DE60129998T2

DE60129998T2 - Gerät zur implantation in knochen

Info

Publication number: DE60129998T2
Application number: DE60129998T
Authority: DE
Inventors: Isador H. Pepper Pike LIEBERMAN
Original assignee: Cleveland Clinic Foundation
Current assignee: Cleveland Clinic Foundation
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: AU1301402A; US6551322B1; EP1322242B1; AU2002213014B2; JP5058605B2; EP1322242A1; CA2424173C; CA2424173A1; WO2002028297A1; JP2004510488A; DE60129998D1; JP2007125413A; EP1322242A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Implantation in einen Knochen in der Wirbelsäule oder dem Becken eines Patienten gerichtet und ist insbesondere auf eine Vorrichtung gerichtet, die, wenn sie implantiert ist, beständig ist gegen Kippeln in dem Knochen und gegen Herausgezogenwerden aus dem Knochen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Knochenschrauben werden auf dem Gebiet der Medizin für eine Vielzahl von Zwecken verwendet. Typische Verwendungen für Knochenschrauben, die auch als Knochenanker bezeichnet werden, schließen das Behandeln eines Knochenbruchs, das Befestigen einer Korrekturvorrichtung an Teilen eines gebrochenen Knochens in einem dem Bruch benachbarten Bereich und das Befestigen einer Korrekturvorrichtung an einer Gruppe von Knochen, wie beispielsweise den Wirbeln einer Wirbelsäule, ein.
Die meisten bekannten Knochenschrauben verwenden eine herkömmliche Schraubengestaltung, d.h., einen massiven Schaft, mit einem oder mehreren Außengewindegängen. Der massive Schaft und die Außengewindegänge der herkömmlichen Knochenschrauben können bewirken, dass die Knochenschrauben ein unerwünscht großes Maß an Knochen verdrängen, wenn sie implantiert werden. Es ist ebenfalls bekannt, dass ein korkenzieherartiger spiraliger Dorn als Gewebeanker verwendet wird. Die bekannten korkenzieherartigen Gewebeanker verdrängen, wenn sie implantiert werden, weniger Knochen als die herkömmlichen Knochenschrauben, sind aber im Allgemeinen nicht in der Lage, ohne strukturellen Ausfall hohen Zugbelastungen zu widerstehen. Die Europäische Patentschrift Nr. 0374088 A1 offenbart eine Knochenschraube, die eine Doppel-Korkenzieher-Gestaltung hat. Bei dieser Doppel-Korkenzieher-Gestaltung, die geformt wird durch Hinaufbohren eines Durchgangs durch eine Schraube mit einem massiven Schaft und anschließendes Herausspanen des Materials zwischen den zwei Korkenziehern, ist die Verbindung der Korkenzieher mit dem Schaft wahrscheinlich nicht in der Lage, hohen Zugbelastungen und wiederholten Ermüdungsbelastungen strukturell zu widerstehen. Diese strukturelle Schwache bei der Gestaltung der Schraube im Dokument EP 0374088 wird ferner dadurch verstärkt, dass die Korkenzieher einen größeren Gesamtdurchmesser haben als der Kopf der Schraube, wo das Drehmoment ausgeübt wird.
Es sind Stifte bekannt, die Spiralbefestigungselemente haben, um weiches Gewebe an weichem Gewebe oder Nähte an weichem Gewebe zu befestigen, wie beispielsweise der in US 5728116 beschriebene. Diese sind mechanisch unzureichend für ein Eindringen in Knochen.
Eine der anspruchsvollsten Anwendungen einer Knochenschraube ist die Implantation der Schraube in die Substantia spongiosa der Wirbelsäule oder des Beckens eines Patienten. Zum Beispiel werden Knochenschrauben häufig während einer Spondylodeseoperation zum Korrigieren einer Skoliose in die Substantia spongiosa der Lendenwirbel eines Patienten implantiert. Sobald sie implantiert sind, werden die Knochenschrauben verwendet, um geeignete spinale Fixationsinstrumente, wie beispielsweise Klammern, Stäbe und Platten, anzubringen. Unglücklicherweise können viele der bekannten Knochenschrauben, wie beispielsweise die oben beschriebenen, anfällig sein für Kippeln im Wirbelkörper und können sich auf Grund der beträchtlichen Kräfte auf die Schrauben von der Bewegung des menschlichen Körpers und dem Muskelgedächtnis aus dem Wirbelkörper herausziehen. Es ist bekannt, dass, um eine hohe Beständigkeit gegen Herausziehen zu erreichen, eine Knochenschraube vollständig durch einen Wirbel geschraubt und auf der entgegengesetzten Seite eine Mutter angebracht wird. Jedoch steigert die Verwendung einer solchen Mutter die Komplexität des chirurgischen Verfahrens.
