DE60133360T2

DE60133360T2 - Pedikelschraubenanordnung

Info

Publication number: DE60133360T2
Application number: DE2001633360
Authority: DE
Inventors: Greg New York Martin; Yves Ramsey Crozet; William J. Montville Kelly
Original assignee: Stryker Spine SAS
Current assignee: Stryker Spine SAS
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2021-10-11
Also published as: EP2145595B1; JP2002233532A; EP2145595A2; US20020183748A1; US8894692B2; EP1222899A2; JP2006314818A; US6858030B2; US20150105827A1; DE60140706D1; EP1913886A3; CA2359373A1; USRE42932E1; KR100551677B1; AU759914B2; US20020091386A1; DE60133360D1; EP1222899A3; US6488681B2; ATE390090T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wirbelsäulen-Befestigungsvorrichtungen und spezieller eine Stielschraubenanordnung, die ein niedriges Profil und einen verbesserten Übergang von Schraubenkopf und Kupplungselement zum Verriegeln der Anordnung aufweist.
Die Wirbelsäule ist ein höchst kompliziertes System aus Knochen und Verbindungsgeweben, das für eine Stützung des Körpers sorgt und das empfindliche Rückenmark und Nerven schützt. Die Wirbelsäule umfasst eine Serie von Wirbeln, die übereinandergestapelt sind, wobei jeder Wirbelkörper einen inneren oder zentralen Abschnitt aus relativ schwammigem Knochen und einen äusseren Abschnitt aus relativ starker Knochenrinde umfasst. Zwischen den Wirbelkörpern liegt jeweils eine Bandscheibe, die Druckkräfte, die von der Wirbelsäule erfahren werden, abpolstert und dämpft. Ein Wirbelkanal, der das Rückenmark und Nerven enthält, sitzt hinter den Wirbelkörpern.
Es gibt viele Arten von Wirbelsäulenstörungen, die die Skoliose (abnormale seitliche Krümmung des Rückgrats), Kyphnose (abnormale Vorwärtskrümmung des Rückgrats, üblicherweise im Brustbereich des Rückgrats), übermässige Lordose (abnormale Rückwärtskrümmung des Rückgrats, üblicherweise im Lendenbereich des Rückgrats), Spondylolisthese (Versetzung eines Wirbels über einen anderen nach vorne, üblicherweise im Lendenbereich oder Halsbereich des Rückgrats) und andere Störungen umfassen, die durch Abnormitäten, Krankheit oder Verletzung verursacht sind, wie abgerissene oder verrutschte Scheiben, degenerative Scheibenerkrankung, gebrochene Wirbel und dergleichen. Patienten, die an solchen Zuständen leiden, erfahren üblicherweise ausserordentlichen und schwächenden Schmerz, ebenso wie eine verringerte Nervenfunktion.
Die vorliegende Erfindung befasst sich allgemein mit einer Technik, die als Rückgratfixierung bezeichnet wird, wobei chi rurgische Implantate verwendet werden, um Wirbel des Rückgrats miteinander verwachsen zu lassen und/oder mechanisch unbeweglich zu machen. Die Rückgratfixierung kann auch verwendet werden, um die Ausrichtung benachbarter Wirbel aufeinander zu ändern, um die gesamte Ausrichtung des Rückgrats zu verändern. Solche Techniken wurden bereit angewandt, um die oben beschriebenen Zustände wirksam zu behandeln, und um in den meisten Fällen den Schmerz zu lindern, der vom Patienten erfahren wird. Allerdings gibt es, wie detaillierter unten ausgeführt wird, einige Nachteile, die gegenwärtigen Fixierungsvorrichtungen zugeordnet sind.
Eine Technik der Rückgratfixierung verwendet das Unbeweglichmachen durch Verwendung orthopädischer Stangen, die üblicherweise als Rückgratstangen bezeichnet werden, und die im allgemeinen parallel zum Rückgrat laufen. Dies kann dadurch bewirkt werden, dass man das Rückgrat von hinten her freilegt und Knochenschrauben an den Stielen der geeigneten Wirbel befestigt. Die Stielschrauben werden im allgemeinen zu zweien pro Wirbel gesetzt und dienen als Ankerpunkte für die Rückgratstangen. Spannelemente, die dazu eingerichtet sind, eine durchgehenden Rückgratstange aufzunehmen, werden dann verwendet, um die Rückgratstangen mit den Schrauben zusammenzufügen. Der ausrichtende Einfluss der Stangen zwingt das Rückgrat dazu, mit einer mehr wünschenswerten Form übereinzustimmen. In manchen fällen können die Rückgratstangen gebogen werden, um die gewünschte Krümmung der Wirbelsäule zu erreichen.
Das US-Patent 5 129 388 (Vignaud et al.) offenbart eine Rückgrat-Befestigungsvorrichtung, die eine Stielschraube mit einem U-förmigen Kopf umfasst, der starr mit einem oberen Ende der Schraube verbunden ist. Der U-förmige Kopf umfasst zwei Arme, die einen U-förmigen Kanal bilden, um in seinem Inneren eine Rückgratstange aufzunehmen. Der U-förmige Kopf ist mit einem Innengewinde versehen, so dass eine Schraube mit einem Aussengewinde hierin eingeschraubt werden kann. Nachdem die Stielschraube in den Knochen eingefügt wurde und eine Rückgratstange im U-förmigen Kanal positioniert wurde, wird die Madenschraube in das Innengewinde des U-förmigen Kanals eingeschraubt, um die Rückgratstange im Kanal festzulegen und die Relativbewegung zwischen der Rückgratstange und der Stielschraube zu blockieren. Die Fixierungsvorrichtung umfasst auch einen Deckel, der einen oberen Abschnitt des U-förmigen Kopfes abdeckt, um die Arme daran zu hindern, sich nach dem Einschrauben der Madenschraube in das Innengewinde des U-förmigen Kopfes zu spreizen.
Chirurgen sind beim Versuch, Wirbelsäulen-Fixierungsvorrichtungen wie jene, die im oben erwähnten '388-Patent offenbart sind, einzusetzen, auf beträchtliche Schwierigkeiten gestossen. Dies liegt daran, dass die U-förmigen Köpfe benachbarter Schrauben aufeinander oft ausser Ausrichtung sind, wegen der Krümmung in Rückgraten und der verschiedenen Orientierungen der Stiele, die die Schrauben aufnehmen. Als Ergebnis müssen die Rückgratstangen oft in vielfachen Ebenen gebogen werden, damit man die Stangen durch die benachbarten U-förmigen Kanäle hindurchführen kann. Diese Probleme schwächen die Festigkeit der Anordnung und führen zu beträchtlich längeren Operationen, wobei sie die Wahrscheinlichkeit von Komplikationen erhöhen, die der Chirurgie zugeordnet sind.
