二椎骨接合的外表面，其中弹性芯的底表面与下板的内表面接合。

根据本发明构思的另一方面，提供一种测量感测人造椎间盘的状况的方法，该方法包括：提供具有顶表面、底表面和至少一个侧壁的弹性芯；提供设置在弹性芯中或弹性芯上的至少一个传感器；使用所述至少一个传感器感测所述弹性芯的状态；使用无线发射机将表示所感测到的状况的信号发送到外部位置。

在各种实施例中，至少一个传感器被嵌入在弹性芯中。

在各种实施例中，感测人造椎间盘包括设置在弹性芯的至少一个侧壁之中或之上的至少两个传感器。

在各种实施例中，至少一个传感器是应变片。

在各种实施例中，至少一个传感器是温度传感器。

在各种实施例中，至少一个传感器是被无线充电的。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被连续地发送到外部位置。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被存储在存储设备上。

在各种实施例中，表示感测到的状况的信号被无线地发送到外部位置。

在各种实施例中，感测人造椎间盘还包括可被调节并且被构造和布置成修改感测人造椎间盘的刚度的加强装置。

在各种实施例中，加强装置响应于感测到的状况来修改感测人造椎间盘的刚度。

在各种实施例中，响应于感测到的状况，自动调节加强装置。

在各种实施例中，加强装置是可调节的带或带条。

在各种实施例中，可以使用电磁体来调节加强装置。

在各种实施例中，感测人造椎间盘还包括上板，该上板具有上板内表面及能够与脊柱的第一椎骨接合的外表面，其中弹性芯的上表面与上板的内表面接合。

在各种实施例中，感测人造椎间盘还包括下板，该下板具有下板内表面及能够与脊柱的第二椎骨接合的外表面，其中弹性芯的底表面与下板的内表面接合。

根据本发明构思的另一方面，提供一种人工椎间盘，其包括弹性芯和设置在该弹性芯内的药物，其中该弹性芯被配置成响应于至少一种状况而释放药物。

在各种实施例中，弹性芯中的至少一部分包括半渗透性材料，该半渗透性材料被配置成将药物释放至弹性芯外部。

在各种实施例中，药物分布在整个弹性芯中，并随时间的推移而释放。

在各种实施例中，药物被容纳在半渗透性芯内的至少一个储液器中。

在各种实施例中，至少一个储液器是可二次填充的。

在各种实施例中，至少一个储液器为多个储液器。

在各种实施例中，至少一个储液器为单个储液器。

在各种实施例中，药物是随时间释放的，并且状况随时间流逝。

在各种实施例中，状况是施加到弹性芯的压力。

在各种实施例中，椎间盘包括多种药物。

在各种实施例中，椎间盘包括多种药物。

在各种实施例中，椎间盘还包括无线发射机以及设置在弹性芯内或弹性芯上的至少一个传感器，该无线发射机被配置成发送表示感测到的状况的信号。

在各种实施例中，至少一个传感器包括被配置成感测药物水平的药物传感器。

在各种实施例中，该无线发送发送指示药物水平低于阈值水平的信号。

在各种实施例中，椎间盘进一步包括至少一个机构，该至少一个机构被配置成控制、影响或改变弹性芯的状况。

在各种实施例中，至少一个机构被配置成响应于感测到的状况而使药物被释放至弹性芯的外部。

根据本发明构思的另一方面，提供了一种如所示和所述的人工椎间盘。

根据本发明构思的另一方面，提供了一种将感测电路或其元件添加到如所示和所述的植入的人工椎间盘的方法。

根据本发明构思的另一方面，提供了一种从如所示和所述的植入的人工椎间盘移除感测电路或其元件的方法。

根据本发明构思的另一方面，提供了一种更换和/或修理如所示和所述的植入的人工椎间盘的感测电路或其元件的方法。

根据本发明构思的另一方面，提供了一种提供如所示和所述的人造感测椎间盘的方法。

附图说明

鉴于附图和随附的详细描述，本发明将变得更加显而易见。通过示例而非限制的方式提供其中描述的实施例，其中，相同的附图标记指代相同或相似的元件。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在本发明的示例方面。在图纸中：

