DE69635319T2

DE69635319T2 - Mehrachsige verriegelungsanordnung bestehend aus einer schraube, einer schelle und einer platte

Info

Publication number: DE69635319T2
Application number: DE69635319T
Authority: DE
Inventors: Joseph P. Errico; Thomas J. Errico; James Ralph; Steve Tatar
Original assignee: Fastenetix LLC
Current assignee: Fastenetix LLC
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2016-04-10
Also published as: EP0828459A1; ATE250393T1; EP0828459A4; US5607426A; HK1062260A1; AU5539796A; US5725588A; ATE306857T1; EP1364623A1; EP1364623B1; US5643265A; DE69630117D1; CA2216955A1; KR100309452B1; JPH11503351A; US5531746A; CA2216955C; KR19980703856A; US5520690A; EP1637085A2

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft im allgemeinen eine orthopädische Implantationsvorrichtung zum Fixierthalten benachbarter Knochen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine neuartige Anordnung von Knochenschrauben, Kragen und Platten zur Verwendung in chirurgischen Vorgängen zum Stabilisieren der Relativbewegung oder zum permanenten Immobilisieren von Knochen, wobei die Schrauben und Kragen polyaxiale Verbindungen bilden, die in einem Aufnahmeloch in einer Platte in einem weiten Bereich von Winkelstellungen verriegelbar sind.
2. Beschreibung des Stands der Technik:
Menschliche Knochen bestehen aus einer harten äußeren Schale, die als kortikaler Knochen bezeichnet wird, und einem weniger dichten Inneren, das als spongiöser Knochen bezeichnet wird. Zwar sind Knochen generell elastisch und in bezug auf eine normale zyklische Langzeitbelastung strukturell bemerkenswert, aber extreme Belastung, verschiedene Traumata und Krankheiten können ein Brechen von Knochen bewirken. Röhrenknochenbrüche können nach ihrer Schwere von leichten Belastungsbrüchen bis zu vollständig verschobenen Brüchen klassifiziert werden.
Bei schweren Brüchen von Röhrenknochen einschließlich solchen, bei denen die Kontinuität des Knochens durch eine vollständige Verschiebung von Segmenten desselben komplett unterbrochen ist, müssen entsprechend ernsthafte Maßnahmen angewendet werden, um den Schaden zu beheben und das Bilden eines "Callus" um den Knochen zu ermöglichen, wodurch das Zusam menwachsen des Bruchs erreicht ist. In vielen Fällen ist es erforderlich, den Knochen zu "richten", indem zunächst die Flächen der zu verbindenden Knochensegmente in Kontakt miteinander angeordnet werden und eine starre externe Immobilisierung angelegt wird. Äußere Verbände und Schienen dienen der Stabilisierung des Knochens sowie dem Eliminieren einer übermäßigen Stressbelastung während des Heilungsvorgangs. Leichte bis mittlere Stressbelastungen sind für das Knochenwachstum förderlich, wenn jedoch die Belastungen während des Heilens übermäßig sind, heilt der Bruch möglicherweise nicht und fährt alternativ fort, eine "Nicht-Verbindung" zu bilden.
Im schwersten aller Fälle machen die Segmente des gebrochenen Knochens und die Art, in der der Bruch vorliegt, die Repositionierung des Bruchs und das Aufrechterhalten der Repositionierung schwierig. In einigen Fällen sind die Knochensegmente in einem Maße verschoben, daß invasive chirurgische Vorgänge ausgeführt werden müssen, um die Knochensegmente offen zu repositionieren. In anderen Fällen ist der spezifische gebrochene Knochen (der Oberschenkel oder die Hüfte) ein Knochen, bei dem die Zeit für die vollständige Heilung für eine praktische externe Immobilisierung zu lang ist. In weiteren Fällen ist die Fähigkeit des Gipsverbands, die mit einer vorsichtig beschränkten Aktivität einhergehenden Belastungen zu erleichtern, für ein korrektes Heilen unzureichend. In derartigen Fällen ist es oft erforderlich, die Knochensegmente offen zu repositionieren und intern Metallvorrichtungen wie Schrauben, Stangen und Platten daran anzubringen.
Eine wichtige Klasse orthopädischer Bedingungen, für die eine Immobilisierung durch eine interne Fixierung oft erforderlich ist, betrifft die Wirbelsäule. Die Wirbelsäule der Knochen ist dahingehend hoch komplex, daß sie über zwanzig miteinander verbundene Knochen aufweist, die wesentliche Elemente des Nervensystems aufnehmen und schützen, wobei unzählige periphere Nerven und Kreislaufgefäße in unmittelbarer Nähe liegen. Trotz dieser Komplikationen ist die Wirbelsäule eine hochflexible Struktur, die in nahezu jede Richtung stark gekrümmt und gedreht werden kann.
Genetische und entwicklungsbedingte Unregelmäßigkeiten, Traumata, chronische Belastungen, Tumore und Krankheiten sind einige der Gründe, die zu Spinalpathologien führen können, für die eine permanente Immobilisierung mehrerer Wirbel erforderlich sein kann. Verschiedene Systeme wurden im Stand der Technik offenbart, welche diese Immobilisierung durch das Implantieren künstlicher Anordnungen in oder an der Wirbelsäule erreichen.
Der zu immobilisierende Bereich des Rückens sowie die individuelle, Variationen der Anatomie bestimmen das geeignete chirurgische Protokoll und die Implantationsvorrichtung. Die Verwendung von Anordnungen aus Schrauben und Platten zum Stabilisieren und Immobilisieren über einen lateralen oder anterioren Eingang ist üblich. Darüber hinaus ist auch die Verwendung von Plattenanordnungen im hinteren Halswirbelbereich üblich.
Da Knochen, sobald sie geheilt (oder bei immobilisierten Folgen von Wirbeln verwachsen) sind, routinemäßig hohen Belastungen ausgesetzt sind, die sich während der Bewegung zyklisch verhalten, ist es eine der Hauptsorgen von Ärzten, welche Implantationsoperationen vornehmen, wie auch der Patienten, in welche die Implantate eingesetzt werden, das Herausziehen von Schrauben. Das Herausziehen von Schrauben tritt auf, wenn der zylindrische Bereich des Knochens, der die eingesetzte Schraube hält, versagt. Eine senkrecht zur Platte implantierte Knochenschraube ist besonders schwach, da der Bereich des Knochens, der für ein Herausziehen der Schraube versagen muß, nur so groß wie der Außendurchmesser der Schraubengewinde ist. Es hat sich gezeigt, daß zum Herausziehen eines Paars von Schrauben, die nach innen abgewinkelt, "schräg genagelt", sind oder die im Knochen divergieren, die Knochenmasse, die versagen muß, im Vergleich zu Schraubenpaaren erheblich steigt, die parallel entlang der Achse angebracht sind, in der die Belastungskraft wirkt. Es ist daher auf diesem Gebiet ein Ziel, Schrauben/Plattenanordnungen zu schaffen, die ein Einsetzen der Schrauben in einen Knochen unter von 90° verschiedenen Winkeln ermöglichen.
Ein weiteres Problem, insbesondere an der Wirbelsäule, ist, daß wichtige innere Gewebestrukturen vorhanden sind, die aufgrund ihrer Nähe zum Implantat, durch eine gelöste Schraube beschädigt werden können. Im Halswirbelbereich befindet sich beispielsweise der Esophagus unmittelbar vor der Vorderseite des Wirbelkörpers und daher in potentiellem Kontakt mit einer implantierten vorderen Zervikalplatte. Verletzungen der Esophaguswand ermöglichen eine bakterielle Kontaminierung der umgebenden Gewebe, einschließlich der wichtigen Nerven in und zum den Rückenmarkstrang. Eine derartige Kontaminierung kann tödlich sein.
Da das Herausziehen von Schrauben eine der größten Gefahren eines Implantatversagens darstellt, ist es eine Aufgabe auf diesem Gebiet, Schrauben- und Plattendesigns mit einer Verriegelungsvorrichtung herzustellen, die nicht nur die Platte mit dem Knochen verbindet, sondern auch die Schraube mit der Platte. Bei einem derartigen Design ist beabsichtigt, daß selbst bei einem Versagen des die Schraube haltenden Knochens die Schraube sich nicht von der Platte löst.
