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WO2012076005A2 - Dynamische knochenverankerungseinrichtung - Google Patents

Dynamische knochenverankerungseinrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2012076005A2
WO2012076005A2 PCT/DE2011/050055 DE2011050055W WO2012076005A2 WO 2012076005 A2 WO2012076005 A2 WO 2012076005A2 DE 2011050055 W DE2011050055 W DE 2011050055W WO 2012076005 A2 WO2012076005 A2 WO 2012076005A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
anchoring device
head
connecting rod
bone anchor
rod
Prior art date
Application number
PCT/DE2011/050055
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012076005A4 (de
WO2012076005A3 (de
Inventor
Frank Trautwein
Frank Heuer
Original Assignee
Aces Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aces Gmbh filed Critical Aces Gmbh
Priority to DE112011104338T priority Critical patent/DE112011104338A5/de
Publication of WO2012076005A2 publication Critical patent/WO2012076005A2/de
Publication of WO2012076005A3 publication Critical patent/WO2012076005A3/de
Publication of WO2012076005A4 publication Critical patent/WO2012076005A4/de

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    • A61B17/7038—Screws or hooks, wherein a rod-clamping part and a bone-anchoring part can pivot relative to each other to a different extent in different directions, e.g. within one plane only

Definitions

  • the invention relates to an anchoring device which can preferably be implanted for stabilization of the spine and has dynamic properties for maintaining a residual mobility.
  • the dynamic is due to the special design of the
  • Anchoring element allows, this being designed so that the physiological
  • Stiffening allow dynamic stabilization.
  • some approaches are based on allowing flexibility through articulations on or in the pedicle screws. From the patent (DE4110002C1, 1991) a pedicle screw is known which has a rotary
  • a spinal implant which allows a translation via a sliding sleeve along a rod.
  • a disadvantage of this design is the limitation of the translation path through buffer (leads to high implant loading) as well as the reduction of the rod diameter in the region of the sliding sleeve (starting point for fatigue fractures observed in practice).
  • a similar implant is known.
  • the essential, (obvious) distinguishing feature is a variation of the bore diameter, which increases in diameter in the region of the inlet and outlet of the sliding sleeve to allow the storage of a bent rod.
  • the disadvantage here is the resulting angular play between the rod and the bone anchor, which counteracts stabilization.
  • the object of the present invention is to provide a
  • Bone anchor for the spine allows the translational movement along a connecting rod without restricting it to a certain way, and on the other hand fixes the angle position between bone anchor and connecting rod. To compensate for tolerances in the placement of the bone anchor an angle adjustability is desirable, but this should be able to be locked after the adjustment.
  • the connecting rod should have a high fatigue strength. A certain bending elasticity of the
  • Connecting rod or bone anchor also appears to be advantageous for reducing the forces on the bone anchor.
  • Linear bearing is fitted, in which the connecting rod is mounted translationally.
  • the linear bearing can be configured as a sliding or roller bearing (eg a ball-and-roller unit).
  • the angular adjustability is achieved by the combination with a ball or hinge joint.
  • the angular stiff translation of the rod is characterized by a constant in cross section Realized opening within a sliding element.
  • a high fatigue strength is achieved by avoiding cross-sectional changes within the load bearing area of the
  • Connecting rod between the vertebrae can be used and thus no additional dynamic rod systems are required. While improving the
  • the implant according to the invention stabilizes the segment to be treated, whereby a residual mobility is obtained. This is a prerequisite for preventing further progressive degeneration of already degeneratively altered spinal segments. Due to the pure translational
  • Movement along the rod can be undertaken with these system corrective spinal procedures, which often can not be performed with other dynamic rod systems because of their low shear stiffness. Movements (translations in anterior, posterior and lateral directions) are prevented so that, for example, the facet joints can be relieved and the position of the vertebrae corrected. Another advantage is that the stiffness differences between treated and untreated segments are low, thereby suggesting a reduction in terminal segment degeneration compared to treatment with other dynamic stabilization systems or fusion systems.
  • a motion segment (1, Fig. 1) is the smallest biomechanical unit of the
  • a connecting rod (3) is mounted, which either a dynamic stabilization or with conventional Pedicle screws (2) can be combined for spondylodesis.
  • the pedicle screw (4) can be implanted in a vertebra (11) (FIG. 1) and has at least one non-fixed linear guide, which allows a translation relative to the connecting element (3). By the linear guide the movement path of the superior vertebral body (10) is forced to the physiological center of rotation (13).
  • the pedicle screw (4, Fig. 2) consists of at least one screw shank (41), a
  • locking means 46, 56
  • at least one sliding element 43
  • Pedicle screw according to the invention additionally an angle adjustable and lockable joint (44, 412) and / or an angle adjustable sliding element (53b) or ball element (545) with a spherical surface.
  • An optional connecting element (45) serves to fix the linear guide within the head.
  • the head (42) serves to receive the aforementioned components and allows the receptacle of the connecting rod (3) via an opening (4243).
  • the connecting rod may have a round (31) or rectangular cross-section (32).