Auf die oben vermerkten Probleme hin offenbaren das US-Patent 5 733 286 (Errico et al.), das US-Patent 5 672 176 (Biedermann et al.) und das US-Patent 5 476 464 (Metz-Stavenhagen) polyaxiale Rückgrat-Fixierungsvorrichtungen, in denen das am Knochen fixierte Verankerungselement einen kugelig geformten Kopf aufweist. Die Fixierungsvorrichtungen in den oben genannten Patenten weisen auch Fanganordnungen für eine orthopädische Stange auf, um orthopädische Stangen in den Fanganordnungen festzulegen und die Stangen mit den Verankerungselementen zu verbinden. Die kugelig geformten Köpfe der Verankerungselemente gestatten die Bewegung der Verankerungselemente relativ zu den Fanganordnungen für eine orthopädische Stange. Die oben erwähnten Patente lösen jedoch nicht alle Nachteile von Befestigungsvorrichtungen wie jenen, die im Vignaud-Patent '388 beschrieben sind, weil sich die jeweiligen Rückgrat-Fixierungsvorrichtungen nach dem Einführen noch verlagern können. Dies liegt in erster Linie an der Tatsache, dass es nicht ausreichenden Oberflächen-Flächenkontakt zwischen den kugelig geformten Köpfen der Veran kerungselemente und den Stangen-Fanganordnungen gibt. Zusätzlich sind die Vorrichtungen kompliziert, umfassen viele Teile und sind schwierig herzustellen.
Die US 5 466 237 beschreibt eine Stabilisierungsanordnung, die ein Befestigungselement umfasst, das imstande ist, in einem Kupplungselement aufgenommen zu werden, das einen U-förmigen Kopf zur Aufnahme einer Rückgratstange und ein Verriegelungselement umfasst.
Die US 6 074 391 beschreibt eine Stabilisierungsanordnung, die ein Befestigungselement umfasst, das in der Lage ist, in einem Kupplungselement aufgenommen zu werden, das einen U-förmigen Kopf zur Aufnahme einer Rückgratstange und ein Verriegelungselement umfasst. Eine Scheibe ist zwischen der Rückgratstange und dem Kopf der Kupplung eingeschoben.
Die US 5 797 911 beschreibt eine Stabilisierungsanordnung mit einem Befestigungselement, das in der Lage ist, in einem Kupplungselement mit einem U-förmigen Kopf aufgenommen zu werden, um eine Rückgratstange und ein Verriegelungselement aufzunehmen. Ein Kranz ist zwischen der Rückgratstange und dem Kopf der Kupplung zwischengeschoben.
In bestimmten, bevorzugten Ausführungen der gemeinsam überschriebenen US-Patentanmeldung 09/414 272, die am 7. Oktober 1999 angemeldet wurde, und deren Offenbarung hiermit durch die Bezugnahme mit eingeschlossen wird, wie hier voll ausgeführt ist, umfasst eine Stielschraube eine Kupplung mit einer Endspitze zur Einführung in den Knochen und einem aufweitbaren Kopf am entgegengesetzten Ende der Kupplung. Der aufweitbare Kopf hat eine Aussenoberfläche, die einen konvexen Abschnitt umfasst, eine Aussparung mit einer Innenoberfläche, die eine innere Abmessung definiert, und mindestens einen Schlitz, der sich zwischen der Innen- und Aussenoberfläche erstreckt, um das Aufweiten des Kopfes zu erlauben. Die Anordnung hat auch einen Einsatz, der mindestens teilweise in der Aussparung aufgenommen werden kann, und der Einsatz hat eine Aussenoberfläche und definiert eine äussere Abmessung, die grösser ist als die innere Abmessung der Aussparung. Die Anordnung umfasst ein Kupplungselement mit einer Stangen-Aufnahmeöffnung, einer Bohrung zur Aufnahme des Befestigungselements und einem Sitz zur Aufnahme des Kopfes des Befestigungselements, wobei der Sitz einen konkaven Abschnitt zur Aufnahme der konvexen Unterseite des Kopfes umfasst und es dem Befestigungselement ermöglicht, relativ zum Kupplungselement zu schenken und sich zu drehen, bevor hierin eine Verriegelung erfolgt. Nachdem eine orthopädische Stange innerhalb des Kupplungselements positioniert wurde, verriegelt ein Verriegelungselement, das dem Kupplungselement zugeordnet ist, die orthopädische Stange in der Stangen-Aufnahmeöffnung. Das Verriegelungselement ist dazu geeignet, gegen eine orthopädische Stange gedrückt zu werden, die in der Stangen-Aufnahmeöffnung angeordnet ist, damit diese ihrerseits auf den Einsatz in der Aussparung des aufweitbaren Kopfes drückt, so dass die äussere Abmessung des Einsatzes gegen die Innenabmessung des Kopfes aufliegt, wobei die Aussenoberfläche des Kopfes gegen den konkaven Sitz des Kupplungselements expandiert, um das Befestigungselement gegen weitere Schwenkbewegung relativ zum Kupplungselement zu verriegeln. In anderen bevorzugten Ausführungen ist der Kopf dank des Materials, aus dem er hergestellt ist, aufweitbar, etwa Kohlenstofffaser.
Trotz der oben erwähnten Vorrichtungen verbleibt Raum für die Verbesserung der Rückgrat-Fixierungseinrichtungen des Standes der Technik, und zwar in der Art und Weise der Verriegelung des Schraubenkopfes, der Komplexität der Verwendung, der Schwierigkeit in der ordnungsgemässen Positionierung der orthopädischen Stange und der Stangen-Fanganordnungen, der erforderlichen Handhabung der vielen Teile, die einigen komplexen Vorrichtungen zugeordnet sind, und der postoperativen Bewegung der Stangen-Fanganordnungen relativ zu Knochenverankerungselementen wegen der schwachen Übergänge zwischen diesen beiden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit bestimmten, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Stabilisierungsanordnung, die verwendet wird zum Stabilisieren einer Wirbelsäule, ein Be festigungselement, das ein oberes Ende und einen Kopf am oberen Ende aufweist, sowie mindestens ein Verankerungselement zwischen dessen oben und unteren Ende. Der Kopf des Befestigungselements umfasst bevorzugt eine Mitte, eine Unterseite umfasst eine erste, radiale Oberfläche und eine Oberseite umfasst eine zweite radiale Oberfläche, wobei die erste radiale Oberfläche einen ersten Radius von der Mitte des Kopfes aus definiert und die zweite radiale Oberfläche einen zweiten Radius von der Mitte des Kopfes aus definiert, und wobei der erste Radius grösser ist als der zweite Radius. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine spezielle Operationstheorie eingeschränkt ist, wird doch geglaubt, dass die Verwendung eines Befestigungskopfes mit einer äusseren Oberfläche mit zweifachem Radius für eine stabilisierende Anordnung sorgt, die eine niedrigere Gesamtsilhouette hat und dadurch die Kompaktheit der Anordnung fördert. Die niedrigere Silhouette kommt ihrerseits von der niedrigeren Höhe der zweiten radialen Oberfläche an der Oberseite des Kopfes her.