Hinsichtlich des Repositionierens von Röhrenknochenbrüchen stellen dynamische Kompressionsplatten (DCP) eine sehr erfolgreiche Verbesserung gegenüber Standard-Schrauben/Plattenanordnungen dar. In der verbreitetsten Form ist die DCP eine längliche planare Metallplatte mit mehreren sequentiell beabstandeten Löchern, die koaxial und entlang der Achse der Platte vorgesehen sind. Jedes Loch, das sich vollständig durch die Platte erstreckt, ist durch zwei vertikal ausgerichtete parallele Seitenwände begrenzt. Das obere Ende der parallelen Seitenwände, nahe der Oberseite der Platte, weist eine zusätzliche ausgenommene Lippe auf, auf der der Kopf einer Schraube nach dem Einsetzen in das Loch liegt. Das obere Ende der Lippe liegt daher tiefer als die Oberseite der Platte. Das längliche Profil der Lippe bildet eine abwärts gerichtete Schräge in bezug auf die Oberseite der Platte, wobei der Abstand zwischen dem oberen Ende der Lippenfläche und der Oberseite der Platte entlang der Längsachse des Lochs zunimmt. Die abwärts gerichtete Schräge der Lippe jedes Lochs ist in Richtung der Mitte der Platte gerichtet.
Im Gebrauch wird die Platte nahe der freiliegenden Fläche des gebrochenen und möglicherweise verschobenen Knochens derart angeordnet, daß ein Teil, ein oberer Bereich, der Platte an einem der Segmente angeordnet ist und die Löcher des unteren Bereichs sich am anderen Knochensegment befinden. Erste und zweite Schrauben werden durch die Platte in gegenüberliegende Segmente des gebrochenen Knochens an jeweiligen Punkten entlang der axialen Erstreckung der länglichen Löcher eingesetzt. Vorzugsweise befinden sich die Einführstellen wenigsten in einem gewissen Abstand vom Ende des Lochs, dessen Lippe sich an der tiefsten Stelle befindet, welches im folgenden als proximales Ende bezeichnet wird. Im allgemeinen werden die Schrauben generell am obersten Ende der länglichen Löcher eingeführt, das im folgenden als das entfernte Ende bezeichnet wird.
Sobald sie eingesetzt sind, werden die Schrauben in den Knochen getrieben, wodurch die Platte an den jeweiligen Knochensegmenten befestigt werden. Die Kompressionsfunktion der Platte wird durch kontinuierliches Treiben der Schraube in die Platte genutzt, sobald der sich ringförmig erstreckende Bereich des Schraubenkopfs an der ausgenommenen Lippe des Lochs sitzt. Die auf die Schraube nach unten gerichtete Kraft bewirkt ein Gleiten der Schraube entlang der Schräge der ausgenommenen Lippe, wodurch sich der Knochen, in den sie getrieben wird, relativ zur fixierten Platte bewegt. Da die Schrägen der jeweiligen Löcher gegenseitig auf die Mitte der Platte gerichtet sind, erfolgt die relative Abwärtsbewegung der Schrauben entlang der schrägen Lippen und die entsprechende Bewegung der Knochensegmente, in welche sie eingesetzt sind, aufeinander zu. Der Chirurg ist daher in der Lage, verschobene Knochen zusammen zu ziehen und die Knochen während der erforderlichen Heilungszeit innen zusammen zu halten.
Jedoch leiden die dynamischen Kompressionsplatten unter den gleichen Versagensmechanismen wie andere Schrauben- und Plattenvorrichtungen, beispielsweise das Herausziehen von Schrauben. Zwar haben Varianten des DCP Konzepts, insbesondere solche mit zusätzlichen Halteschrauben zum Ver ankern der Platte, sobald Kompression aufgebracht wurde, die mit dem Herausziehen der Knochenschrauben einhergehenden Gefahren dieser Platten verringert, jedoch wurden die mit diesem Versagensmechanismus einhergehenden Gefahren nicht eliminiert. Andere DCP Systeme, die für ein Anwinkeln der Schrauben vorgesehen wurden, sind generell auf einzelne Winkel begrenzt. Im Idealfall benötigen Chirurgen Freiheit hinsichtlich der Einführwinkel, so daß den einzelnen Varianten der Bruchtypen und der Knochenanatomie durch die Fixiervorrichtung Rechnung getragen werden kann. Zur gleichen Zeit sollten die Schrauben nach dem Implantieren keinem Herausziehen ausgesetzt sein.
US-A-5 053 036 beschreibt eine orthopädische Implantatvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
WO 88/03781 beschreibt in den 13–15 ein orthopädisches Implantat mit einer Platte, einem durchgehenden Loch, einem Kopplungselement und einer Knochenschraube mit einem Kugelkopf. Das durchgehende Loch hat einen zylindrischen Durchmesser und der Schraubenkopf wird durch einen Einsatz aufgeweitet, um die Schraube in der Platte zu verriegeln.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher eine Schrauben- und Plattenausbildung mit einer polyaxialen Verbindung der Schraube mit der Platte nach Anspruch 1, wodurch eine einzelne Platte kompatibel mit einer Vielzahl von Einschraubwinkeln ist.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung einen einfachen und effektiven Verriegelungsmechanismus zum Verriegeln der Knochenschraube mit der Platte.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, die nicht explizit genannt sind, werden in der nachfolgenden Beschreibung der im folgenden offenbarten bevorzugten Ausführungsbeispiele angeführt und werden in diesem Zusammenhang besser verständlich.
Überblick über die Erfindung
Die genannten Aufgaben der Erfindung werden mit der vorliegenden Erfindung gelöst, bei der es sich um eine orthopädische Implantatvorrichtung nach Anspruch 1 handelt. Die Erfindung weist eine Platte mit mehreren Löchern, Knochenschrauben mit halbkugeligen Köpfen und Verbindungselemente auf. Die Verbindungselemente können in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorliegen, jedoch weist jedes ein Innenvolumen, das zum Aufnehmen und polyaxialen Halten des halbkugeligen Kopfs ausgebildet ist, und eine äußere Ausbildung für das Einsetzen und Verriegeln in den Löchern der Platte auf. Die Verbindungselemente können jeweils einen Schlitz aufweisen, derart daß der Radius des Elements durch das Aufbringen einer radialen Kraft ausgedehnt oder zusammengezogen werden kann, wodurch Innenausbildung gegen den oberen Bereich des halbkugeligen Kopfs der Knochenschraube drückt, sobald das Verbindungselement eingesetzt und im Loch verriegelt ist, wodurch die Schraube unter dem gewünschten Winkel verriegelt ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel, bei dem es sich um ein bekanntes Spinalimplantat mit einem einteiligen Verbindungselement handelt, ist die Platte ein flaches Metallelement mit abgerundeten Ecken, die entsprechend der gebogenen zylindrischen Fläche der Wirbelkörper, an denen sie angebracht ist, gebildet ist. Es sind vier sich verjüngende Löcher paarweise an den gegenüberliegenden Enden der Platte vorgesehen. Diese Löcher können mit einem Gewinde versehen oder glatt sein (entsprechend der Art des in Zusammenhang damit verwendeten Verbindungselements) und sind derart positioniert, daß sie paarweise mit den Wirbelkörpern ausgerichtet sind, an denen die Platte angebracht werden soll.
Der Gewinde- und Schaftbereich der Knochenschrauben kann eine von verschiedenen Standardausbildungen oder ein bestimmtes Design aufweisen, das als sicherer als die Standarddesigns gilt. Der Kopf ist jedoch dahingehend nicht standardgemäß, daß er einen halbkugeligen Schnitt aufweist. Zum Einsetzen der Schraube in den Knochen weist der Kopf einen ausgenommenen Bereich wie einen Schlitz, einen Kreuzschlitz, einen Torqueschlitz oder hexagonale Ausnehmungen auf, die ideal als Gegenstück zu einem geeigneten Schraubendreherwerkzeug geeignet sind. Die Ausnehmung verändert jedoch nicht die äußere radialsymmetrische halbkugelige Form des Kopfs.
Das Verbindungselement weist ein Innenvolumen, das den Kugelkopf der Schraube aufnimmt, und eine äußere Verjüngung auf, welche der Verjüngung des entsprechenden Lochs entspricht. Das Verbindungselement kann mit einem Gewinde versehen oder glatt sein, jedoch weist das Verbindungselement in beiden Fällen wenigstens einen vertikalen Schlitz auf, so daß das Verbindungselement sich ausdehnen und zusammenziehen kann, um den Kopf der Schraube im inneren Volumen aufzunehmen und zu verriegeln. Die Größe des verjüngten Lochs in bezug auf das Verbindungselement ist derart, daß das vollständige Einsetzen des Elements in das Loch das Zusammenziehen der Schlitze und das Verriegeln der Innenfläche des Verbindungselements mit der Fläche des Schraubenkopfs bewirkt.
