DE69726746T2

DE69726746T2 - Mehrachsige knochenschraubeanordnung

Info

Publication number: DE69726746T2
Application number: DE69726746T
Authority: DE
Inventors: C. Michael SHERMAN; Troy Drewry
Original assignee: SDGI Holdings Inc
Current assignee: Warsaw Orthopedic Inc
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: ES2212133T3; US5797911A; EP0934027A1; KR20000048548A; JP2001501109A; CA2267753A1; KR100493994B1; ATE255854T1; CA2267753C; EP0934027B1; AU734406B2; DE69726746D1; AU4491497A; WO1998012976A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Knochenschraubanordnung, die vor allem für einen Eingriff in die Wirbel der Wirbelsäule nützlich ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Knochenschraubanordnung, die mehrere Winkelausrichtungen mit Bezug auf einen länglichen Stab einnehmen kann, der sich an der Wirbelsäule entlang erstreckt.
Es wurden verschiedene Techniken und Systeme zur Korrektur und Stabilisierung der Wirbelsäule und zur Erleichterung der Fusion auf verschiedenen Ebenen der Wirbelsäule entwickelt. Bei einem Systemtyp wird ein biegsamer Stab längs entlang der Länge der Wirbelsäule oder vertebralen Säule angeordnet. Der Stab wird vorzugsweise so gebogen, dass er in der jeweiligen instrumentierten Region mit der normalen Krümmung der Wirbelsäule übereinstimmt. Der Stab kann zum Beispiel so gebogen werden, dass er eine normale kyphotische Krümmung für die Thoraxregion der Wirbelsäule oder eine Iordotische Krümmung für die Lumbalregion bildet. Gemäß einem solchen System greift der Stab mit Hilfe einer Reihe von Befestigungselementen in verschiedene Wirbel entlang der Länge der Wirbelsäule ein. Es kann eine Auswahl von Befestigungselementen bereitgestellt werden, die so konfiguriert sind, dass sie in bestimmte Abschnitte des Wirbels eingreifen. Ein solches Befestigungselement ist zum Beispiel ein Haken, der so konfiguriert ist, dass er in die Laminae des Wirbels eingreift. Ein weiteres sehr häufig vorkommendes Befestigungselement ist eine Spinalschraube, die in verschiedene Seiten des Wirbelknochens geschraubt werden kann.
Bei einem typischen Verfahren unter Verwendung eines biegsamen Stabs wird der Stab auf einander gegenüberliegenden Seiten der Wirbelsäule oder Dornfortsätze platziert. Eine Mehrzahl von Knochenschrauben wird in einen Abschnitt verschiedener Wirbelkörper, sehr häufig in die Stiele dieser Wirbel, geschraubt. Die Stäbe werden an dieser Mehrzahl von Knochenschrauben befestigt, um korrigierende und stabilisierende Kräfte auf die Wirbelsäule aufzubringen.
Ein Beispiel für ein Wirbelsäulenbefestigungssystem des Stabtyps ist das von Danek Medical, Inc. vertriebene TSRH^® Spinal System. Das TSRH^® System umfasst längliche Stäbe und eine Auswahl von Haken, Schrauben und Bolzen, die alle so konfiguriert sind, dass in der gesamten Wirbelsäule ein Segmentkonstrukt gebildet wird. Gemäß einem Aspekt des TSRH^® Systems wird der Spinalstab mit den verschiedenen Wirbelbefestigungselementen über eine Augenschraube verbunden. In dieser Konfiguration greifen die Befestigungselemente in den Spinalstab seitlich neben dem Stab ein. Gemäß einem anderen Aspekt des TSRH^® Systems greift eine variable Winkelschraube über eine Augenschraube in den Spinalstab ein. Die variable Winkelschraube lässt die Drehung der Knochenschraube in einer einzigen Ebene zu, die parallel zur Ebene des Spinalstabs ist. Einzelheiten zu dieser variablen Winkelschraube sind im US-Patent Nr. 5,261,909 von Sutterlin et al. zu finden, dessen Inhaber die Zessionarin der vorliegenden Erfindung ist. Ein Ziel, das mit dem TSRH^® System erreicht wird, ist, dass der Chirurg Wirbelbefestigungselemente wie Spinalhaken oder eine Knochenschraube an der Wirbelsäule in angemessenen anatomischen Positionen anbringen kann. Mit dem TSRH^® System kann der Chirurg einen gebogenen Spinalstab für ein letztes Festziehen außerdem leicht mit den einzelnen Befestigungselementen in Eingriff bringen.
Ein weiteres Befestigungssystem des Stabtyps ist das von Sofamor Danek Group, Inc. vertriebene Cotrel-Dubosset/CD Spinal System. Wie das TSRH^® System, stellt das CD^® System eine Auswahl von Befestigungselementen für einen Eingriff zwischen einem länglichen Stab und der Wirbelsäule bereit. Gemäß einem Aspekt des CD^® Systems beinhalten die Befestigungselemente selbst einen Körper mit einem Schlitz, in dem der Spinalstab aufgenommen wird. Der Schlitz umfasst eine Gewindebohrung, in die ein Gewindestopfen eingreift, um den Stab innerhalb des Körpers des Befestigungselements einzuspannen. Das CD^® System umfasst Haken und Knochenschrauben mit dieser „offener Rücken" Konfiguration. Einzelheiten zu dieser Technik sind im US-Patent Nr. 5,005,562 von Dr. Cotrel enthalten. Ein Vorteil dieses Merkmals des CD^® Systems ist, dass das Befestigungselement direkt unterhalb des länglichen Stabs positioniert wird. Dies trägt dazu bei, dass der Gesamtumfang des Implantatkonstrukts verringert wird und Verletzungen von umliegendem Gewebe minimiert werden.