  • the pedicle screw is varied in the following versions to show various preferred connection and storage variants. On the function and design of the screw head (42) and its fixing components (44, 45, 46) is in the following
  • the pedicle screw consists of a
  • Screw shank (41) which merges to the proximal screw shank (412) and with the screw head (42) is connected (Fig. 2).
  • the spherical shaft head (412) allows articulated, polyaxial adjustment of the screw head (42) with respect to the screw shaft (41).
  • a fixing component (44) for example, a grub screw
  • all components are fixed within the screw head.
  • the fixation component (44) has the function of permanently fixing the stem head (412) in a defined angular position, when the pedicle screw (4a) is fixed, e.g. is clamped with the fixing element (46).
  • the connecting element (45) has the task of the
  • Fixing element (46) generated clamping force on the sliding member (43) and the
  • the sliding element may also have a contour or a collar (433) for fixing, which slipping of the sliding element (43) in
  • the sliding member (43) is a bore (431) in which a round connecting rod (31) is mounted.
  • the sliding element (43) is preferably made of a material which is optimized in terms of tribological properties and at the same time biocompatible.
  • plastics e.g. PEEK, PEKK, high strength, hidden polyethylene, PAI, PTFE, polyphenylene, PPSU, PSU, with or without
  • Fiber reinforcement coated titanium alloys, chrome-cobalt alloys and ceramics.
  • the sliding element (43) has a rectangular recess (432) for receiving a connecting rod with also
  • the pedicle screw (4c, Fig. 4) consists of a
  • the linear bearing (43) thus serves in the narrower sense as a cage for rolling elements, which can be configured as ball, roller or needle roller bearings.
  • Fig. 4 shows the embodiment with balls (4381) and needles / rollers (4382) as rolling elements.
  • FIG. 1 An embodiment (4d) with needle or roller bearings is shown in FIG.
  • roller bearing as shown in (4e) (Fig. 6).
  • a scraper or a corresponding design of the head in this and thus separate the rolling elements of the body tissue.
  • the polyaxial alignment is achieved via a substantially cylindrical or prismatic sliding element (53a) and a surrounding ball element (545).
  • the fixation via a bracket (56), which is biased during assembly in the longitudinal direction of the screw.
  • the bracket has this purpose a suitable locking mechanism, for example in the form of hooks and edges (562, 564).
  • the bracket can also be performed flexurally elastic and include a plurality of locking positions, so that a reliable bias can be achieved.
  • Embodiment (5a) has the advantage that no ver to screw ver components are required for mounting or bracing.
  • the embodiment (5a) essentially has a screw shaft (51), a screw head (50), a ball element (545), a sliding element (53a) and a fixing element (56).
  • the screw head (50) and the fixing element (56) have convex, congruent to the ball element surfaces (5053, 5653), which produce a positive and non-positive connection with the ball member (545) and thus the
  • Ball element (545) with slots (543) be provided.
  • the slider is shown as being able to receive a round implant rod (31) (531).
  • the rod may have a rectangular cross-section (32).
  • the sliding element and the ball element (545) can be made in one piece (53b) in order to reduce the number of components.
  • the sliding element (53b) is adjustable in angle and can be locked via a fixing device (56).
  • the pin (5121) runs largely parallel to the rod (31) and establishes a hinge-joint connection between the screw shank (51, 512) and the screw head (52).
  • This hinge joint allows the compensation of lateral misalignment or dynamic, lateral movements between rod (3) and Pedikelschraubenschaft (2, 4) by the head (52) can tilt about this axis (5121).
  • the combination of the spherical sliding element (53b) with a hinge joint results in the advantage of an enlarged Winkeleinstell Schemes in the lateral direction, with a fixed angle position in all other planes.
  • FIG. 5c A simplified variant (5c) for the polyaxial adjustment of the rod (31) with a spherical sliding element (53b) is shown in FIG.
  • the spherical slider (53b) is inserted into an annular pedicle screw head (52) for mounting.
  • An optional Groove (5054) can facilitate the assembly of the transversely aligned sliding element. After aligning the ring this can be locked with a fixing element (56) in the desired angle position.
  • the fixing element (56) preferably has a concave surface on the side facing the sliding element, which faces the ball surface of the
  • Sliding element is largely congruent.
  • Screw head design shown (Fig. 10).
  • the bracing is not carried out as previously shown by substantially inner fixing and connecting elements (44, 45, 46), but via external elements (651, 652, 66).
  • the pedicle screw (6) has a clamping cage (64), at least one sleeve (651, 652), a sliding element (63) and a
  • Fixing element (66) With the aid of the fixing element (66), the sleeve (651) can be pushed onto the clamping cage (64) so that a clamping force is generated on the screw shaft head (612) due to the conically shaped clamping cage (64).
  • the tensioning cage is preferably slotted in the region of the connection point with the shaft head (612); the inside has on the circumference a groove whose profile is designed such that the tensioning cage engages on the shaft head.
  • Fig. 1 shows the implantable invention for fixation of a vertebra.
  • Fig. 2 describes the first embodiment of the invention using the example of a braceable pedicle screw.
  • Fig. 3 shows a second embodiment possibility for the use of a square
  • Fig. 4 shows another embodiment, which uses rolling bearings to reduce the abrasion.
