DE69828745T2 - Zwischenwirbel-Verbindungsvorrichtung mit Axialspiel und Winkelspiel - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine intervertebrale Verbindungsvorrichtung, welche insbesondere für die Behandlung von pathologischen Fehlern oder Zuständen der Wirbelsäule oder von Wirbeln bestimmt ist.
• Der Gegenstand der Erfindung betrifft insbesondere eine intervertebrale Stabilisierungsvorrichtung, welche dazu bestimmt ist, wenigstens zwei Wirbel in geeigneter Relativposition zu halten, um bei einem Patienten beispielsweise eine Senkung der Wirbel, eine Skoliose, eine Lordose, eine Kyphose oder eine intervertebrale Instabilität zu korrigieren.
• Eine weitere Anwendung findet der Gegenstand der Erfindung auf dem Gebiet der Gelenk- oder Knochenverbindungen, die sowohl innen als auch außen vollzogen werden.
• Auf dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Osteosynthese der Wirbelsäule gibt es zahlreiche Systeme, die aus Verbindungselementen bestehen, welche an der Rückseite der Wirbel angelegt und mit Hilfe von in den Wirbelpedikeln implantierten Schrauben fixiert werden.
• Diese Art der Anbringung ermöglicht, mehrere Wirbel fest untereinander zu verbinden, so daß eine Arthrodese oder eine Knochenfusion erzielt wird.
• Auf dem obigen technischen Gebiet ist eine erste Kategorie von Vorrichtungen bekannt, die wenigstens zwei Verbindungsplatten, welche mit Öffnungen versehen und in der Längsrichtung auf beiden Seiten der Dornfortsätze angeordnet sind, sowie wenigstens vier Befestigungsschrauben aufweisen, die paarweise an den Pedikeln auf beiden Seiten von zwei aufeinanderfolgenden Wirbeln angeordnet sind. Die freien, mit Gewinde versehenen Enden der Schrauben durchgreifen die Öffnungen der Platten, deren endgültige Fixierung nach dem Einstellen durch Muttern gewährleistet wird, die auf die mit Gewinde versehenen Enden aufgeschraubt werden.
• Der hauptsächliche Vorteil derartiger Verbindungsplatten besteht in ihrer Steifigkeit. Dennoch hat sich oftmals herausgestellt, daß eine solche Steifigkeit manchmal auch von Nachteil war, da sie dem Chirurgen nicht ermöglicht, die Platten an die Morphologie der Wirbel in Abhängigkeit von dem Patienten anzupassen.
• Darüber hinaus ist eine zweite Kategorie von Vorrichtungen zur intervertebralen Verbindung bekannt, die aus einem Stift mit kreisförmigem Querschnitt gebildet sind, der an Knochenverankerungsschrauben befestigt wird. Ein Vorteil der Verbindungsstifte besteht in der Tatsache, daß ihr kreisförmiger Querschnitt mit einem Durchmesser zwischen 4 und 7 mm dem Chirurgen ermöglicht, sie auf Wunsch mit Hilfe geeigneter Zangen anzupassen.
• Es ist jedoch offensichtlich, daß die Verwendung einer intervertebralen Stabilisierungsvorrichtung vom Typ mit Platte oder Stift ein steifes System darstellt, was zu einer Verlagerung der mechanischen Spannungen auf die intervertebralen Gelenke führt, die an das stabilisierte Gelenk angrenzen.
• Um dieses Problem zu beheben, hat das Dokument EP 0 516 567 eine intervertebrale Stabilisierungsvorrichtung vorgeschlagen, die in Form eines Dämpfers ausgebildet ist, welcher geeignet ist, einer Längung und einem axialen Druck elastisch standzuhalten. Eine solche Stabilisierungsvorrichtung ist in der Lage, die Druckbewegung wie auch die Dehnungsbewegung zu dämpfen, was eine asymmetrische Arbeit der Facetten der Wirbel zuläßt. Es stellt sich jedoch heraus, daß eine solche intervertebrale Stabilisierungsvorrichtung, welche darauf beruht, die Druck-Dehnungs-Bewegungen zu dämpfen, nicht vollkommen zufriedenstellend ist.