Die Stielschraubenanordnung umfasst auch bevorzugt ein Kupplungselement, das das Befestigungselement und eine Stabilisierungsstange zusammenkoppelt, die in das Kupplungselement eingeführt wurde. Das Kupplungselement umfasst wünschenswerterweise ein oberes Ende und ein unteres Ende, eine Stangen-Aufnahmeöffnung, die dazu geeignet ist, eine Stabilisierungsstange aufzunehmen, eine Bohrung, die sich durch das untere Ende des Kupplungselements erstreckt, um das Befestigungselement aufzunehmen, und einen Sitz nahe dem unteren Ende des Kupplungselements, der dazu geeignet ist, in die erste radiale Oberfläche des Kopfes einzugreifen, wenn das Befestigungselement in der Bohrung positioniert ist. In bestimmten, bevorzugten Ausführungen ist der Sitz ein konisch geformter Sitz, der Seitenwände hat, die sich nach innen zum unteren Ende des Kupplungselementes verjüngen. In bestimmten, bevorzugten Ausführungen beginnt die Stangen-Aufnahmeöffnung am oberen Ende des Kupplungselements und erstreckt sich zum unteren Ende des Kupplungselementes hin, wobei das untere Ende der Stangen-Aufnahmeöffnung bevorzugt an U-förmigen Kanälen auf den gegenüberliegenden Seiten des Kupplungselements endet.
Die Stabilisierungsanordung umfasst auch bevorzugt ein Sperrelement, das dem Kupplungselement zugeordnet ist, wobei das Sperrelement dazu eingerichtet ist, eine Kraft auf eine Stabilisierungsstange aufzubringen, die in der Stangen-Aufnahmeöffnung positioniert ist, wodurch die Stabilisierungsstange ihrerseits eine Kraft auf die zweite radiale Oberfläche des Kopfes aufbringt, um die erste radiale Oberfläche des Kopfes gegen den konisch geformten Sitz zu drücken, um eine weitere Schwenk- und Drehbewegung des Befestigungselements und des Kupplungselements relativ zueinander zu verhindern. Das Sperrelement kann eine Madenschraube umfassen, die ein Aussengewinde zum Gewindeeingriff in ein Innengewinde des Kupplungselements umfasst. In anderen Ausführungen umfasst des Kupplungselement jedoch ein Aussengewinde, das an einer Aussenoberfläche des Kupplungselements ausgebildet ist, und das Sperrelement umfasst eine Mutter mit einem Innengewinde, das auf das Aussengewinde des Kupplungselements aufschraubbar ist.
In bestimmten, bevorzugten Ausführungen ist das Befestigungselement ein Schrauben-Befestigungselement, das eine Längsachse aufweist, die sich zwischen seinem oberen und unteren Ende erstreckt, und es umfasst einen Schraubenkopf, der mindestens eine Nut aufweist, die sich von der oberen Oberfläche des Schraubenkopfes zur Unterseite des Schraubenkopfes erstreckt, wobei die mindestens eine Nut dazu eingerichtet ist, ein Werkzeug aufzunehmen, um das Befestigungselement in den Knochen einzuführen. Die mindestens eine Nut erstreckt sich bevorzugt in einer Richtung, die sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des Befestigungselements erstreckt. Ausserdem umfasst erwünschterweise die mindestens eine Nut eine Vielzahl von Nuten, die, mit gleichem Abstand voneinander getrennt, um den Kopf angeordnet sind. Das Befestigungselement umfasst auch bevorzugt einen Halsabschnitt mit einem reduzierten Durchmesser, um die Schwenkbewegung des Kupplungselements und des Befestigungselements relativ zueinander zu erleichtern. Der Hals des Befestigungselements kann auch eine konkave Oberfläche haben, um den Schwenkbereich des Befestigungselements relativ zum Kupplungselement zu verbreitern.
Das Befestigungselement kann in den Knochen unter Verwendung eines Werkzeugs eingeführt werden, das einen Schaft mit einem unteren Ende und eine Vielzahl von Zacken umfasst, die sich vom unteren Ende des Schafts aus erstrecken. Die Zacken sind bevorzugt dazu eingerichtet, in die Nuten des Kopfes eingeführt zu werden. Der Schaft des Werkzeugs kann ein Aussengewinde umfassen, das geeignet ist, in das Innengewinde des Kupplungselements einzugreifen.
Beim Gebrauch wird das Kupplungselement an Ort und Stelle verankert, indem man das Schrauben-Befestigungselement in dem Knochen verankert, etwa im Wirbelknochen. Ein Führungsloch kann im Knochen ausgebildet werden, bevor das Befestigungselement im Knochen verankert wird. Nachdem das Kupplungselement an Ort und Stelle verankert ist, verbleibt bevorzugt ein Zwischenraum zwischen dem unteren Ende des Kupplungselements und dem Knochen, so dass das Kupplungselement frei ist, relativ zum Befestigungselement und zum Knochen zu schwenken und zu rotieren. Diese Schwenk- und Drehaktion erleichtert das Positionieren einer orthopädischen Stabilisierungsstange innerhalb der Stangen-Aufnahmeöffnung des Kupplungselements.