Daher ist es wünschenswert, eine Vorrichtung bereitzustellen zur Implantation in einen Knochen in der Wirbelsäule oder dem Becken eines Patienten in einem minimal invasiven endoskopischen Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Plattform zum Anschließen von spinalen Fixationsinstrumenten bereitstellt und, wenn sie implantiert ist, sehr beständig ist gegen Kippeln in dem Knochen und gegen Herausgezogenwerden aus dem Knochen, trotz der beträchtlichen Kräfte auf die Vorrichtung von der Bewegung des menschlichen Körpers und dem Muskelgedächtnis.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zur Implantation in einen Knochen in der Wirbelsäule oder dem Becken eines Patienten. Die Vorrichtung ist, wenn sie implantiert ist, beständig gegen Kippeln in dem Knochen und gegen Herausgezogenwerden aus dem Knochen. Die Vorrichtung umfasst eine Plattform, die eine erste Oberfläche hat, die zu einem Knochen in der Wirbelsäule oder dem Becken eines Patienten zeigt. Die Plattform schließt eine Struktur zur Verbindung mit einem spinalen Fixationsimplantat ein. Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens einen spiraligen Dorn zum Einbetten in den Knochen auf eine Drehung der Plattform hin. Der spiralige Dorn springt in Tangentialrichtung von der Plattform vor und erstreckt sich um eine Längsachse. Der spiralige Dorn hat einen Spitzenabschnitt an einem distalen Ende, der in den Knochen eindringt, wenn die Plattform gedreht wird. Der spiralige Dorn hat ferner einen Verbindungsabschnitt an einem proximalen Ende, der mit der Plattform verbunden ist, und einen Zwischenabschnitt, der sich zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Spitzenabschnitt erstreckt.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Paar von spiraligen Dornen, die sich um die Längsachse erstrecken. Die proximalen Enden des Paares von spiraligen Dornen sind mit einem Abstand von 180° zueinander angeordnet.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung drei spiralige Dorne, die sich um die Längsachse erstrecken. Die proximalen Enden des Paares von spiraligen Dornen sind mit einem Abstand von 120° zueinander angeordnet.
Nach noch einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die wenigstens einen Anker zur Implantation in einen Knochen umfasst. Der Anker ist, wenn er implantiert ist, beständig gegen Kippeln in dem Knochen und gegen Herausgezogenwerden aus dem Knochen. Die Vorrichtung umfasst ferner ein spinales Fixationsimplantat, das sich zwischen mehreren Knochen erstrecken und sie verbinden soll. Der Anker schließt eine Plattform ein, die eine erste Oberfläche hat, die zu dem Knochen zeigt. Die Plattform hat ferner eine Struktur zur Verbindung mit dem spinalen Fixationsimplantat. Der Anker umfasst ferner wenigstens zwei spiralige Dorne zum Einbetten in den Knochen auf eine Drehung der Plattform hin. Die spiraligen Dorne sind mit Abstand zueinander angeordnet und springen in Tangentialrichtung von der ersten Oberfläche an der Plattform vor. Die spiraligen Dorne erstrecken sich um eine Längsachse. Jeder der spiraligen Dorne hat einen Spitzenabschnitt an einem distalen Ende, der in den Knochen eindringt, wenn die Plattform gedreht wird. Jeder der spiraligen Dorne hat ferner einen Verbindungsabschnitt an einem proximalen Ende, der mit der Plattform verbunden ist, und einen Zwischenabschnitt, der sich zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Spitzenabschnitt erstreckt.
Nach noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung einen ersten Anker zur Implantation in einen ersten Knochen und einen zweiten Anker zur Implantation in einen zweiten Knochen. Sowohl der erste als auch der zweite Anker erstrecken sich kolinear längs der Längsachse. Die Dorne, die von der Plattform des ersten Ankers vorspringen, erstrecken sich in einer ersten Richtung. Die Dorne, die von der Plattform des zweiten Ankers vorspringen, erstrecken sich in einer zweiten Richtung, entgegengesetzt zur ersten Richtung. Das spinale Fixationsimplantat umfasst ein Element, das sich längs der Längsachse erstreckt und den ersten und den zweiten Anker miteinander verbindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet, das die Erfindung betrifft, offensichtlich bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische anteriore Ansicht einer nach der vorliegenden Erfindung aufgebauten Vorrichtung, implantiert in einen Wirbelkörper, ist,
2 eine schematische anteriore Ansicht mehrerer mit der Vorrichtung von 1 implantierter und durch ein spinales Fixationsimplantat nach der vorliegenden Erfindung verbundener Wirbelkörper ist,
3 eine Seitenansicht, längs der Linie 3-3 in 2, ist,
4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 2 ist und ein Eindrehinstrument zum Drehen der Vorrichtung illustriert,
5 eine Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist,
6 eine Schnittansicht, längs 6-6 in 5, ist,
7 eine alternative Konfiguration für einen Endabschnitt der Vorrichtung von 1 illustriert,
8 eine Seitenansicht ist, die eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung illustriert,
9 eine Schnittansicht, längs der Linie 9-9 in 8, ist,
10 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht ist, die eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung illustriert,
11 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von 10, implantiert in ein Paar von Wirbelkörpern, ist,
12 eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
13 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 12 ist,
14 eine schematische posteriore Ansicht ist, die eine fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung illustriert,
15 eine Seitenansicht von 14 ist und
16 eine Schnittansicht, längs der Linie 16-16 in 15, ist.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Implantation in einen Knochen in der Wirbelsäule oder dem Becken eines Patienten gerichtet und ist insbesondere auf eine Vorrichtung gerichtet, die, wenn sie implantiert ist, beständig ist gegen Kippeln in dem Knochen und gegen Herausgezogenwerden aus dem Knochen. Als repräsentativ für die vorliegende Erfindung illustriert 1 eine Vorrichtung 10, implantiert in einen Lendenwirbel 12. Es sollte sich verstehen, dass die Vorrichtung 10 in einen beliebigen Wirbelkörper, einschließlich des Kreuzbeins, implantiert werden könnte. Der Lendenwirbel 12 hat eine konkave Seitenfläche 14.