Andererseits können sich diese Befestigungselemente des CD^® Systems nur um den Spinalstab drehen, um variable Winkelpositionen relativ zu dem Stab einzunehmen. Dieser begrenzte Bereich der relativen Winkelpositionierung ist zwar für viele Spinalpathologien akzeptabel, doch wird in vielen anderen Fällen eine kreativere Ausrichtung einer Knochenschraube beispielsweise relativ zu einem Spinalstab verlangt. Bestimmte Aspekte dieses Problems werden von der variablen Winkelschraube des in dem Patent '909 beschriebenen TSRH^® Systems angegangen. Es besteht jedoch Bedarf an einer Knochenschraube, die eine Winkelausrichtung in mehreren Ebenen relativ zu dem Spinalstab erreichen kann. Vorzugsweise kann die Knochenschraube verschiedene dreidimensionale Ausrichtungen mit Bezug auf den Spinalstab erreichen. Schrauben dieses Typs werden als polyaxiale oder multiaxiale Knochenschrauben bezeichnet.
Andere haben versucht, dieses Problem mit verschiedenen polyaxialen Schraubenkonstruktionen zu lösen. In dem US-Patent Nr. 5,466,237 von Byrd et al. wird zum Beispiel eine Knochenschraube beschrieben, die einen kugelförmigen Vorsprung auf ihrer Oberseite hat. Ein Aufnahmeelement mit Außengewinde trägt die Knochenschraube und einen Spinalstab auf dem kugelförmigen Vorsprung. Eine Außenmutter wird auf dem Aufnahmeelement angezogen, um den Spinalstab gegen den kugelförmigen Vorsprung zu drücken, um verschiedene Winkelausrichtungen der Knochenschraube relativ zu dem Stab zu berücksichtigen. Bei diesem speziellen Ansatz wird zwar ein Minimum an Komponenten eingesetzt, doch ist die Befestigung der Knochenschraube am Stab nicht sicher genug. Mit anderen Worten, der Eingriff bzw. die Befestigung zwischen dem kleinen kugelförmigen Vorsprung auf der Knochenschraube und dem Spinalstab wird leicht aufgehoben, wenn die Instrumentierung den hohen Belastungen der Wirbelsäule, vor allem in der Lumbalregion, ausgesetzt ist.
Gemäß einem weiteren Ansatz, der im US-Patent Nr. 4,946,458 von Harms et al. beschrieben wird, wird eine Knochenschraube mit kugelförmigem Kopf innerhalb separater Hälften eines Aufnahmeelements getragen. Die Böden der Hälften werden durch einen Haltering zusammengehalten. Die oberen Enden der Aufnahmehälften werden um die Knochenschraube durch Muttern komprimiert, die auf einen Spinalstab mit Gewinde geschraubt sind. Gemäß einem anderen Ansatz von Harms et al. im US-Patent Nr. 5,207,678 wird ein Aufnahmeelement flexibel um einen teilweise kugelförmigen Kopf einer Knochenschraube angeschlossen. Konische Muttern auf einander gegenüberliegenden Seiten des Aufnahmeelements werden auf einen Gewindestab geschraubt, der durch den Aufnehmer läuft. Während die konischen Muttern aufeinander zu geschraubt werden, komprimiert das Aufnahmeelement flexibel um den Kopf der Knochenschraube, um die Knochenschraube in ihrer variablen Winkelposition festzuhalten. Ein Nachteil der Systeme in den beiden Patenten von Harms et al. besteht darin, dass der Spinalstab ein Gewinde haben muss, damit die Kompressionsmuttern aufgenommen werden können. Es ist bekannt, dass Gewindestäbe dazu neigen können, die Stäbe angesichts starker Spinalbelastungen zu schwächen. Darüber hinaus setzt die Konstruktion der Knochenschrauben in den Patenten '458 und '678 eine Vielzahl von Teilen voraus, wobei die Erzielung einer vollständigen Befestigung der Knochenschraube recht kompliziert ist.
Das US-Patent Nr. 5443461 von Biedermann wird in der Präambel von Anspruch 1 gewürdigt.