Nachdem eine Stabilisierungsstange in der Stangen-Aufnahmeöffnung des Kupplungselements positioniert wurde, wird das Sperrelement, das heisst, eine mit Aussengewinde versehene Madenschraube, in das Innengewinde des Kupplungselements eingeschraubt. Wenn die Madenschraube festgezogen ist, schlägt die Unterseite der Madenschraube gegen die orthopädische Stange an, um durch die Stange eine abwärtsgerichtete Kraft auf die zweite radiale Oberfläche des Kopfes aufzubringen. Wie er hier verwendet ist, bedeutet der Ausdruck „abwärtsgerichtete Kraft" eine Kraft, die gegen das untere Ende des Kupplungselements gerichtet ist. Die nach unten gerichtete Kraft, die auf die zweite radiale Oberfläche des Kopfes aufgebracht wird, drückt die erste radiale Oberfläche des Kopfes in den konisch geformten Sitz des Kupplungselements. Der Eingriff der ersten radialen Oberfläche des Schraubenkopfes mit dem konisch geformten Sitz sperrt das Kupplungselement relativ zum Schraubenkopf und ver hindert hierdurch die weitere Schwenk- und Drehbewegung des Kupplungselements. Als Ergebnis ist die Wahrscheinlichkeit der postoperativen Verlagerung und/oder Bewegung der Rückgratstange oder des Kupplungselements relativ zur einem oder mehreren Knochen-Befestigungselementen in bezeichnender Weise verringert. Somit sorgt die vorliegende Erfindung für eine verlässlichere Rückgrat-Fixierungsvorrichtung und überwindet die postoperativen Verlagerungsprobleme, die in Vorrichtungen aus dem Stand der Technik gesehen werden können. Ausserdem hat die Stielschraubenanordnung der vorliegenden Erfindung weniger Teile. Als Ergebnis sind Implantierungsoperationen in hohem Masse vereinfacht und die Möglichkeit, dass ein Bestandteil im Inneren des Körpers des Patienten fallengelassen wird, ist in hohem Masse verringert.
In bestimmten, bevorzugten Ausführungen können im Befestigungselement ein oder mehrere Löcher zur Aufnahme von Material zum Knochenwachstum vorgesehen sein, wie es im US-Patent 4 484 570 (Sutter) offenbart ist. Statt eine Schraube zur Befestigung der Schraube am Knochen zu verwenden, kann in anderen, bevorzugten Ausführungen das Befestigungselement ein hkenförmig geformtes Verankerungselement umfassen, wie es in oben erwähnten US-Patent 5 476 464 (Metz-Stavenhagen) offenbart ist. Das Befestigungselement kann auch eine Struktur sein, die an ihrer Aussenseite Widerhaken aufweist, wobei das Befestigungselement in den Knochen gedrückt wird und die Widerhaken es verhindern, dass das Befestigungselement wieder aus dem Knochen herausgezogen wird.
In bestimmten, bevorzugten Ausführungen kann die Oberste Oberfläche des Kopfes des Befestigungselements eine Fassung umfassen, die dazu geeignet ist, ein Werkzeug aufzunehmen, etwa einen Schraubenzieher oder einen Sechskantschlüssel. In dieser Ausführung wird das Befestigungselement dadurch am Knochen angebracht, dass man das Werkzeug in die Fassung einsetzt und dann das Werkzeug dreht, um das Befestigungselement im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen.
Das Kupplungselement kann auch eine oder mehrere Einprägungen oder Nuten haben, die hierin zur Aufnahme einer Steuervorrichtung ausgebildet sind, wie ein brechstangenähnliches Instrument zum Einsetzen der Stange in das Kupplungselement. In manchen Ausführungen erstrecken sich die Einprägungen oder Nuten im allgemeinen in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Kupplungselements verläuft. Die Nut oder Sacklöcher können in der Aussenoberfläche des Kupplungselements ausbildet sein.
Die Innenoberfläche des Kupplungselements an dessen unteren Ende definiert bevorzugt des Sitz, der dazu eingerichtet ist, um in die erste radiale Oberfläche an der Unterseite des Kopfes einzugreifen, und um es dem Kopf zu gestatten, relativ zum Kupplungselement vor dem Sperren an Ort und Stelle zu schwenken. Der Sitz ist bevorzugt nahe dem unteren Ende des Kupplungselements vorgesehen. Der Sitz kann eine konische Form oder eine konvexe Form definieren. In besonders bevorzugten Ausführungen ist der Sitz ein konisch geformter Sitz. Die Wände des konisch geformten Sitzes sind bevorzugt nach innen und aufeinander zu abgeschrägt, so dass der Durchmesser der Wände an ihrem unteren Ende geringer ist als der Aussendurchmesser des Kopfes.
Während des Zusammenbaus der oben erwähnten Stabilisierungsvorrichtung wird ein Abschnitt des Befestigungselements durch die Bohrung des Kupplungselements hindurchgeführt, bis die Unterseite des Kopfes nahe dem konisch geformten Sitz des Kupplungselements positioniert ist. Während einer Rückgrat-Fixierungsoperation verbleibt, nachdem das Befestigungselement im Knochen verankert wurde, das Kupplungselement frei, um relativ zum Befestigungselement zu schwenken. Es liegt ausserdem bevorzugt ein Spalt zwischen der Unterseite des Kupplungselements und dem Knochen vor, und die Anwesenheit des Spalts erleichtert die Schwenkbewegung des Kupplungselements. Der Halsabschnitt des Befestigungselements, der bevorzugt eine konkave Oberfläche mit einem Durchmesser hat, der geringer ist als der Durchmesser des Gewindeabschnitts des Befestigungselements, ermöglicht es dem Kupplungselement, in einem breiteren Bereich von Winkeln relativ zum Befestigungselement zu schwenken. Somit kann eine Rückgratstange leichter innerhalb der Stangen-Aufnahmeöffnung des Kupplungselements positioniert werden. Nachdem die Stange innerhalb der Stangen-Aufnahmeöffnung positioniert wurde, wird ein Sperrelement in das Gewinde des Kupplungselements geschraubt. Wenn sich das Sperrelement nach unten auf die Stange festzieht, übt die Stange ihrerseits eine nach unten gerichtete Kraft auf die zweite radiale Oberfläche des Kopfes aus. Die nach unten gerichtete Kraft, die auf die zweite radiale Oberfläche des Kopfes ausgeübt wird, drückt die erste radiale Oberfläche des Kopfes in den konisch geformten Sitz des Kupplungselements. Der Eingriff der ersten radialen Oberfläche des Kopfes in den konisch geformten Sitz sperrt das Kupplungselement relativ zum Kopf und verhindert hierdurch die weitere Schwenk- und Drehbewegung des Kupplungselements. Als Ergebnis ist die Wahrscheinlichkeit der postoperativen Verlagerung und/oder Bewegung der Stielschraubenanordnung in hohem Umfang verringert, wodurch das Auftreten postoperativer Komplikationen für Patienten mit Rückgratfixierung minimiert ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch bevorzugt ein Gerät zum Befestigen oder Verankern des Befestgiungselements im Knochen. Das Gerät ist bevorzugt ein Werkzeug mit einem drehbaren Schaft und einer oder mehreren Zacken, die sich vom einen Ende des Schaftes aus zum Eingriff in Nuten im Kopf erstrecken. In bevorzugten Ausführungen hat das Werkzeug einen Zacken für jede Nut im Kopf des Befestigungselements. Das Werkzeug kann auch ein Aussengewinde am unteren Ende des Schafts aufweisen. Das Aussengewinde ist bevorzugt geeignet zum Eingriff in das Innengewinde des Kupplungselements, wenn ein Befestigungselement am Knochen verankert wird. Der Eingriff des Aussengewindes des Werkzeugs und des Innengewindes des Kupplungselements stabilisiert im allgemeinen die Anordnung, wenn das Befestigungselement am Knochen befestigt wird. Insbesondere hindert der Eingriff der Gewinde das Kupplungselement daran, sich relativ zum Befestigungselement zu bewegen, wenn man das Befestigungselement in den Knochen treibt, und vereinfacht hierdurch die Anbringung der Befestigungselemente.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungen noch näher ersichtlich, die unten ausgeführt sind, wenn man sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen heranzieht.