Bei der Variante der bekannten Spinalplatte, bei der das Verbindungselement und die sich verjüngenden Löcher glatt sind, versteht sich, daß der letzte Schritt des Einführens der Schraube in den Knochen bewirkt, daß das Verbindungselement im Loch sitzt und nach unten in das Loch gezogen wird, wodurch das Verbindungselement mit der Schraube verriegelt wird, und zwar die Schraube unter einem gewünschten Winkel zur Platte und das Verbindungselement in dem Loch. Bei der zuvor erwähnten Variante des Ausführungsbeispiels, bei der das Verbindungselement und die sich verjüngenden Löcher entsprechende Gewinde aufweisen, versteht sich, daß der letzte Schritt des Einführens der Schraube und des Verbindungselements in die Löcher ferner eine Drehung des Verbindungselements in das Loch umfasst. Dies tritt bei einer Vorrichtung, bei der das Gewinde des Kragens die gleiche schraubenlinienförmige Ausrichtung wie der Schraubenschaft hat, natürlich auf. Bei der Alternative kann ein separates Schraubendreherwerkzeug zum Einführen des Verbindungselements in die Platte verwendet werden. In diesem Fall bewirkt, wie zuvor, das Verriegeln des Verbindungselements im Loch eine pressende Ver riegelung der Innenfläche des Verbindungselements mit der Oberfläche des Schraubenkopfs, wodurch die Schraube in ihrer korrekten Winkelposition in bezug zur Platte verriegelt ist. Jede dieser Varianten kann des weiteren Halteringe aufweisen, die einstückig mit den oberen Bereichen der Löcher ausgebildet sind. Jeder Haltering dehnt sich beim Einführen des entsprechenden Verbindungselements in das Loch und schnappt in eine Halteposition über dem Verbindungselement zurück, sobald die Oberseite des Elements sich daran vorbei in das Loch bewegt.
Bei beiden Varianten bietet die Oberseite des Verbindungselements eine Öffnung, die kolinear zum Eindrehen der Schraube mit der Ausnehmung im Schraubenkopf positioniert ist. Diese Öffnung ist vorzugsweise groß genug, so daß die Schraube und das Verbindungselement leicht manipuliert werden können, und der Kopf der Schraube selbst bei Eintrittswinkeln zugänglich ist, die von der Senkrechten weit entfernt sind.
Der erste Schritt im Vorgang des Implantierens dieser Art von bekannten Spinalimplantaten ist das Positionieren der Platte an den Wirbelkörpern und das Ausrichten der Eintrittspunkte für die Schrauben. Der nächste Schritt ist das Vorbohren der für das Einsetzen der Schrauben vorgesehenen Löcher in die Knochen unter dem gewünschten Winkel. Bei positionierte Platte können die Schrauben nunmehr durch die Löcher in die Wirbelkörper eingeführt werden. Sobald die Schraube unter dem gewünschten Winkel im wesentlichen voll in den Körper eingesetzt ist, berührt das Verbindungselement die Oberseite des Lochs in der Platte. Wenn das Verbindungselement nicht korrekt auf das Loch ausgerichtet ist, dreht es durch seine polyaxiale Befestigung zur Schraube, um im Loch zu sitzen, so daß diese in der Platte verriegelt werden kann (entweder durch weiteres Treiben der Schraube in den Knochen, oder im Falle des mit einem Gewinde versehenen Verbindungselements durch separates Drehen des Verbindungselements).
Ein alternatives Ausführungsbeispiel zur Verwendung in der vorderen Wirbelsäule umfaßt eine ähnliche Platte mit einer Gruppe von Löchern zum Aufneh men einer Schraube und eines Verbindungselements. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Löcher jedoch im oberen Bereich nicht verjüngt und weisen dort ein Gewinde auf, während sie im unteren Bereich verjüngt und glatt sind. Ferner sind die Verbindungselemente keine einteiligen Elemente sondern vielmehr zweiteilige Elemente. Das obere Teil des Verbindungselements hat ein Außengewinde zum Verriegeln mit dem Gewindeende der Löcher in der Platte, und weist ferner einen Verriegelungsmechanismus zum Verbinden mit dem unteren Teil des Verbindungselements auf. Das untere Teil des Verbindungselements hat ein halbkugeliges Innenvolumen das erweiterbar und zusammenziehbar ist, um den halbkugeligen Kopf der Schraube darin aufzunehmen. Der untere Bereich des unteren Teils des Verbindungselements weist ferner eine äußere Verjüngung auf, die dem verjüngten unteren Teil des entsprechenden Lochs in der Platte entspricht, so daß eine nach innen gerichtete Kraft auf das untere Teil wirkt, wodurch das innere Volumen des Verbindungselements sich zusammenzieht und sich mit dem Schraubenkopf verriegelt.
Insbesondere weist bei diesem zweiteiligen Verbindungselementausführungsbeispiel das zweiteilige Verbindungselement einen Buchsenbereich und einen Kappenbereich auf. Der Buchsenbereich ist mit einem inneren halbkugeligen Volumen ausgebildet, so daß es den halbkugeligen Kopf einer entsprechenden Knochenschraube entspricht. Das innere Volumen des Buchsenbereichs ist an beiden axialen Enden offen. Die Außenfläche des Buchsenbereichs weist am unteren Ende eine erste Reihe von Schlitzen auf, die sich von der Öffnung nach oben erstrecken, so daß das innere halbkugelige Volumen durch das Aufbringen einer radialen Kraft aufgeweitet oder zusammengezogen werden kann. Darüber hinaus ist die Außenfläche am unteren Ende verjüngt, so daß sie am unteren Ende schmaler als in der Mitte ist.
Die obere Außenfläche des Buchsenbereichs weist eine zweite Gruppe von Schlitzen auf, die axial entlang dem Element zur Mitte gerichtet sind, so daß die obere Öffnung des Buchsenelements sich entsprechend dem Aufbringen einer radialen Kraft auf dieses aufweiten und zusammenziehen kann. Die Au ßenfläche des Buchsenbereichs ist nicht verjüngt und ist schmaler als die breiteste Verjüngungsstelle des unteren Endes des Buchsenbereichs. Der obere Abschnitt weist jedoch ferner eine sich nach außen erstrechende Ringlippe an der höchsten axialen Position auf. Dieser obere Abschnitt ist zum Einführen in und Verbinden mit dem Kappenbereich des Verbindungselements ausgebildet.
Der Kappenbereich hat eine generell zylindrische Form mit einem offenen unteren Ende. Das offene untere Ende ist nach innen verjüngt und bildet eine sich nach innen erstreckende Ringlippe, so daß beim Einsetzen des oberen Endes des Buchsenbereichs, die oberen Schlitze verschmälert sind. Sobald er über diese Verjüngung hinaus axial eingeführt ist, dehnt sich der obere Teil des Buchsenbereichs über die sich einwärts erstreckende Ringlippe aus. Die sich nach innen erstreckende Ringlippe greift an der sich nach außen erstreckenden Lippe des Buchsenbereichs an, um das Lösen der beiden Teile zu verhindern. Der Buchsenbereich kann sodann in den Kappenbereich gleiten, bis der größere Durchmesser des verjüngten unteren Bereichs der Buchse den Eingang des Kappenbereichs berührt.
Die Außenfläche des Kappenbereichs ist mit einem Gewinde versehen, so daß sie mit dem Gewinde des oberen Bereichs des entsprechenden Lochs zusammengreifen kann. Darüber hinaus weist die Oberseite der Kappe eine Öffnung auf, so daß ein Schraubendreherwerkzeug direkt an der Oberseite der Schraube angreifen kann.
Der erste Schritt im Vorgang des Implantierens dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung ist das Montieren der zuvor beschriebenen Teile. (Es ist beabsichtigt, daß dieses Montieren am Herstellungsort geschieht und nicht in der Verantwortung des chirurgischen Personals liegt). Der halbkugelige Kopf der Schraube wird in das innere Volumen des Buchsenbereichs eingeführt und durch die Reibpassung zwischen dem maximalen Durchmesser des Kopfs und den nicht ausgedehnten Öffnungen am oberen und unteren Ende des Elements gehalten. Der Kopf wird von unten eingesetzt, genauer gesagt durch Anwenden eines Drucks, der ein Aufweiten der unteren Öffnung zum Aufnehmen des Kopfs im Volumen bewirkt.