• Das Dokument FR 2 697 428 hat eine intervertebrale Verbindungsvorrichtung vorgeschlagen, welche ein Dämpfungselement aufweist, das von einem Käfig und einer Achse gebildet ist, die dazu bestimmt sind, mit Knochenverankerungselementen verbunden zu werden. Die Achse ist in einer Aufnahme des Käfigs über ein Gelenk angebracht, das relativ zwischen ihnen eine multidirektionale Schwenkbewegung gestattet. Die Achse ist mit zwei elastisch verformbaren Elementen versehen, die je nach Anwendung einer Zug- oder Druckkraft gegenwirkend arbeiten.
• Denn es erwies sich als erforderlich, über eine intervertebrale Stabilisierungsvorrichtung zu verfügen, die angepaßt ist, um die axialen Druck- und Zugbewegungen, aber auch die Biege-Dehnungs-Bewegungen in der anteroposterioren Ebene und die Bewegungen seitlicher Biegung zu dämpfen.
• Es ist jedoch gewünscht, das Niveau der Beweglichkeitsverringerung der in Abhängigkeit von den Fällen zu stabilisierenden Wirbel unter Zulassen einer bestimmten seitlichen Biegung sowie eines gewissen axialen Drucks und Zugs anzupassen, wobei diese geringe Beweglichkeit vorbestimmt ist, um die Hauptbeanspruchungen aufzunehmen, und gleichzeitig Mirkobewegungen zuzulassen, die als günstig für die Knochenfusion gelten.
• Ziel des Gegenstandes der Erfindung ist folglich, diesem Bedarf gerecht zu werden, indem eine intervertebrale Verbindungsvorrichtung vorgeschlagen wird, die ausgebildet ist, um die axialen Druck- und Zugbewegungen sowie die Biege-Dehnungs-Bewegungen in der anteroposterioren Ebene und die Bewegungen seitlicher Biegung zu dämpfen.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine intervertebrale Stabilisierungsvorrichtung vorzuschlagen, die angepaßt ist, die Mikrobewegungen zuzulassen, um eine Knochenfusion sicherzustellen.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine intervertebrale Verbindungsvorrichtung mit Axial- und Winkelausfederung vorzuschlagen, die eine hohe Funktionszuverlässigkeit aufweist.
• Zur Erreichung der verschiedenen vorgenannten Ziele betrifft der Gegenstand der Erfindung eine intervertebrale Verbindungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1.
• Verschiedene weitere Merkmale gehen aus der Beschreibung hervor, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt, welche als nicht einschränkende Beispiele Ausführungs- und Einsatzformen des Gegenstandes der Erfindung zeigen.
• 1 ist eine Längsschnittansicht eines intervertebralen Verbindungselements mit einem erfindungsgemäßen zwischengeschalteten Dämpfer.
• 2 ist eine Draufsicht entsprechend 1.
• 3 zeigt ein Verbindungselement, das mit einem zwischengeschalteten Dämpfer gemäß einer Ausführungsvariante versehen ist.
• 4 ist eine Schnittansicht, welche eine weitere Ausführungsvariante eines Verbindungselements zeigt, das mit einem erfindungsgemäßen zwischengeschalteten Dämpfer versehen ist.
• 5 ist eine Draufsicht des in 4 dargestellten Verbindungselements.
• Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1, welche dazu bestimmt ist, eine Verbindung zwischen wenigstens zwei Wirbeln sicherzustellen, wobei sie dazu bestimmt ist, mit Implantaten oder Knochenverankerungselementen, wie Pedikelschrauben, verbunden zu werden. In dem in den 1 bis 3 dargestellten Beispiel sind die nicht dargestellten Implantate durch einen Verbindungsstift 4 miteinander verbunden, welcher von wenigstens zwei steifen Segmenten 4A, 4B gebildet ist, die mit Hilfe eines zwischen ihrem gegenüberliegenden freien Ende zwischengeschalteten Dämpfungselements 7 untereinander verbunden sind, so daß zwischen den Segmenten 4A und 4B entsprechend einem kontrollierten Ausschlag sowohl bei axialem Druck und Zug a als auch bei winkeliger Biegung b ein elastischer Widerstand entgegengebracht wird.
• Selbstverständlich kann ein und derselbe Verbindungsstift 4 mehrere zwischen den Wirbeln angeordnete Dämpfer 7 aufweisen. Ebenso kann der Verbindungsstift 4 vorteilhafterweise entlang einer Länge geschnitten und entsprechend einem gewählten Radius gebogen sein.