图1是根据本发明构思的各方面的监测状况和/或在人造脊柱椎间盘内的方法的实施例的流程图；

图2提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘的实施例的透视图；

图3提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘的另一实施例的透视图；

图3A提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘的另一实施例的透视图；

图4提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘的另一实施例的透视图；

图5提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘100'的实施例的侧视图；

图6提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘的另一实施例的透视图；

图7提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘的另一实施例的透视图；

图8提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘的另一实施例的透视图；

图9A是根据本发明构思的各方面的具有治疗输送系统(therapeutic deliverysystem)的人工椎间盘的侧视图；

图9B是根据本发明构思的各方面的具有治疗输送系统的人工椎间盘的侧视图；以及

图10是根据本发明构思的各方面的可被添加到植入的人工椎间盘上、可从植入的人工椎间盘移除或替换植入的人工椎间盘的感测电子器件和传感器的实施例。

具体实施方式

在下文中将参考附图更全面地描述本发明构思的各个方面，在附图中示出了一些示例性实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于在此阐述的示例性实施例。

将理解，尽管本文中使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语用于将一个元件与另一个元件区分开，但并不表示元件的所需顺序。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

将理解的是，当元件被称为“在”另一元件“上”或“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接在另一元件上或直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一元件上或“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，则不存在中间元件。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其他词语(例如，“在...之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所用，单数形式的“一”，“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应进一步理解，当在本文中使用术语“包括”，“囊括”，“包含”和/或“含有”时，其详细说明陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或添加。

空间相对术语，诸如“在...之下”，“在...下面”，“下方”，“在...上方”，“上方”等可用于描述元件和/或特征与另一个或多个元件和/或特征之间的关系，例如，如附图所示。将理解的是，除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图涵盖设备在使用和/或操作中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下面”和/或“下方”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方”。设备可以以其他方式定向(例如，旋转90度或在其它方向)，并且在本文中使用的空间相对描述语被相应地解释。

本文中参照横截面图描述了示例性实施例，所述截面图是理想的示例性实施例(和中间结构)的示意图。这样，例如由于制造技术和/或公差导致的图示形状的变化是可以预期的。因此，示例性实施例不应被解释为限于本文所示的区域的特定形状，而应包括例如由制造导致的形状偏差。

就本文中描述的功能特征、操作和/或步骤或以其他方式理解为包括在本发明构思的各种实施例中的程度而言，这样的功能特征、操作和/或步骤可以体现在功能块、单元、模块、操作和/或方法中。并且在某种程度上，这样的功能块、单元、模块、操作和/或方法包括计算机程序代码，这样的计算机程序代码可以被存储在由至少一个计算机处理器执行的计算机可读介质(例如，非暂时性存储器和介质)中。

本公开描述了本发明构思的实施例，其中感测人造椎间盘(sensing artificialdisc)包括至少一个传感器。

感测人造椎间盘可包括例如如在2011年3月15日提交的美国专利申请序列号13/047,857(其内容通过引用合并在本申请中)中所述的用于替换受损的脊柱椎间盘的设备的一个或更多个特征。

至少一个传感器可以是被构造和布置成产生表示感测到的状况的信号的传感器。感测到的状况可以包括压缩、延伸、应变、温度、扭转、剪切、冲击、加速度和/或其他参数。

至少一个传感器可以被嵌入感测人造椎间盘中或者可以被放置在感测人造椎间盘的外表面上。

图1是由本发明构思的感测人造椎间盘100实现的弹性芯的感测状况的方法的实施例的框图。

感测人造椎间盘包括至少一个传感器2，其在步骤53中由至少一个电源3供电。在步骤52中，至少一个传感器2感测至少一种状况。至少一个传感器2，例如应变片(straingauge)和/或温度传感器，可以被包括在弹性芯10内和/或弹性芯10上，并且由电池或其他此类电源设备3供电。电源设备3可以被嵌入在感测人造椎间盘100中，或者被放置在感测人造椎间盘100的外表面上，或者可以被放置在不同位置。作为示例，电源设备3可以基于类似于起搏器并且目前可持续6-10年的“植入型心律转复除颤器(implantable cardioverter-defibrillators)”的架构。

在一些实施例中，电源设备3可以被无线充电。为此目的，感应充电器4可以耦接到电源设备3。感应充电器4可以被嵌入感测人造椎间盘100中，或者可以被放置在感测人造椎间盘100的外表面上，或者可以被放置在不同的位置。

在一些实施例中，可以通过将运动能量转换成电能来对电源设备3进行充电。作为示例，压电结构可用于从运动中收集能量。

在步骤55中，可以将表示由一个或更多个传感器2产生的感测状况的信号发送到信号调节器5。在步骤58中，也可以将这种信号存储在存储器8中。信号调节器5可以例如与一个或更多个传感器和一个或更多个数据存储设备一起被嵌入感测人造椎间盘100中，或者可以被放置在感测人造椎间盘100的外表面上或者可以被放置在不同的位置。信号调节器5可以准备来自一个或更多个传感器2的信号表示以在步骤56中进一步处理，例如，由至少一个处理器6进一步处理。在步骤58中，状况信号也可以存储在存储器8中。处理器6可以从存储器8、信号调节器5和/或传感器2接收或访问状况信号。在一些实施例中，可以不包括信号调整和信号调节器。