Die Vorrichtung 10 umfasst einen aus einem bioverträglichen Material, wie beispielsweise Titan oder rostfreiem Stahl, hergestellten Anker 20. Es ist vorgesehen, dass das zum Herstellen des Ankers 20 verwendete bioverträgliche Material ebenfalls biologisch abbaubar sein könnte. Der Anker 20 ist um eine Längsachse 22 zentriert (5). Der Anker 20 schließt eine Plattform 24 ein, die eine im Allgemeinen zylindrische Außenfläche 26 hat, die sich zwischen einem ersten und einem gegenüberliegend angeordneten zweiten Ende 28 und 30 der Plattform erstreckt. Die Plattform 24 schließt einen im Allgemeinen rechteckigen Schlitz 32 ein, der sich in Axialrichtung vom ersten Ende 28 zum zweiten Ende 30 der Plattform hin erstreckt. Angrenzend an das erste Ende 28 schließt die Außenfläche 26 der Plattform 24 ein erstes und ein zweites Segment von Außengewindegängen 34 und 36 ein, die durch den Schlitz 32 getrennt sind. Der Schlitz 32 und die Gewindegänge 34 und 36 stellen eine Struktur zum Verbinden von spinalen Fixationsinstrumenten mit der Plattform 24, wie weiter unten erörtert, bereit. Das zweite Ende 30 der Plattform 24 schließt eine Stirnfläche 38 (6) ein, die eine konvexe Form hat, die komplementär zur Form der konkaven Seitenfläche 14 des Wirbels 12 ist. Die Stirnfläche 38 der Plattform 24 kann Widerhaken (nicht gezeigt) oder eine andere geeignete Struktur einschließen, um die Seitenfläche 14 des Wirbels 12 fest in Eingriff zu nehmen.
Ein erster und ein zweiter spiraliger Dorn 50 und 52 springen in Tangentialrichtung von der Stirnfläche 38 der Plattform 24 vor. Die spiraligen Dorne 50 und 52 erinnern an ein Paar verschlungener Korkenzieher. Nach der in 1 bis 6 illustrierten Ausführungsform erstrecken sich der erste und der zweite spiralige Dorn 50 und 52 um die Achse 22. Die Dorne 50 und 52 erstrecken sich mit dem gleichen, gleichbleibenden Radius R1 in einem spiraligen Muster um die Achse 22. Es ist jedoch vorgesehen, dass sich der erste und der zweite spiralige Dorn 50 und 52 mit unterschiedlichen Radien um die Achse 22 erstrecken könnten. Ferner ist vorgesehen, dass der Radius eines oder beider von dem ersten und dem zweiten spiraligen Dorn 50 und 52 zunehmen oder abnehmen könnte, wenn sich die spiraligen Dorne weg von der Plattform 24 erstrecken. Damit der Anker 20 endoskopisch durch eine typische Kanüle (nicht gezeigt) implantiert wird, sollten die Plattform 24 und die spiraligen Dorne 50 und 52 einen Gesamtdurchmesser von weniger als 20 mm haben. Es sollte sich verstehen, dass der Anker 20 für bestimmte Anwendungen einen Durchmesser haben könnte, der größer ist als 20 mm, und dass der Anker ebenfalls in einem offenen chirurgischen Verfahren implantiert werden könnte. Aus Gründen der strukturellen Stabilität sollte der Gesamtdurchmesser der spiraligen Dorne 50 und 52 jedoch geringer als der Durchmesser der Plattform 24 bleiben oder demselben gleichen.
Bei der illustrierten Ausführungsform von 1 bis 6 haben der erste und der zweite spiralige Dorn 50 und 52 die gleiche Axiallänge und haben ebenfalls die gleiche kreisförmige Querschnittsform. Es ist jedoch vorgesehen, dass der erste und der zweite spiralige Dorn 50 und 52 unterschiedliche Axiallängen haben könnten. Ferner ist vorgesehen, dass die spiraligen Dorne 50 und 52 eine unterschiedliche Querschnittsform, wie beispielsweise eine ovale Form, haben könnten. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass der erste und der zweite spiralige Dorn 50 und 52 unterschiedliche Querschnittsflächen haben könnten (d.h., der eine Dorn dicker ist als der andere Dorn). Schließlich ist vorgesehen, dass die spiraligen Dorne 50 und 52 die gleiche Steigung haben könnten und dass die Steigung der spiraligen Dorne auf der Grundlage der spezifischen chirurgischen Anwendung und der Qualität des Knochens, in den der Anker 20 implantiert werden soll, ausgewählt würde.
Sowohl der erste als auch der zweite spiralige Dorn 50 und 52 können in drei Abschnitte geteilt werden: einen Verbindungsabschnitt 54, einen Zwischenabschnitt 56 und einen Spitzenabschnitt 58. Der Verbindungsabschnitt 54 jedes der spiraligen Dorne 50 und 52 ist an einem proximalen Ende angeordnet, das an die Stirnfläche 38 der Plattform 24 anstößt. Der Verbindungsabschnitt 54 kann Widerhaken (nicht gezeigt) einschließen, um einem Herausziehen der spiraligen Dorne 50 und 52 aus dem Wirbel 12 zu widerstehen. Nach einem Verfahren zum Herstellen des Ankers 20 wird der Verbindungsabschnitt 54 jedes der spiraligen Dorne 50 und 52 an der Plattform 24 befestigt durch Einsetzen der proximalen Enden 60 der spiraligen Dorne in Öffnungen (nicht gezeigt) in der Stirnfläche 38 und Schweißen der Verbindungsabschnitte 54 an die Plattform. Die eingesetzten proximalen Enden 60 der spiraligen Dorne 50 und 52 tragen dazu bei, Biegezugbeanspruchungen an den spiraligen Dornen unter Zug-(oder Auszug-)Belastungen zu verringern.
Alternativ dazu können die spiraligen Dorne 50 und 52 integral mit der Plattform 24 geformt werden, wie beispielsweise durch Gießen des Ankers 20. Falls der Anker 20 gegossen wird, ist vorgesehen, dass eine Ausrundung (nicht gezeigt) an der Verbindung der spiraligen Dorne 50 und 52 und der Plattform 24 hinzugefügt werden kann, um die Verbindung zu verstärken und Spannungskonzentrationen an den Verbindungsabschnitten 54 auf ein Minimum zu verringern. Die Ausrundung an der Verbindung der spiraligen Dorne 50 und 52 und der Plattform 24 trägt ebenfalls dazu bei, Biegebeanspruchungen in den Verbindungsabschnitten 54 der spiraligen Dorne unter Zug-(oder Auszug-)Belastungen zu verringern.