In der Industrie besteht daher weiterhin Bedarf an multiaxialen oder polyaxialen Knochenschrauben, die leicht und sicher in einen länglichen Spinalstab eingreifen können. Vorzugsweise kann der Spinalstab eine beliebige Konfiguration haben, d. h. er kann glatt, aufgerauht, gerändelt sein oder sogar ein Gewinde haben. Dieser Bedarf schließt auch den Bedarf an einer Minimierung des Profils und des Umfangs der jeweiligen Komponenten ein, die dazu verwendet werden, die Knochenschraube mit dem Spinalstab in einer Vielfalt von Winkelausrichtungen in Eingriff zu bringen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wirbelsäulenbefestigungsanordnung bereitgestellt, die aufweist:
ein längliches Element, das für eine Anordnung angrenzend und längs der Wirbelsäule ausgeführt ist;
ein Knocheneingriffsbefestigungselement, wobei das Befestigungselement einen unteren Abschnitt, der für einen Eingriff in einen Rückenwirbel ausgeführt ist, und einen vergrößerten Kopf aufweist;
ein Aufnahmeelement, das eine Bohrung dort hindurch von einem oberen Ende zu einem unteren Ende definiert, wobei die Bohrung eine Aussparung für das Aufnehmen des Kopfes des Knocheneingriffsbefestigungselementes darin umfasst, wobei die Aussparung eine untere Öffnung am unteren Ende des Aufnahmeelementes aufweist, durch die sich der untere Abschnitt des Befestigungselementes erstreckt, wobei das Element ebenfalls einen Kanal umfasst, der mit der Aussparung in Verbindung steht, und eine obere Öffnung am oberen Ende des Aufnahmeelementes aufweist, wobei der Kanal so ausgeführt ist, dass er das längliche Element darin angrenzend an die Aussparung aufnimmt;
ein Aufsatzelement, das durch die obere Öffnung eingesetzt werden kann und verschiebbar innerhalb der Aussparung angeordnet wird, wobei das Aufsatzelement eine untere Fläche, die den Kopf des Befestigungselementes berührt, und eine entgegengesetzte obere Fläche aufweist, die das längliche Element berührt; und
ein Kompressionselement, das innerhalb der Bohrung angrenzend an die obere Öffnung in Eingriff gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Fläche und der Kopf für ein relatives Eindringen ineinander ausgeführt sind, und wobei das Kompressionselement arbeitsfähig ist, um das längliche Element gegen das Aufsatzelement und das Aufsatzelement gegen den Kopf des Befestigungselementes für ein relatives Eindringen ineinander zu drücken, um dadurch den Kopf des Befestigungselementes zwischen dem Aufsatzelement und der Aussparung des Aufnahmeelementes zu befestigen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Anordnung bereit, die ein Knocheneingriffsbefestigungselement an einem länglichen Element in einer Mehrzahl von Winkelausrichtungen relativ zu dem länglichen Element befestigt. Die bevorzugte Ausgestaltung einer multiaxialen Knochenschraubanordnung bietet den Vorteil einer stabilen Befestigung zwischen einem Spinalstab und einer Knochenschraube, unabhängig von dem Winkel zwischen den beiden Komponenten.
Ein weiterer Vorzug der vorliegenden Erfindung ist die minimale Anzahl von Komponenten, die zur Erzielung dieser stabilen Befestigung notwendig sind. Ein weiterer Vorteil wird durch den aufgeweiteten Rand der Knochenschraube erreicht, durch den die Befestigung zwischen den Komponenten verstärkt wird. Weitere Vorteile und bestimmte Aufgaben der Erfindung werden anhand der folgenden schriftlichen Beschreibung und den Begleitfiguren offensichtlich, die eine Ausgestaltung der Erfindung illustrieren.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung beinhaltet der Kopf der Knochenschraube einen aufgeweiteten Rand an der abgestumpften oberen Fläche. Der aufgeweitete Rand ist so konfiguriert, dass er in die konische Bohrung des Aufsatzelementes eindringt, um einen festen Eingriff zwischen den beiden Komponenten zu erzielen. Der aufgeweitete Rand kann auch so gestaltet sein, dass er bei bestimmten Winkelausrichtungen des Knochenschraubkopfes in die Aussparung des Aufnahmeelements eindringt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Anordnung bereit, die ein Knocheneingriffsbefestigungselement an einem länglichen Element in einer Mehrzahl von Winkelausrichtungen relativ zu dem länglichen Element befestigt. Die bevorzugte Ausgestaltung einer multiaxialen Knochenschraubanordnung bietet den Vorteil einer stabilen Befestigung zwischen einem Spinalstab und einer Knochenschraube, unabhängig von dem Winkel zwischen den beiden Komponenten.
Ein weiterer Vorzug der vorliegenden Erfindung ist die minimale Anzahl von Komponenten, die zur Erzielung dieser stabilen Befestigung notwendig sind. Ein weiterer Vorteil wird durch den aufgeweiteten Rand der Knochenschraube erreicht, durch den die Befestigung zwischen den Komponenten verstärkt wird. Weitere Vorteile und bestimmte Aufgaben der Erfindung werden anhand der folgenden schriftlichen Beschreibung und der Begleitfiguren offensichtlich, die eine Ausgestaltung der Erfindung illustrieren.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Seitenansicht einer multiaxialen Knochenschraubanordnung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die im Eingriff mit einem länglichen Spinalstab dargestellt ist.
2 ist eine Querschnittsdarstellung der in 1 dargestellten multiaxialen Knochenschraubanordnung.
3 ist eine Seitenansicht einer Knochenschraube zur Verwendung in der in den 1 und 2 dargestellten Knochenschraubanordnung.
4 ist eine Draufsicht auf ein Aufnahmeelement, das zum Tragen der Knochenschraube aus 3 in der multiaxialen Knochenschraubanordnung der 1 und 2 verwendet wird.
5 ist eine Seitenansicht des in 4 dargestellten Aufnahmeelements.
6 ist eine Draufsicht auf ein Aufsatzelement für einen Eingriff zwischen der Knochenschraube aus 3 und einem Spinalstab, in Verbindung mit der in den 1 und 2 dargestellten multiaxialen Knochenschraubanordnung.
7 ist eine Seitenansicht des in 6 dargestellten Aufsatzelements.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
Für ein besseres Verständnis der Prinzipien der Erfindung wird nachfolgend auf die in den Zeichnungen illustrierten Ausgestaltungen Bezug genommen und für ihre Beschreibung wird eine bestimmte Sprache benutzt. Es ist jedoch zu verstehen, dass dies keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung darstellt, wobei Veränderungen und weitere Modifikationen der illustrierten Vorrichtung und weitere Anwendungen der darin illustrierten Prinzipien der Erfindung in Erwägung gezogen werden, die normalerweise einer fachkundigen Person, an die die Erfindung gerichtet ist, einfallen würden.
