DE69627890T2

DE69627890T2 - Vorrichtung die das lösen von schrauben in einer knochenplatte verhindert

Info

Publication number: DE69627890T2
Application number: DE69627890T
Authority: DE
Inventors: T. Bradley ESTES
Original assignee: SDGI Holdings Inc
Current assignee: SDGI Holdings Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: EP1336383A1; EP0876128B1; EP0876128A1; EP0876128A4; AU5935096A; DE69627890D1; ZA964859B; EP1336383B1; WO1996039975A1; DE69634648D1; US5578034A; DE69634648T2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Endung betrifft allgemein Systeme zum Befestigen einer Fixierplatte an einem Knochen und im einzelnen solche Systeme, die einen Mechanismus zum Verhindern des Schraubenzurückziehens einschließt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Innerhalb des letzten Jahrzehnts hat die Verwendung von Fixierplatten zur Behandlung von Wirbelsäulenaftektionen oder zur Verschmelzung von Wirbeln beträchtlich zugenommen. Während frühe Verfahren unter Verwendung von Fixierplatten allgemein auf lange Knochen und untere Lendenebenen der Wirbelsäule beschränkt waren, haben solche Fixierplatten in jüngster Zeit Anwendungen bei anderen Knocheninstrumentierungen, wie beispielsweise bei der Instrumentierung der Halswirbelsäule, gefunden. Eine erfolgreiche Spinalinstrumentierung in diesem Bereich ist angesichts der Probleme eines sicheren Zugangs zur Instrumentierungsstelle besonders schwierig.
Ein typisches Beispiel einer Knochenfixierplatte wird mit einer Vielzahl von Bohrungen durch dieselbe versehen. Eine entsprechende Vielzahl von Befestigungselementen, typischerweise Knochenschrauben mit einem Kopfabschnitt und einem von demselben vorstehenden länglichen Gewindeschaft, wird bereitgestellt, um die Platte an einem oder den zu fixierenden Knochen zu befestigen. Die Knochenschrauben werden in die entsprechenden Plattenbohrungen und danach in den Knochen selbst vorgetrieben. Danach werden die Schrauben fest angezogen, um dadurch die Platte am Knochen zu befestigen.
Ein verbreitetes Problem in Verbindung mit der Verwendung solcher Fixierplatten ist, ungeachtet ihrer Position, die Neigung der Knochenschrauben, sich unter der Belastung von Körperbewegungen aus dem Barunterliegenden Knochen „zurückzuziehen". Dieses Problem ist besonders häufig in Gebieten mit einer hohen Belastung, wie beispielsweise der Wirbelsäule. Angesichts der empfindlichen Beschaffenheit der Wirbelsäule kann jede Fixierplattenbewegung postoperativ nicht nur die chirurgischen Ziele zunichte machen, sondern kann außerdem echte Sorgen bezüglich der Patientensicherheit hervorrufen.
Gestalter solcher Knochenfixiersysteme haben in einem Versuch, das vorstehende Problem zu überwinden, verschiedene Techniken eingesetzt. Zum Beispiel legt das US-Patent Nr. 5364399 an Lowery et al., abgetreten an den Erwerber der Rechte an der vorliegenden Erfindung, ein System für eine Zervikalplattenosteosynthese von vorn offen, das eine Sicherungsschraube einschließt, die mit den Kopfen von Knochenschrauben ineinandergreift, um die Zervikalplatte am Wirbel zu befestigen. Die oberhalb der Knochenschrauben angeordnete Sicherungsschraube stellt eine starre Fixierung der Schrauben an der Platte bereit, bei der die Köpfe der Knochenschrauben entweder bündig mit der oberen Fläche der Platte oder unter dieselbe eingesenkt sind.
Als ein anderes Beispiel legt das US-Patent Nr. 5275601 an Gogolewski et al. ein selbstsicherndes Knochenfixiersystem offen, bei dem die Köpfe der Knochenschrauben kegelstumpftörmig sind und eine gerichtet gerifftelte Außenfläche haben. Jede Bohrung in der Fixierplatte hat eine komplementär geriffelte Innenfläche und ist ebenso kegelstumpftörmig. Wenn die Schrauben durch die gerifftelten Bohrungen und in den Barunterliegenden Knochen vorgetrieben werden, ermöglicht die Richtung der Riffelung, daß die Köpfe innerhalb der entsprechenden Bohrungen aufgenommen werden, während eine Drehung der Schrauben in einer entgegengesetzten Richtung verhindert wird.
Als ein weiteres Beispiel legt das US-Patent 5269784 an Mast eine mit einem Gewinde versehene Schraubenmutter zur Verwendung mit einem Knochenfixiersystem offen, bei dem die Schraubenmutter von der Unterseite der Fixierplatte teilweise in eine Bohrung derselben eingeführt werden kann und schraubend mit einem Abschnitt der Knochenschraube ineinandergreift, um die Knochenschraube dadurch an der Fixierplatte zu sichern.
Als ein letztes Beispiel legt das US-Patent Nr. 4484570 an Sutter et al. ein Knochenfixiersystem offen, bei dem die Köpfe der Knochenschrauben hohl und aufweitbar sind. Nachdem die Fixierplatte über die Hohlkopf-Knochenschrauben am darunterliegenden Knochen befestigt wird, werden Gewindestifte in die hohlen Köpfe vorgetrieben, um die Köpfe aufzuweiten und die Köpfe dadurch an den Fixierplatten zu sichern.