Sobald der Schraubenkopf eingeführt ist, wird das obere Ende des Buchsenbereichs in die Öffnung des Kappenbereichs eingeführt. Das Einführen bewirkt, daß die Oberseite des Buchsenbereichs sich leicht einwärts zusammenzieht, bis die Ringlippen jedes Bereichs aneinander angreifen. Der Buchsenbereich und der Kappenbereich werden so lose zusammengefügt, so daß jeder in bezug zum anderen gleiten und sich drehen kann.
Der Chirurg positioniert sodann die Platte an den Wirbelkörpern und richtet die Eingangspunkte für die Schrauben aus. Der nächste Schritt ist das Vorbohren der für die Schrauben vorgesehenen Löcher in die Knochen unter einem gewünschten Winkel. Wenn die Platte positioniert ist, werden die Schrauben (mit den entsprechenden Buchsen- und Kappenbereichen am Kopf jeder Schraube) durch die Löcher der Platte und in die Wirbelkörper eingesetzt. Das Verbindungselement bietet axialen Zugang zum Schraubenkopf, um diesen in den Knochen zu drehen. Zu jeder Zeit dieses Einsetzens ist der Kopf der Schraube lose in dem Verbindungselement gehalten, so daß das Verbindungselement polyaxial in bezug zur Schraube innerhalb eines Winkelbereichs angewinkelt werden kann, der durch den Durchmesser des Schraubenhalses und der unteren Öffnung des Buchsenbereich definiert ist.
Beim Einführen der Schraube unter einem gewünschten Winkel in den Knochen bewegt sich der Buchsenbereich des Verbindungselements winklig, so daß der verjüngte untere Bereich im verjüngten unteren Bereich des Lochs in der Platte sitzt. Ein weiteres Treiben der Schraube in den Knochen, und damit des Buchsenbereichs des Verbindungselements, tiefer in das verjüngte Loch bewirkt ein Verengen der ersten Gruppe von Schlitzen im unteren Ende des Buchsenbereichs, wodurch der Kopf der Schraube mit dem Verbindungselement pressend verriegelt wird. Der Kappenbereich des Verbindungselements in das Loch geschraubt, wodurch das Verbindungselement im Loch verriegelt und der Buchsenbereich weiter in das Loch getrieben wird.
Bei einer bevorzugten Variante dieses Ausführungsbeispiels weist die Innenfläche des Kappenbereichs eine leichte verengende Verjüngung auf, so daß beim Einschrauben der Kappe in das Plattenloch die oberen Schlitze des Buchsenbereichs ebenfalls verengt werden, wodurch die pressende Verriegelungswirkung auf den Kopf der Schraube weiter erhöht wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Form der Platte und die Verteilung der Löcher auf dieser verändert werden können, um anderen Bereichen der Wirbelsäule, beispielsweise dem hinteren Halsbereich, zu entsprechen, bei dem die Platte auf die seitlichen Massen ausgerichtet und mit diesen verbunden werden sollen. Für Standardknochenplatten können die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen polyaxialen Verriegelungsschrauben-/Verbindungselement-/Plattenmerkmale auf allgemeine Knochenplatten angewendet werden.
Eine weiterentwickelte Form eines derartigen allgemeinen Knochenplattenausführungsbeispiels erfordert jedoch eine weitere Beschreibung dahingehend, daß es dynamische Kompression bewirkt. Genauer gesagt weist der erfindungsgemäße dynamische Kompressionsplattenaspekt mehrere alternative Ausführungsbeispiele auf, von denen eines im folgenden angeführt wird. Dieses Ausführungsbeispiel weist ein längliches flaches Metallplattenelement auf, das der gebogenen zylindrischen Fläche des spezifischen Knochens, an dem es angebracht werden soll, entsprechend ausgebildet ist. Ferner ist erwünscht, daß die Platte auch mehrere runde Löcher zum Aufnehmen weiterer Halteschrauben aufweist, bei denen es sich um polyaxiale Schrauben und Verbindungselemente gemäß der obigen Beschreibung handeln kann.
Bei diesem dynamischen Kompressionsausführungsbeispiel weist das Verbindungselement dieses Ausführungsbeispiels eine Buchse zum Halten des Kugelkopfs der Schraube und eine äußere Ausbildung auf, welche ein verriegelndes Zusammengreifen der Schraube und des Verbindungselements mit der Seitenwandmorphologie des entsprechenden Langlochs ermöglicht. Hinsicht lich der Seitenwandmorphologie sei gesagt, daß das wenigstens eine Langloch (vorzugsweise zwei Löcher) sich in Richtung der Längsachse der Platte erstreckt. Die Seitenwände des Langlochs dieses Ausführungsbeispiels sind in zwei Achsen verjüngt; die erste Achse verläuft senkrecht zur Ebene der Platte, so daß das Loch am unteren Ende schmaler als am oberen Ende ist, und die zweite Achse ist mit dem Loch selbst koaxial, so daß das Loch an dem der Mitte der Platte näheren Ende, dem proximalen Ende, weiter ist (gemessen in bezug auf die Längsachse der Platte).
Das diesem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Verbindungselement weist ein zylindrisches Element auf, das zu einem kegelstumpfförmigen Querschnitt zuläuft. Es ist effektiv mit dem Verbindungselement des ersten Ausführungsbeispiels der zuvor erwähnten anterioren Spinalschraubenplattenanordnung identisch (mit glatter Außenfläche). Die Breite der Oberseite des Langlochs am entfernten Ende desselben, dem von der Mitte der Platte am weitesten entfernten Ende, des Verbindungselements ist geringfügig breiter als der Durchmesser des unteren Bereichs des Verbindungselements und ist erheblich schmaler als das obere Ende des Verbindungselements. Die verjüngten Seitenwände der Platte weiten sich in Richtung der Plattenmitte zum proximalen Ende, wobei die Breite des oberen Endes des Langlochs am proximalen Ende gleich dem Durchmesser des oberen Endes des Verbindungselements ist. Die Breite am unteren Ende des Langlochs weitet sich ebenfalls in Richtung der Plattenmitte, jedoch weitet sich am proximalen Ende die Weite des unteren Endes weniger stark als das obere Ende des Lochs. Es ist diese geringe Differenz der Verjüngung, welche das Verbindungselement komprimierend mit der Schraube und der Platte verriegelt.
Der erste Schritt beim Implantieren dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht im Positionieren der Platte an den Segmenten des gebrochenen Knochens, der Kompression und Immobilisierung erfordert, und im Ausrichten der Eintrittspunkte für die Schrauben. Der nächste Schritt ist das Vorbohren der zum Einsetzen der Schrauben vorgesehenen Löcher in die Knochen an den gewünschten Stellen entlang dem Langloch und unter dem gewünschten Win kel in bezug auf die Platte. Bei positionierter Platte werden die erste und die zweite Schraube durch die Langlöcher in die Knochensegmente eingesetzt.
Sobald die Schraube unter dem gewünschten Winkel in den Knochen eingeführt ist, wird das Verbindungselement durch das drehfreie Zusammengreifen mit der Buchs in der eingesetzten Schraube, so neu ausgerichtet, daß es in dem Langloch sitzt, wobei die verjüngte Fläche des Verbindungselements an den verjüngten Wänden des Lochs sitzt. Das weitere Drehen der Schraube bewirkt, daß das Verbindungselement entlang den Wänden des Lochs tiefer gleitet, was entsprechend bewirkt, daß sich die Schraube und der Knochen relativ zur Platte bewegen. Das Verbindungselement gleitet weiter entlang den sich stetig weitenden schrägen Wänden des Lochs nach unten, bis es das proximale Ende erreicht. Am proximalen Ende verriegelt das leicht verengte untere Ende des Lochs das Verbindungselements pressend mit dem Schraubenkopf, wodurch die Schraube mit dem Verbindungselement und das Verriegelungselement mit der Platte verriegelt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a und 1b sind perspektivische Darstellungen von Verriegelungsplatten, bei denen es sich um Aspekte der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele handelt.
2 ist eine perspektivische Darstellung einer Knochenschraube, bei der es sich um ein Element eines Aspekts der vorliegenden Erfindung handelt.
3a und 3b sind Seitenansichten von Verbindungselementen, bei denen es sich um Aspekte von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen handelt.
4a und 4b sind geschnittene Seitenansichten der vollständig montierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele, deren Elemente in den 1a, 2 und 3a und in den 1b, 2 und 3b gezeigt sind.
5 ist eine Draufsicht auf eine alternative erfindungsgemäße Platte, die einstückige Halteringe im oberen Bereich der Löcher aufweist.