In den 1 und 2 sind die allgemeinen Komponenten einer multiaxialen Knochenschraubanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die multiaxiale Knochenschraubanordnung 10 beinhaltet eine Knochenschraube 11, die so konfiguriert ist, dass sie in einen Knochen wie einen Wirbel eingreift. Die Anordnung umfasst des weiteren ein Aufnahmeelement 12, das die Knochenschraube trägt, ein Aufsatzelement 13 zum Eingreifen in die Knochenschraube und ein Kompressionselement 14, das in dem Aufnahmeelement 12 angeordnet ist, um einen Spinalstab R innerhalb der Anordnung 10 einzuspannen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Knochenschraube 11 wie in 3 dargestellt konfiguriert. Die Knochenschraube 11 beinhaltet insbesondere einen Gewindeschaft 21, der vorzugsweise ein Gewinde aufweist, das so konfiguriert ist, dass die Knochenschraube in einem Knochen fest verankert wird. Am meisten bevorzugt wird, dass das Gewinde ein spongiöses Gewinde oder ein Gewinde ist, das für eine stabile Befestigung innerhalb der Knochenschwammsubstanz des Vertebralkörpers ohne weiteres angepasst wird. Es ist zu verstehen, dass der Gewindeschaft 21 je nach der Beschaffenheit des Knochens, in den die Knochenschraube 11 eingreift, eine Reihe verschiedener Konfigurationen haben kann. Ferner kann die Länge des Gewindeschafts 21 auf den Knochen, in den die Schraube geführt wird, angepasst werden. In einer spezifischen Ausgestaltung hat der Gewindeschaft 21 eine Länge von etwa 4,45 cm (1,75 Zoll) und weist ein Gewinde auf, das für den Eingriff in den Stiel eines Lendenwirbels vorgesehen ist.
Die Knochenschraube 11 umfasst ferner einen Kopf 22 an ihrem oberen oder proximalen Abschnitt. Der Kopf 22 hat eine teilweise kugelförmige Außenfläche 23. Es wurde gefunden, dass eine kugelförmige Fläche hinsichtlich der Erzielung multiaxialer Winkelvariationen der Position der Knochenschraube 11 relativ zu einem Spinalstab R optimal ist. Gemäß einer spezifischen Ausgestaltung hat der Kopf 22, und insbesondere die kugelförmige Fläche 23, einen Durchmesser von 0,801 cm (0,315 Zoll). Wie in 3 zu sehen ist, bildet der Kopf 22 keine vollständige Kugel und ist an der oberen Fläche 24 abgestumpft. Wiederum in einer spezifischen Ausgestaltung hat der Kopf 22 eine Höhe von 0,498 cm (0,196 Zoll), gemessen zwischen der abgestumpften oberen Fläche 24 und der unteren Abstumpfung des Kopfes am Übergangsschaft 27.
Der Kopf 22 hat eine Werkzeugaufnahmeaussparung 25, die von der oberen Fläche 24 aus in den Kopf hineinragt. In einer Ausgestaltung ist die Aussparung 25 eine Sechskant-Aussparung für die Aufnahme eines in der Technik bekannten Antriebswerkzeugs mit Sechskantende. Es ist natürlich zu verstehen, dass die Werkzeugaufnahmeaussparung 25 verschiedene Konfigurationen haben kann, wie z. B. eine TORX^® Konfiguration.
Wie oben erwähnt wurde, ist der Kopf 22 über einen Übergangsschaft 27 mit dem Gewindeschaft 21 der Knochenschraube 11 verbunden. Wie in 3 zu sehen ist, hat der Übergangsschaft 27 gemäß der bevorzugten Ausgestaltung einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Kopfes 22. Wie in 2 zu sehen ist, schafft der Übergangsschaft 27 mit reduziertem Durchmesser der Knochenschraube einen Spielraum, wenn diese in ihrem größten Winkel relativ zu dem Aufnahmeelement 12 ausgerichtet ist. In einer spezifischen Ausgestaltung hat der Übergangsschaft 27 einen Durchmesser von 0,600 cm (0,236 Zoll), der etwa 0,2 cm (0,08 Zoll) kleiner ist als der Durchmesser des Kopfes 22.
Wieder bezugnehmend auf 2, ein Aufnahmeelement 12 ist vorgesehen, um sowohl den Knochenschraubkopf 22 als auch den Spinalstab R zu tragen. Die Details des Aufnahmeelements 12 sind auch in den 4 und 5 zu sehen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Aufnahmeelement 12 einen U-förmigen Körper 30, der einen ersten Arm 31 und einen zweiten Arm 32 definiert. Die Arme bilden einen Kanal 33 zwischen sich. Der Kanal endet in einem Rand 33a auf gegenüberliegenden Seiten des U-förmigen Körpers 30. Der Kanal 33 hat vorzugsweise eine Breite, die etwas größer ist als der Durchmesser eines Spinalstabs, mit dem die Knochenschraube 11 in Eingriff gebracht werden soll. Der Kanal 33 hat eine Öffnung 33b am oberen Ende des Elements 12, in die der Stab R, die Knochenschraube 11 und der Ring 13 eingesetzt werden.