Alle vorstehenden Systeme nach dem bekannten technischen Stand leiden unter verschiedenen unerwünschten Nachteilen. Erstens macht das Hinzufügen von schwierig maschinell zu bearbeitenden Baugruppen die meisten dieser Systeme teuer und schwierig in der Herstellung. Zweitens sind solche Sicherungssysteme, da einige dieser Systeme nach dem bekannten technischen Stand auf einer Gewindeverbindung beruhen, um die Knochenschrauben in einer sicheren Position zu halten, immer noch dem Problem des Schraubenzurückziehens ausgesetzt und können daher unzuverlässig sein. Schließlich führen die meisten der vorstehenden Systeme durch ihre Beschaffenheit zu einem vergrößerten Querschnitt oder Umfang, was bei vielen chirurgischen Anwendungen nicht wünschenswert ist. Gebraucht wird daher ein Knochenfixiersystem, das einen Mechanismus zum Verhindern des Schraubenzurückziehens einschließt, ohne den Querschnitt oder den Umfang des Fixiersystems zu vergrößern. Ein solches System sollte Idealerweise leicht und kostengünstig herzustellen sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Knochenfixiervorrichtung bereitzustellen, die den vorstehenden Nachteilen von Systemen nach dem bekannten technischen Stand begegnet.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Knochenfixiervorrichtung bereitgestellt, die folgendes umfaßt:
ein Knochenfixierelement mit einer unteren Fläche, dafür geeignet, mit einem Abschnitt des fixierten Knochens ineinanderzugreifen, einer gegenüberliegenden oberen Fläche und einer durch dasselbe definierten Bohrung,
eine Knochenschraube mit einem länglichen Schaft und einem vergrößerten Kopfabschnitt, der mit der Bohrung an der oberen Fläche des Fixierelements ineinandergreift, wenn der Schaft durch dasselbe verläuft, wobei der Schaft angrenzend an den Kopfabschnitt einen gewindelosen Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und entfernt vom Kopfabschnitt Knocheneingriffsgewindegänge mit einem zweiten, größeren, Durchmesser definiert, und
einen ringförmigen Bund, der den gewindelosen Abschnitt des Knochenschraubenschafts wesentlich umgibt, wobei der Bund einen anfänglichen Innendurchmesser größer als der zweite Durchmesser hat, wobei der Bund aus einem Material geformt wird derart, daß der Innendurchmesser als Reaktion auf eine Temperaturänderung desselben auf einen Enddurchmesser kleiner als der zweite Durchmesser schrumpft, um dadurch den Bund zwischen dem Kopfabschnitt und den Knocheneingriffsgewindegängen mit dem zweiten Durchmesser der Knochenschraube einzuschließen.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten Ansprüchen und in der folgenden Beschreibung dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische und teilweise Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Systems aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Endung.
2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Schraubenrückzugsschutzelements.
3A ist ein vorderer Aufriß eines Ausführungsbeispiels des Kopfabschnitts eines Befestigungselements zur Verwendung mit einem System aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Erfindung.
3B ist ein vorderer Aufriß eines anderen Ausführungsbeispiels des Kopfabschnitts eines Befestigungselements zur Verwendung mit einem System aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Erfindung.
3C ist ein vorderer Aufriß eines weiteren Ausführungsbeispiels des Kopfabschnitts eines Befestigungselements zur Verwendung mit einem System aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Erfindung.
4A ist ein vorderer Aufriß eines Ausführungsbeispiels des Schaftabschnitts eines Befestigungselements zur Verwendung mit einem System aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Erfindung.
4B ist ein vorderer Aufriß eines alternativen Ausführungsbeispiels des Schaftabschnitts eines Befestigungselements zur Verwendung mit einem System aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Erfindung.
4C ist ein vorderer Aufriß eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels des Schaftabschnitts eines Befestigungselements zur Verwendung mit einem System aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Erfindung.
5A ist ein seitlicher Aufriß und teilweiser Querschnitt der Baugruppe aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutzelement von 1, der die Verwendung eines verjüngten Instruments zum Vergrößern des Innendurchmessers des Schraubenrückzugsschutzelements zeigt.
5B ist ein Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Systems aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Endung, einschließlich der Verwendung eines verjüngten Instruments zum Vergrößern des Innendurchmessers des Schraubenrtickzugsschutzelements.
6 ist ein Querschnitt eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels eines Systems aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Endung.
7 ist ein Querschnitt noch eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels eines Systems aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Zum Zweck der Förderung eines Verständnisses der Prinzipien der Erfindung wird nun Bezug genommen auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel, und es wird eine spezifische Sprache verwendet, um dasselbe zu beschreiben. Trotzdem versteht es sich von selbst, daß damit keine Einschränkung des Rahmens der Erfindung beabsichtigt ist, der die Änderungen und weiteren Modifikationen in der dargestellten Vorrichtung und die weiteren Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie sie hierin dargestellt worden ist, einschließen soll, die Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise offensichtlich sein dürften.
Unter Bezugnahme auf 1 wird nun ein Ausführungsbeispiel eines Systems 10 aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Endung gezeigt. Eine Fixierplatte 12 hat eine Bohrung 18 durch dieselbe, die bemessen wird, um ein Befestigungselement gleitend in derselben aufzunehmen, um dadurch die Fixierplatte an ihrer vorgesehenen Fläche zu befestigen. Vorzugsweise ist die Fixierplatte 12 eine Spinalfixierplatte, obwohl die vorliegende Endung vorsieht, daß die Fixierplatte 12 jede Art von Fixierplatte einschließen kann, verwendet zum Verstärken eines Knochens, zum Verbinden von zwei oder mehr Knochen oder zum Bereitstellen einer Verankerungsstelle an einer festgesetzten Knochenstelle.