In anderen bevorzugten Ausführungen umfasst ein Kupplungselement für eine Stabilisierungsanordnung in wünschenswerter Weise ein oberes Ende und ein unteres Ende, eine Stangen-Aufnahmeöffnung, die dazu eingerichtet ist, eine Stabilisierungsstange aufzunehmen, eine Bohrung, die sich durch das untere Ende des Kupplungselements erstreckt, um ein Befestigungselement aufzunehmen, das einen Kopf mit einem ersten Durchmesser umfasst, und einen Sitz nahe dem unteren Ende des Kupplungselements, der dazu eingerichtet ist, in eine Unterseite des Kopfes des Befestigungselements einzugreifen. Das Kupplungselement umfasst bevorzugt ein Gewinde, das sich vom oberen Ende zum unteren Ende des Kupplungselements erstreckt, und eine ringförmige Lippe zwischen dem Gewinde und dem Sitz des Kupplungselements, wobei die ringförmige Lippe einen zweiten Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Durchmesser der ersten radialen Oberfläche des Kopfes.
In noch anderen bevorzugten Ausführungen umfasst ein Kupplungselement für eine Stabilisierunganordnung ein oberes Ende und ein hiervon entferntes unteres Ende sowie eine Stangen-Aufnahmeöffnung, die dazu eingerichtet ist, eine Stabilisierungsstange aufzunehmen. Das Kupplungselement hat bevorzugt eine äussere Oberfläche und eine innere Oberfläche, die eine zentrale Bohrung definiert, die sich durch das untere Ende des Kupplungselements erstreckt. Ein Sitz nahe dem unteren Ende des Kupplungselements ist erwünschterweise geeignet, in eine Unterseite des Kopfes des Befestigungselements einzugreifen, wobei das Kupplungselement einen oder mehrere Schnitte zwischen der Stangen-Aufnahmeöffnung und seiner äusseren Oberfläche umfasst, um die Breite des Kupplungselements zu minimieren. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine spezielle Operationstheorie eingeschränkt ist, wird geglaubt, dass das Vorsehen von Schnitten an der Kante der Stangen-Aufnahmeöffnung die Breite des Kupplungselements verringert, so dass mehr Kupplungselemente auf eine vorgegebene Länge einer Stabilisierungsstange passen. Die Schnitte minimieren auch die scharfen Kanten des Kupplungselements und verringern hierdurch die Gefahr, dass das Kupplungselement das Gewebe eines Patienten irritiert und/oder den Handschuh eines Chirurgen schneidet.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungen, die unten nachfolgen, noch weiter ersichtlich, wenn sie zusammen mit der beigefügten Beschreibung herangezogen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Frontansicht im Aufriss eines Befestigungselements für eine Stabilisierungsanordnung, in Übereinstimmung mit bestimmten bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Draufsicht auf das Befestigungselement, das in 1 gezeigt ist.
3A zeigt einen Teil eines Querschnitts durch das Befestigungselement, das in 2 gezeigt ist, vorgenommen längs Linie IIIA-IIIA in 2.
3B zeigt eine expandierte Ansicht eines Teils der Befestigungseinrichtung, die in 3A gezeigt ist.
4 zeigt eine Perspektivansicht eines Kupplungselements für eine Stabilisierungsanordnung, in Übereinstimmung mit bestimmten bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt einen Teil eines Querschnitts durch das Kupplungselement, das in 4 gezeigt ist.
6A und 6B zeigen ein Verfahren des Zusammenbaus des Befestigungselements der 1–3B mit dem Kupplungselement der 4 bis 5, in Übereinstimmung mit bestimmten bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Perspektivansicht der Anordnung, die in 6B gezeigt ist.
8 zeigt eine Perspektivansicht eines Werkzeugs zum Eingriff in die Anordnung der 7 zum Eintreiben des Befestigungselements in einen Knochen, in Übereinstimmung mit bestimmten, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
9A zeigt die zusammengebaute Anordnung der 7, nachdem das Befestigungselement im Knochen verankert wurde.
9B zeigt eine aufgeweitete Ansicht eines Abschnitts der 9A, wobei das Kupplungselement verschwenkt wurde, um eine Stabilisierungsstange aufzunehmen.
9C zeigt eine Stabilisierungsstange, die am Kupplungselement durch eine Madenschraube festgelegt wurde, in Übereinstimmung mit bestimmten, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt die Ansicht eines Querschnitts durch ein Kupplungselement, in Übereinstimmung mit weiteren, bevorzugen Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine Teilansicht des Kupplungselements, das in 10 gezeigt ist.
12 zeigt eine Teilansicht eines Befestigungselements, im Übereinstimmung mit bestimmten, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
13A und 13B zeigen ein Verfahren zum Zusammenbauen des Befestigungselements mit einem Kupplungselement, in Übereinstimmung mit bestimmten, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden.
14 zeigt eine Perspektivansicht eines Kupplungselements, im Übereinstimmung mit weiteren, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt eine Frontansicht im Aufriss des Kupplungselements der 14.
16 zeigt eine Draufsicht auf das Kupplungselement, das in 14 und 15 gezeigt ist.