Wie am besten in 6 zu sehen ist, sind die Verbindungsabschnitte 54 an den proximalen Enden 60 des ersten und des zweiten spiraligen Dorns 50 und 52 mit einem Abstand von 180° zueinander um die Achse 22 angeordnet, um den Anker 20 auszubalancieren und die Lasten gleichmäßig auf die spiraligen Dorne zu verteilen. Der Verbindungsabschnitt 54 sowohl des ersten als auch des zweiten Dorns 50 und 52 hat einen ersten Querschnittsdurchmesser D1 (5).
Der Spitzenabschnitt 58 jedes der spiraligen Dorne 50 und 52 ist an einem distalen Ende 62 der spiraligen Dorne angeordnet. Der Zwischenabschnitt 56 jedes der spiraligen Dorne 50 und 52 erstreckt sich zwischen dem Spitzenabschnitt 58 und dem Verbindungsabschnitt 54. Der Zwischenabschnitt 56 und der Spitzenabschnitt 58 jedes der spiraligen Dorne 50 und 52 haben einen zweiten Querschnittsdurchmesser D2, der geringer ist als der erste Querschnittsdurchmesser D1 der Verbindungsabschnitte 54 oder demselben gleicht. Falls der zweite Querschnittsdurchmesser D2 geringer ist als der erste Querschnittsdurchmesser D1, wird die gesteigerte Dicke der Verbindungsabschnitte 54 der spiraligen Dorne 50 und 52 dazu beitragen, den Anker 20 an der Verbindung der spiraligen Dorne und der Plattform 24 mit einer gesteigerten Zugfestigkeit zu versehen.
Der Spitzenabschnitt 58 jedes der in 1 bis 6 illustrierten spiraligen Dorne 50 und 52 hat eine längliche konische Form mit einer scharf zugespitzten Spitze 68 zum Eindringen in den Wirbel 12, wenn die Plattform 24 des Ankers 20 im Uhrzeigersinn gedreht wird. 7 illustriert eine alternative, selbst schneidende, Konfiguration für den Spitzenabschnitt 58, die eine ebene Fläche 66 einschließt, um auf die gleiche Weise, wie ein auf den Kopf gedrehtes Stemmeisen in Holz getrieben wird, in den Wirbel 12 getrieben zu werden, wenn die Plattform 24 gedreht wird. Es ist vorgesehen, dass die Spitzenabschnitte 58 ebenfalls eine Pyramidenform (nicht gezeigt), ähnlich der Spitze eines Nagels, haben könnten.
Um den Anker 20 zu implantieren, wird ein Werkzeug (nicht gezeigt) verwendet, um zwei Löcher (nicht gezeigt) in die Kortikalis (nicht gezeigt) des Wirbels 12 zu stanzen. Die Löcher werden an Positionen gestanzt, die dem Abstand der Spitzenabschnitte 58 der spiraligen Dorne 50 und 52 am Anker 20 entsprechen. Es sollte bemerkt werden, dass eine oder beide der in 1 bis 7 illustrierten Konfigurationen der Spitzenabschnitte 58 in der Lage sein können, auf eine Drehung des Ankers 20 hin durch die Kortikalis zu stanzen, was folglich die Notwendigkeit des zuvor erwähnten Werkzeugs zum Stanzen der Löcher in der Kortikalis beseitigt.
Die Spitzenabschnitte 58 werden danach in den Löchern in dem Wirbel 12 angeordnet, und ein drehbares Eindrehwerkzeug 70 (4) wird in den Schlitz 32 in der Plattform 24 eingesetzt. Danach wird das Eindrehwerkzeug 70 gedreht, was bewirkt, dass sich der Anker 20 ebenfalls dreht. Es ist vorgesehen, dass eine zylindrische Hülse (nicht gezeigt) um die Zwischenabschnitte 56 und die Verbindungsabschnitte 54 der spiraligen Dorne 50 und 52 angeordnet werden könnte, um zu verhindern, dass sich die spiraligen Dorne während der anfänglichen Drehung des Ankers 20 in Radialrichtung nach außen verformen.
Eine Drehung des Ankers 20 schraubt die spiraligen Dorne 50 und 52 in die Substantia spongiosa des Wirbels 12. Die tangential ausgerichtete Verbindung zwischen den Verbindungsabschnitten 54 der spiraligen Dorne 50 und 52 und der Plattform 24 verringert die Biegebelastungen an den Verbindungsabschnitten während des Drehens des Ankers 20. Ferner sichert die tangential ausgerichtete Verbindung, dass der Kraftvektor, der sich aus dem Drehmoment und der Axialkraft ergibt, die durch das Eindrehwerkzeug 70 auf die Plattform 24 ausgeübt werden, längs der spiraligen Mittellinie (nicht gezeigt) jedes der spiraligen Dorne 50 und 52 weitergeleitet wird.
Wenn der Anker 20 gedreht wird, dringt der Spitzenabschnitt 58 des ersten spiraligen Dorns 50 in die Substantia spongiosa ein und schneidet einen ersten spiraligen Tunnel 80 (1) durch den Wirbel 12. Gleichzeitig dringt der Spitzenabschnitt 58 des zweiten spiraligen Dorns 52 in die Substantia spongiosa des Wirbels 12 ein und schneidet einen zweiten spiraligen Tunnel 82. Der erste und der zweite spiralige Tunnel 80 und 82 sind wie die spiraligen Dorne 50 bzw. 52 geformt. Ein fortgesetztes Drehen des Ankers 20 bettet die spiraligen Dorne 50 und 52 tiefer in die Substantia spongiosa des Wirbels 12 ein. Der Anker 20 wird gedreht, bis die konvexe Stirnfläche 38 der Plattform 24, wie in 1 gezeigt, an der konkaven Seitenfläche 14 des Wirbels 12 sitzt.