  • Fig. 5 illustrates an alternative embodiment of the previous embodiment.
  • Fig. 6 shows the use of ball bearings.
  • Fig. 7 illustrates another way of linearly supporting a rod for a polyaxial pedicle screw design.
  • Fig. 8 shows the use of a spherical sliding element for the polyaxial adjustment of the rod.
  • a movable axis is provided, which can compensate medial-lateral movements of the spine.
  • Fig. 9 describes a simplified possibility of a polyaxially adjustable dynamic anchoring device for spinal columns.
  • Fig. 10 shows an alternative embodiment of the screw head with a

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Implantatsystem bestehend aus einem Knochenanker und einem Verbindungsstab zur dynamischen Stabilisierung von Gelenken, insbesondere von Wirbelsäulensegmenten. Das Implantatsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine translatorische Relativbewegung zwischen Knochenanker und Verbindungsstab ohne Einschränkung zulässt, gleichzeitig eine Relativbewegung des Winkels zwischen diesen Komponenten weitgehend verhindert.

Description

Titel
DYNAMISCHE KNOCHENVERANKERUNGSEINRICHTUNG
Beschreibung
[001.] Die Erfindung betrifft eine Verankerungseinrichtung die vorzugsweise zur Stabilisierung der Wirbelsäule implantiert werden kann und dynamische Eigenschaften zum Erhalt einer Restbeweglichkeit besitzt. Die Dynamik wird durch die besondere Ausgestaltung des
Verankerungselements ermöglicht, wobei dies so gestaltet ist, dass das physiologische
Drehzentrum im damit behandelten Gelenk erhalten wird.
Stand der Technik
[002.] Für die chirurgische Behandlung, insbesondere für die Stabilisierung von
Wirbelsäulenerkrankungen mit Hilfe von Pedikelschrauben-Stab-Konstrukten, ist eine Vielzahl von Implantaten bekannt. Aufgrund der Problematik der Bewegungszunahme und damit einhergehend der beschleunigten Degeneration benachbarter Wirbelsäulensegmente in Folge einer Versteifungsoperation wurden Implantatsysteme entwickelt, die statt einer rigiden
Versteifung eine dynamische Stabilisierung erlauben. Neben den dynamischen Stabsystemen, bei denen die Flexibilität im Stab erzeugt wird, gehen einige Ansätze darauf zurück die Flexibilität mit Hilfe von gelenkigen Verbindungen an oder in den Pedikelschrauben zu erlauben. Aus dem Patent (DE4110002C1, 1991) ist eine Pedikelschraube bekannt, die einen rotatorischen
Freiheitsgrad besitzt und so eine Rotation zwischen Schraubenkopf und Schraubenschaft erlaubt. Die Idee eines Gelenks im Schraubenkopf wurde in (WO2008085369A1, 2006) erneut aufgegriffen und in (WO0167973 A2 , 2000) auf eine zweiachsige Version erweitert. Diese Versionen haben gemein, dass die Bewegungen der Bauteile ungehindert und ohne
stabilisierende Wirkung in den Bewegungsachsen stattfinden können.
[003.] Aus biomechanischer Sicht kann es sinnvoll sein, die Segmentmobilität nicht rotatorisch sondern translatorisch aufrecht zu erhalten. Aus (WO9505783A1, 1995) ist ein Fixierungssystem bekannt, welches eine lineare Verschiebung der Pedikelschraube entlang eines Fixationsstabs erlaubt und Federelemente zur Erzeugung einer Rückstellkraft erfordert. Aus
(WO2010019791 A3, 2010) ist die Kombination aus einem Kugelgelenk und einer linearen Führung innerhalb eines Verbindungselements bekannt. Nachteilig ist hier der große Platzbedarf zwischen den Pedikelschrauben. Durch das Kugelgelenk ist keine Winkelstabilisierung möglich. Aus (WO0217803A2, 2002) ist eine Pedikelschraube mit integrierter Linearführung bekannt. Allerdings berücksichtigt die Ausgestaltung neben der Translation auch verschiedene rotatorische Freiheitsgrade, was einen stabilisierenden Effekt aufhebt.
[004.] Aus (WO2008100944A1, 2008) ist ein Wirbelsäulenimplantat bekannt, welches eine Translation über eine Gleithülse entlang eines Stabs erlaubt. Nachteilig bei dieser Ausführung sind die Begrenzung des Translationswegs durch Puffer (führt zu hoher Implantatbelastung) sowie die Reduktion des Stabdurchmessers im Bereich der Gleithülse (Ausgangspunkt für in der Praxis beobachtete Ermüdungsbrüche). Aus (WO2008094891A3, 2008) ist ein ähnliches Implantat bekannt. Das wesentliche, (naheliegende) Unterscheidungsmerkmal ist eine Variation des Bohrungsdurchmessers, welcher sich im Bereich des Ein- und Austritts der Gleithülse im Durchmesser vergrößert um die Lagerung eines gebogenen Stabes zu ermöglichen. Nachteilig ist hierbei das dadurch entstehende Winkelspiel zwischen Stab und Knochenanker, was einer Stabilisierung entgegenwirkt. Die zuletzt genannten beiden Ausführungen zeigen außerdem keine Vorkehrungen für eine Winkeleinstellbarkeit der Gleithülse, so dass bei beiden Varianten Platzierungsfehler der Pedikel schrauben nicht ausgeglichen werden können. Dies führt zu einer hohen Belastung des Stabs und der Gleithülse, mit negativen Auswirkungen für Abrieb und Ermüdungsfestigkeit.