在步骤56中，可以将信号表示发送到处理器6，例如微处理器。处理器6可以被嵌入感测人造椎间盘100中，或者可以被放置在感测人造椎间盘100的外表面上，或者可以被放置在不同的位置。

在步骤57中，无线发射机7可以被配置成将表示感测到的状况的信号或基于感测到的状况确定的信号发送到例如体外的外部位置和外部设备。在一些实施例中，无线发射机7可以是天线。该信号可以被连续地发送，或者该信号可以被存储在存储设备8中，或者两者皆有。即，存储在存储设备8中的信号可以在稍后的时间被发送，诸如使用无源RFID。例如，存储设备8可以是半导体存储器。在各种实施例中，在步骤57中，感测人造椎间盘100可以被配置成使用有源或无源RFID系统来传递信号。

信号可以通过电连接或无线方式传输到外部位置和/或设备。如果信号表示是无线发送的，则可以由无线发射机7发送。无线发射机7可以被嵌入在感测人造椎间盘100中，或者可以被放置在感测人造椎间盘100的外表面上，或者可以被放置在不同的位置。

可以使用标准网络协议将信号从无线发射机发送到外部位置和/或设备，例如，可以通过蓝牙、蓝牙LE、RFID、ANT+、NFC、LoRaWAN等发送。

图2示出了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘100的实施例的透视图。感测人造椎间盘100包括弹性芯10和布置成感测与弹性芯10相关联的至少一种状况的至少一个传感器2。这种状况可以包括负载、温度、扭矩等的变化。在各种实施例中，至少一个传感器2可以设置在弹性芯的表面上、在弹性芯里面或内部(如图所示)和/或它们的某种组合。在图2中，以单个传感器为例被示出。

弹性芯10可以是目前或以后在本领域中已知的用于人造椎间盘的任何弹性芯，例如由弹性材料制成的那些弹性芯。弹性芯10可具有与被替换的椎间盘(例如天然脊柱椎间盘)相匹配、相似或近似的尺寸和形状。作为示例，弹性芯10可以由聚合材料、氨基甲酸乙酯-硅混合物或其他生物相容性形状记忆材料或其组合制成。弹性芯10可以由单一材料或由多种不同的材料制成。

弹性芯10可以具有与底表面22间隔开的顶表面21，该底表面22具有至少一个连接顶表面和底表面的侧边或侧壁13。在一些实施例中，顶表面21和底表面22可以平行地定向。顶表面21、底表面22和至少一个侧壁13可限定弹性芯10的内部容积。一个或更多个传感器2可设置在弹性芯10的内部容积内，例如，如图2所示。

感测人造椎间盘100还可包括感测电子器件14，其配置成与至少一个传感器2交换数据、信息、信号和/或指令。这样的数据、信息、信号和/或指令可以经由至少一个通信路径15在至少一个传感器2和感测电子器件14之间交换，该通信路径15可以是有线的、无线的或它们的某种组合。

感测电子器件14可以包括至少一个电源3、至少一个处理器(或微处理器)6、至少一个存储设备8和/或无线发射机7。处理器6被配置成处理来自一个或更多个传感器2的数据、信息和/或信号。某些或所有感测电子器件14可以位于弹性芯10中、弹性芯10的表面或侧面、弹性芯10的外部和/或患者身体的外部。在图2的实施例中，处理器6作为感测电子器件14的一部分位于弹性芯10的表面上。

在图2中，传感器2和处理器6均设置在弹性芯10的中心，在中心轴“y”上。但这并非在所有实施例中都是如此。作为一个示例，在一些实施例中，一个或更多个传感器2可以位于中心轴y上，而感测电子器件14或其一部分位于弹性芯10的内部、上方和/或外部的其他位置。作为另一示例，在一些实施例中，感测电子器件14可位于中心轴y上，而一个或更多个传感器2或其一部分位于弹性芯10内部和/或弹性芯10上的其他位置。作为另一示例，在一些实施例中，传感器2和感测电子器件14均不位于中心轴y上。