2 und 3 illustrieren, wie der Anker 20 für eine segmentäre spinale Fixation von Lendenwirbeln verwendet wird, um einen Patienten mit Skoliose zu behandeln. Lendenwirbel L3 bis L5, angezeigt durch die Bezugszahlen 90, 91 bzw. 92, werden in 2 und 3 gezeigt. Normalerweise trennt Bandscheibenmaterial 94 die Lendenwirbel 90 bis 92 jeweils voneinander. Um die Skoliose zu korrigieren, entfernt der Chirurg jedoch das Bandscheibenmaterial 94 zwischen den Wirbeln 90 bis 92. Die zwischen den Wirbeln 90 bis 92 hinterlassenen Räume werden anschließend mit Knochentransplantatmaterial 96 (in 2 und 3 schematisch gezeigt) gefüllt, das die Wirbel mit der Zeit miteinander verschmilzt. Spinale Fixationsinstrumente, wie beispielsweise ein Stab oder ein Riegel 100, werden verwendet, um die Wirbel 90 bis 92 zu stützen, bis die Wirbel miteinander verschmelzen.
Wie in 2 und 3 gezeigt, sind die Wirbel 90 bis 92 jeweils, wie oben beschrieben, mit dem Anker 20 nach der vorliegenden Erfindung implantiert. Der Träger 100, der durch den Chirurgen in eine gewünschte Form gebogen wird, wird in dem Schlitz 32 in jedem der Anker 20 angeordnet. Danach wird eine Mutter 102 auf die Gewindegänge 34 und 36 an jeder der Plattformen 24 geschraubt und wird angezogen, um den Träger 100 an jedem der Anker 20 zu befestigen.
Wenn sie implantiert sind, sind die Anker 20 beträchtlichen Kräften ausgesetzt, die durch die Bewegung des menschlichen Körpers und das Muskelgedächtnis verursacht werden. In einigen Fallen können diese Kräfte dazu neigen, die bekannten, bei einer solchen Anwendung verwendeten Schrauben aus den Wirbeln 90 bis 92 herauszuziehen, oder können bewirken, dass die Schrauben in den Wirbeln kippeln. Wenn die spiraligen Dorne 50 und 52 jedoch in die Wirbel 90 bis 92 eingebettet sind, versehen die zwei spiraligen Dorne der Anker 20 die Anker mit einer hohen Beständigkeit gegen Auszugkräfte. Eine Vorprüfung an Leichen zeigt an, dass der Anker 20 so beständig gegen axiales Herausgezogenwerden aus einem Wirbelkörper ist, dass unter hoher Zugbelastung der Wirbelkörper selbst wahrscheinlich versagen wird, bevor der Anker herausgezogen wird. Ferner versehen die spiraligen Dorne 50 und 52 und ihre tangentiale Verbindung mit der Plattform 24 die Anker 20 mit einer hohen Beständigkeit gegen Kippeln in den Wirbeln 90 bis 92.
8 und 9 illustrieren eine Vorrichtung 210, aufgebaut nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der zweiten Ausführungsform von 8 und 9 bezeichnen Bezugszahlen, welche die gleichen sind wie die bei der ersten Ausführungsform von 1 bis 6 verwendeten, Teile, welche die gleichen sind wie Teile bei der ersten Ausführungsform.
Nach der zweiten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 210 einen Anker 220, der drei spiralige Dorne 230, 231 und 232 hat, die in Tangentialrichtung von der Stirnfläche der Plattform 24 vorspringen. Die Dorne 230 bis 232 erstrecken sich um die Achse 22. Wie in 9 gezeigt, sind die Verbindungsabschnitte 54 an den proximalen Enden 60 der spiraligen Dorne 230 bis 232 mit einem Abstand von 120° zueinander um die Achse 22 angeordnet, was den Anker 220 ausbalanciert und Belastungen gleichmäßig auf die spiraligen Dorne verteilt. Wie bei der ersten Ausführungsform von 1 bis 6 ist bei der zweiten Ausführungsform von 8 und 9 der Querschnittsdurchmesser der Verbindungsabschnitte 54 der spiraligen Dorne 230 bis 232 größer als der Querschnittsdurchmesser der Zwischenabschnitte 56 und der Spitzenabschnitte 58 der spiraligen Dorne oder gleicht demselben.
Jeder der drei spiraligen Dorne 230 bis 232 erstreckt sich mit dem gleichen, gleichbleibenden Radius R1 um die Achse 22. Es ist jedoch vorgesehen, dass sich einer oder mehrere der spiraligen Dorne 230 bis 232 mit unterschiedlichen Radien um die Achse 22 erstrecken könnten. Ferner ist vorgesehen, dass der Radius eines oder mehrerer spiraliger Dorne 230 bis 232 zunehmen oder abnehmen könnte, wenn sich die spiraligen Dorne weg von der Plattform 24 erstrecken.
Wie in 8 gezeigt, haben die drei spiraligen Dorne 230 bis 232 die gleiche Axiallänge und haben ebenfalls die gleiche kreisförmige Querschnittsform. Es ist jedoch vorgesehen, dass einer oder mehrere der spiraligen Dorne 230 bis 232 unterschiedliche Axiallängen haben könnten. Ferner ist vorgesehen, dass einer oder mehrere der spiraligen Dorne 230 bis 232 eine unterschiedliche Querschnittsform, wie beispielsweise eine ovale Form, haben könnten. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass einer oder mehrere der spiraligen Dorne 230 bis 232 unterschiedliche Querschnittsflächen haben könnten (d.h., der eine Dorn dicker oder dünner ist als die zwei anderen Dorne). Schließlich ist vorgesehen, dass die spiraligen Dorne 230 bis 232 die gleiche Steigung haben könnten und dass die Steigung der spiraligen Dorne auf der Grundlage der spezifischen chirurgischen Anwendung und der Qualität des Knochens, in den der Anker 20 implantiert werden soll, ausgewählt würde.