Das Aufnahmeelement 12 hat ferner eine zentrale Bohrung 34 durch den Körper 30. Der unterste Abschnitt der Bohrung 34 weist eine verjüngte Aussparung 35 auf, innerhalb derer der Kopf 22 der Knochenschraube 11 liegt, wie in 2 zu sehen ist. Die zentrale Bohrung beinhaltet außerdem eine Aufsatzaussparung 36, die unmittelbar über der verjüngten Aussparung 35 liegt. Die Aufsatzaussparung mündet in einen Gewindeabschnitt 37, der sich zur oberen Öffnung 33b des Kanals erstreckt. Die Größe des Aufnahmeelements 12 ist vorzugsweise auf einen minimalen Umfang und einen minimalen Überstand oberhalb der Wirbelsäule ausgelegt. Gemäß einer spezifischen Ausgestaltung hat das Aufnahmeelement eine Höhe von etwa 1,52 cm (0,597 Zoll). In dieser spezifischen Ausgestaltung kann ein innerhalb des Kanals 33 angeordneter Stab nur 0,5 cm (0,2 Zoll) über der Oberfläche des Wirbels sitzen, wenn das Aufnahmeelement 12 mit dem Knochen in Kontakt ist.
Gemäß einem Aspekt des Aufnahmeelements 12 sind einander gegenüberliegende Werkzeugaussparungen 38 in jedem der Arme 31 und 32 vorgesehen. Die Werkzeugaussparungen sind so konfiguriert, dass ein Einsetzwerkzeug, wie zum Beispiel ein Einsetzwerkzeug, das zum Einsetzen von Spinalhaken in die Wirbelsäule verwendet wird, in sie eingreifen kann. Das Aufnahmeelement 12 kann auch eine Reihe von Greiflöchern 39 auf den lateral aneinander grenzenden Seiten des Körpers aufweisen. In der spezifischen illustrierten Ausgestaltung sind vier solcher Löcher auf beiden Seiten des Aufnahmeelements 12 vorgesehen. In diese Greiflöcher kann ein angemessen konfiguriertes Greifwerkzeug eingreifen, um das Aufnahmeelement 12 während des Anziehens der Knochenschraube und der anderen Komponenten der Knochenschraubanordnung 10 zu tragen.
In der bevorzugten Ausgestaltung verlässt die zentrale Bohrung 34 den U-förmigen Körper 30 an einer unteren Öffnung 34a. Die untere Öffnung 34a hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Kopfes der Knochenschraube. Demzufolge wird die Knochenschraube durch die obere Öffnung 33b des Kanals 33 und durch die zentrale Bohrung 34 eingesetzt, bis sie mit der unteren Öffnung 34a der Bohrung 34 in Kontakt kommt. In einer spezifischen Ausgestaltung hat die untere Öffnung 34a einen Durchmesser von 0,755 cm (0,297 Zoll), der etwa 0,05 cm (0,02 Zoll) kleiner ist als der Durchmesser des Knochenschraubkopfes 22. Die verjüngte Aussparung 35 weitet sich dann von diesem Durchmesser der unteren Bohrung 34a bis zu einem größeren Durchmesser neben der Aufsatzaussparung 36. In einer spezifischen Ausgestaltung beträgt dieser größere Durchmesser 0,941 cm (0,370 Zoll) und ist größer als der Außendurchmesser des Kopfes 22 der Knochenschraube 11. In dieser spezifischen Ausgestaltung ist die verjüngte Aussparung 35 in einem Winkel von etwa 11° von der unteren Öffnung 34a zur Aufsatzaussparung 36 konisch aufgeweitet. Wieder in dieser spezifischen Ausgestaltung hat diese verjüngte Aussparung eine Höhe zwischen den beiden Enden der Aussparung von etwa 0,478 cm (0,188 Zoll). Die verjüngte Aussparung 35 kann verschiedene Ausrichtungen und Winkel annehmen, je nach dem Winkelbereich, den die Knochenschraube 11 relativ zum Spinalstab erreichen soll. Wie in 2 zu sehen ist, kann die Knochenschraube 11 in einem Winkel A relativ zu einer Ebene ausgerichtet werden, die durch das Zentrum des Spinalstabs R verläuft. Der Bereich dieses Winkels A kann anhand des Durchmessers des Übergangsschaftes 27 der Knochenschraube 11 sowie anhand des Winkels der verjüngten Aussparung 35 bestimmt werden. In der spezifischen illustrierten Ausgestaltung ist die Knochenschraube in der Lage, einen Winkelbereich A von bis zu 20° zu erreichen.