Das System 10 schließt außerdem ein Befestigungselement 14 mit einem vergrößerten Kopfabschnitt 20 und einem von demselben vorstehenden länglichen Schaftabschnitt 22 ein. Der längliche Schaft 22 des Befestigungselements 14 wird gleitend derart innerhalb der Bohrung 18 der Fixierplatte 12 aufgenommen, daß der vergrößerte Kopfabschnitt 20 am oberen Abschnitt 24 der Bohrung 18 angrenzend an die obere Fläche 15 der Fixierplatte 12 anliegt. Der vergrößerte Kopfabschnitt 20 des Befestigungselements 14 wird ausreichend größ bemessen, so daß er nicht durch die kleiner bemessene Bohrung 18 hindurchgehen kann, und wird vorzugsweise so konfiguriert, daß er innerhalb des oberen Abschnitts 24 der Bohrung 18 festsitzt. Wie in 1 gezeigt, wird der obere Abschnitt 24 der Bohrung 18 vorzugsweise aus der oberen Fläche 15 der Fixierplatte 12 in einer halbkreisförmigen Gestalt ausgespart, um das Festsitzen des Kopfabschnitts 20 des Befestigungselements 14 in demselben zu erleichtern.
Vorzugsweise ist das Befestigungselement 14 eine Knochenschraube mit Knocheneingriffsgewindegängen 25, definiert längs wenigstens eines Abschnitts des länglichen Schafts 22. Die Knochenschraube 14 hat außerdem einen zylindrisch geformten Kopf 20 mit abgerundeten Kanten 21 Vorzugsweise werden die abgerundeten Kanten 21 und der obere Abschnitt 24 der Bohrung 18 komplementär konfiguriert, um einen Festsitzkontakt zwischen denselben zu erleichtern. Obwohl das Befestigungselement 14 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Knochenschraube, wie in 1 gezeigt, ist, sieht die vorliegende Erfindung die Verwendung von anderen Ausführungsbeispielen von Knocheneingriffsschrauben zur Verwendung beim Befestigen der Fixierplatte 12 an einem Knochen vor.
Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 3A der Kopfabschnitt 20 des Befestigungselements 14 als eine Senkschraube 90 konfiguriert werden, die eine wesentlich flache obere Fläche 92 und kegelstumpfförmige Seitenwände 94 hat. Bei einer solchen Konfiguration sollte der obere Abschnitt 24 der Bohrung 18 ebenfalls kegelstumpfförmig sein, so daß der Kopfabschnitt 20 in demselben versenkt werden kann, wobei die obere Fläche 92 danach bündig mit der oberen Fläche 15 der Fixierplatte 12 ist. Unter Bezugnahme auf 3B kann nun der Kopfabschnitt 20 des Befestigungselements 14 außerdem als ein Ringschraubenkopf 100 konfiguriert werden, der einen wesentlich kreisförmigen Ring 102 hat. Schließlich kann, unter Bezugnahme auf 3C, der Kopfabschnitt 20 des Befestigungselements 14 außerdem als ein Kopfabschnitt 110 einer Verstellwinkelschraube konfiguriert werden. Der Kopfabschnitt 110 der Verstellwinkelschraube schließt ein Paar von Seiten 112a und 112b ein, die einen U-förmigen Durchgang 1l4 zwischen denselben bilden. Eine Seite des Kopfabschnitts 110 definiert eine Reihe von in Radialrichtung verlaufenden Zähnen oder Keilnuten 116, die geformt werden, um mit Keilnuten auf einem entsprechenden Bauteil (nicht gezeigt) ineinanderzugreifen. Ein Beispiel einer solchen Verstellwinkelschraube wird im US-Patent Nr. 5261909 an Sutterlin et al. offengelegt.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 schließt ein Abschnitt des länglichen Schafts 22 des Befestigungselements 14 Knocheneingriffsgewindegänge 25 ein. Ein Beispiel eines solchen länglichen Schafts 120 wird in 4A gezeigt. Der Schaft 120 schließt Knocheneingriffsgewindegänge 122 ein und endet in einem zugespitzten (Schneid-) Ende 124. Ein Beispiel eines anderen länglichen Schafts 130 wird in 4B gezeigt. Der Schaft 130 schließt Gewindegänge 132 ein und endet in einem flachen Ende 134. Schließlich wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines länglichen Schafts 140 in 4C gezeigt. Der Schaft 140 kann in einem flachen Ende 142 enden oder kann ein zugespitztes (Schneid-) Ende 144 haben, wie in Durchsicht gezeigt. Ein Abschnitt 146 des länglichen Schafts 140 zwischen dem Kopfabschnitt (nicht gezeigt) und dem Endabschnitt 142 oder 144 ist ohne Gewindegänge. Der Gewindeabschnitt 148 wird unterhalb des gewindelosen Abschnitts 146 eingeschlossen und ist vom Kopfabschnitt (nicht gezeigt) entfernt. Obwohl die in 4A bis 4C gezeigten Ausführungsbeispiele des länglichen Schafts vorzugsweise bei einem Knochenfixiersystem verwendet werden, kann jedes der darin gezeigten Ausführungsbeispiele des Gewindeschafts mit jeder Zahl von Gewindegängen pro Zoll (TPI) versehen werden, um einem gewünschten Knocheneingriffserfordernis zu entsprechen.