Der Spitzenabschnitt 58 jedes der in 8 illustrierten spiraligen Dorne 230 bis 232 hat eine längliche konische Form zum Eindringen in einen Wirbel, wenn die Plattform 24 des Ankers 220 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Es sollte sich verstehen, dass die Spitzenabschnitte 58 der spiraligen Dorne 230 bis 232 des Ankers 220 alternativ konfiguriert sein könnten wie die in 7 illustrierten Spitzenabschnitte.
Der Anker 220 nach der zweiten Ausführungsform von 8 und 9 wird auf die gleiche Weise in einen Wirbel implantiert wie der Anker 20 nach der ersten Ausführungsform. Ferner kann der Anker 220 nach der zweiten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie der Anker 20 nach der ersten Ausführungsform ebenfalls verwendet werden, um spinale Fixationsinstrumente anzubringen. Der Anker 220 nach der zweiten Ausführungsform ist, wenn er in einem Wirbel implantiert ist, sehr beständig gegen Herausgezogenwerden aus dem Wirbel und gegen Kippeln in dem Wirbel, wenngleich er beträchtlichen Kräften ausgesetzt ist, die durch die Bewegung des menschlichen Körpers und das Muskelgedächtnis verursacht werden.
10 und 11 illustrieren eine Vorrichtung 310, aufgebaut nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der dritten Ausführungsform von 10 und 11 bezeichnen Bezugszahlen, welche die gleichen sind wie die bei der ersten Ausführungsform von 1 bis 6 verwendeten, Teile, welche die gleichen sind wie Teile bei der ersten Ausführungsform.
Nach der dritten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 310 einen Anker 320, der eine Plattform 324 hat. Die Plattform 324 hat eine mit Gewinde versehene erste Außenfläche 330, angrenzend an einen ersten Endabschnitt 332, und eine zylindrische zweite Außenfläche 340, angrenzend an einen zweiten Endabschnitt 342. Der erste Endabschnitt 332 der Plattform 324 schließt ferner eine axiale Aussparung 334 ein. Die Aussparung 334 hat eine sechseckige Konfiguration zum Aufnehmen eines Werkzeugs (nicht gezeigt) zum treibenden Drehen des Ankers 320. Der erste und der zweite spiralige Dorn 50 und 52 springen von der Stirnfläche 38 der Plattform 324 vor.
Die Vorrichtung 310 schließt ferner eine Platte 350 und eine Mutter 360 ein. Die Platte 350 hat eine erste Öffnung 352 zum Aufnehmen des Abschnitts der Plattform 324, der die mit Gewinde versehene Außenfläche 330 hat. Die Platte 350 hat eine zweite Öffnung 354 zum Aufnehmen eines zweiten Ankers 320 (siehe 11) oder anderer Fixationsinstrumente (nicht gezeigt). Wenn der Anker 320 in einem Wirbel implantiert ist, wird die Mutter 360 auf die mit Gewinde versehene Außenfläche 330 der Plattform 324 geschraubt, um die Platte 350 am Anker 320 zu befestigen.
Der Anker 320 nach der dritten Ausführungsform von 10 und 11 wird auf die gleiche Weise in einen Wirbel implantiert, wie der Anker 20 nach der ersten Ausführungsform. 11 zeigt ein Paar der Anker 320, implantiert in zwei Halswirbel 370 und 380. Die Stirnfläche 38 jedes der Anker 320 nimmt eine jeweilige anteriore Fläche an jedem der Wirbel 370 und 380 in Eingriff Die Platte 350 verbindet die Anker 320, um dazu beizutragen, die Wirbel 370 und 380 zu stützen und Belastungen zwischen den Wirbeln weiterzuleiten, bis das Knochentransplantatmaterial 96 die Wirbel verschmilzt. Wie der Anker 20 nach der ersten Ausführungsform ist der Anker 320 nach der dritten Ausführungsform, wenn er in einem Wirbel implantiert ist, sehr beständig gegen Herausgezogenwerden aus dem Wirbel und gegen Kippeln in dem Wirbel, wenngleich er beträchtlichen Kräften ausgesetzt ist, die durch die Bewegung des menschlichen Körpers und das Muskelgedächtnis verursacht werden.
12 und 13 illustrieren eine Vorrichtung 410, aufgebaut nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der vierten Ausführungsform von 12 und 13 bezeichnen Bezugszahlen, welche die gleichen sind wie die bei der ersten Ausführungsform von 1 bis 6 verwendeten, Teile, welche die gleichen sind wie Teile bei der ersten Ausführungsform.
Nach der vierten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 410 ein Paar von Ankern 420, die sich um eine Längsachse 422 erstrecken. Jeder der Anker 420 schließt eine Plattform 424 ein, die im wesentlichen breiter ist als die Plattform 24 des Ankers 20 bei der ersten Ausführungsform. Die Plattform 424 hat eine zylindrische Außenfläche 426, die sich zwischen einer ersten und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnfläche 428 und 430 erstreckt. Eine Befestigungslasche 440 springt in Axialrichtung von der ersten Stirnfläche 428 der Plattform 424 weg vor. Die Befestigungslasche 440 schließt ein Paar von einander gegenüberliegend angeordneten ebenen Flächen 442 und ein Paar von einander gegenüberliegend angeordneten bogenförmigen Flächen 444 ein.