Der Gewindeabschnitt 37 des U-förmigen Körpers 30 ist so konfiguriert, dass er in das Kompressionselement 14 eingreift, das vorzugsweise eine Stellschraube ist. Insbesondere unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Stellschraube 14 einen Gewindestopfen 55 mit einem Gewinde, das so konfiguriert ist, dass es in den Gewindeabschnitt 37 des Aufnahmeelements 12 eingreift. Die Stellschraube 14 beinhaltet außerdem einen Antriebskopf 56 mit einer Werkzeugaussparung 57. In dieser spezifischen Ausgestaltung kann die Werkzeugaussparung eine Sechskant-Aussparung sein. Alternativ kann der Antriebskopf 56 selbst eine Außenkonfiguration für die Aufnahme eines Antriebswerkzeugs haben. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung ist die Stellschraube 14 eine „Abbrech"-Stellschraube, bei der der Antriebskopf 56 in einer Scherzone 58 von dem Gewindestopfen 55 abgetrennt wird. Wie in der Technik bekannt ist, wird der Kopf der Abbrech-Stellschraube bei einem vorbestimmten Drehmoment abgetrennt, wobei das Drehmoment auf dem Widerstand basiert, der von dem Kopf 22 der Knochenschraube, dem Aufsatzelement 13 und dem Spinalstab R geleistet wird, während sie zwischen dem Aufnahmeelement 12 und der Stellschraube 14 komprimiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet die Knochenschraubanordnung 10 ein Aufsatzelement 13. Die Details des Aufsatzelements sind in den 6 und 7 dargestellt. Das Aufsatzelement 13 ist insbesondere hohl und hat eine konische Bohrung 45 an seinem unteren Ende. Wie in 2 zu sehen ist, liegt der Kopf 22 der Knochenschraube 11 wenigstens teilweise innerhalb der konischen Bohrung 45 des Aufsatzrings, wenn die Schraubanordnung 10 zusammengebaut ist. Das Aufsatzelement 13 hat ferner eine Werkzeugeinsetzbohrung 46, die direkt über der Werkzeugaufnahmeaussparung 25 der Knochenschraube 11 ausgerichtet werden kann, wenn sich die Knochenschraube in dem Aufnahmeelement 12 befindet. Das Aufsatzelement 13 hat außerdem ein konisches Werkzeugrelief 47 am oberen Ende der Werkzeugeinsetzbohrung 46. Dieses Relief ist in einem solchen Winkel ausgerichtet, dass eine Positionierung eines Antriebswerkzeugs in dem Kopf der Knochenschraube 11 selbst dann möglich ist, wenn das Aufnahmeelement 12 nicht direkt mit der Knochenschraube fluchtet.
Das Aufsatzelement 13 weist außerdem eine konische äußere Fläche 48 auf, die vorzugsweise komplementär zur verjüngten Aussparung 35 des Aufnahmeelements 12 ist. Das Element 13 hat außerdem einen Rand 49 an seinem oberen Ende. Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat der Rand 49 des Aufsatzelements 13 einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Aufsatzaussparung 36. Der Durchmesser der Aufsatzaussparung 36 und auch des Randes 49 des Aufsatzelements 13 ist etwas größer als der Innendurchmesser des Gewindeabschnitts 37 des Aufnahmeelements 12. Auf diese Weise kann das Aufsatzelement 13 in der Aufsatzaussparung 36 festgehalten werden, wenn die multiaxiale Knochenschraubanordnung 10 nur locker verbunden ist. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Rand 49 durch den Gewindeabschnitt 37 des Aufnahmeelements 12 von der oberen Öffnung 33b des Kanals 33 geschraubt werden, bis er sich in der Aufsatzaussparung 36 befindet. Der Rand 49 kann auch mit einem einzigen Gewindegang versehen sein, der mit dem Innengewinde des Gewindeabschnitts 37 zusammenpasst, um das Einsetzen des Aufsatzelements 13 in das Aufnahmeelement 12 zu erleichtern.
Gemäß einer spezifischen Ausgestaltung hat das Aufsatzelement einen Außendurchmesser von 0,910 cm (0,358 Zoll) am Rand 49. Dieser Durchmesser ist etwa 0,031 cm (0,012 Zoll) größer als der Innendurchmesser des Gewindeabschnitts 37 und etwa 0,031 cm (0,012 Zoll) kleiner als der Durchmesser der Aufsatzaussparung 36. Die konische Bohrung 45 ist vorzugsweise in einem Winkel von etwa 45° ausgerichtet, so dass die konische Bohrung 45 an ihrem oberen Ende einen Durchmesser von etwa 0,824 cm (0,324 Zoll) hat, der größer ist als der Durchmesser des Kopfes 22 der Knochenschraube 11.
Wenn die multiaxiale Knochenschraubanordnung 10 verwendet werden soll, dann wird die Knochenschraube 11 so in ein Aufnahmeelement 12 eingesetzt, dass die Schraube durch die untere Öffnung 34a der zentralen Bohrung 34 verläuft. An diesem Punkt kann das Aufnahmeelement 12 an den Werkzeugaussparungen 38 durch ein Greifwerkzeug getragen werden. In die Werkzeugaussparung 38 der Knochenschraube 11 kann ein Antriebsinstrument eingreifen, um die Knochenschraube 11 in den Wirbelknochen zu schrauben. Nachdem die Knochenschraube 11 bis zur vorbestimmten Tiefe in den Knochen geführt wurde, kann das Aufsatzelement 13 in das Aufnahmeelement 12 gesetzt und auf dem Kopf 22 der Knochenschraube 11 ausgerichtet werden. Ein Greifwerkzeug kann dann über die Greiflöcher 39 in das Aufnahmeelement 12 eingreifen, um das Aufnahmeelement zu tragen, während die verschiedenen Komponenten der Anordnung 10 aneinander festgezogen werden. Der Spinalstab R kann in die obere Öffnung 33b des Kanals 33 und in den Kanal 33 gedrückt werden. Sobald der Spinalstab R an dem Aufsatzelement 13 anliegt, müsste das Element seine Endausrichtung relativ zum Kopf 22 der Knochenschraube 11 einnehmen. Wie in 2 zu sehen ist, ist der aufgeweitete Rand 26 des Kopfes 22 der Knochenschraube 11 in dieser Ausrichtung mit der konischen Bohrung 45 des Aufsatzelements 13 irgendwo über dem unteren Ende des Aufsatzelementes und neben der Werkzeugeinsetzbohrung 46 in Kontakt. In dieser Ausrichtung kontaktiert der aufgeweitete Rand 26 auch die verjüngte Aussparung 35 des Aufnahmeelements 12.