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 schließt der längliche Schaft 22, ungeachtet der Art des verwendeten Befestigungselements 14, einen gewindelosen Abschnitt 42 mit einem verringerten Durchmesser zwischen dem Kopfabschnitt 20 und dem Gewindeabschnitt 25 des Schafts 22 ein. Der Durchmesser des Abschnitts 42 wird verringert, um das Schraubenrückzugsschutzmerkmal zu optimieren, wie es weiter unten vollständiger beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 schließt nun das System 10 einen ringförmigen Ring 16 mit einer Bohrung 45 durch denselben ein, die eine ringförmige Innenfläche 40 mit einem Durchmesser 44 definiert. Der Bund 16 hat außerdem eine ringförmige Außenfläche 34. Die ringförmige Innen- und Außenfläche 40 bzw. 34 enden an einem oberen Ende 36 und einem gegenüberliegenden unteren Ende 32. Ein Flansch 30 steht angrenzend an das untere Ende 32 in Radialrichtung von der Außenfläche 34 vor und hat eine obere Fläche 38 zum Eingriff mit einem Abschnitt der Fixierplatte 12. Zwischen dem unteren Ende 32 und dem oberen Ende 36 des Bundes 16 verläuft eine Auskehlung 35 und verläuft von dem Flansch 30 und der Außenfläche 34 in die Bohrung 45. Vorzugsweise ist der Bund 16 von einteiligem Aufbau und wird aus einem Material geformt, das auf eine Veränderung der Temperatur reagiert, um entweder eine ausgedehnte oder eine eingezogene Form anzunehmen.
Ein Beispiel eines Materials, das auf eine Veränderung der Temperatur reagiert, um eine eingezogene Form anzunehmen, ist eine Formgedächtnislegierung. Damit eine Legierung einen Formgedächtniseffekt zeigt, muß es eine kristalline Struktur sein, die ihre Struktur zur sogenannten Austenitphase verändern kann, wenn sie einer bestimmten Temperaturbedingung ausgesetzt wird, und danach ihre Struktur zur sogenannten Martensitphase verändern kann, wenn die Temperatur der Legierung ausreichend gesenkt wird. Beim Bereitstellen eines Bauteils aus einer Formgedächtnislegierung wird das Bauteil zuerst durch herkömmliche Mittel zu einer festgesetzten Form geglüht. Danach wird die Legierung auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, daß die kristalline Struktur die Austenitphase oder – konfiguration annimmt. Als nächstes wird die Legierung gekühlt, bis sie zur Martensitphase oder – konfiguration zurückkehrt. Sobald es in der Martensitkonfiguration ist, kann das Bauteil weiter beliebig verformt werden, wird aber zu seiner ursprünglichen Austenitphasenform zurückkehren, wenn es auf eine Temperatur oberhalb derjenigen erhitzt wird, bei der die Martensitphase zur Austenitphase zurückkehrt. Folglich „erinnert sich" die Legierung nach dem Verformtwerden in der Martensitphase an ihre ursprüngliche geglühte Form und wird zur ursprünglichen Form zurückkehren, wenn sie über die Übergangstemperatur zur Austenitphase erhitzt wird. Indem sie das tut, wandelt die Legierung Wärme in mechanische Arbeit um. Die mechanische Arbeit, die verrichtet wird, während das Material die Formwiederkehr durchmacht, kann viel größer sein als die ursprünglich während der änfänglichen plastischen Verformung übertragene.
Die Formgedächtnislegierung des Bundes 16 wird vorzugsweise aus einer Nickel-Titan-Legierung, wie beispielsweise Nitinol, hergestellt. Die spezifische Übergangstemperatur, bei der sich der Phasenübergang vollzieht, kann durch Festlegen des genauen Verhältnisses von Nickel zu Titan gesteuert werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des ringförmigen Bundes 16 wird das Nickel-Titan-Verhältnis so gewählt, daß es eine Austenit-Übergangstemperatur von annähernd 42°C und eine Martensit-Übergangstemperatur von annähernd 10°C gewährleistet. Jedoch sieht die vorliegende Endung andere Nickel-Titan-Verhältnisse vor, um gewünschte Austenit- und Martensit-Phasenübergangstemperaturen zu gewährleisten. Es versteht sich von selbst, daß unterschiedliche Anwendungen der hierin beschriebenen Systeme aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz unterschiedliche Phasenübergangstemperaturen erfordern werden, und daß die vorliegende Erfindung jedes erforderliche Nickel-Titan-Verhältnis vorsieht, um solchen spezifischen Anwendungen zu entsprechen. Die vorliegende Erfindung sieht außerdem die Verwendung von anderen bekannten Formgedächtnislegierungen zur Verwendung beim Konstruieren des ringförmigen Bundes 16 vor. Ein Beispiel einer solchen Legierung ist eine Legierung auf Eisenbasis, die verschiedene Gewichtsprozentanteile an Mangan, Silizium und Chrom einschließt.