Die Befestigungslaschen 440 stellen eine Struktur bereit, um spinale Fixationsinstrumente an jeder der Plattformen 424 zu befestigen und um die Anker 420 einzudrehen. Die zweite Stirnfläche 430 der Plattform 424 jedes Ankers 420 hat eine Form, die komplementär ist zur Form einer oberen oder unteren Flache eines Wirbels. Ähnlich der ersten Ausführungsform von 1 bis 6 haben die Anker 420 erste und zweite spiralige Dorne 450 und 452, die von der zweiten Stirnfläche 430 der Plattform 424 vorspringen. Die spiraligen Dorne 450 und 452 erstrecken sich längs der Achse 422, sind aber bedeutend größer im Durchmesser als die spiraligen Dorne 50 und 52 bei der ersten Ausführungsform. Es sollte sich verstehen, dass die Anker 420 alternativ dazu drei spiralige Dorne haben könnten, wie bei der zweiten Ausführungsform von 8 und 9 gezeigt.
Die Vorrichtung 410 nach der vierten Ausführungsform von 12 und 13 ist besonders verwendbar für eine Korpektomieanwendung, wobei ein beschädigter Wirbel entfernt wird. Wie in 12 gezeigt wird, wird, nachdem ein Abschnitt eines beschädigten Wirbels 460 entfernt ist, ein erster des Paares von Ankern 420 in einen Wirbel 462 unmittelbar oberhalb des entfernten Wirbels 460 implantiert, und ein zweiter des Paares von Ankern 420 wird in einen Wirbel 464 unmittelbar unterhalb des entfernten Wirbels implantiert.
Die Anker 420 werden ganz auf die gleiche Weise in die Wirbel 462 und 464 implantiert wie der Anker 20 nach der ersten Ausführungsform. Ein drehbares Werkzeug (nicht gezeigt) nimmt die ebenen Flächen 442 an der Befestigungslasche 440 in Eingriff und dreht jeden der Anker 420, um die spiraligen Dorne 450 und 452 jedes der Anker in den jeweiligen Wirbel 462 und 464 einzuschrauben. Die Anker 420 werden so implantiert, dass sie sich kolinear längs der Achse 422 erstrecken. Wenn sie implantiert sind, erstrecken sich die spiraligen Dorne 450 und 452 des Ankers 420 im Wirbel 462 in einer Aufwärtsrichtung von der Plattform 430 des oberen (wie in den Figuren gesehen) Ankers, während sich die spiraligen Dorne 450 und 452 des anderen Ankers im Wirbel 464 in einer Abwärtsrichtung von der Plattform 430 des unteren (wie in den Figuren gesehen) Ankers erstrecken.
Ein spinales Fixationsimplantat in der Form eines Zylinderelements 480 verbindet das Paar von Ankern 420, um die Wirbelsäule in der Abwesenheit des entfernten Wirbels 460 strukturell zu stützen. Das Zylinderelement 480 hat eine zylindrische Außenfläche 482 und eine exzentrische Innenfläche 484. Das Zylinderelement 480 hat einen ersten Schlitz 486 an einem ersten Ende 488 und einen zweiten Schlitz 490 an einem zweiten Ende 492. Der erste und der zweite Schlitz 486 und 490 nehmen die Befestigungslaschen 440 an den Ankern 420 auf und ermöglichen, dass das Zylinderelement 480 zwischen den Ankern eingesetzt wird. Sobald es zwischen den Ankern 420 eingesetzt ist, wird das Zylinderelement 480 danach im Verhältnis zu den Ankern um die Achse 422 gedreht. Die Drehung des Zylinderelements 480 bringt die bogenförmigen Flächen 444 an den Befestigungslaschen 440 der Anker 420 in einen Reibungseingriff mit der exzentrischen Innenfläche 484 des Zylinderelements, wodurch das Zylinderelement befestigt wird.
Wie bei den vorherigen Ausführungsformen sind die Anker 420 nach der vierten Ausführungsform, wenn sie implantiert sind, sehr beständig gegen Herausgezogenwerden aus den Wirbeln 462 und 464 und gegen Kippeln in den Wirbeln, wenngleich sie beträchtlichen Kräften ausgesetzt sind, die durch die Bewegung des menschlichen Körpers und das Muskelgedächtnis verursacht werden.
14 bis 16 illustrieren eine Vorrichtung 510, aufgebaut nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der fünften Ausführungsform von 14 bis 16 bezeichnen Bezugszahlen, welche die gleichen sind wie die bei der ersten Ausführungsform von 1 bis 6 verwendeten, Teile, welche die gleichen sind wie Teile bei der ersten Ausführungsform.
Nach der fünften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 510 einen Anker 520, der in das Kreuzbein 540 implantiert ist. Der Anker 520 schließt eine Plattform 524 ein, die eine zylindrische Außenfläche 526, die sich zwischen einer ersten und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnfläche 528 und 530 erstreckt. Die Plattform 524 schließt einen Schlitz 532 ein, der sich in Axialrichtung von dem ersten Ende 528 zu dem zweiten Ende 530 der Plattform hin erstreckt. Angrenzend an das erste Ende 528 schließt die Außenfläche der Plattform 524 ein erstes und ein zweites Segment von Außengewindegängen 534 und 536 ein, die durch den Schlitz 532 getrennt sind. Der Schlitz 532 und die Gewindegänge 534 und 536 an der Plattform 524 stellen eine Struktur bereit, um einen Stab 550 mit dem Anker 520 zu verbinden.
Das zweite Ende 530 der Plattform 524 schließt eine Stirnfläche 542 ein, die eine Form hat, die komplementär zur Form einer Oberfläche 544 (16) des Kreuzbeins 540 ist. Der Anker 520 schließt den ersten und den zweiten spiraligen Dorn 50 und 52 ein, die sich von der Stirnfläche 542 der Plattform 524 erstrecken.