Wenn sich der Spinalstab R in seiner Position befindet, kann die Stellschraube 14 in den Gewindeabschnitt 37 des Aufnahmeelements 12 geschraubt werden. Während die Stellschraube 14 weiter in das Aufnahmeelement 12 angezogen wird, werden die verjüngte Aussparung 35 des Aufnahmeelements 12 und die Stellschraube 14 zueinander hin gezogen. Mit dem Voranschreiten dieses Prozesses drückt sich der Spinalstab R gegen das obere Ende des Aufsatzelementes 13, das sich dann gegen den Kopf 22 der Knochenschraube 11 drückt. Während die Kompression fortdauert, dringt der aufgeweitete Rand 26 der Knochenschraube 22 in die konische Bohrung 45 des Aufsatzelements 13 ein oder beißt sich in diese. Der aufgeweitete Rand 26 dringt auch vorzugsweise in die verjüngte Aussparung 35 des Aufnahmeelements 12 ein. Das Eindringen des aufgeweiteten Rands 12 trägt dazu bei zu verhindern, dass sich das Aufsatzelement, das Aufnahmeelement und der Knochenschraubkopf unter starken Spinalbelastungen voneinander lösen, so dass die Befestigung der Knochenschraube 11 am Spinalstab R einen hohen Sicherheitsgrad aufweist.
Während die Stellschraube 13 weiter in den Gewindeabschnitt 37 des Aufnahmeelements festgezogen wird, widersteht der Knochenschraubkopf 22 einer weiteren Bewegung in die verjüngte Aussparung 35. Ein weiteres Festziehen der Stellschraube setzt ein höheres Drehmoment voraus, bis der Schraubkopf 56 von dem Gewindestopfen 55 in der Scherzone 58 abgetrennt wird. Vorzugsweise befindet sich die Scherzone innerhalb des Aufnahmeelements 12, so dass kein Abschnitt der Stellschraube 14 über die Öffnung 33b des Aufnahmeelements hinausragt.
Die in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung ausführlich illustrierte und beschriebene Erfindung ist ihrem Wesen nach als illustrativ und nicht beschränkend anzusehen, wobei zu verstehen ist, dass nur die bevorzugte Ausgestaltung dargestellt und beschrieben wurde und dass alle Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung geschützt werden sollen.
Die spezifische Ausgestaltung der multiaxialen Knochenschraubanordnung 10 kann zum Beispiel so bemessen sein, dass sie auf einer beliebigen Ebene der Wirbelsäule platziert werden kann. Natürlich ist es zu verstehen, dass die relative Größe der Komponenten der Anordnung für den speziellen zu instrumentierenden Wirbel modifiziert wird. Ebenso können die relativen Dimensionen der Knochenschraube und des Aufnahmeelements modifiziert werden, um einen höheren oder geringeren Verwinkelungsgrad der Knochenschraube relativ zum Spinalstab zu ermöglichen.
In der bevorzugten Ausgestaltung bestehen die Komponenten der Anordnung 10 aus Edelstahl. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Anordnung 10 aus anderen biokompatiblen Materialien, wie Titan, und sogar aus Materialien gebildet werden kann, die das Einwachsen von Knochen zulassen.
Die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung betrifft zwar eine Knochenschraube, doch können ferner andere Knochenbefestigungselemente angepasst werden, um die multiaxialen Fähigkeiten dieser Erfindung umzusetzen. Ein Wirbelhaken kann zum Beispiel mit einem kugelförmigen Kopf ausgestattet werden, der mit Hilfe der Komponenten der Anordnung 10 an einem Spinalstab eingespannt wird.
Es ist auch zu verstehen, dass, während die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung eine Knochenschraube mit einem Stab in Eingriff bringt, verschiedene Längselemente erwogen werden. Zum Beispiel kann eine längliche Stange in den Kanal des Aufnahmeelements gesetzt werden, um zwischen dem Aufsatzelement und der Stellschraube eingespannt zu werden. Die vorliegende Erfindung kann gleichermaßen gut auf glatte Stäbe oder Stangen oder Längselemente mit verschiedenen Oberflächenmerkmalen, wie Rändel oder Gewinde, angewendet werden.