在各种实施例中，一个或更多个传感器2可以被配置成向感测人造椎间盘100外部发送指示感测到的状况的数据、信息和/或信号。在一些实施例中，感测电子器件14可以包括：至少一个被配置成完成到外部设备12的这种无线传输的无线发射机7。这种外部设备可以包括无线接收机、发射机或收发机。外部设备12可以被配置成无线询问电子器件14和/或传感器2以发送数据。例如，电子器件14可以从存储器8发送所存储的数据，诸如历史感测数据或当前感测状况(例如应变、扭矩或温度)。在一些实施例中，外部设备12可以将可执行指令传送给处理器6。在一些实施例中，外部设备12可以将编程更新传送给电子器件14，该编程更新由处理器6执行以更新例如电子器件14的软件或设置。

在一些实施例中，外部设备12可以是植入了人工椎间盘的人的移动设备(例如，智能手机)。移动设备12可以包括向用户和/或用户的医疗保健提供者通知所感测到的状况的应用程序。

在一些实施例中，感测人造椎间盘100的刚度可以响应于至少一种刺激、力和/或条件而改变。刺激可以被提供作为响应于传感器2感测到某种状况或状态或状况的改变或状态的改变而产生的信号，该信号可以被称为传感器信号。在这种情况下，感测人造椎间盘100可以包括响应于这种传感器信号的一个或更多个电气的、机械的、机电的和/或感应的装置，该装置称为加强装置。在一些实施例中，响应于感测到的状况，自动调节加强装置。

例如，感测人造椎间盘100还可以包括用于控制、影响或改变弹性芯10的状况的机构17。在这样的实施例中，电子器件14响应于来自传感器2的信号来激活机构17。在各种实施例中，机构的激活提供了一些改善或治疗效果。

在图2的实施例中，加热元件17用于加热弹性芯10，这可以增加弹性芯或其部分的柔软性和/或柔韧性。例如，当感测人造椎间盘100经受某些机械应力时，改变或影响弹性芯10的柔软性和/或柔韧性可以为人们提供益处。在本实施例中的加热元件包括设置在弹性芯10内的多个同心环。这些环连接到感测电子器件14，并且响应于来自感测电子器件的控制信号以升高和降低弹性芯10内的温度。环可以被共同控制或单独控制。如果单独控制，则每个环可以独立打开和关闭，并且可以将环设置为不同的温度。在一些实施例中，环的不同部分可以被独立地控制。在这种情况下，可以通过加热一个或更多个环的不同部分来独立地加热弹性芯的特定部分。因此，弹性芯的不同区域可以具有不同的温度，并且因此具有不同的刚度。尽管在本实施例中示出了环，但是在其他实施例中加热元件可以采取其他形式，例如线圈或各种形式的线。

图3提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘100的另一实施例的透视图。

在图3中，处理器6耦接到多个传感器2。传感器2位于感测人造椎间盘内部和感测人造椎间盘上的不同位置。在本实施例中，传感器2可以被配置成测量感测人造椎间盘100的弹性芯10的压缩和延伸。利用多个传感器，感测人造椎间盘100可以测量延伸和/或压缩的方向。

处理器6、无线发射机7、存储设备8和电源设备3可以例如作为感测电子器件14安装在印刷电路板上。印刷电路板可以设置在感测人造椎间盘100内或安装在感测人造椎间盘100上。在本实施例中，如图3所示，传感器2设置在弹性芯10的中心，图3具有多个围绕感测人造椎间盘100的周边、在感测人造椎间盘100的侧壁13附近、在感测人造椎间盘100的侧壁13内或在感测人造椎间盘100的侧壁13上散布的传感器2。

在图3中，传感器被成对地示出，例如作为成对的应变片示出。在其他实施例中，传感器2可以放置成使得它们不是成对的。

在图3中，侧面13上的传感器垂直定向，并且中间的传感器水平定向。在其他实施例中，传感器2可以在不同的构造中定向。多个传感器和/或传感器对可以被配置成经由有线和/或无线连接与感测电子器件14(例如，处理器6、无线发射机7和存储设备8)通信。

图3A提供了响应于两个箭头指示的力而在一侧被部分地压缩的图3的感测人造椎间盘100的透视图。传感器2围绕弹性芯10的外边缘放置，这不仅允许感测人造椎间盘100测量压缩的大小，而且允许测量压缩的方向。因此，在本实施例中，感测人造椎间盘100被配置成基于施加在其上的力来感测弹性芯10的多种不同状况。

类似于图2的实施例，图3的感测人造椎间盘100可以包括一个或更多个被配置成控制、影响或改变弹性芯10的状况的机构17。在这样的实施例中，电子器件14响应于来自传感器2的信号来激活机构17(例如一个或更多个加热元件)。使用不同的传感器2和不同的机构17(例如加热元件)，弹性芯10的不同区域中的状况可以不同。例如，弹性芯10的一些区域可以被选择性地加热，使得弹性芯10的不同区域具有不同的温度，并且因此具有不同的刚度。在各种实施例中，机构的激活提供了一些改善或治疗效果。