• Wie genauer aus 1 hervorgeht, besteht das Dämpfungselement 7 aus zwei elastisch verformbaren Organen 7A, die um das freie Ende einer Achse 4Ba angeordnet sind, welche das eine 4B der Segmente verlängert, das Bestandteil des Stifts 4 ist. Die Achse 4Ba ist in eine Aufnahme 8a einer Blindmuffe oder eines Käfigs 8 eingeführt, welche bzw. welcher an dem freien Ende 4Aa des anderen Verbindungssegments 4A ausgebildet ist. Nach dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt das Dämpfungselement 7 einen steifen Kolben 11, welcher an der Achse 4Ba angeordnet ist, um ein Gelenk zu bilden, das zwischen dem Käfig 8 und der Achse 4Ba eine multidirektionale Schwenkbewegung relativ zwischen der Achse 4Ba und dem Käfig 8, wenigstens entlang von Achsen gestattet, die in einer Ebene enthalten sind, welche zu der Längsachse x-x' – betrachtet, wenn die Achse und der Käfig fluchten – des Dämpfungselements 7 senkrecht verläuft.
• Nach einem bevorzugten Ausführungsmerkmal ist das gebildete Gelenk 11 vom Typ Kugelgelenk, das auch um die Achse x-x' eine Relativdrehung des Käfigs gegenüber der Achse ermöglicht. Das Gelenk 11 ist von einem Kragen gebildet, der sich radial ausgehend von der Achse 4Ba erstreckt und eine Endfläche mit einem abgerundeten Profil aufweist, welche dazu bestimmt ist, mit der Innenfläche der Aufnahme 8a des Käfigs 8 in Kontakt zu sein. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist der Kragen 11 aus der Achse 4Ba ausgebildet, während der Kragen 11 bei dem in 4 dargestellten Beispiel aus einem angesetzten Ring ausgebildet ist, der an der Achse 4Ba fest angebracht ist.
• Der Kragen 11 ist an der Achse 4Ba derart angeordnet, daß er auf beiden Seiten seiner Seitenflächen in Anlage einen Satz von Unterlegscheiben 12 aufnimmt, die gegenüberliegende kegelstumpfförmige Schalen mit identischem Durchmesser bilden, welche einander gegenüberliegend angeordnet und paarweise an der Achse 4Ba aufgeschichtet sind. Die Gesamtheit der Unterlegscheiben 12 und das Gelenk 11 nehmen wenigstens teilweise die Aufnahme 8a mit kreisförmigem Querschnitt ein, deren Boden bei Druck als Anschlag für eines der elastisch verformbaren Organe 7A dient. Es sei angemerkt, daß die Unterlegscheiben 12, die unter dem Namen Belleville-Unterlegscheiben bekannt sind, durch Elastomerringe ersetzt werden können.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt das Verschließen der Aufnahme 8a des Käfigs 8 mittels einer mit dem Käfig 8 fest verbundenen ersten Unterlegscheibe 9, an einer Innenseite derer eine zweite Unterlegscheibe 10 zur Anlage kommt. Die verformbaren Organe 7A sind frei an der Achse 4Ba zwischen der Unterlegscheibe 10 und dem Boden der Aufnahme 8a angeordnet. Beispielsweise ist die erste Unterlegscheibe 9, die als axialer Anschlag dient, in Form eines Gewinderings ausgebildet, der ausgehend von dem äußeren Ende der Aufnahme auf ein in dieser ausgebildetes Innengewinde geschraubt ist, wodurch es möglich ist, die Dehnungsposition des Dämpfers einzustellen. Es sei angemerkt, daß die zweite Unterlegscheibe 10 eine Auflagefläche für ein elastisch verformbares Organ 7A bildet. Diese zweite Unterlegscheibe 10 dient als Anschlag bei axialer Zugbelastung des Dämpfers. Diese zweite Unterlegscheibe 10 ermöglicht somit, die Druckkraft auf das verformbare Organ auszuüben, ohne daß dieses beschädigt wird. Darüber hinaus kann die zweite Unterlegscheibe 10, nach einem vorteilhaften Merkmal, aus einem Material gefertigt sein, das mit demjenigen, aus dem das elastisch verformbare Element besteht, identisch ist, so daß ermöglicht wird, die zwischen der zweiten Unterlegscheibe 10 und dem elastisch verformbaren Element 7A auftretende Reibung zu kontrollieren.