17 zeigt eine Frontansicht eines Schrauben-Befestigungselements im Aufriss, das mit einem Kupplungselement gekoppelt ist, in Übereinstimmung mit weiteren, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
18 zeigt ein Befestigungselement für eine Stabilisierungsanordnung, im Übereinstimmung mit weiteren, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird Bezug auf 1 genommen; in Übereinstimmung mit bestimmten, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Stielschraubenanordnung ein Befestigungselement 20, etwa ein Schraubenbefestigungselement mit einer Endspitze 22 zur Einführung in den Knochen und einem Kopf 24 an seinem oberen Ende. Das Schrauben-Befestigungselement 20 hat bevorzugt ein Aussengewinde 26, das sich zwischen der Endspitze 22 und dem Schraubenkopf 24 erstreckt. Das Schraubengewinde 26 endet an einem Hals 28, der bevorzugt zwischen dem Schraubenkopf 24 und einem oberen Ende des Schraubengewindes 26 angeordnet ist. Der Hals 28 hat wünschenswerterweise eine konkave Oberfläche, die einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser des Schraubengewindes. Der Hals 28 mit verringertem Durchmesser erlaubt es dem Schrauben-Befestigungselement 20, über einen breiteren Bewegungsbereich zu schwenken und zu drehen, wie es detaillierter noch unten beschrieben wird. Das Schrauben-Befestigungselement, das das Aussengewinde 26, den Hals 28 und den Schraubenkopf 24 umfasst, ist bevorzugt aus nicht-organischem Material hergestellt, das dauerhaft ist und das in den menschlichen Körper implantiert werden kann, wie Titan oder rostfreier Stahl.
Es wird nun auf die 1 und 2 Bezug genommen; der Schraubenkopf 24 hat bevorzugt eine Unterseite 30, die eine erste radiale Oberfläche definiert, und eine Oberseite 32, die eine zweite radiale Oberfläche definiert. Der Schraubenkopf 24 umfasst auch erwünschterweise eine oder mehrere Nuten 34, die sich in einer Richtung erstrecken, die im wesentlichen parallel zur Längsachse des Schrauben-Befestigungselements 24 verläuft. Es wird nun auf 2 Bezug genommen; in einer bevorzugten Ausführung umfasst der Schraubenkopf 24 eine Vielzahl von Nuten 34, die mit gleichem Abstand zueinander angeordnet sind und sich rund um den Aussenumfang des Schraubenkopfes 24 erstrecken. Die obere Oberfläche 32 des Schraubenkopfes 24 ist bevorzugt auf die Vielzahl von Nuten 34 zentriert.
Es wird auf die 3A und 3B Bezug genommen; der Schraubenkopf 24 umfasst eine Mitte 36, wobei die Unterseite 30 des Schraubenkopfes 24 die erste radiale Oberfläche definiert, die von der Mitte 36 aus einen ersten Radius R₁ aufweist. Der Schraubenkopf 24 umfasst eine obere Oberfläche 32, die eine zweite radiale Oberfläche mit einem zweiten Radius R₂ von der Mitte 36 her aufweist. Die Vielzahl von Nuten 34 ist bevorzugt dazu eingerichtet, Zacken eines Werkzeugs aufzunehmen, das verwendet wird, um das Schrauben-Befestigungselement in den Knochen einzuschrauben, wie detaillierter noch unten beschrieben wird.
Es wird auf die 4 und 5 Bezug genommen; die Stielschraubenanordnung umfasst auch ein Kupplungselement 40 zum Zusammenkuppeln einer orthopädischen Stabilisierungsstange mit dem Schrauben-Befestigungselement, das in den 1–3B gezeigt ist. Das Kupplungselement 40 ist bevorzugt aus einem inerten Material hergestellt, wie etwa aus Titan oder rostfreiem Stahl. Das Kupplungselement 40 hat ein oberes Ende 42, ein unteres Ende 44 und eine Längsachse C-C, die sich zwischen dem oberen und unteren Ende erstreckt. Das Kupplungselement 40 hat auch bevorzugt eine äussere Oberfläche 46, die eine konvexe Oberfläche am seinem unteren Ende 44 und eine zylindrische Oberfläche an seinem oberen Ende umfasst. Die äussere Oberfläche 46 umfasst auch bevorzugt eine oder mehrere Nuten 48, die hierin so ausgebildet sind, dass das Kupplungselement 40 ergriffen und/oder manövriert werden kann, indem man ein Befestigungselement oder Werkzeug verwendet, wie etwa ein Zwangsinstrument, das verwendet wird, um eine orthopädische Stange in die Stielschraubenanordung einzusetzen. Die Nuten 48 erstrecken sich bevorzugt in Richtungen, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse C-C des Kupplungselements 40 verlaufen.
Das Kupplungselement 40 hat eine Bohrung 50 zur Aufnahme eines Schrauben-Befestigungselements, und die Bohrung erstreckt sich längs der Längsachse C-C des Kupplungselements 40. Die Bohrung 50 definiert eine innere Oberfläche des Kupplungselements 40 und hat ein Innengewinde 44, das sich vom oberen Ende 42 des Kupplungselements zu einem Hohlraum 52 nahe dem unteren Ende 44 erstreckt. Das untere Ende des Hohlraums 52 hat bevorzugt einen konisch geformten Sitz 54, der Seitenwände umfasst, die nach innen zum unteren Ende 44 hin abgeschrägt sind. In anderen Ausführungen kann das Gewinde am Kupplungselement auch ein Aussengewinde sein.
6A und 6B zeigen eine bevorzugte Methode zum Zusammenbauen des Schrauben-Befestigungselements 20 mit dem Kupplungselement 40. Es wird auf 6A Bezug genommen: die Endspitze 22 des Schrauben-Befestigungselements 20 wird durch die Bohrung 50 des Kupplungselements 40 vom oberen Ende 42 zum unteren Ende 44 des Kupplungselements hin so durchgesteckt, dass der Gewindeabschnitt des Schrauben-Befestigungselements durch die Bohrung 50 hindurchtritt. Der Gewindeabschnitt 26 des Schrauben-Befestigungselements 20 ist imstande, frei durch die Bohrung 50 hindurchzutreten, weil der Gewindeabschnitt 26 einen Aussendurchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Innengewindes 44 des Kupplungselements 40. Es wird auf 6B Bezug genommen: das Schrauben-Befestigungselement 20 fährt fort, zum unteren Ende des Kupplungselements 40 eingeführt zu werden, bis der Schraubenkopf 24 innerhalb des Hohlraums 52 des Kupplungselements 40 angeordnet ist und die Unterseite des Schraubenkopfes in den Sitz des Kupplungselements eingreift.