Nach einer bevorzugten Herangehensweise beim Konstruieren des rtngförmigen Bundes 16 wird der Bund 16 zuerst verformt, während er in der kristallinen Konfiguration der Austenitphase ist, so daß die ringförmige Innenfläche 40 einen Durchmesser 44 hat, geringer als der Durchmesser des Abschnitts 42 mit einem verringerten Durchmesser des Befestigungselements 14. Danach wird der Bund 16 gekühlt, bis sich der Martensitübergang vollzieht. Während der Bund 16 unterhalb der Formübergangstemperatur gehalten wird, kann der Bund 16 verformt werden, um den Innendurchmesser desselben zu vergrößern.
Unter Bezugnahme auf 5A wird nun die Bohrung 18 der Fixierplatte 12 bemessen, um die Außenfläche 34 des Bundes 16 derart gleitend in derselben aufzunehmen, daß der obere Abschnitt 36 des Bundes 16 an den oberen Abschnitt 24 der Bohrung 18 angrenzt. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, schließt die Fixierplatte 12 eine Aussparung 28 um die Bohrung 18 ein, die eine Tiefe annähernd gleich der Dicke 31 des Flanschs 30 hat. Vorteilhafterweise ermöglicht die Aussparung 28, daß der untere Abschnitt 32 des Bundes 16 bündig mit dem unteren Abschnitt 13 der Fixierplatte 12 ist, so daß der vertikale Querschnitt des Fixierplattensicherungssystems 10 nicht auf Grund der Verwendung des Bundes 16 vergrößert wird. Ein Konusinstrument 50 wird bereitgestellt, um den Bund 16 für einen Durchgang des länglichen Schafts 22 des Befestigungselements 14 durch denselben „aufzuschließen". Das Konusinstrument 50 hat ein erstes Ende 52, das einen Durchmesser hat, geringfügig kleiner als der Innendurchmesser 44 des Bundes 16. Der Durchmesser des Konusinstruments 50 nimmt mit zunehmendem Abstand vom Ende 52 zu.
Wenn das Konusinstrument 50 vom Oberteil 36 des Bundes 16 in die Bohrung 45 desselben vorgetrieben wird, wird die Auskehlung 35 geweitet, wodurch der Bund 16 derart auf einen anfänglichen Innendurchmesser verformt oder aufgespreizt wird, daß die Außenfläche 34 des Bundes 16 gegen die Wände der Bohrung 18 gedrückt wird. Um das Vortreiben des Konusinstruments 50 in den Bund 16 zu erleichtern, um dadurch die Innenfläche 40 des Bundes 16 ausreichend aufzuspreizen, können die Wände der Bohrung 18 komplementär zum Konus des Instruments 50 verjüngt werden. Der abnehmende Durchmesser der Bohrung 18 in einer Richtung zum Unterteil 13 der Platte 12 wirkt außerdem darauf hin, den Bund 16 innerhalb der Bohrung 18 zurückzuhalten, wenn das Konusinstrument 50 aus demselben entfernt wird. Auf diese Weise kann der Bund 16 vor dem Positionieren der Platte 12 innerhalb eines Patienten in die Bohrung 18 eingelegt werden.
Da der Bund 16 in der Martensitphase so verformt wird, daß er einen anfänglichen Durchmesser hat, größer als der Durchmesser 44, kann der längliche Schaft 22 des Befestigungselements 14 gleitend durch denselben aufgenommen werden. Danach wird das Befestigungselement 14 durch die Bohrung 45 und in den zu fixierenden Knochen vorgetrieben. Wenn das Befestigungselement 14 ausreichend vorgetrieben ist, wird der Kopfabschnitt 20 gegen den oberen Abschnitt 24 der Bohrung 18 gesichert, und der Bund 16 umschließt den Abschnitt 42 mit einem verringerten Durchmesser des Befestigungselements 14. In dieser Position sollte die Fixierplatte 12 starr an der zu fixierenden Barunterliegenden Struktur befestigt sein.
Nach dem Befestigen der Fixierplatte 12 am Barunterliegenden zu fixierenden Knochen wird der Bund 16 ausreichend erhitzt, um die Legierung zur Austenitphasenkonfiguration umzuformen. Dabei „erinnert sich" der Bund 16 an seine ursprüngliche Konfiguration, und sein Innendurchmesser 44 schrumpft in der Größe. Der Erhitzungsschritt kann die Form annehmen, einfach zu ermöglichen, daß sich der Bund auf Körpertemperatur erwärmt, oder kann andere bekannte Verfahren einschließen, wie beispielsweise das Induzieren elektrischer Ströme im Bund 16 durch die Verwendung von elektromagnetischen Wellen oder die Verwendung einer ausreichend warmen Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder Salzlösung.
Da der urspüngliche Durchmesser 44 geringer war als der Durchmesser des Abschnitts 42 mit einem verringerten Durchmesser des Befestgungselements 14, „greift" die Innenfläche 40 des Bundes 16 den Abschnitt 42 mit einem verringerten Durchmesser, um so das Befestigungselement starr festzuklemmen. Bei diesem Ausführungsbeispiel einer Klemmanordnung stößt die obere Fläche 38 des Flanschs 30 an die Aussparung 28 der Fixierplatte 12, und der untere Abschnitt 32 des Flanschs 30 stößt an die zwischen dem Abschnitt 42 mit einem verringerten Durchmesser und dem Gewindeabschnitt 25 des Befestigungselements 14 angeordnete Übergangsfläche 26.