• Die elastisch verformbaren Organe 7A sind mit einem axialen Spiel gehalten, das durch deren elastische Verformung die axialen Druck- und Zugbewegungen a relativ zwischen der Achse 4Ba und dem Käfig 8 ermöglicht. Beispielsweise kann ein axialer Druck oder Zug mit einem Wert a = ± 0,8 mm erhalten werden. Des weiteren sind die elastisch verformbaren Organe 7A derart angebracht, daß sie eine multidirektionale Relativschwenkbewegung zwischen der Achse 4Ba und dem Käfig 8 gestatten. Im Hinblick darauf sind die Unterlegscheiben in der Aufnahme 8a mit einem Spiel gegenüber der Innenwand der Aufnahme angebracht.
• Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung weist das Dämpfungselement 7 Winkelanschlagmittel auf, die ermöglichen, die multidirektionale Relativschwenkbewegung auf einen vorgebestimmten Wert in der Größenordnung von 4 Grad der Schwenkweite zu begrenzen. Wie aus 1 genauer hervorgeht, beträgt somit die Bewegung b der Achse 4Ba des Käfigs 8 in bezug auf die normale Fluchtposition ± 2 Grad. In dem dargestellten Beispiel sind die Winkelanschlagmittel durch die Aufnahme 8a gebildet, an der die Achse 4Ba zum Anschlag kommt, die mit der Aufnahme 8a ein vorbestimmtes Radialspiel aufweist, um die relative Schwenkbewegung entsprechend dem vorbestimmten Wert b zu gestatten. So besitzt die Achse 4Ba ein Radialspiel einerseits zwischen ihrem Kragen 11 und der Aufnahme 8a und andererseits ihrem freien Ende und einer die Aufnahme 8a verlängernden Blindaussparung 8b. Die Begrenzung der relativen Schwenkbewegung zwischen dem Käfig 8 und der Achse 4Ba wird folglich durch den Einsatz von zwei Winkelanschlägen sichergestellt, die durch das Zusammenwirken zwischen einerseits dem Kragen 11 und der Aufnahme 8a und andererseits dem freien Ende der Achse und der Blindaussparung 8b definiert werden. Es sei angemerkt, daß die zwei auf diese Weise gebildeten Anschläge entgegengesetzt auf beiden Seiten der Achse x-x' zustande kommen. Somit kann eine begrenzte Biegung zwischen dem Käfig und der Welle in allen Richtungen einer Winkelverschiebung erzielt werden.
• Nach einer in 3 dargestellten Ausführungsvariante ist das Dämpfungselement 7 ein unabhängiges Element mit axialen Endbereichen 13 und 14, die dazu bestimmt sind, entsprechende Enden 15 und 16 des Segments 4A bzw. des Segments 4B für einen Verbindungsstift 4 durch Gewinde zu verbinden. Selbstverständlich können die Segmente eine variable Länge aufweisen und in Abhängigkeit von dem behandelten Fall aus einer Palette ausgewählt sein. Beispielsweise weisen die Enden der Segmente 4A und 4B des Verbindungsstiftes 4 Gewinde auf, welche dazu bestimmt sind, in Innengewinde geschraubt zu werden, die an den axialen Endteilen 13 und 14 des Dämpfungselements 7 ausgebildet sind. In dem Fall, in dem vorgesehen ist, einen Stift 4 mit mehreren Dämpfern auszubilden, werden Segmente mit vorbestimmter Länge verwendet, die an ihren beiden Enden mit Gewinde versehen sind.
• Das Dämpfungselement 7, welches soeben beschrieben wurde, kann sich an ein anderes Verbindungselement als vom Typ Stift anpassen. Zu diesem Zweck zeigen die 4 und 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Dämpfungselement 7 dazu bestimmt ist, Platten mit rechteckigem Querschnitt zugeordnet zu werden. In dem dargestellten Beispiel weist die intervertebrale Verbindungsvorrichtung 1 ein Dämpfungselement 7 auf, dessen Käfig 8 durch eine erste Platte 21 verlängert ist, während die Achse 4Ba durch eine zweite Platte 22 mit im allgemeinen rechteckigem Querschnitt verlängert ist. Die Platten 21 und 22 weisen üblicherweise axiale Durchgänge 25 für Knochenimplantate auf.
• Bei dem in 4 dargestellten Beispiel weist die intervertebrale Verbindungsvorrichtung 1 ein zweites Dämpfungselement 7 auf, dessen Achse 4Ba mit der zweiten Verbindungsplatte 22 verbunden ist, während der Käfig 8 durch eine dritte Platte 26 verlängert ist.