Aufgabe
[005.] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Knochenankers für die Wirbelsäule, der einerseits die Translationsbewegung entlang eines Verbindungsstabes erlaubt ohne sie auf einen bestimmten Weg einzuschränken, und andererseits die Winkel Stellung zwischen Knochenanker und Verbindungsstab fixiert. Zum Ausgleich von Toleranzen bei der Platzierung der Knochenanker ist eine Winkeleinstellbarkeit wünschenswert, diese sollte jedoch nach erfolgter Einstellung arretiert werden können. Der Verbindungsstab sollte eine hohe Ermüdungsfestigkeit aufweisen. Eine gewisse Biegeelastizität des
Verbindungsstabes oder des Knochenankers erscheint zur Reduzierung der Kräfte auf den Knochenanker außerdem als vorteilhaft.
Lösung
[006.] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass wenigstens ein Knochenanker mit einem
Linearlager ausgestattet wird, in welchem der Verbindungsstab translatorisch gelagert ist. Das Linearlager kann als Gleit- oder Wälzlager (z.B. eine Kugelumlaufeinheit) ausgestaltet sein. Die Winkeleinstellbarkeit wird durch die Kombination mit einem Kugel- oder Scharniergelenk erreicht. Die winkelsteife Translation des Stabs wird durch eine im Querschnitt konstante Öffnung innerhalb eines Gleitelements realisiert. Eine hohe Ermüdungsfestigkeit wird durch die Vermeidung von Querschnittsänderungen innerhalb des lasttragenden Bereichs des
Verbindungsstabs erreicht. Durch entsprechende Durchmesser- und Materialwahl des Stabes oder eine elastische Anbindung des Linearlagers an den Knochenanker kann die Forderung nach einer gewissen Biegeelastizität erreicht werden.
Vorteile
[007.] Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist, dass sie mit einem einfachen
Verbindungsstab zwischen den Wirbeln eingesetzt werden kann und damit keine zusätzlichen dynamischen Stabsysteme erforderlich sind. Bei gleichzeitiger Verbesserung der
biomechanischen Eigenschaften und der Vereinfachung der Implantation erlaubt dies die Implantation auch in Bereichen mit geringem Pedikelabstand und reduziert aufgrund der einfachen Bauweise die Kosten eines derartigen Implantatsystems. Das erfindungsgemäße Implantat stabilisiert das zu behandelte Segment, wobei eine Restbeweglichkeit erhalten wird. Dies ist Voraussetzung zur Verhinderung einer weiter fortschreitenden Degeneration von bereits degenerativ veränderten Wirbelsäulensegmenten. Aufgrund der reinen translatorischen
Bewegung entlang des Stabs können mit diesen System korrigierenden Wirbelsäuleneingriffe unternommen werden, die mit anderen dynamischen Stabsystemen aufgrund ihrer geringen Schersteifigkeit oft nicht durchgeführt werden können. Bewegungen (Translationen in anteriore, posteriore und laterale Richtungen) werden verhindert, so dass beispielweise die Facettengelenke entlastet und die Position der Wirbelköper korrigiert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Steifigkeitsunterschiede zwischen behandelten und unbehandelten Segmenten gering sind, und dadurch eine Reduktion der Anschlusssegmentdegeneration im Vergleich zur Behandlung mit anderen dynamischen Stabilisierungssystemen bzw. Fusionssystemen erwarten lässt.
Bevorzugte Details und Ausführungsformen
[008.] Die technischen Lösungen sind nachfolgend beispielhaft beschrieben. Dies soll als Mittel zur Erläuterung des zugrundeliegenden Gedankens aufgefasst und nicht als auf die jeweilige konkrete Darstellung beschränkt verstanden werden.
[009.] Ein Bewegungssegment (1, Fig. 1) ist die kleinste biomechanische Einheit der
Wirbelsäule und dahingehend definiert, dass es (1) aus zwei benachbarten Wirbeln (10 und 11) und einer dazwischenliegenden Bandscheibe (12) besteht. An dem Knochenanker (4), in der weiteren Beschreibung auch Pedikelschraube genannt, wird ein Verbindungsstab (3) montiert, welcher entweder eine dynamische Stabilisierung oder auch mit herkömmlichen Pedikelschrauben (2) zur Spondylodese kombinierbar ist.