6 ist eine geschnittene Seitenansicht der vollständig montierten Form des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit der Platte von 5.
7 ist eins geschnittene Seitenansicht eines Lochs in der Platte eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
8a und 8b sind geschnittene Seitenansichten von Kappen- und Buchsenbereichen eines zweiteiligen Verbindungselements nach einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
9 ist eine geschnittene Seitenansicht einer vollständig montierten Form des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, welche die in den 2, 7 und 8a–b dargestellten Elemente aufweist.
10 ist eine geschnittene Seitenansicht einer vollständig montierten Form einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels von 9, wobei die Innenfläche des Kappenbereichs verjüngt ist.
11 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen dynamischen Kompressionsplatte.
12 ist eine axiale Seitenansicht eines Langlochs eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen dynamischen Kompressionsplatte.
13 ist eine geschnittene Seitenansicht einer montierten dynamischen Kompressionsplatte mit den Elementen der 2, 3a, 11 und 12.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels:
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen bestimmte Ausführungsbeispiele und Verwendungsverfahren dargestellt sind, ausführlich beschrieben, jedoch sei zu Anfang darauf hingewiesen, daß ein Fachmann auf dem Gebiet die beschriebene Erfindung modifizieren und dabei die Funktionen und Ergebnisse der Erfindung erreichen kann. Daher ist die nachfolgende Beschreibung als für bestimmte Strukturen, Aspekte und Merkmale innerhalb des weiteren Sinns der vorliegenden Erfindung illustrativ und exemplarisch und nicht als diesen einschränkend zu verstehen. Gleiche Zahlen bezeichnen stets gleiche Elemente.
1a zeigt eine Platte, die ein Element der vorliegenden Erfindung ist, in perspektivischer Darstellung. Die Platte 100a kann aus jedem geeigneten biokompatiblen Material gebildet sein, das die strukturelle Festigkeit und Haltbarkeit hat, der zyklischen Belastung einer Langzeitbefestigung an der Wirbelsäule zu widerstehen. Materialien, die für eine derartige Anwendung geeignet sind, sind unter anderem Titanlegierungen und Stähle. Ein spezifisches Titanmaterial, das in bekannten Implantaten verwendet wurde, ist ASTM F-136 Titanlegierung (Ti 6AL-4V). Dieses Material hat verbesserte mechanische Eigenschaften, einschließlich Ermüdungsbeständigkeit und Zugfestigkeit im Vergleich mit reinem Titan.
Die Platte 100a weist einen oberen und einen unteren Bereich 102a, 104a sowie eine Oberseite 108a und eine (nicht dargestellte) Unterseite auf. Die Plat te 100a weist im allgemeinen eine leichte Biegung auf, so daß sie grob der zylindrischen Morphologie der Knochen (d.h. Wirbelkörper) angepaßt ist, welche sie verbindet. Die Biegung ist entsprechend derart, daß die Oberseite 108a die konvexe Fläche und die Unterseite die konkave Fläche ist.
Zwei Löcher 110a mit einer glatten verjüngten Innenfläche 111 erstrecken sich vollständig durch den oberen Bereich 102a der Platte. Ein zweites Paar von Löchern 112a mit einer verjüngten Innenfläche 111 ist im unteren Bereich 104a der Platte 100a angeordnet. Jedes der Löcher 110a, 112a ist ideal für das Aufnehmen einer Knochenschraube zum Befestigen der Platte an den Wirbelkörpern geeignet.
2 zeigt in Seitenansicht eine Schraube, die ideal zum Verbinden der erfindungsgemäßen Platten mit Wirbelkörpern (oder Röhrenknochen in anderen Ausführungsbeispielen) geeignet ist. Die Schraube 120 weist einen Kopfbereich 122, einen Hals 124 und einen Schaft 126 auf. In 2 ist der Schaft 126 mit einer zulaufenden Form und einem Gewinde 128 mit starker Steigung dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß verschiedene Schaftausbildungen mit der vorliegenden Ausbildung ausgetauscht werden können. Die spezifische Wahl der Schaftmerkmale, wie die Gewindesteigung oder das Verhältnis von Schaftdurchmesser zu Gewindedurchmesser, oder die gesamte Schaftform etc. sollte vom Arzt entsprechend dem Zustand des Knochens des Patienten getroffen werden, wobei diese Erfindung jedoch mit einer Vielzahl verschiedener Schaftausbildungen kompatibel ist.
Der Kopfbereich 122 der Schraube 120 hat eine halbkugelige Form mit einer Ausnehmung 130 darin. Es sei darauf hingewiesen, daß die halbkugelige Form ein Ausschnitt einer Kugel ist, der größer als eine Halbkugel ist und eine externe Form aufweist, die von einem Mittelpunkt des Kopfs äquidistant ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel schließt der Hauptquerschnitt des halbkugeligen Kopfs 122 (wie in der zweidimensionalen Darstellung der 2 gezeigt) mindestens 270 Grad eines Kreises ein.
Die Ausnehmung 130 bildet eine Aufnahmestelle für das Ansetzen eines Drehstücks zum Drehen der Schraube 120 in den Knochen. Die spezifische Form der Ausnehmung kann zum Zusammenwirken mit jedem geeigneten Schraubendrehwerkzeug gewählt werden. Beispielsweise kann die Ausnehmung 130 ein Schlitz für einen Flachklingenschraubendreher, einen Kreuzschlitz für einen Kreuzschlitzschraubendreher, ein hexagonales Loch zum Aufnehmen eines Imbusschlüssels, oder höchst bevorzugt, ein Gewinde zum Aufnehmen einer entsprechend mit einem Gewinde versehenen Stange sein. Vorzugsweise ist die Ausnehmung 130 koaxial zur Längsachse der Schraube 120 und insbesondere zum Schaft 126. Kolineare Achsen der Ausnehmung 130 und des Schafts 126 erleichtern den Schritt des Einsetzens der Schraube 120 in den Knochen.
Der halbkugelige Kopfbereich 122 ist im Halsbereich 124 mit dem Schaft 126 verbunden. Zwar sollte der Durchmesser des Schafts 126 vorzugsweise geringer als der Radius des halbkugeligen Kopfs 122 sein, jedoch sollte vorzugsweise der Hals 124 der Schraube 120 schmaler als der breiteste Bereich des Schafts 126 sein. Diese bevorzugte Abmessung ermöglicht das Einsetzen der Schraube unter einer Vielzahl von Winkeln, während sie gleichzeitig ein Einschrauben des betreffenden Verbindungselements in das geeignete Loch 110a oder 112a der Platte 100a und das Aufrechterhalten der Verbindung mit dem Kopf 122 ermöglicht.
3a zeigt eine Seitenansicht einer ersten Variante des Verbindungselements 132, die in Verbindung mit der Platte 100a von 1a verwendet wird, wobei gestrichelte Linien die innere Struktur der Elemente entlang einem diametralen Querschnitt zeigen. Das Verbindungselement 132 weist eine sich verjüngende zylindrische Buchse mit einer glatten Außenfläche 134 auf. Die Neigung der Fläche 134 paßt zur sich verjüngenden Innenfläche der Löcher 110a oder 112a der Platte 100a, so daß das Verbindungselement 132 in der Platte 100a sitzen kann.
Die Oberseite 136a des Verbindungselements 132 weist ferner ein Durchgangsloch 138a auf, das sich von der Oberseite 136a zu einem inneren halbkugeligen Volumen 140a erstreckt. Dieses Durchgangsloch 138a ist derart ausgebildet, daß das Schraubendreherwerkzeug, das zum Einsetzen der Schraube 120 in den Knochen verwendet wird, die Schraube 120 durch das Verbindungselement greifen und drehen kann.
Das Verbindungselement 132 weist ferner ein inneres halbkugeliges Volumen 140a auf, das ideal zum Halten des Kopfbereichs 122 der Schraube 120 geeignet ist, und die Schraube über einen Bereich von Winkeln drehen kann. Das untere Ende 142a des Verbindungselements 132 hat ein kreisrundes Loch (143a an der Unterseite der Seitenansicht des Verbindungselements), das den unteren Eingang in das innere halbkugelige Volumen 140a bildet. Es sei darauf hingewiesen, daß der Kopf 122 der Schraube 120 im inneren halbkugeligen Volumen 140a durch den Ringrand oder die Stützlippe 144a des unteren Endes 142a des Verbindungselements gehalten ist. Diese ringförmige Stützlippe 144a bildet die kreisrunde Öffnung 143a, die einen Durchmesser hat, der geringer als der Durchmesser des halbkugeligen Kopfs 122 der Schraube 120 ist, jedoch größer als der Hals 124 der Schraube 120 (so daß die Schraube 120 polyaxial in bezug auf das Verbindungselement 132 drehen kann, sobald der Kopf 122 in das innere Volumen 140a eingesetzt ist).