Der Flansch 30 des Bundes 16 stellt folglich einen festen Anschlag für den Bund 16 in der Richtung des oberen Abschnitts 24 der Bohrung 18 bereit. Unter Bezugnahme auf 5B kann dieses Merkmal als Alternative dazu dadurch bereitgestellt werden, daß die Innenfläche der Bohrung 18' angrenzend an den oberen Abschnitt 24' mit einer Stufe 17 versehen wird, um so an den Oberteil 36' des Bundes 16' anzustoßen. Bei einer solchen Konfiguration ist der Flansch 30 nicht notwendig, und der Bund 16' muß nur mit einer ausreichenden Dicke versehen werden, so daß sein Außendurchmesser nicht über die Stufe 17 rutschen wird, wenn er eine Austenitphasenumformung durchmacht. In 58 wird gezeigt, daß der Bund 16' nach dem Einführen und dem Herausziehen des verjüngten Instruments 50 eine charakteristische Position gegen die Bohrung 18' der Fixierplatte 12' einnimmt.
Der Abschnitt 42 mir einem verringerten Durchmesser des Befestigungselements 14 optimiert das Fixierplattenklemmsystem 10 dadurch, daß er sichert, daß die Sicherungsklemme 16, sobald sie im Durchmesser verringert ist, nicht zum Gewinde 25 rutschen wird. Der Abschnitt 42 des Schafts 22 sollte ohne Gewinde sein, um die Oberfläche zwischen dem Abschnitt 42 und der Innenfläche 40 des Bundes 16 auf ein Maximum zu erhöhen.
Nach einer alternativen Herangehensweise bei der Nutzung des Formgedächtnisbundes 16 kann der anfängliche Durchmesser 44 desselben derart verformt werden, während er in der kristallinen Konfiguration der Austenitphase ist, daß die ringförmige Innenfläche 40 einen Durchmesser 44 hat, geringfügig größer als der Abschnitt 42 mit einem verringerten Durchmesser des Befestigungselements 14, aber kleiner als der Durchmesser des Gewindeabschnitts 25. Bei einer solchen Herangehensweise muß der Bund mit einem verringerten Durchmesser in seiner Endkonfiguration den Abschnitt 42 mit einem verringerten Durchmesser nicht „greifen". Statt dessen muß der Innendurchmesser 44 des Bundes 16 nur ausreichend schrumpfen, um zu verhindern, daß sich der Gewindeabschnitt 25 durch denselben vorschiebt. Dadurch, daß der Bund 16 einen endgültigen Innendurchmesser hat, der kleiner ist als notwendig, um zu ermöglichen, daß der Gewindeabschnitt 25 durch denselben hindurchgeht, verhindert er, daß sich das Befestigungselement 14 aus der Bohrung 18 zurückzieht, obwohl er den Abschnitt 42 mit einem verringerten Durchmesser des Befestigungselements 14 1ose umschließt.
In jedem Fall verhindert der Bund 16 mit dem nun verringerten Durchmesser, daß sich das Befestigungselement 14 aus der Oberfläche zurückzieht, in die es vorgetrieben worden ist. Es versteht sich von selbst, daß eine typische Fixierplatte, ungeachtet ihres Anwendungsbereichs, wahrscheinlich mehrere Bohrungen 18 und Befestigungselemente 14 haben wird und die vorliegende Erfindung daher vorsieht, für jedes Paar aus einem Befestigungselement 14 und einer Bohrung 18 einen Sicherungsbund 16 bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 6 wird nun ein anderes Ausführungsbeispiel eines Systems 150 aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Endung gezeigt. Das System 150 schließt eine Fixierplatte 152 mit einer oberen Fläche 154 und einer gegenüberliegenden unteren Fläche 156 ein. Die Fixierplatte 152 schließt eine Zahl von Bohrungen 158 durch dieselbe ein, jede zum Aufnehmen eines länglichen Schafts 22 eines Befestigungselements 14 in derselben, wie zuvor unter Bezugnahme auf
1 erörtert. Ein wesentlicher Abschnitt der Bohrung 158 hat einen ersten Durchmesser 164. In ihrer unteren Fläche 156 definiert die Platte 152 eine Aussparung 162 um die Bohrung 158. In ihrer oberen Fläche 154 definiert die Platte 152 eine andere Aussparung 160 um die Bohrung 158. Jede der Aussparungen 160 und 162 schneidet die Bohrung 158 und hat einen Durchmesser, größer als der Bohrungsdurchmesser 164.
Ein ringförmiger Bund 170, in der Funktion identisch mit dem Bund 16, wird innerhalb der Bohrung 158 angeordnet. Der Bund 170 definiert durch denselben eine Bohrung 172 mit veränderlichem Durchmesser, in der Wirkungsweise identisch mit der Bohrung 18 des Bundes 16. Der Bund 170 hat außerdem einen ersten Flansch 174, der angrenzend an den Unterteil 176 desselben in Radialrichtung von der Bundaußenfläche 165 weg vorsteht, und einen zweiten Flansch 178, der angrenzend an den Oberteil 180 desselben in Radialrichtung von der Außenfläche 165 weg vorsteht. Die obere Fläche 182 der Bohrung 172 wird ausgespart, ähnlich wie die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene obere Fläche 24 der Bohrung 18, um das Festsitzen des Kopfabschnitts 20 des Befestigungselements 14 in derselben zu erleichtern. Obwohl in 6 nicht gezeigt, schließt der Bund 170 außerdem eine Längsauskehlung durch denselben ein, ähnlich der Auskehlung 35 des Bundes 16.