[010.] Die erfindungsgemäße Pedikelschraube (4), kann in einen Wirbel (11) implantiert werden (Fig. 1) und besitzt mindestens eine nicht fixierte Linearführung, die eine Translation relativ zum Verbindungselement (3) erlaubt. Durch die Linearführung wird der Bewegungspfad des superioren Wirbelkörpers (10) um das physiologische Drehzentrum (13) gezwungen. Die Pedikelschraube (4, Fig. 2) besteht mindestens aus einem Schraubenschaft (41), einem
Schraubenkopf (42) oder Kopfbereich (50) mit Verriegelungseinrichtung (46, 56) und mindestens einem Gleitelement (43). Je nach Ausgestaltungsvariante enthält die
erfindungsgemäße Pedikelschraube zusätzlich ein winkeleinstellbares und arretierbares Gelenk (44, 412) und/oder ein winkeleinstellbares Gleitelement (53b) bzw. Kugelelement (545) mit sphärischer Oberfläche. Ein optionales Verbindungselement (45) dient zur Fixierung der Linearführung innerhalb des Kopfes. Der Kopf (42) dient zur Aufnahme der zuvor genannten Komponenten und ermöglicht über eine Öffnung (4243) die Aufnahme des Verbindungsstabes (3). Der Verbindungsstab kann einen runden (31) oder rechteckigen Querschnitt (32) besitzen. Die Pedikelschraube wird in den folgenden Ausführungen variiert um verschiedene bevorzugte Anbindungs- und Lagerungsvarianten zu zeigen. Auf die Funktion und Ausgestaltung des Schraubenkopfes (42) und dessen Fixierkomponenten (44, 45, 46) wird in der folgenden
Beschreibung nur beispielhaft eingegangen. Prinzipiell ist die Kombination der Linearführung auch mit einer nicht-winkeleinstellbaren (monoaxialen) Pedikelschraube als vorteilhafte Variante anzusehen, auf die im Folgenden jedoch nicht näher eingegangen wird.
[011.] In einer ersten Ausführung (4a, Fig. 2) besteht die Pedikelschraube aus einem
Schraubenschaft (41), welcher zum proximalen Schraub enschaftkopf (412) übergeht und mit dem Schraubenkopf (42) verbunden ist (Fig. 2). Der kugelförmige Schaftkopf (412) erlaubt eine gelenkige, polyaxiale Einstellung des Schraubenkopfs (42) im Bezug zum Schraubenschaft (41). Im Schraubenkopf befindet sich in dieser Variante eine Fixierkomponente (44), mindestens ein Gleitelement (43), und optional ein lösbares Verbindungselement (45) zur Fixierung des Linearlagers. Mit einem Fixierungselement (46) (beispielsweise eine Madenschraube) werden alle Komponenten innerhalb des Schraubenkopfes fixiert. Die Fixierkomponente (44) hat die Funktion den Schaftkopf (412) in einer definierten Winkel Stellung dauerhaft zu fixieren, wenn die Pedikelschraube (4a) z.B. mit dem Fixierungselement (46) verspannt wird. In der in 4a dargestellten Anordnung hat das Verbindungselement (45) die Aufgabe, die vom
Fixierungselement (46) erzeugte Klemmkraft auf das Gleitelement (43) und die
Fixierkomponente (44) zu übertragen. Beim Verspannen werden des Weiteren Form- und/oder Kraftschlüsse an der Oberfläche (4345) zwischen dem Gleitelement (43), dem Verbindungselement (45) und der Fixierkomponente (44) erzeugt, welche das Gleitelement (43) in Position und Orientation fixieren. Das Gleitelement kann zur Fixierung außerdem eine Kontur oder einen Kragen (433) besitzen, welcher ein Verrutschen des Gleitelements (43) in
Längsrichtung verhindert. In dem Gleitelement (43) befindet sich eine Bohrung (431) in welcher ein runder Verbindungsstab (31) gelagert ist. Das Gleitelement (43) besteht vorzugsweise aus einem Material welches hinsichtlich der tribologischen Eigenschaften optimiert und gleichzeitig biokompatibel ist. Hierfür eignen sich insbesondere Kunststoffe, z.B. PEEK, PEKK, hochfestes, verstecktes Polyethylen, PAI, PTFE, Polyphenylen, PPSU, PSU, mit oder ohne
Faserverstärkung, beschichtete Titanlegierungen, Chrom-Cobalt-Legierungen sowie Keramik.
[012.] In einer zweiten bevorzugten Variante (4b, Fig. 3) besitzt das Gleitelement (43) eine rechteckige Aussparung (432) zur Aufnahme eines Verbindungsstabes mit ebenfalls
rechteckigem Querschnitt (32). Dies hat den Vorteil dass die Biegesteifigkeit des Stabs durch unterschiedliche Kantenmaße an die physiologischen Erfordernisse je Bewegungsrichtung angepasst werden kann. Außerdem besteht die Möglichkeit durch eine rotationsstabile
Verbindung der Führung (43) zum Schraubenkopf (42) Torsionsmomente entlang des Stabes zu übertragen. Durch ein unterschiedliches Spiel zwischen Stab und Führung in den beiden
Querschnittsrichtungen (Höhe/Breite) besteht eine weitere Möglichkeit der gezielten
Beeinflussung der Stabilisierungseigenschaften.