Bei der in 3a dargestellten Variante dieses Ausführungsbeispiels weist das Verbindungselement 132 einen einzelnen axialen Schlitz 149 auf, so daß das Element 132 eine umfangsmäßig unterbrochene Ausbildung hat. Dies macht das Verbindungselement 132 zu einem 7/8 Ring und ermöglicht das Aufweiten des Elements 132 zum Aufnehmen des eingesetzten Kopfbereichs 122 und auch das Pressen gegen den Kopf 122 beim Aufbringen einer nach innen gerichteten radialen Kraft. Das Einführen der Verbindungselemente in die Durchgangslöcher verhindert, daß die Verbindungselemente den Kopf 122 freigeben, indem ein Ausdehnen der kreisrunden Öffnung 143a verhindert wird.
4a zeigt in einer Seitenansicht ein vollständig montiertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schraubenplattenanordnung, mit einem glatten einteiligen Verbindungselement 132 und der glatt zulaufende Löcher 110a, 112a aufweisenden Platte 100a. Bezüglich der relativen Position der Schraube 120, der Platte 100a und des Verbindungselements 132 beginnen die Schritte des Implantierens der Schraubenplattenanordnung und des Befestigens derselben an zwei Wirbelknochen mit dem Vorbereiten der Knochen durch chirurgisches Freilegen und/oder Resektion von Gewebe. Anschließend wird die Platte 100a an den Knochen angelegt und Löcher werden unter dem gewünschten Einführwinkel für die Schrauben 120 vorgebohrt. Jede Schraube 120 und jedes entsprechende Verbindungselement 132 wird sodann verbunden, so daß sich der Kopf 122 im inneren Volumen 140a befindet, wodurch die beiden Elemente in der Lage sind, frei zueinander zu drehen, und dennoch verbunden sind.
Die Ausnehmung 130 in der Schraube 120 und das Durchgangsloch 138a des Verbindungselements 132 werden zuerst ausgerichtet und ein geeignetes Schraubendreherwerkzeug wird zum Drehen der Schraube 120 durch das richtige Loch 110a oder 112a und in das vorgebohrte Loch im Knochen verwendet. Sobald die Schraube 120 bis zu dem Punkt hinunter gedreht wurde, an dem die Unterseite 142a des Verbindungselements die Oberseite des Lochs 110a oder 112a berührt, nimmt das Verbindungselement 132 die geeignete Sitzposition ein. Das fortgesetzte Einführen der Schraube 120 bewirkt ein Zusammengreifen der schrägen Flächen 124 und 111 des Verbindungselements 132 und der Löcher 110a, 112a. Die Verjüngung 111 des entsprechenden Lochs 110a oder 112a bewirkt eine Verengung des Schlitzes 149 und ein Anpressen des inneren Volumens 140a des Verbindungselements gegen die Oberfläche des Kopfes 122. das vollständige Einführen des Verbindungselements 132 in die Platte 100a verriegelt das Verbindungselement und die Schraube mit der Platte sowie die Schraube 120 und die Platte 100a mit dem Knochen.
Die 1b, 2, 3b und 4b zeigen eine alternative Variante des Verbindungselements dieses Ausführungsbeispiels in Seitenansicht, wobei die Innenfläche 113 der Löcher 110b und 112b der Platte sowie die Außenflächen 137 des entsprechenden Verbindungselements 133 mit einem Gewinde versehen sind.
Insbesondere zeigt 3b das mit einem Gewinde versehene Verbindungselement 133 in Seitenansicht. Dieses Gewinde 139 greift mit dem Gewinde 113 der Löcher 110b, 112b der Platte 100b zusammen, so daß das Verbindungselement 133 in die Platte 100b geschraubt werden kann. Vorzugsweise ist das oberste Gewinde 135 so ausgebildet, daß es pressend verriegelt, um das Verbindungselement 133 im Loch 110b gesichert ist.
Damit die Öffnung 143b im unteren Ende 142b des Verbindungselements 133 sich weitet, so daß der Kopf 122 der Schraube 120 in das innere Volumen 140b eintreten kann, weist diese Variante des Verbindungselements 133 mehrere Schlitze 146 auf. Diese Schlitze 146 erstrecken sich wie dargestellt von dem unteren Ende 142b nach oben zu einem Punkt entlang der axialen Erstreckung des Elements 133 jenseits des maximalen Durchmessers des inneren Volumens 140b. das Einschrauben des Verbindungselements 133 in das entsprechende Durchgangsloch 110b, 112b bewirkt ein Verengen der Schlitze, wodurch das Verbindungselement 133 gehindert wird, den Kopf 122 freizugeben, indem die kreisrunde Öffnung 143b an einer Aufweitung gehindert wird. Die Löcher 110b, 112b der Platte 100b sind nach innen geneigt, so daß ein vollständiges Einsetzen des Verbindungselements 133 in diese ein Zusammendrücken der Schlitze 146 und entsprechend ein pressendes Verriegeln des Schraubenkopfs 122 durch den untern Eingang 143b und die entsprechende Ringlippe 144b bewirkt.
4b zeigt einen Schnitt durch die vollständig montierte erfindungsgemäße Schraubenplattenanordnung. Die hinsichtlich der relativen Positionen der Schraube 120, der Platte 100b und des Verbindungselements 133 durchzuführenden Schritte des Einsetzens und des Befestigens der Schraubenplattenan ordnung an zwei Wirbelknochen beginnen mit dem Vorbereiten der Knochen durch chirurgisches Freilegen und/oder Resektion des Gewebes. Anschließend wird die Platte 100b wird an den Knochen gelegt und die vorgebohrten Löcher werden in den seitlichen Massen unter dem gewünschten Einführwinkel der Schrauben 120 angebracht. Jede Schraube 120 und jedes entsprechende Verbindungselement 133 wird sodann zusammen plaziert, so daß der Kopf 122 sich in dem inneren Volumen 140b befindet, wodurch die beiden Elemente frei zueinander drehbar, jedoch verbunden sind.
Die Ausnehmung 130 in der Schraube 120 und das Durchgangsloch 138b des Verbindungselements 133 werden zunächst ausgerichtet, und ein geeignetes Schraubendreherwerkzeug wird zum Eindrehen der Schrauben 120 durch das Loch 110b oder 112b und in das vorgebohrte Loch im Knochen verwendet. Sobald die Schraube 120 auf einen Punkt herunter geschraubt ist, an dem die Unterseite des Verbindungselements 133 die Platte 100b berührt, greifen die ersten Gewinde 139 des Verbindungselements mit dem Gewinde 113 des Lochs 110b oder 112b zusammen. Das vollständige Einführen des Verriegelungselements 133 mit der Platte 100b verriegelt das Verbindungselement und die Schraube mit der Platte und verriegelt die Schraube 120 und die Platte 100b mit dem Knochen.
Die 5 und 6 zeigen eine Variante der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, bei der ein Haltering vorgesehen ist, um die Schraube und das Verbindungselement in dem zulaufenden Loch weiter zu verriegeln. Wie in 5 dargestellt, welche eine Draufsicht auf das Loch und den Haltering dieser Variante zeigt, weist das verjüngte Loch 110c oder 112c eine ringförmige Ausnehmung 182 in der Seitenwand 115 des Lochs (das Loch kann entweder glatt sein, wie in 1a, oder ein Gewinde aufweisen, wie in 1b). In dieser ringförmigen Ausnehmung 182 ist ein unterbrochener "7/8" Schnappring 180 ausgebildet. Der nicht ausgelenkte Außendurchmesser des Schnapprings ist größer als der Durchmesser des Lochs 110c oder 112c (so daß er in der Ausnehmung bleibt) und ist ebenfalls geringer als der Durchmesser des oberen Endes 136a oder 136b des Verbindungselements 132 oder 133. der Innendurchmesser des nicht ausgelenkten Schnapprings 180 ist jedoch kleiner als der Durchmesser des verjüngten Lochs, aber größer als das untere Ende 142a oder 142b des Verbindungselements.