图4提供了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘100的另一实施例的透视图。

在图4的实施例中，一对传感器2水平地定向在弹性芯10的中间或中央部分中。在本实施例中，感测电子器件14包括嵌入在感测人造椎间盘100中的电源设备3、处理器6、存储设备8、无线发射机7和感应充电器4。感应充电器4提供用于对电源设备3进行充电的机构。在本实施例中，具有处理器6、无线发射机7和存储器8的印刷电路板被布置在传感器对的下方，感应充电器4被布置在传感器对的上方，相对于中心轴y呈间隔的堆叠布置。感测电子器件14可以通过例如在弹性芯10内的一根或更多根线11连接。

同样在图4中，多个传感器2a-f围绕弹性芯体10的外围垂直定向，并且在其中具有一对居中地且水平地定向的传感器。在其他实施例中，传感器2可以被不同地布置。

垂直定向的传感器2a-f成对地放置在弹性芯10的侧面上或侧面内部的不同位置，或者成对地放置在弹性芯10的外表面上或在弹性芯10的内部的不同位置。在本实施例中，存在四对垂直定向的传感器，它们都可以相对于中心轴y相隔90度。一个或更多个垂直定向的传感器(例如传感器2c)被嵌入在弹性芯10的侧面的外围的传感器支架22中。其他垂直定向的传感器可以类似地被嵌入在弹性芯的侧面的传感器支架22中。在其他实施例中，传感器2可以被不同地布置。

图5示出了根据本发明构思的各方面的感测人造椎间盘100的实施例的侧视图。在图5的实施例中，感测人造椎间盘100包括耦接到弹性芯10的顶表面21的上板18和耦接到弹性芯10的底表面22的下板19。当包括上板18和/或下板19时，上板18和/或下板19可以被配置成接合在患者体内感测人造椎间盘100最终被设置到其间的两个椎骨。

在图5的实施例中，多个传感器2被放置在弹性芯10的侧面上或侧面附近以及弹性芯10内的不同位置。在本实施例中，电源设备3、处理器6、存储设备8、无线发射机7和感应充电器4被嵌入感测人造椎间盘100的弹性芯10中。

在图5中，一对传感器2在弹性芯10的中间或中央部分水平定向，并且多对垂直定向的传感器围绕弹性芯10的外围设置。在本实施例中，具有处理器6、无线发射机7和存储装置8的印刷电路板被布置在传感器对的上方，感应充电器4被布置在印刷电路板的上方，相对于垂直中心轴y间隔的堆叠布置。例如在弹性芯10内，电子器件可以通过一根或更多根线11连接，如图4所示。

响应于至少一种刺激、力和/或条件，感测人造椎间盘100的刚度可以改变。刺激可以被提供作为响应于传感器2感测到状况或状态或状况的改变或状态的改变而生成的信号，其可以被称为传感器信号。在这种情况下，感测人造椎间盘100可以包括响应于这种传感器信号的一个或更多个电气的、机械的、机电的和/或感应的装置，称为加强装置。在一些实施例中，响应于感测到的状况，自动调节加强装置。

类似于图2的实施例，图4的感测人造椎间盘100可以包括一个或更多个机构17，其被配置成控制、影响或改变弹性芯10的状况。在这样的实施例中，电子器件14响应于来自传感器2的信号来激活机构17(例如一个或更多个加热元件)。在各种实施例中，机构的激活提供了一些改善或治疗效果。

图6示出了作为加强装置的实施例的具有允许修改弹性芯10刚度的夹具210的感测人造椎间盘200的透视图。感测人造椎间盘200可以包括上面讨论的传感器2和感测电子器件14，以及被配置成控制、影响或改变弹性芯体10的状况的一个或更多个机构17。在图6的实施例中，夹具210是被配置成控制、影响或改变弹性芯体10的状况的、不是加热元件但是仍然可以响应于传感器2感测到的状况的机构17的实施例。

可以使用不同类型的夹具，例如，在一些实施例中，可以通过软管夹具或带夹具来修改刚度。在本实施例中，夹具210围绕盘形的弹性芯10设置，使得它可以通过分别紧固和松开夹具210来增加和/或减小对弹性芯的侧面的压力。

在图6中，包括顶板18和底板19及设置在顶板18和底板19之间的弹性芯体10，例如参见图4。在顶板和底板之间形成有通道，该通道限制了夹具210的垂直运动。出于相同的目的，也可以在弹性芯的侧面上形成通道，特别是如果不包括顶板和底板的话。