Claims (9)

1. Zwischenwirbel-Verbindungsvorrichtung, umfassend wenigstens ein Dämpfungselement (7), das aus einem Käfig (8) und einer Achse (4Ba) ausgebildet wird, die dazu bestimmt sind, mit Knochenverankerungselementen verbunden zu werden, wobei die Achse (4Ba) im Inneren einer Aufnahme (8a) des Käfigs (8) über eine Gelenkverbindung (11) befestigt ist, die relativ zwischen ihnen eine multidirektionale Schwenkbewegung um wenigstens einige Achsen zu gestattet, die in einer zu der Achse senkrechten Ebene enthalten sind, und die mit zwei elastisch verformbaren Organen (7A) ausgestattet ist, die entgegenwirkend arbeiten je nach Anwendung einer Zug- oder Druckbelastungskraft, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (7) folgendes umfaßt: – eine erste Unterlegscheibe (9), die mit dem Käfig (8) fest verbunden ist, und auf der eine zweite Unterlegscheibe (10) zur Auflage kommt, die auf der Achse (4Ba) angeordnet ist, und die als Anschlag (10) bei axialer Zugbelastung des Dämpfungselements (7) dient und es ermöglicht, die Druckbelastungskraft auf eines der verformbaren Organe (7A) auszuüben, ohne dessen Beschädigung mit sich zu bringen, – und Winkel-Anschlagmittel zwischen dem Käfig (8) und der Achse (4Ba), die es gestattet, die relative multidirektionale Schwenkbewegung auf einen Wert in der Größenordnung von 4 Winkelgrad der Schwenkweite zu begrenzen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel-Anschlagmittel durch die Aufnahme (8a) ausgebildet werden, auf der die Achse (4Ba) zum Anschlag kommt, die mit der Aufnahme (8a) ein vorgegebenes Radialspiel aufweist, um die relative Schwenkbewegung gemäß dem vorgegebenen Wert zu gestatten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (4Ba) ein Radialspiel aufweist einerseits zwischen ihrer Gelenkverbindung (11) und der Aufnahme und andererseits ihrem freien Ende und einer die Aufnahme (8a) verlängernden blinden Aussparung (8b), so daß die Schwenkbewegung gestattet wird und um zwei Winkelanschläge ausbilden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (7) aus zwei elastisch verformbaren Organen (7A) ausgebildet wird, die um das freie Ende (4Ba) der Achse (4) und zu beiden Seiten der Gelenkverbindung angeordnet sind, wobei die elastisch verformbaren Organe im Inneren des Käfigs befestigt sind, wobei sie mit einem vorgegebenen Axial- und Winkelspiel festgehalten werden, wobei die relativen Bewegungen des Käfigs relativ zur die Achse durch die elastische Verformung der verformbaren Organe (7A) und durch das vorgegebene Spiel erhalten werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (7) eine Gelenkverbindung aufweist, die durch einen Kragen ausgebildet wird, der von der Achse getragen wird und in Auflage auf beiden Seiten seiner beiden Seitenflächen einen Satz von zwei Unterlegscheiben (12) aufnimmt, die gegenüberliegende kegelstumpfförmige Schälchen mit identischen Durchmessern ausbilden, die gegenüberliegend angeordnet sind und jeweils zu zweit auf dem Ende (4Ba) der Achse jeder Seite des Kolbens (11) aufeinander geschichtet sind, damit die Gesamtheit der Unterlegscheiben (12) und die Gelenkverbindung (11) den ringförmigen Raum einnimmt, der zwischen dem Ende der Achse (4Ba) und der Innenwand des Käfigs definiert wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (7) ein unabhängiges Element ist, das Teile (13) und (14) zur Verbindung von axialen Enden umfaßt, die für die Verbindung von entsprechenden Enden (15) und (16) für Verbindungsstäbe (4) oder Verbindungsplatten bestimmt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (13, 14) und (15, 16) des Dämpfungselements (7) bzw. der Enden der Verbindungsstäbe (4) oder -platten (21, 22, 26) aus mit Gewinden versehenen Teilen ausgebildet werden.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (7) eine Achse (4Ba) umfaßt, die durch einen Verbindungsstab oder eine Verbindungsplatte verlängert wird, und einen Käfig, der durch einen Verbindungsstab oder eine Verbindungsplatte verlängert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Anschlag (9) in Form eines mit einem Gewinde versehenen Rings ausgeführt ist, der das Regulieren der Position bei Ausdehnung des Dämpfungselements gestattet.