6 zeigt im montierten Zustand die Schraube 120, das Verbindungselement 132, den Schnappring 180 und die Platte 100c. Der Schnappring 180 ist einwärts ausgelenkt, um in die Ausnehmung 192 eingesetzt zu werden. Während des Implantationsvorgangs werden die Schraube 120 und das Verbindungselement 132 (oder 133) durch das Loch geführt. Sobald das untere Ende 142a (oder 142b) des Verbindungselements 132 (oder 133) in dem oberen Ende des Lochs 110c oder 112c sitzt und beginnt, sich in dieses zu bewegen, bewirkt die geneigte Außenfläche des Verbindungselements 132 (oder 133) ein Aufweiten des Schnapprings 180 in die Ausnehmung 182. Sobald das Verbindungselement 132 (oder 133) vollständig im Loch 110c sitzt, wird der Schnappring vom nach außen gerichteten radialen Druck des Verbindungselements 132 (oder 133) befreit und schnappt in den nicht ausgelenkten Zustand zurück. Im nicht ausgelenkten Zustand hindert er das Verbindungselement 132 (oder 133) daran, sich aus der Platte 100c heraus zu bewegen, da die flache Oberseite 136a (oder 136b) des Verbindungselements nicht in der Lage ist, den Ring nach außen auszulenken (es ist keine Schräge vorhanden, um den Schnappring auf zu drücken).
7 zeigt eine Schnittdarstellung des Lochs 210 oder 212 in der Platte 200, die ansonsten gleich den Platten 100a und 100b der 1a und 1b ist. Von der Oberseite 208 der Platte erstreckt sich ein Gewinde 213 in das Loch 210 oder 212 zu einer Position, die über der Unterseite 203 liegt. Der Durchmesser des Lochs 210 oder 212 variiert in diesem Gewindebereich 213 nicht, jedoch weist der untere Bereich des Lochs eine einwärts gerichtete Verjüngung 211 auf und ist glatt.
Die 8a und 8b zeigen zwei Bereiche, welche das erfindungsgemäße Verbindungselement in geschnittenen Seitenansichten. Gestrichelte Linien zeigen die innere Struktur der Elemente entlang dem diametralen Quer schnitt. Unter besonderer Bezugnahme auf den in 8b dargestellten Buchsenbereich 232 weist das Verbindungselement eine ungefähr zylindrische Form mit einem inneren Volumen 234 auf, in dem der halbkugelige Kopf 122 der Schraube 120 angeordnet ist. Das innere Volumen 234 ist am oberen Ende 236 des Buchsenbereichs und am unteren Ende 238 offen. Der untere Bereich 231 des Buchsenbereichs 232 weist eine Gruppe von Schlitzen 233 auf, die sich vertikal vom unteren Ende 238 des Buchsenbereichs 232 zu einer Position über dem maximalen Durchmesser des halbkugeligen inneren Volumens 234 erstrecken. Diese Schlitze 233 ermöglichen es dem inneren Volumen 234 sich entsprechend der Einwirkung einer radialen Kraft aufzuweiten oder zusammenzuziehen. Die Außenfläche 235 des unteren Bereichs 231 des Buchsenbereichs 232 ist derart verjüngt, daß der schmalste Bereich des unteren Bereichs 231 am unteren Ende 238 befindet.
Der obere Bereich 239 des Buchsenbereichs 232 von 8b weist einen im wesentlichen konstanten Durchmesser auf, der geringer als der Durchmesser an der obersten Position 237 der Verjüngung des unteren Bereichs 231 ist. Eine zweite Gruppe vertikaler Schlitze 241 ist in diesem oberen Bereich 239 vorgesehen, so daß sich dieser ebenfalls entsprechend radialen Kräften aufweiten oder zusammenziehen kann. Darüber hinaus weist das oberste Ende dieses oberen Bereichs 239 eine sich nach außen erstreckende Ringlippe 240 auf.
Der Kappenbereich 242 des Verbindungselements nach 8a weist eine Öffnung 243 im untern Ende auf, die eine nach innen zulaufende Eintrittsflächenausbildung 244 aufweist. Ein oberer Bereich 239 des Buchsenbereichs 232 ist in die Öffnung 243 im Kappenbereich 242 eingesetzt, wobei die Verjüngung 244 der Öffnung 243 eine nach innen gerichtete Kraft bewirkt, welche ein Zusammenziehen des oberen Bereichs 239 bewirkt (ein Verengen der Schlitze 241 bewirkt). Dieser verjüngte Eingang 244 öffnet sich zu einer Ringlippe 245, die zum Angreifen an und Halten der Ringlippe 240 des oberen Bereichs 239 des Buchsenbereichs 232 geeignet ist. Die Innenseite 246 des Kappenbereichs hat einen konstanten Durchmesser, in dem der darin einge setzte obere Bereich 239 des Buchsenbereichs 232 in bezug auf den Kappenbereich 242 gleiten und drehen kann.
Die Außenfläche des Kappenbereichs 242 weist ein Gewinde 247 auf, das zum Zusammengreifen mit dem Gewinde 213 in dem oberen Bereich des entsprechenden Loch 210 oder 212 dient. Darüber hinaus weist der Kappenbereich 242 ein axiales Loch 248 auf, durch welches ein Chirurg ein Schraubendreherwerkzeug führen kann, um auf den Kopf der Schraube zuzugreifen, der im inneren Volumen 234 des Buchsenbereichs 232 sitzt.
Insbesondere sei hinsichtlich der Anordnung des Kopfs 122 der Schraube 120 im Buchsenbereich 232 und unter Bezugnahme auf die geschnittene Seitenansicht der 9 eine vollständig montierte Platte, ein Verbindungselement und eine Schraube beschrieben. Die Oberseite 236 des Buchsenbereichs 232 wird in die Öffnung im Kappenbereich 242 eingeführt, bis die Ringlippe 240 der Buchse 232 in der Kappe 242 sitzt. Die Schraube 120 ist lose in der Buchse 232 gehalten, die ihrerseits lose in der Kappe 242 gehalten ist.
Wie bei der Anwendung der ersten beiden Ausführungsbeispiele wird die Platte 200 an den Wirbelknochen, die immobilisiert werden sollen, angeordnet. Ein Bohrer wird zum Vorbohren von Löchern verwendet, in welche die Knochenschrauben 120 eingesetzt werden sollen (unter dem gewünschten Winkel). Die Schraube 120 wird sodann eingeführt und nach unten in den Knochen unter Verwendung eines geeigneten Schraubendreherwerkzeugs gedreht. Während die Schraube 120 tiefer in den Knochen geschraubt wird, beginnt das an dem Kopf der Schraube angebrachte Verbindungselement in das Loch 210 oder 212 der Platte einzudringen. Beim Eindringen des Verbindungselements in das Loch 210 oder 212 sitzt die verjüngte Außenfläche 235 des Buchsenbereichs 232 an dem verjüngten unteren Ende 211 des Lochs 210 oder 212. Das weitere Treiben der Schraube in den Knochen bewirkt eine Verengung des Schlitzes 233 im unteren Ende des Buchsenbereichs 232, wodurch das innere Volumen 234 des Buchsenbereichs 232 gegen den Kopf 122 der Schraube 120 drückt.
Der Kappenbereich 242 des Verriegelungselements kann dann in den oberen Bereich des Lochs eingeschraubt werden. Beim Vortreiben gleitet die obere Ringlippe 240 des Buchsenbereichs 232 entlang der Innenfläche 246 der Kappe 242 nach oben, bis die untere verjüngte Öffnung 244 an der aufgeweiteten Verjüngungsposition des Buchsenbereichs 232 anliegt. Ein weiteres Vortreiben des Kappenbereichs 242 bewirkt ein weiteres Vorschieben des Buchsenbereichs 232 in das Loch 210 oder 212 und somit erhöhten Verriegelungsdruck in dem inneren Volumen 234 auf den Kopf 222.
10 zeigt eine Variante des zweiteiligen Verbindungselements in geschnittener Seitenansicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Innenfläche 296 des Kappenbereichs 242 in vertikaler Richtung nach innen verjüngt, so daß das Vortreiben des Kappenbereichs 242 entlang des Gewindes 213 des Lochs 210 oder 212 ein nach innen gerichtetes Zusammendrücken der Ringlippe 240 bewirkt. Dies bewirkt ein Verengen der Schlitze 241 des oberen Bereichs 239 des Buchsenbereichs 232. Dies kann zu einem weiteren Klemmen des inneren Volumens 234 gegen den Kopf 122 der Schraube 120 verwendet werden. Sobald der Kappenbereich 242 des Verriegelungselements in die Platte 200 geschraubt und verriegelt ist, bilden er und die Oberseite der Platte 208 eine bündige Außenfläche.