在各种实施例中，夹具210可以由不同的材料组成，例如镍钛合金(镍钛，NiTi)或织物或某种其他材料。在本实施例中，夹具210包括导向螺丝212，导向螺丝212接合带214以围绕弹性芯10紧固或松开该带，从而控制弹性芯10的硬度。

在一个实施例中，可以使用外部电磁体来紧固夹具210以使导向螺丝212旋转。在又一实施例中，感应线圈可以用于产生磁场，该磁场响应于一个或更多个传感器信号(例如通过使导向螺丝212旋转)来约束和松开该夹具带。

图7提供了根据本发明构思的各方面的具有加强装置310的感测人造椎间盘300的另一实施例的透视图。感测人造椎间盘300可以包括上面讨论的传感器2和感测电子器件14，以及被配置成控制、影响或改变弹性芯体10的状况的一个或更多个机构17。在本实施例中，机构17包括或采用加强装置310的形式，加强装置310用于使弹性芯10的硬度发生变化。如图6的实施例中，感测人造椎间盘具有包括带或带条314的加强装置310。加强装置还包括可被电磁控制的可旋转螺丝312，以使其可以调节带条314的刚度。

在一个实施例中，可以使用外部电磁体来紧固夹具310，以转动夹具带314。在又一个实施例中，感应线圈4可以用于产生磁场，该磁场响应于来自传感器2的一个或更多个传感器信号(例如通过使电磁体312旋转)来约束和松开夹具带，以通过紧固或松开夹具带314来实现硬度调整。

图8提供了根据本发明构思的各方面的具有加强装置410的感测人造椎间盘400的另一实施例的透视图。感测人造椎间盘400可以包括上面讨论的传感器2和感测电子器件14，以及被配置成控制、影响或改变弹性芯体10的状况的一个或更多个机构17。在本实施例中，机构17包括或采用具有带414的加强装置410的形式，带414的第一端416与第二端418邻接并配合。带414围绕弹性芯10(特别是弹性芯10的接合侧)设置。在本实施例中，带的第一端和第二端具有舌和槽的形式，其中一端的舌部分地或完全地被另一端的相应的槽容纳。带414可以形成为在闭合状态下(例如在其具有最小直径的地方)偏置。当椎间盘的压缩和/或变形导致椎间盘改变形状(例如在至少一个方向上凸出)时，带可以扩展到打开状态。在试图返回到其闭合状态时，带414可以在弹性芯10的侧面上(例如朝着垂直中心轴y)施加压缩力。因此，在一些实施例中，带可以由至少抵抗弹性芯10的横向变形的记忆材料形成。

在一些实施例中，带可以由形状记忆材料制成的单个连续环组成。这些实施例可以包括但不限于编织的NiTi带、磁性形状记忆材料或磁性形状记忆合金。在这些实施例中，可以在不拧紧导向螺丝212(图6)或可旋转螺丝312(图7)的情况下调整该带。在一些实施例中，可以响应于温度的变化或响应于磁场的变化来调整该带。

在各种实施例中，椎间盘200、300和/或400可以不具有传感器和感测电子器件，作为具有用于调节弹性芯的刚度的机械机构的椎间盘。

图9A是具有治疗输送系统的人工椎间盘900的实施例的侧视图。在本实施例中，在弹性芯10内设置有一定量的药物920。药物920可以被提供在弹性芯10内的囊、隔室或储液器910内。药物可以是为治疗多种疾病和/或状况(例如癌症、糖尿病、炎症、心脏病等)中的任何一种而开发的药物的多种形式中的任何一种。例如，药物可以是消炎药、血液稀释剂、胰岛素、癌症治疗药物等。

在一些实施例中，弹性芯10可以包括半渗透性材料，其使得药物910能够通过弹性芯10释放或渗透到身体。在一些实施例中，弹性芯10可包括一个或更多个通道912，通道912将储液器连接到弹性芯的外表面(例如侧面13)。该通道被配置成为药物920提供从储液器释放到椎间盘900外部的身体的路径。

在一些实施例中，可以定时释放药物。在一些实施例中，药物的释放可以响应于施加在盘900上的力(F1、F2)，诸如通过身体运动施加到上板18和/或下板19的力。在这样的情况下，该力可以在该储液器上施加压缩力，从而迫使药物920(例如通过弹性芯10的半渗透性材料914和/或通道912)从储液器910中出来并且在弹性芯10的外部。

在图9A中，单个储液器910可以是包含单一药物920的单个储液器。在其他实施例中，弹性芯10内可以有多个储液器。在其他实施例中，在弹性芯10内的一个或更多个储液器中提供多种药物。例如，储液器910可包括多个容纳不同药物的隔室。例如，在一些实施例中，储液器910可以可选地包括一个或更多个分隔器911，该分隔器911在储液器910内创建子储液器。不同的隔室可以容纳不同的药物920。