Claims

Wirbelsäulenbefestigungsanordnung, die aufweist: ein längliches Element (R), das für eine Anordnung angrenzend und längs der Wirbelsäule ausgeführt ist; ein Knocheneingriffsbefestigungselement (11), wobei das Befestigungselement einen unteren Abschnitt (21), der für einen Eingriff in einen Rückenwirbel ausgeführt ist, und einen vergrößerten Kopf (22) aufweist; ein Aufnahmeelement (12), das eine Bohrung (34) dort hindurch von einem oberen Ende zu einem unteren Ende definiert, wobei die Bohrung (34) eine Aussparung (35) für das Aufnehmen des Kopfes (22) des Knocheneingriffsbefestigungselementes darin umfaßt, wobei die Aussparung (35) eine untere Öffnung am unteren Ende des Aufnahmeelementes aufweist, durch die sich der untere Abschnitt des Befestigungselementes (11) erstreckt, wobei das Element (12) ebenfalls einen Kanal (33) umfaßt, der mit der Aussparung (35) in Verbindung steht, und eine obere Öffnung (33b) am oberen Ende des Aufnahmeelementes aufweist, wobei der Kanal so ausgeführt ist, daß er das längliche Element (R) darin angrenzend an die Aussparung aufnimmt; ein Aufsatzelement (13), das durch die obere Öffnung (33b) eingesetzt werden kann und verschiebbar innerhalb der Aussparung (35) angeordnet wird, wobei das Aufsatzelement (13) eine untere Fläche (45), die den Kopf (22) des Befestigungselementes (11) berührt, und eine entgegengesetzte obere Fläche (47) aufweist, die das längliche Element (R) berührt; und ein Kompressionselement (14), das innerhalb der Bohrung (34) angrenzend an die obere Öffnung (33b) in Eingriff gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Fläche (45) und der Kopf (22) für ein relatives Eindringen ineinander ausgeführt sind, und wobei das Kompressionselement arbeitsfähig ist, um das längliche Element (R) gegen das Aufsatzelement (13) und das Aufsatzelement (13) gegen den Kopf (22) des Befestigungselementes für ein relatives Eindringen ineinander zu drücken, um dadurch den Kopf des Befestigungselementes zwischen dem Aufsatzelement (13) und der Aussparung (35) des Aufnahmeelementes (12) zu befestigen.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der: die Bohrung (34) einen mit Innengewinde versehenen Abschnitt (37) angrenzend an die obere Öffnung (33b) umfaßt; und das Kompressionselement (14) eine Stellschraube mit Gewindegängen für einen Eingriff mit dem mit Innengewinde versehenen Abschnitt ist.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Kopf (22) des Knocheneingriffsbefestigungselementes (11) eine abgestumpfte obere Fläche (24) umfaßt und eine Werkzeugaufnahmeaussparung (25) durch die obere Fläche definiert.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Kopf (22) des Knocheneingriffsbefestigungselementes (11) eine abgestumpfte obere Fläche (24) und einen aufgeweiteten Rand (26) angrenzend an die obere Fläche umfaßt, wobei der aufgeweitete Rand (26) vorhanden ist, damit mindestens die untere Fläche (45) des Aufsatzelementes (13) eindringt, wenn der Kopf des Befestigungselementes zwischen dem Aufsatzelement (13) und der Aussparung (35) befestigt wird.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die untere Fläche (45) des Aufsatzelementes (13) eine konische Fläche ist.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Aufsatzelement (13) dort hindurch eine Bohrung definiert, wobei die Bohrung die untere Fläche (45) umfaßt, die den Kopf (22) des Befestigungselementes (11) berührt, und wobei die Bohrung eine Werkzeugeinsetzbohrung (46) umfaßt, die so ausgeführt ist, daß ein Antriebswerkzeug aufgenommen wird, um mit dem Kopf (22) des Befestigungselementes (11) durch die Bohrung des Aufsatzelementes (13) in Eingriff zu kommen.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der: die Bohrung (34) des Aufnahmeelementes (12) einen Abschnitt für einen Eingriff des Kompressionselementes (14) und eine Aufsatzaussparung (36) zwischen dem Abschnitt und der Aussparung umfaßt, wobei der Abschnitt einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Aufsatzaussparung; und die Aufsatzaussparung (36) einen oberen Rand umfaßt, der einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Aufsatzaussparung, aber größer als der Innendurchmesser des Abschnittes der Bohrung.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Aussparung (34) von einem größeren Durchmesser zu einem kleineren Durchmesser am unteren Ende konisch verjüngt wird.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 8, bei der das Aufsatzelement (13) eine konische äußere Fläche (48) umfaßt, die für einen komplementären Eingriff mit der verjüngten Aussparung (34) des Aufnahmeelementes (12) ausgeführt ist.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der: der Kopf (22) zumindestens teilweise kugelförmig in seiner Konfiguration ist; die Aussparung (34) des Aufnahmeelementes und der Kopf (22) für ein relatives Eindringen zwischeneinander ausgeführt sind; und das Kompressionselement (14) arbeitsfähig ist, um das längliche Element (R) gegen das Aufsatzelement (13), das Aufsatzelement gegen den Kopf (22) des Befestigungselementes (11) und den Kopf gegen die Aussparung (34) zu drücken, um dadurch den Kopf des Befestigungselementes zwischen dem Aufsatzelement und der Aussparung des Aufnahmeelementes (12) mit einer relativen Eindringung zwischen dem Aufnahmeelement und dem Kopf des Befestigungselementes zu befestigen.
Wirbelsäulenbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der: der Kopf (22) zumindestens teilweise kugelförmig in seiner Konfiguration ist und einen Kugeldurchmesser aufweist; die Aussparung (34) sich von einem Durchmesser, der größer ist als der Kugeldurchmesser des Kopfes des Befestigungselementes, zu einem Durchmesser an der unteren Öffnung verjüngt, der kleiner ist als der Kugeldurchmesser; die Aussparung (34) des Aufnahmeelementes (12) und der Kopf (22) für ein relatives Eindringen zwischeneinander ausgeführt sind; die untere Fläche (45) des Aufsatzelementes (13) konisch ist; und das Kompressionselement (14) arbeitsfähig ist, um das längliche Element (R) gegen das Aufsatzelement (13) und das Aufsatzelement gegen den Kopf (22) des Befestigungselementes (11) und den Kopf gegen die Aussparung (34) zu drücken, um dadurch das Kopfbefestigungselement zwischen dem Aufsatzelement (13) und der Aussparung (34) des Aufnahmeelementes (12) bei einem relativen Eindringen zwischen dem Kopf des Befestigungselementes und sowohl der Aussparung (34) als auch der konischen unteren Fläche (45) des Aufsatzelementes (13) zu befestigen.