11 zeigt eine Draufsicht auf die Platte des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, wobei die Achse A-A als Bezug zu einer nachfolgenden Schnittdarstellung in 12 vorgesehen ist. Die Platte 300 weist eine in Längsrichtung gestreckte, im wesentlichen rechteckige, dünne Metallplatte mit mehreren Löchern 301–306 darin auf. Die Löcher 301–306 sind in zwei Gruppen von drei aufeinanderfolgend und symmetrisch auf beiden Seiten der Längsmitte 307 der Platte angeordneten Löchern vorgesehen. Die Löcher 301, 303, 304 und 306 sind zum Halten von Schrauben vorgesehen, welche zusätzliche Befestigung bieten, sobald die anfängliche Befestigung der Anordnung und die damit einhergehende Kompression ausgeführt wurden. Diese Löcher und die entsprechenden Schrauben sind vorzugsweise von einem der zuvor beschriebenen Typen.
Die Löcher 302 und 305 sind auf beiden Seiten der Mitte 307 der Platte 300 angeordnet und vorzugsweise äquidistant von dieser. Die Löcher 302 und 305 sind in bezug auf die Mitte 307 der Platte 300 derart entgegengesetzt ausgerichtet, daß die entfernten Enden 312 weiter von der Mitte 307 angeordnet sind als die proximalen Enden 314. Diese Löcher 302 und 305 sind in Längsrichtung der Platte 300 mit sich verjüngenden Seitenwänden 310a, 310b gestreckt.
Die in der 12 dargestellte Seitenwandmorphologie sieht vor, daß die Seitenwände 310a und 310b des Langlochs 305 (oder 302) entlang Achsen geneigt sind, die senkrecht zur Ebene der Platte 300 und zur Längserstreckung des Lochs 305 sind. Die Breite des Lochs 305 ist am unteren Ende 308 breiter als am oberen Ende 309. Die Verjüngung des Lochs 305 ist derart, daß die Entfernung der Seitenwände am proximalen Ende 314 größer als am entfernten Ende 312 ist.
Das in Verbindung mit dieser Art von Langloch verwendete Verbindungselement ist dem glatten verjüngten einteiligen Verbindungselement 132 der 3a gleich. Die Außenfläche des Elements 132 passt zur Flächenmorphologie der Langlöcher 302, 305. Insbesondere ist das schmalere untere Ende 142a des Verbindungselements 132 geringfügig kleiner als der Abstand zwischen den Seitenwänden 310a, 310b des oberen Endes 309 des Langlochs am entfernten Ende 312, das wiederum erheblich schmaler als das obere Ende 136a des Verbindungselements ist. Die verjüngten Seitenwände 310a, 310b der Platte 300 weiten sich in Richtung der Mitte 307, so daß der Abstand zwischen den Seitenwänden 310a, 310b des Langlochs 305 am proximalen Ende 314 nur geringfügig kleiner als der entsprechende geneigte axiale Durchmesser des Verbindungselements 132 ist. Am proximalen Ende 314 ist es dieser geringe Unterschied der Neigung, der die Kompressionsverriegelung des Ver riegelungselements 132 mit dem Schraubenkopf 120 und der Platte 300 bewirkt.
Der erste Schritt des Implantierverfahrens für dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht im Positionieren der Platte an den Segmenten des gebrochenen Knochens, die Kompression und Immobilisierung erfordern, und im Ausrichten der Eintrittspunkte für die Schrauben. Der nächste Schritt besteht im Vorbohren von zum Einsetzen der Schrauben bestimmten Löchern an der gewünschten Stelle entlang dem Langloch und unter dem gewünschten Winkel in bezug auf die Platte. Bei angebrachter Platte werden eine Schraube 120 und ein entsprechendes Verbindungselement 132 durch jeweilige Langlöcher 302, 307 in die Knochensegmente eingeschraubt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Schrauben an jeder beliebigen Stelle entlang der Länge der entsprechenden Löcher 302, 305 eingesetzt werden.
Sobald die Schraube unter dem gewünschten Winkel in den Knochen eingesetzt ist, wird das Verbindungselement 132 durch die drehfreie Passung des Elements 132 und des Kopfs 122 der Schraube neu ausgerichtet, so daß es an den sich verjüngenden Flächen 310a, 310b im Langloch 302, 305 anliegt. Wenn die Schraube an einem Punkt eingesetzt wird, der nicht direkt im proximalen Ende 314 liegt, beispielsweise am extremen anderen Ende, sitzt das Verbindungselement 132 nicht so tief wie es könnte. Das fortgesetzte Drehen der Schraube 120 bewirkt somit ein Gleiten des Verbindungselements 132 tiefer in das Loch, wodurch sich die Schraube 120 und der Knochen notwendigerweise relativ zur Platte 300 bewegen. Das Verbindungselement 132 gleitet weiter die sich stetig aufweitenden Wände 310a, 310b des Lochs hinunter, bis es das proximale Ende 314 erreicht. An diesem proximalen Ende 314 führt, da die Seitenwände 319a, 310b geringfügig schmaler als das Verbindungselement 132 bleiben, ein fortgesetztes Drehen der Schraube in den Knochen zu einem Schließen des Knochens, wodurch das Verbindungselement 132 pressend mit dem Schraubenkopf 122 verriegelt und ferner das Verbindungselement mit der Platte unter Kompression verriegelt wird.
13 zeigt einen Querschnitt der vollständig sitzenden und verriegelten Schraube 120 und des Verbindungselements 132. Wie zuvor erwähnt und gezeigt sind die Seitenwände 310a, 310b des Langlochs 302, 305 leicht verengt, so daß der Schlitz 149 verengt ist und der Kopf 122 pressend mit dem Element 132 und mit der Platte 300 unter Kompression verriegelt ist.
Zwar wurden Implantatvorrichtungen zum Stabilisieren und Immobilisieren von Knochensegmenten durch Befestigen einer polyaxialen Verriegelungsschraubenplatten an diesen zeigt, aber es ist für den Fachmann ersichtlich, daß Varianten und Modifizierungen möglich sind, ohne vom Rahmen der zugehörigen Ansprüche abzuweichen.

Claims

Orthopädische Prothesenvorrichtung mit einer Platte (100a) mit einem Durchgangsloch (110a, 112a), das eine in Axialrichtung konisch verlaufende Innenfläche (111) aufweist, einer Schraubenanordnung zum polyaxialen Verspannen der Schraube (120) in dem Loch (110a, 112a), wobei die Schraubenanordnung eine Knochenschraube (120) mit einem Gewindeschaft (126) und einem halbkugelförmigen Kopf (122) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenanordnung ferner aufweist: ein in das Loch (110a, 112a) einsetzbares Koppelelement (132), das eine in Axialrichtung konisch verlaufende Außenfläche (134) aufweist, wobei der konische Verlauf dem konischen Verlauf des Lochs (111) in der Platte entspricht; wobei das Koppelelement (132) ferner ein halbkugelförmiges Innenvolumen (140a) aufweist, wobei mindestens ein Schlitz (149) bei Aufbringen einer Radialkraft auf die Außenfläche des Koppelelements ein Ausdehnen und Zusammenziehen des halbkugelförmigen Innenvolumens (140a) ermöglicht; wobei der Schaft (126) der Knochenschraube (120) innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs, einschließlich nicht rechter Winkel relativ zu dem konisch verlaufenden Loch (110a, 112a), durch das Loch (110a, 112b) in den Knochen einsetzbar ist, derart, dass bei vollständigem Einsetzen das Koppelelement (132) und der darin befindliche halbkugelförmige Kopf (122) in das Loch (110a, 110b) gezogen werden, dessen konisch verlaufende Innenfläche (111) eine nach innen gerichtete Radialkraft auf das Koppelelement (132) aufbringt, die ausreicht, um das Koppelelement (132) in dem konisch verlaufenden Loch (110a, 112b) zu verspannen und den halbkugelförmigen Kopf (122) der Schraube (120) in dem halbkugelförmigen Innenvolumen (140a) des Koppelelements (132) zu verspannen.
Orthopädische Prothesenvorrichtung nach Anspruch 1, bei der mindestens ein Axialschlitz (149) einen einzelnen Axialschlitz umfasst, der über die Gesamtlänge des Koppelelements (132) verläuft.
Orthopädische Prothesenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der mindestens eine Axialschlitz (149) mehrere Schlitze umfasst, die über einen Teil des Koppelelements (132) verlaufen.