Betriebsbereit kann der Bund 170 dadurch in die Bohrung 158 eingelegt werden, daß die Außenfläche 165 desselben mit geeigneten Mitteln zusammengedrückt wird, so daß die Breite der Auskehlung (nicht gezeigt) abnimmt. Im Ergebnis dessen kann der Außendurchmesser des Bundes 170 ausreichend zum Schrumpfen gebracht werden, um zu ermöglichen, daß einer der Flansche 174 oder 178 durch den Abschnitt 164 mit einem ersten Durchmesser der Bohrung 158 hindurchgeht. Folglich kann der Bund 170 von oben (von der oberen Fläche 154 der Platte 152) oder von unten (von der unteren Fläche 156 der Platte 152) in die Bohrung 158 eingelegt werden, so daß die Flansche 174 und 178 mit den Aussparungen 162 bzw. 160 zusammenwirken, um den Bund 170 innerhalb der Bohrung 158 in Position zu halten, wie in 6 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 7 wird nun noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Systems 200 aus Fixierplatte und Schraubenrückzugsschutz nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System 200 schließt eine Fixierplatte 202 mit einer oberen Fläche 204 und einer gegenüberliegenden unteren Fläche 206 ein. Die Fixierplatte 202 schließt eine Zahl von Bohrungen 208 durch dieselbe ein, jede zum Aufnehmen eines länglichen Schafts 22 eines Befestigungselements 14 in derselben, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 erörtert. Ein wesentlicher Abschnitt der Bohrung 208 hat einen ersten Durchmesser 214. Die Bohrung 208 definiert eine ringförmige Aussparung 210 in derselben, die geringfügig größer als ein Bohrungsdurchmesser 214 bemessen wird. Vorzugsweise wird die ringförmige Aussparung 210 nahe der oberen Fläche 204 der Platte 202 angeordnet, obwohl die vorliegende Erfindung vorsieht, daß die ringförmige Aussparung 210 irgendwo innerhalb der Bohrung 208 angeordnet werden kann.
Ein ringförmiger Bund 220, in der Funktion identisch mit den Bünden 16 und 170, wird innerhalb der Bohrung 208 angeordnet. Der Bund 220 definiert durch denselben eine Bohrung 222 mit veränderlichem Durchmesser, in der Wirkungsweise identisch mit der Bohrung 18 des Bundes 16 (und der Bohrung 172 des Bundes 170). Der Bund 220 hat außerdem einen Flansch 224, der angrenzend an den Oberteil 228 desselben in Radialrichtung von der Bundaußenfläche 225 weg vorsteht. Die obere Fläche 230 der Bohrung 222 wird ausgespart, ähnlich wie die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene obere Fläche 24 der Bohrung 18, um das Festsitzen des Kopfabschnitts 20 des Befestigungselements 14 in derselben zu erleichtern. Wie beim Bund 170 schließt der Bund 220 außerdem eine Längsauskehlung (nicht gezeigt) durch denselben ein, ähnlich der Auskehlung 35 des Bundes 16.
Betriebsbereit kann der Bund 220 dadurch in die Bohrung 208 eingelegt werden, daß die Außenfläche 225 desselben mit geeigneten Mitteln zusammengedrückt wird, so daß die Breite der Auskehlung (nicht gezeigt) abnimmt. Im Ergebnis dessen kann der Außendurchmesser des Bundes 220 ausreichend zum Schrumpfen gebracht werden, um zu ermöglichen, daß der Flansch 224 durch den Abschnitt 214 mit einem ersten Durchmesser der Bohrung 208 hindurchgeht. Folglich kann der Bund 220 von oben (von der oberen Fläche 204 der Platte 202) oder von unten (von der unteren Fläche 206 der Platte 202) in die Bohrung 208 eingelegt werden, so daß der Flansch 224 mit den Aussparungen 210 zusammenwirkt, um den Bund 220 innerhalb der Bohrung 208 in Position zu halten, wie in 7 gezeigt. Vorzugsweise wird der Bund 220 derart innerhalb der Bohrung 208 angeordnet, daß der Unterteil 226 des Bundes 220 bündig mit der Unterfläche 206 der Platte 202 ist.
In Funktion und Wirkungsweise sind die Bünde 170 und 220 identisch mit dem Bund 16. Wie in 6 und 7 illustriert, sieht die vorliegende Endung jedoch vor, daß der Schraubenrückzugsschutzbund 16, 16', 170 und 220 unterschiedlich konfiguriert werden kann, um das Sichern des Bundes innerhalb der entsprechenden Fixierplattenbohrung vor dem Positionieren und Befestigen der Platte innerhalb eines Patienten zu erleichtern. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß andere solcher Konfigurationen von Bund und Fixierplattenbohrung entworfen werden können, um dieses Merkmal bereitzustellen.
Jeder der Bünde 16, 16', 170 und 220 kann außerdem aus einem Material geformt werden, das auf eine Veränderung der Temperatur, wie beispielsweise als Reaktion auf Wärme, mit einer Ausdehnung in der Dicke reagiert. Folglich „schrumpft" der Bundinnendurchmesser auf Grund der Ausdehnung der Bunddicke als Reaktion auf eine Zunahme der Temperatur. Vorteilhafterweise wächst der Außendurchmesser dementsprechend so, daß jedes Spiel zwischen der Bohrung der Fixierplatte und der Außenfläche des Bundes verringert wird. Ein solches bei Wärme ausdehnbares Material kann zum Beispiel ein Epoxidharz, ein Elastomer oder ein anderes „härtbares" Material oder jedes einer Vielzahl von bei Wärme ausdehnbaren starren Materialien einschließen.