Es wird auf 7 Bezug genommen: nachdem das Schrauben-Befestigungselement 20 mit dem Kupplungselement 40 zusammengebaut wurde, ist der Hals 28 des Schrauben-Befestigungselements 20 frei, relativ zum Kupplungselement zu schwenken und sich zu drehen. Wie oben erwähnt, hat der Hals 28 bevorzugt einen verringerten Durchmesser und kann auch eine konkave äussere Oberfläche haben, so dass das Schrauben-Befestigungselement 20 und das Kupplungselement relativ zueinander über einen breiteren Bereich von Winkeln schwenken können.
Nachdem das Schrauben-Befestigungselement 20 und das Kupplungselement zusammengebaut wurden, ist die Unterbaugruppe bereit, in den Knochen 60 eingeführt zu werden. In einem ersten Schritt kann das Schrauben-Befestigungselement 20 am Knochen 60 durch Bohren eines Führungsloches in den Knochen verankert werden. Die Endspitze (nicht gezeigt) des Schrauben-Befestigungselements 20 kann dann in das Führungsloch eingesetzt werden und das Schrauben-Befestigungselement in den Knochen 60 unter Verwendung eines Werkzeugs oder Geräts eingeschraubt werden, Ein bevorzugtes Werkzeug 62 zum Einschrauben des Schrauben-Befestigungselements 20 in den Knochen 60 umfasst einen drehbaren Schaft 64, der ein unteres Ende 66 mit einer Vielzahl sich nach unten erstreckender Zacken 68 aufweist. Die Zacken 68 sind so bemessen, dass sie in die Nuten 34 des Schraubenkopfes (nicht gezeigt) des Schrauben-Befestigungselements 20 passen. Auf die Drehung des Schaftes 64 hin greifen die Zacken 68 in die Nuten 34 des Schrauben-Befestigungselements 20 ein, um das Schrauben-Befestigungselement 20 zu drehen und das Befestigungselement in den Knochen 60 einzuschrauben. Das Werkzeug 62 kann auch ein Aussengewinde 70 umfassen, und zwar bevorzugt zwischen dem Schaft 64 und den Zacken 68. Das Aussengewinde 70 ist dazu ausgelegt, in Schraubeingriff mit dem Innengewinde 44 des Kupplungselements 40 zu treten (4–5). Der hergestellte Eingriff des Aussengewindes 70 des Werkzeugs 62 mit dem Innenge winde 44 des Kupplungselements 40 stabilisiert im allgemeinen die Stielschraubenanordnung, wenn man das Schrauben-Befestigungselement 20 in den Knochen 60 treibt.
Es wird auf die 9A und 9B Bezug genommen: nachdem das Schrauben-Befestigungselement 20 im Knochen 60 verankert ist, verbleibt das Kupplungselement 40 frei, um relativ zum Schrauben-Befestigungselement zu schwenken und sich zu drehen, so dass eine orthopädische Stabilisierungsstange 72 innerhalb der Stangen-Aufnahmeöffnung 74 des Kupplungselements 40 positioniert werden kann. Die Stangen-Aufnahmeöffnung 74 umfasst bevorzugt eine U-förmige Öffnung, die sich von der Oberseite 42 des Kupplungselements 40 aus erstreckt. Ausserdem liegt, nachdem das Schrauben-Befestigungselement voll in den Knochen eingeführt wurde, noch immer ein Spalt zwischen dem unteren Ende 44 des Kupplungselements 40 und dem Knochen 60 vor. Der Spalt erleichtert die Schwenk- und Drehbewegung des Kupplungselements 40 relativ zum Schrauben-Befestigungselement 20. Das Kupplungselement 40 kann dann bewegt (zum Beispiel geschwenkt) werden, indem man in die Nuten 48 mit einem Werkzeug eingreift oder den äusseren Abschnitt des Körpers des Kupplungselements ergreift. Das Kupplungselement 40 könnte dann so geschwenkt und/oder gedreht werden, dass die orthopädische Stange 72 in der Stangen-Aufnahmeöffnung 74 positioniert werden kann, wie es in 9B gezeigt ist.
Es wird auf 9C Bezug genommen: nachdem die Stabilisierungsstange 72 innerhalb des Kupplungselements 40 positioniert wurde, wird eine Madenschraube 76 mit einem Aussengewinde (nicht gezeigt) in das Innengewinde 44 des Kupplungselements 40 eingeschraubt. Die Madenschraube 76 wird weiter in das Innengewinde 44 eingeschraubt, bis eine Unterseite 78 der Madenschraube gegen die Stabilisierungsstange 72 anschlägt. Die Madenschraube 76 wird dann weiter in das Innengewinde 44 eingedreht, um die Stabilisierungsstange 72 im Stangen-Aufnahmekanal 74 zu verriegeln. Die festgezogene Madenschraube 76 übt durch die Stange 72 eine nach unten gerichtete Kraft auf die zweite radiale Oberfläche an der Oberseite 32 des Schraubenkopfes 24 aus. Die nach unten gerichtete Kraft, die auf die zweite radiale Oberfläche des Schraubenkopfes 24 ausgeübt wird, drückt die erste radiale Oberfläche an der Unterseite 30 des Schraubenkopfes 24 in den konisch geformten Sitz 54 des Kupplungselements 40. Der Eingriff der ersten radialen Oberfläche an der Unterseite 30 des Schraubenkopfes 24 in den konisch geformten Sitz 54 erzeugt eine Reibungsverriegelung der kugeligen Oberfläche/konischen Oberfläche, die das Kupplungselement 40 relativ zum Schraubenkopf 24 verriegelt und dabei die weitere Schwenk- und Drehbewegung des Kupplungselements 40 und des Schrauben-Befestigungselements 20 relativ zueinander verhindert. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine spezielle Operationstheorie eingeschränkt ist, wird doch geglaubt, dass der Eingriff der kugeligen Oberfläche des Schraubenkopfes in den konischen Sitz des Kupplungselements dramatisch die Verriegelungskraft verbessert, die am Übergang von Schraubenkopf und Kupplungselement ausgeübt wird.