[013.] In einer dritten Variante besteht die Pedikelschraube (4c, Fig. 4) aus einem
Schraubenschaft (41) mit Schaftkopf (412), einem Schraubenkopf (42), wenigstens einem Linearlager (43), einer Fixierkomponente (44), einem Verbindungselement (45) und einem Fixierungselement (46). Zur Optimierung der Verschleißbeständigkeit der Linearlagerung wird in dieser Ausführungsform die Verwendung mindestens eines Linearlagers (43) mit Wälzkörpern vorgeschlagen. Das Linearlager (43) dient somit in engerem Sinne als Käfig für Wälzkörper, die als Kugel-, Rollen- oder Nadellager ausgestaltet sein können. Fig. 4 zeigt die Ausführung mit Kugeln (4381) und Nadeln/Walzen (4382) als Wälzkörper.
[014.] Eine Ausführungsform (4d) mit Nadel bzw. Walzenlagern ist in Fig. 5 gezeigt.
[015.] Für größere Translationsstrecken ist die Verwendung von umlaufenden Wälzkörpern empfehlenswert, entweder innerhalb von Kugellagern oder durch eine Umlaufführung der Wälzkörper. Aufgrund der beengten Einbauverhältnisse bietet sich auch eine geführte
Rollenlagerung an, wie in (4e) (Fig. 6) dargestellt. Zum Schutz der Wälzkörper und des umliegenden Gewebes wird vorgeschlagen, die Wälzkörper durch eine Manschette, einen Abstreifer oder eine entsprechende Gestaltung des Kopfes in diesen einzubetten und damit die Wälzkörper vom Körpergewebe zu trennen. [016.] In einer weiteren Ausführungsvariante der Pedikelschraube (5a, Fig. 7) wird die polyaxiale Ausrichtung über ein im Wesentlichen zylindrisches oder prismatisches Gleitelement (53a) und ein umgebendes Kugelelement (545) erreicht. Die Fixierung erfolgt über einen Bügel (56), der während der Montage in Schraubenlängsrichtung vorgespannt wird. Der Bügel besitzt hierzu einen geeigneten Rastmechanismus, z.B. in Form von Haken und Kanten (562, 564). Der Bügel kann ferner biegeelastisch ausgeführt werden und eine Vielzahl von Raststellungen beinhalten, so dass eine zuverlässige Vorspannung erreicht werden kann. Diese
Ausgestaltungsform (5a) besitzt den Vorteil, dass keine zu ver schraub enden Komponenten für die Montage bzw. Verspannung benötigt werden. Die Ausführungsvariante (5a) besitzt im Wesentlichen einen Schraubenschaft (51), einen Schraubenkopf (50), ein Kugelelement (545), ein Gleitelement (53a) und ein Fixierungselement (56). Der Schraubenkopf (50) und das Fixierungselement (56) besitzen konvexe, zum Kugelelement kongruente Flächen (5053, 5653), die einen Form- und Kraftschluss mit dem Kugelelement (545) erzeugen und somit das
Gleitelement (53a) in einer zuvor eingestellten Position und Orientierung dauerhaft fixieren. Zur Verbesserung der Übertragung der Klemmkraft auf das Gleitelement (53a) kann das
Kugelelement (545) mit Schlitzen (543) versehen sein. In diesem Beispiel ist das Gleitelement so dargestellt, dass es einen runden Implantatstab (31) aufnehmen kann (531). Alternativ dazu kann der Stab einen rechteckigen Querschnitt (32) aufweisen. In einer weiteren Variante kann das Gleitelement und das Kugelelement (545) einteilig ausgeführt werden (53b), um die Anzahl der Komponenten zu reduzieren.
[017.] In einer weiteren Ausgestaltungsform (5b, Fig. 8) befindet sich ein sphärisches
Gleitelement (53b) in einem Pedikelschraubenkopf (52) welcher über ein Stift (5121) scharnierartig gelagert ist (Fig. 8). Das Gleitelement (53b) ist winkeleinstellbar und über eine Fixierungseinrichtung (56) arretierbar. Der Stift (5121) verläuft dabei weitgehend parallel zum Stab (31) und stellt eine scharniergelenkige Verbindung zwischen dem Schraubenschaft (51, 512) und dem Schraubenkopf (52) her. Dieses Scharniergelenk ermöglicht den Ausgleich von lateralen Fluchtungsfehlern oder dynamischen, lateralen Bewegungen zwischen Stab (3) und Pedikelschraubenschaft (2, 4) indem sich der Kopf (52) um diese Achse (5121) neigen kann. Durch die Kombination des sphärischen Gleitelements (53b) mit einem Scharniergelenk ergibt sich der Vorteil eines vergrößerten Winkeleinstellbereichs in laterale Richtung, bei gleichzeitig fixierter Winkel Stellung in allen anderen Ebenen.
[018.] Eine vereinfachte Variante (5c) für die polyaxiale Einstellung des Stabs (31) mit einem sphärischen Gleitelement (53b) wird in Fig. 9 gezeigt. Hier wird das sphärische Gleitelement (53b) zur Montage in einen ringförmigen Pedikelschraubenkopf (52) eingeführt. Eine optionale Nut (5054) kann die Montage des hierfür quergestellten Gleitelements erleichtern. Nach Ausrichten des Rings kann dieser mit einem Fixierungselement (56) in der gewünschten Winkel Stellung arretiert werden. Das Fixierungselement (56) hat auf der dem Gleitelement zugewandten Seite bevorzugt eine konkave Oberfläche, die zur Kugel Oberfläche des
Gleitelements weitgehend kongruent ist.