Der Anker 520 nach der fünften Ausführungsform von 14 bis 16 wird ganz auf die gleiche Weise in das Kreuzbein 540 implantiert, wie der Anker 20 nach der ersten Ausführungsform in den Wirbel 12 implantiert wird. Wie in 15 gezeigt, werden zusätzlich dazu, dass der Anker 520 in das Kreuzbein 540 implantiert wird, bekannte Schrauben 560 in die Füßchen der Lendenwirbel 562 und 564 oberhalb des Kreuzbeins implantiert. Danach wird der Stab 550 durch den Chirurgen in eine gewünschte Form gebogen und in dem Schlitz 532 in der Plattform 524 des Ankers 520 angeordnet. Ein Sitz 570 wird über dem ersten Ende 528 der Plattform 524 angeordnet und nimmt den Stab 550 in Eingriff. Eine Mutter 572 wird über den Sitz 570 hinabgeschraubt und klemmt den Stab 550 an dem Anker 520 fest. Auf eine ähnliche Weise befestigen die Muttern 580 den Stab 550 an den Schrauben 560, die in die Wirbel 562 und 564 oberhalb des Kreuzbeins 540 implantiert sind.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist der Anker 520 nach der fünften Ausführungsform, wenn er implantiert ist, sehr beständig gegen Herausgezogenwerden aus dem Kreuzbein 540 und gegen Kippeln im Kreuzbein, wenngleich er beträchtlichen Kräften ausgesetzt ist, die durch die Bewegung des menschlichen Körpers und das Muskelgedächtnis verursacht werden.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute auf den Gebiet Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen erkennen. Es sollte sich verstehen, dass die vorliegende Erfindung für eine Vielzahl von Zwecken verwendet und neben Knochen in der Wirbelsäule in andere Knochen implantiert werden kann. Ferner sollte es sich verstehen, dass mehr als eine der hierin offenbarten Vorrichtungen in einen einzigen Knochen, wie beispielsweise einen Wirbelkörper, implantiert werden können. Solche Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen innerhalb der Kenntnisse des Gebiets sollen durch die angefügten Ansprüche geschützt sein.

Claims

Vorrichtung (10) zur Implantation in einen Knochen (12) in der Wirbelsäule oder dem Becken eines Patienten, wobei die Vorrichtung (10), wenn sie implantiert ist, beständig ist gegen Kippeln in dem Knochen (12) und gegen Herausgezogenwerden aus dem Knochen (12), wobei die Vorrichtung (10) Folgendes umfasst: eine Plattform (24), die eine erste Oberfläche (38) hat, die zu einem Knochen (12) in der Wirbelsäule oder dem Becken eines Patienten zeigt, wobei die erste Oberfläche (38) massiv ist und sich im Wesentlichen quer zu einer Längsachse (22) der Vorrichtung (10) erstreckt, wobei die Plattform (24) eine Struktur (32, 34, 36) zur Verbindung mit einem spinalen Fixationsimplantat einschließt, und wenigstens einen spiraligen Dorn (50, 52) zum Einbetten in den Knochen (12) auf eine Drehung der Plattform (24) hin, wobei der wenigstens eine spiralige Dorn (50, 52) in Tangentialrichtung von der ersten Oberfläche (38) der Plattform (24) vorspringt und sich um die Langsachse (22) erstreckt, wobei der wenigstens eine spiralige Dorn (50, 52) ein proximales Ende und ein distales Ende hat, wobei der wenigstens eine spiralige Dorn (50, 52) einen Spitzenabschnitt (58) an dem distalen Ende, der in den Knochen (12) eindringt, wenn die Plattform (24) gedreht wird, einen Verbindungsabschnitt (54) an dem proximalen Ende, der mit der ersten Oberfläche (38) der Plattform (24) verbunden ist, und einen Zwischenabschnitt (56), der sich zwischen dem Verbindungsabschnitt (54) und dem Spitzenabschnitt (58) erstreckt, einschließt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsabschnitt (54) des wenigstens einen spiraligen Dorns (50, 52) einen ersten Querschnittsdurchmesser hat und der Zwischenabschnitt (56) des wenigstens einen spiraligen Dorns (50, 52) einen zweiten Querschnittsdurchmesser hat, der geringer ist als der erste Querschnittsdurchmesser.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsabschnitt (54) des wenigstens einen spiraligen Dorns (50, 52) einen ersten Querschnittsdurchmesser hat und der Zwischenabschnitt (56) des wenigstens einen spiraligen Dorns (50, 52) einen zweiten Querschnittsdurchmesser hat, der dem ersten Querschnittsdurchmesser gleich ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Plattform (24) und der wenigstens eine spiralige Dorn (50, 52) aus einem bioverträglichen Material hergestellt sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, die ein Paar von spiraligen Dornen (50, 52) umfasst, die sich um die Langsachse (22) erstrecken, wobei die proximalen Enden des Paares von spiraligen Dornen (50, 52) mit einem Abstand von 180° zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, die drei spiralige Dornen (230, 231, 232) umfasst, die sich um die Langsachse (22) erstrecken, wobei die proximalen Enden des Paares von spiraligen Dornen (50, 52) mit einem Abstand von 120° zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche (38) eine Form hat, die komplementär zur Form einer Außenfläche des Knochens (12) ist, um die Außenfläche des Knochens (12) in Eingriff zu nehmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Spitzenabschnitt (58) des wenigstens einen spiraligen Dorns (50, 52) eine längliche konische Form mit einer scharf zugespitzten Spitze hat, die in den Knochen (12) eindringt, wenn die Plattform (24) gedreht wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Spitzenabschnitt (58) des wenigstens einen spiraligen Dorns (50, 52) ein selbst eindringendes Abschlussende hat, das eine ebene Oberfläche einschließt, um sie in den Knochen (12) zu treiben, wenn die Plattform (24) gedreht wird.