在一些实施例中，储液器910可以是可二次填充的。在这种情况下，药物输送设备916可以用于将药物添加到储液器中。作为示例，药物输送设备916可以采取医用针头、注射器或导引器的形式。

在一些实施例中，人工椎间盘不需要具有储液器910。相反，弹性芯可以包括作为其材料组成的一部分的药物，使得药物随时间的推移释放到体内。

图9B是类似于图9A的人工椎间盘900的人工椎间盘950的实施例。在本实施例中，人工设备950是具有感测电子器件14和传感器2以及被配置成控制、影响或改变弹性芯10的状况的一个或更多个机构17的感测人造椎间盘。在一些实施例中，如前面所讨论的，机构17响应于来自感测电子器件14的药物信号，以使储液器910释放药物920。在一些实施例中，机构17可以包括加热元件，其中加热储液器910和药物920使药物的粘性较小或更薄，以便其更容易流过或渗过弹性芯体10并进入体内。在一些实施例中，机构17可包括压力施加元件，例如一个或更多个压电元件，其被配置和布置成向储液器910施加压力以使药物920流过或渗过弹性芯10并进入体内。在一些实施例中，响应于由一个或更多个传感器2感测到的状况而产生药物信号。在一些实施例中，药物信号由与感测电子器件14和/或机构17通信的外部设备12产生。即，外部设备12可以向感测电子器件和/或机构17发送信号，该信号使机构17(例如，加热元件和/或压力施加元件)释放来自一个或更多个储液器910的药物920。

在一些实施例中，在椎间盘950中，储液器910可以是可二次填充的。在这种情况下，药物输送设备916可以用于将药物添加到储液器中。作为示例，药物输送设备916可以采取医用针头、注射器或引导器的形式。可以包括药物传感器917以感测储液器910中可用药物920的水平。当水平变低(例如低于预定量或阈值)时，感测电子器件14可以向外部设备12发送信号以提示添加更多药物。例如，外部设备12可以是植入有人工椎间盘的人的移动设备(例如，智能手机)。移动设备12可以包括向用户和/或用户的医疗保健提供者通知所感测到的状况的应用程序。

图9A和图9B的、包括储液器910和药物920，并且可选地，包括弹性芯体10的半渗透性材料914和/或通道912的治疗输送系统，可以植入本文中公开的任何人工椎间盘或任何其他形式的人工椎间盘中，例如那些已知并在椎骨之间使用的人工椎间盘。

图10是可以例如通过导引器被添加到植入的人工椎间盘1000的感测电子器件和传感器的实施例。在图10中，示出了多个椎骨1012。在几个椎骨1012之间示出了天然椎间盘1010。但是在两个椎骨1012之间示出了人工椎间盘1000。在图10中，可以使用导引器1050将感测电子器件14、传感器2和机构17添加到已经植入的椎间盘中以形成感测人造椎间盘1000。

一种将包括感测电子器件14和传感器2(以及可选的机构17)的感测系统1020添加到植入的椎间盘1001的方法包括：将感测系统加载到导引器中，感测系统的组件可以包括附接或固定装置、设备或材料(例如粘合剂)。将导引器1050插入体内，以使导引器的尖端靠近植入的椎间盘1001。使用导引器1050传输感测系统1020以接触并固定至植入的椎间盘1001。该方法可包括将一个或更多个传感器2分布至椎间盘1001上的不同位置或椎间盘1001内的不同位置。传感器的位置可以在椎间盘1001的表面上和/或在椎间盘1001内部。该方法可以包括将感测电子器件输送到椎间盘1001的表面13和/或椎间盘1001内部。该方法可以包括将机构17输送到椎间盘1001的表面13和/或椎间盘1001内部。作为输送机构，线1052可以用作将感测系统1020或其元件通过导引器1050输送到椎间盘1001的机构。如果将感测系统1020的组件输送到椎间盘1001的内部，则无需附件或固定装置、设备或材料。尽管在一些实施例中，可以使用这种胶或填充材料来封闭由导引器引起的椎间盘1001中的任何穿孔。因此，形成感测人造椎间盘1000。