[019.] In einer weiteren Variante (6) ist exemplarisch ein alternatives polyaxiales
Schraubenkopfdesign (62) dargestellt (Fig. 10). Die Verspannung erfolgt nicht wie vorher gezeigt über im Wesentlichen innenliegende Fixier- und Verbindungselemente (44, 45, 46), sondern über außenliegende Elemente (651, 652, 66). Die Pedikelschraube (6) besitzt einen Spannkäfig (64), mindestens eine Hülse (651, 652), ein Gleitelement (63) und ein
Fixierungselement (66). Mit Hilfe des Fixierungselements (66) kann die Hülse (651) auf den Spannkäfig (64) geschoben werden, so dass aufgrund des konisch geformten Spannkäfigs (64) eine Klemmkraft auf den Schraubenschaftkopf (612) erzeugt wird. Der Spannkäfig ist hierzu bevorzugt im Bereich der Verbindungsstelle mit dem Schaftkopf (612) geschlitzt, die Innenseite besitzt am Umfang eine Nut deren Profil so gestaltet ist dass der Spannkäfig auf dem Schaftkopf einrastet.
Figurenbeschreibung
Fig. 1 zeigt die implantierbare Erfindung zur Fixierung eines Wirbels.
Fig. 2 beschreibt die erste Ausführungsvariante der Erfindung am Beispiel einer verspannbaren Pedikelschraube.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausgestaltungsmöglichkeit für die Verwendung eines eckigen
Implantatstabes.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, welche zur Reduktion des Abriebs Wälzlager verwendet.
Fig. 5 stellt eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit der vorherigen Ausführungsform dar. Fig. 6 zeigt die Verwendung von Kugellagern.
Fig. 7 illustriert eine weitere Möglichkeit der linearen Lagerung eines Stabs für ein polyaxiales Pedikelschraubenkonzept. Fig. 8 zeigt die Verwendung einer sphärischen Gleitelement zur polyaxialen Einstellung des Stabs. Des Weiteren ist in dieser Ausgestaltungsform eine bewegliche Achse vorgesehen, welche medial -lateral Bewegungen der Wirbelsäule ausgleichen kann.
Fig. 9 beschreibt eine vereinfachte Möglichkeit einer polyaxial einstellbaren dynamischen Verankerungseinrichtung für Wirbelsäulen.
Fig. 10 zeigt eine alternative Ausgestaltungsform des Schraubenkopfes mit einem
außenliegenden Verspannmechanismus.

Claims

Patentansprüche
1. Verankerungseinrichtung zur dynamischen Stabilisierung der Wirbelsäule, bestehend aus einem Knochenanker (41), einem mittels eines Gelenkes (412, 512, 5121, 612) relativ zum Knochenanker (41) winkeleinstellbaren Kopf (42, 52, 62) mit einer Öffnung (4243), einer Verriegelungseinrichtung (46, 56, 66) und einem Verbindungsstab (31, 32) mit konstantem lasttragenden Querschnitt, dadurch gekennzeichnet dass der Kopf ein Gleitelement (43, 53a, 53b, 63) beinhaltet welches dazu geeignet ist den Stab (31, 32) relativ zur
Verankerungseinrichtung translatorisch verschiebbar und winkelstabil zu lagern.
2. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Gleitelement (43, 53a, 53b, 63) eine Öffnung (431, 432) mit weitgehend konstantem Querschnitt beinhaltet.
3. Verankerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Öffnung (431, 432) einen rechteckigen Querschnitt besitzt.
4. Verankerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Gleitelement (43, 53a, 53b, 63) eine Außenfläche mit weitgehend sphärischer Krümmung beinhaltet.
5. Verankerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Gelenk (412, 612) als Kugelgelenk ausgeführt ist.
6. Verankerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Gelenk (512, 5121) als Scharniergelenk ausgeführt ist.
7. Verankerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das der Verbindungsstab (31, 32) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
8. Verankerungseinrichtung zur dynamischen Stabilisierung der Wirbelsäule, bestehend aus einem Knochenanker (41), einem damit fest verbundenen Kopf (50), einer
Verriegelungseinrichtung (56), einem Verbindungsstab (31, 32) mit konstantem
lasttragenden Querschnitt und einem winkeleinstellbaren Gleitelement (53b) mit sphärischer Außenfläche, dadurch gekennzeichnet dass die Verriegelungseinrichtung (56) dazu geeignet ist das Gleitelement (53b) in seiner Winkel Stellung zu fixieren und dass das Gleitelement (53b) ferner über eine Öffnung (531) verfügt, die dazu geeignet ist den Stab (31, 32) relativ zur Verankerungseinrichtung im ansonsten fixierten Zustand translatorisch verschiebbar und winkelstabil zu lagern.