Claims

Knochenfixiervorrichtung, die folgendes umfaßt: ein Knochenfixierelement mit einer unteren Fläche, dafür geeignet, mit einem Abschnitt des fixierten Knochens ineinanderzugreifen, einer gegenüberliegenden oberen Fläche und einer durch dasselbe definierten Bohrung, eine Knochenschraube mit einem länglichen Schaft und einem vergrößerten Kopfabschnitt, der mit der Bohrung an der oberen Fläche des Fixierelements ineinandergreift, wenn der Schaft durch dasselbe verläuft, wobei der Schaft angrenzend an den Kopfabschnitt einen gewindelosen Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und entfernt vom Kopfabschnitt Knocheneingriffsgewindegänge mit einem zweiten, größeren, Durchmesser definiert, und einen ringförmigen Bund, der den gewindelosen Abschnitt des Knochenschraubenschafts wesentlich umgibt, wobei der Bund einen anfänglichen Innendurchmesser größer als der zweite Durchmesser hat, wobei der Bund aus einem Material geformt wird derart, daß der Innendurchmesser als Reaktion auf eine Temperaturänderung desselben auf einen Enddurchmesser kleiner als der zweite Durchmesser schrumpft, um dadurch den Bund zwischen dem Kopfabschnitt und den Knocheneingriffsgewindegängen mit dem zweiten Durchmesser der Knochenschraube einzuschließen.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Bundmaterial eine Formgedächtnislegierung ist.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Innendurchmesser des ringförmigen Bunds als Reaktion auf die Temperaturänderung auf einen Enddurchmesser kleiner als der erste Durchmesser schrumpft, um dadurch den gewindelosen Abschnitt starr festzuklemmen.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Formgedächtnislegierung eine Nickel-Titan-Legierung ist.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der sich der ringförmige Bund aus einer Martensitphase in eine Austenitphase umwandelt, wenn die Temperatur desselben über eine Phasenumwandlungstemperatur erhöht wird.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der fixierte Knochen einen Abschnitt der Wirbelsäule einschließt.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der ringförmige Bund gegenüber dem Innendurchmesser eine Außenfläche hat, wobei die Außenfläche des Bunds einen, ersten in Radialrichtung von derselben vorstehenden, Flansch hat, wobei der Bund dadurch das Fixierelement zwischen dem Kopfabschnitt und dem Flansch einschließt.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Fixierelementbohrung eine Längsachse von der oberen Fläche des Fixierelements zu unteren Fläche des Fixierelements definiert, und bei welcher der erste Flansch die untere Fläche des Fixierelements berührt, um dadurch eine Bewegung des Bunds längs der Längsachse in einer Richtung zu oberen Fläche des Fixierelements hin zu hemmen.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher der Bund ein oberes Ende und ein gegenüberliegendes unteres Ende hat, wobei der erste Flansch angrenzend an das untere Ende desselben in Radialrichtung von der Außenfläche desselben vorsteht, und bei der die Fixierelementbohrung konfiguriert wird, um die Außenfläche des Bunds in derselben aufzunehmen derart, daß der erste Flansch an die untere Fläche des Fixierelements anstößt.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der erste Flansch eine zur unteren Fläche des Fixierelements hin gerichtete Flanschinnenfläche und eine gegenüberliegende Flanschaußenfläche hat, und bei der die untere Fläche des Fixierelements eine erste Aussparung in demselben um die Fixierelementbohrung definiert, wobei die erste Aussparung dafür geeignet ist, den ersten Flansch in derselben aufzunehmen derart, daß die Außenfläche des ersten Flanschs bündig ist mit der unteren Fläche des Fixierelements.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Außenfläche des Bunds einen zweiten, in Radialrichtung von derselben vorstehenden, Flansch hat, und bei welcher der zweite Flansch die obere Fläche des Fixierelements berührt, um dadurch eine Bewegung des Bunds längs der Längsachse in einer Richtung zu unteren Fläche des Fixierelements hin zu hemmen.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher der zweite Flansch eine zur oberen Fläche des Fixierelements hin gerichtete Flanschinnenfläche und eine gegenüberliegende Flanschaußenfläche hat, und bei der die obere Fläche des Fixierelements eine zweite Aussparung in demselben um die Fixierelementbohrung definiert, wobei die zweite Aussparung dafür geeignet ist, den zweiten Flansch in derselben aufzunehmen derart, daß die Außenfläche des zweiten Flanschs unterhalb der oberen Fläche des Fixierelements vertieft wird.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Fixierelementbohrung eine ringförmige Aussparung in derselben definiert, wobei die ringförmige Aussparung den ersten Flansch in derselben aufnimmt, um eine Bewegung des Bunds zu der oberen und der unteren Fläche des Fixierelements hin zu hemmen.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Bund ein oberes Ende und ein gegenüberliegendes unteres Ende hat, und bei der die Fixierelementbohrung einen abgestuften Abschnitt einschließt, wobei das obere Ende des Bunds den abgestuften Abschnitt der Fixierelementbohrung berührt, um dadurch eine Bewegung des Bunds in einer Richtung zur oberen Fläche des Fixierelements hin zu hemmen.
Knochenfixiervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Enddurchmesser des Bunds geringer ist als der erste Durchmesser des gewindelosen Abschnitts, um dadurch den gewindelosen Abschnitt des Befestigungselements starr festzuklemmen.