一种从感测人造椎间盘1000移除感测系统1020的方法，该方法包括将导引器1050插入体内，使得导引器的尖端靠近植入的感测人造椎间盘1000。使用导引器1050接合无论是在椎间盘1000的表面上还是在椎间盘1000内部的一个或更多个感测系统1020的元件。该方法可以包括通过导引器将一个或更多个感测系统1020的元件牵引至体外。该牵引可以通过将这些元件抽吸和/或固定到通过导引器1050馈送的移除机构1052来进行。移除机构1052可以采取线的形式。线1052可包括锚、倒钩、挂钩或其他形式的用于固定(例如用于移除)感测系统1020的元件的固定或夹紧机构。因此，在各种实施例中，线1052可以用作输送机构和移除机构。

在一些实施例中，导引器1050(和线1052)可用于移除并替换感测系统元件，或简单地添加或移除元件。例如，作为示例，导引器1050可以用于替换感测电子器件14的电池或微处理器，或者添加或替换传感器2。

尽管前面已经描述了被认为是最佳模式和/或其他优选实施例的内容，但是应当理解，可以在其中进行各种修改，并且可以以各种形式和实施例来实现本发明，并且它们可以应用于许多应用中，这里仅描述了其中一些。所附权利要求书旨在要求保护从字面上描述的内容及其所有等同形式，包括落入每个权利要求范围内的所有修改和变化。

应当理解，为清楚起见，在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合来提供。

例如，应当理解，在任何权利要求中阐述的所有特征(无论是独立的还是从属的)可以以任何给定的方式组合。

Claims (20)

1.一种人工椎间盘，包括：

弹性芯，所述弹性芯具有顶表面、底表面和至少一个侧壁；

至少一个传感器，所述至少一个传感器设置在所述弹性芯内或所述弹性芯上；

无线发射机，所述无线发射机被配置成发送表示感测到的状况的信号；以及

至少一个机构，所述机构被配置成控制、影响或改变所述弹性芯的状况；

其中所述至少一个机构被配置成选择性地控制所述弹性芯的不同区域的刚度。

2.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个传感器被嵌入所述弹性芯中。

3.根据权利要求1所述的人工椎间盘，包括设置在所述弹性芯的所述至少一个侧壁之中或之上的至少两个传感器。

4.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个传感器包括至少一个应变片。

5.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个传感器包括至少一个温度传感器。

6.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中所述至少一个传感器是被无线充电的。

7.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中，表示所述感测到的状况的所述信号被无线地发送到外部装置。

8.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个机构包括至少一个加强装置，所述至少一个加强装置包括至少一个加热元件，所述至少一个加热元件被配置成升高所述弹性芯的至少一个区域的温度。

9.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个机构包括至少一个加强装置，所述加强装置包括多个加热元件，所述多个加热元件被配置成升高所述弹性芯的多个不同区域的温度。

10.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个机构包括至少一个加强装置，其包括至少一个压电元件。

11.根据权利要求1所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个机构包括至少一个加强装置，所述加强装置包括能够调节的带或带条。

12.根据权利要求8所述的人工椎间盘，其中，使用电磁体来调节所述加强装置。

13.根据权利要求1所述的人工椎间盘，还包括：

放置在所述弹性芯内的药物，其中所述弹性芯被配置成响应于至少一种状况释放所述药物。

14.根据权利要求13所述的椎间盘，其中，所述弹性芯包括半渗透性材料，所述半渗透性材料配置成将所述药物释放至所述弹性芯外部。

15.根据权利要求13所述的人工椎间盘，其中，所述药物被容纳在所述弹性芯内的至少一个储液器中。

16.根据权利要求15所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个储液器是能够二次填充的。

17.根据权利要求15所述的人工椎间盘，还包括：

药物传感器，所述药物传感器被配置成感测所述储液器中的所述药物的水平；

其中，所述无线发射机被配置成发送指示所述储液器中的所述药物的水平的信号。

18.根据权利要求1所述的人工椎间盘，还包括：

至少一个处理器，所述处理器可操作地耦合到至少一个传感器和至少一个传感器以及至少一个机构。

19.一种人工椎间盘，包括：

弹性芯，所述弹性芯具有顶表面、底表面和至少一个侧壁；

至少一个传感器，所述至少一个传感器设置在所述弹性芯内或所述弹性芯上，被配置成测量所述椎间盘的压缩量和压缩方向两者；

无线发射机，所述无线发射机被配置成发送表示感测到的状况的信号；

至少一个处理器，所述处理器可操作地耦合到至少一个传感器和至少一个传感器以及至少一个机构；以及

至少一个机构，所述机构被配置成控制、影响或改变所述弹性芯的状况；

其中所述至少一个机构被配置成选择性地控制所述弹性芯的不同区域的刚度。

20.根据权利要求19所述的人工椎间盘，其中，所述至少一个传感器是多个传感器，所述多个传感器包括布置在所述弹性芯的外边缘附近的至少一个传感器。

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