9. Verankerungseinrichtung zur dynamischen Stabilisierung der Wirbelsäule, bestehend aus einem Knochenanker (41), einem damit fest verbundenen Kopf (50), einer Verriegelungseinrichtung (56), einem Verbindungsstab (31, 32) mit konstantem lasttragenden Querschnitt, einem winkeleinstellbaren Kugelelement (543) mit sphärischer Außenfläche und einem Gleitelement (53a) mit weitgehend zylindrischer oder prismatischer Außenfläche, dadurch gekennzeichnet dass die Verriegelungseinrichtung (56) dazu geeignet ist das Kugelelement (543) in seiner Winkel Stellung zu fixieren, dass sich das Gleitelement (53a) innerhalb des Kugelelements (543) befindet, und das Gleitelement über eine Öffnung (531) verfügt, die dazu geeignet ist den Stab (31, 32) relativ zur Verankerungseinrichtung im ansonsten fixierten Zustand translatorisch verschiebbar und winkelstabil zu lagern.
10. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass das Kugelelement (543) geschlitzt ist.
11. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet dass die
Verriegelungseinrichtung (56) aus einem Bügel mit einem Rastmechanismus (562, 564) an jedem Ende des Bügels besteht, die Innenfläche des Bügels (5653) sphärisch konkav ausgeführt ist, und der Rastmechanismus mit mindestens je einer Raststufe so dimensioniert ist, dass dieser nach Montage eine Vorspannung auf das Kugelelement (543) bzw.
Gleitelement (53b) ausübt.
12. Verankerungseinrichtung zur dynamischen Stabilisierung der Wirbelsäule, bestehend aus einem Knochenanker (41), einem damit verbundenen ringförmigen Kopf (50), einer Verriegelungseinrichtung (56), einem Verbindungsstab (31, 32) mit konstantem
lasttragenden Querschnitt und einem winkeleinstellbaren Gleitelement (53b) mit sphärischer Außenfläche, dadurch gekennzeichnet dass die Verriegelungseinrichtung (56) dazu geeignet ist das Gleitelement (53b) in seiner Winkel Stellung zu fixieren, und das Gleitelement ferner über eine Öffnung (531) verfügt, die dazu geeignet ist den Stab (31, 32) relativ zur
Verankerungseinrichtung im ansonsten fixierten Zustand translatorisch verschiebbar und winkelstabil zu lagern.
13. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass die
Verriegelungseinrichtung (56) aus einer Madenschraube besteht die auf der zur
Schraub enkopfmitte zugewandten Seite eine konkave, sphärische Vertiefung besitzt.
14. Verankerungseinrichtung zur dynamischen Stabilisierung der Wirbelsäule, bestehend aus einem Knochenanker (41), einem mittels eines Gelenkes (412) relativ zum Knochenanker (41) winkel einstellbaren Kopf (42, 52, 62), einer Verriegelungseinrichtung (46) zur
Fixierung der Winkellage des Kopfes und einem Verbindungsstab (31, 32) mit konstantem lasttragenden Querschnitt, dadurch gekennzeichnet dass der Kopf (42) ein Gleitelement bzw. Käfig (43) beinhaltet welcher Wälzkörper in Form von Kugeln, Rollen oder Nadeln beinhaltet (4381, 4382) die dazu geeignet sind den Stab (31, 32) relativ zur
Verankerungseinrichtung translatorisch verschiebbar und winkelstabil zu lagern.
15. Verankerungseinrichtung zur dynamischen Stabilisierung der Wirbelsäule, bestehend aus einem Knochenanker (41), einem mittels eines Gelenkes (412) relativ zum Knochenanker
(41) winkel einstellbaren Kopf (42, 52, 62), einer Verriegelungseinrichtung (46) zur
Fixierung der Winkellage des Kopfes und einem Verbindungsstab (31, 32) mit konstantem lasttragenden Querschnitt, dadurch gekennzeichnet dass der Kopf (42) Rollen (4383) enthält die dazu geeignet sind den Stab (31, 32) relativ zur Verankerungseinrichtung translatorisch verschiebbar und winkelstabil zu lagern.
16. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet dass die
Wälzkörper (4381, 4382) oder den Kopf (42) eine weitgehend geschlossene, elastische Manschette umgibt.
17. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet dass der Kopf
(42) so ausgebildet ist, dass die Wälzkörper (4381, 4382) nach außen hin vom Kopf (42) umgeben sind.
18. Verankerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass mindestens eines der Elemente Verbindungsstab (31, 32), Gleitelement (43, 53a, 53b, 63) und/oder Kopf (42, 52, 62) aus einem hochfesten Polymer, insbesondere PEEK, PEKK, PAI, oder hochverstrecktem PE, jeweils mit oder ohne Faserverstärkung hergestellt sind.
19. Verankerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass mindestens eines der Elemente Verbindungsstab (31, 32) und/oder Gleitelement (43, 53a, 53b, 63) aus einer Titan- oder Cobalt-Chrom-Legierung hergestellt sind.
20. Verankerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass mindestens eines der Elemente Verbindungsstab (31, 32) und/oder Gleitelement (43, 53a, 53b, 63) mit einer verschleißreduzierenden Beschichtung wie TiN, TiC, TiCN, TiAlN, CrN, DLC, ZrN, AI TiN, MoS2, ta-C, a-C:H beschichtet sind.
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