Es wird auf 10 Bezug genommen: in Übereinstimmung mit anderen, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kupplungselement 140 für eine Stabilisierungsanordnung ein oberes Ende 142 und ein unteres Ende 144. Das Kupplungselement 140 umfasst auch eine äussere Oberfläche 146, die sich zwischen dem oberen und unteren Ende 142, 144 erstreckt, wobei die äussere Oberfläche 146 eine oder mehrere Nuten 148 umfasst. Das Kupplungselement umfasst auch eine mittig angeordnete Bohrung 150, die sich zwischen dem oberen Ende 142 und dem unteren Ende 144 längs der Längsachse C-C erstreckt. Die Bohrung 150 ist umgeben von einem Innengewinde 151, das sich vom oberen Ende 142 zum unteren Ende 144 hin erstreckt. Das Kupplungselement 140 umfasst auch einen Hohlraum 152 nahe dem unteren Ende 144, und der Hohlraum umfasst einen konisch geformten Sitz 154, der Seitenwände hat, die nach innen zum unteren Ende 144 des Kupplungselements 140 hin abgeschrägt sind. Das Kupplungselement 140 umfasst auch bevorzugt eine Innenwand 153, die einen Durchmesser D_W zwischen dem Innengewinde 151 und dem Hohlraum 152 aufweist, und eine Lippe 155 zwischen der Innenwand 153 und dem Hohlraum 152. Die Lippe 155 hat einen Durchmesser D_L, der kleiner ist als der Durchmesser D_W der Innenwand 153. Wie in 12 gezeigt, ist der äussere Durchmesser D_S der ersten radialen Oberfläche 130 des Schraubenkopfes 124 grösser als der Durchmesser D_L der Lippe 155 des Kupplungselements. Als Ergebnis dient die Lippe 155 als eine Arretierung, die das Befestigungselement 120 im Hohlraum 152 des Kupplungselements 140 hält, nachdem der Schraubenkopf des Befestigungselements 120 mit dem Kupplungselement 140 zusammengebaut wurde.
11 zeigt eine vergrösserte Ansicht eines Teils des Kupplungselements 140, das in 10 gezeigt ist. Wie oben beschrieben, umfasst das Kupplungselement 140 eine Bohrung 150, die sich vom oberen Ende (nicht gezeigt) gegen dessen unteres Ende 144 hin erstreckt, und eine Innenwand 153, die sich zwischen dem Innengewinde 151 und dem Hohlraum 152 erstreckt. Der Hohlraum 152 umfasst einen konisch geformten Sitz 154, der sich nach innen verjüngende Seitenwände 154 aufweist. Das Kupplungselement 140 umfasst eine Lippe 155, die zwischen der Innenwand 153 und dem Hohlraum 152 positioniert ist. Die Lippe 155 hat einen Durchmesser D_L, der kleiner ist als der Durchmesser D_W der Innenwand 153 des Kupplungselements 140.
12 zeigt das Schraubenbefestigungselement 120 mit einem Schraubenkopf 124 an seinem oberen Ende, wobei der Schraubenkopf eine erste radiale Oberfläche 130 an seiner Unterseite und eine zweite radiale Oberfläche 132 an der Oberseite des Schraubenkopfes 124 umfasst. Der Schraubenkopf 124 umfasst eine Mitte 136, eine erste radiale Oberfläche 130, von der Mitte 136 aus gesehen, die einen Radius R₁ hat, und eine zweite radiale Oberfläche 132, von der Mitte 136 aus gesehen, die einen Radius R₂ hat, wobei R₁ grösser ist als R₂. Die erste radiale Oberfläche des Schraubenkopfes 124 definiert einen äusseren Durchmesser D₃, der die zweifache Länge von R₁ hat.
Die 13A und 13B zeigen das Schrauben-Befestigungselement 120, das mit dem Kupplungselement 140 zusammengebaut ist, das in den 10 und 11 gezeigt ist. Wie oben erwähnt, umfasst das Kupplungselement 140 eine Lippe 155 mit einem Durchmesser D_L, der kleiner ist als der Durchmesser D_S der ersten radialen Oberfläche 130 des Schraubenkopfes 124, jedoch ist der äussere Durchmesser D_S der ersten radialen Oberfläche 130 des Schrau benkopfes 124 kleiner als der Innendurchmesser der inneren Wand 153.
Es wird auf die 13A und 13B Bezug genommen: während des Zusammenbaus des Schrauben-Befestigungselements 120 mit dem Kupplungselement 140 wird das Schrauben-Befestigungselement 120 durch die Bohrung 150 hinduchgesteckt, so dass das Gewinde 126 durch die Öffnung am unteren Ende 144 des Kupplungselements 140 hindurchtritt. Weil der Aussendurchmesser D_S des Schraubenkopfes 124 kleiner ist als der Innendurchmesser der inneren Wand 153, tritt der Schraubenkopf 124 mühelos durch die Bohrung 150 hindurch, bis die erste radiale Oberfläche 130 in die Lippe 155 eingreift. Weil der Innendurchmesser D_L der Lippe 155 kleiner ist als der Aussendurchmesser D_S der ersten radialen Oberfläche 130 des Schraubenkopfes 124, wirkt die Lippe 155 als eine Arretierung, und der Schraubenkopf muss durch den verringerten Durchmesser der Lippe 155 hindurchgedrückt werden. Es wird auf 13B Bezug genommen: nachdem der Aussendurchmesser D_S des Schraubenkopfes 124 die Lippe 155 passiert hat, wird der Schraubenkopf innerhalb des Hohlraums 152 durch die Lippe 155 gehalten, wobei das Kupplungselement 140 relativ zum Schraubenkopf 124 schwenkbar ist, um eine Stabilisierungsstange aufzunehmen. Nachdem eine Stabilisierungsstange im Inneren der U-förmigen Öffnung des Kupplungselements 140 aufgenommen wird, kann eine Madenschraube (nicht gezeigt) in das Innengewinde 151 des Kupplungselements 140 eingeschraubt werden, um die Stabilisierungsstange in Inneren der U-förmigen Öffnung festzuhalten. Die Madenschraube wird dann bevorzugt festgezogen, um eine nach unten gerichtete Kraft auf die Stabilisierungsstange auszuüben, die ihrerseits eine Kraft auf die zweite radiale Oberfläche 132 des Schraubenkopfes 124 ausübt. Die nach unten gerichtete Kraft auf die zweite radiale Oberfläche 132 drückt die erste radiale Oberfläche 130 in den konisch geformten Sitz des Kupplungselements, um den Schraubenkopf und das Kupplungselement relativ zueinander zu verriegeln.
Die 14–16 zeigen ein Kupplungselement 240 in Übereinstimmung mit weiteren, bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Das Kupplungselement 240 umfasst ein oberes Ende 242, ein unteres Ende 244 und eine äussere Wand 246, die sich zwischen dem oberen und unteren Ende 242, 244 erstreckt. Die äussere Oberfläche 246 des Kupplungselements 240 umfasst Nuten 248 auf seinen gegenüberliegenden Armen. Das Kupplungselement 240 hat eine Mittelbohrung 150, die sich zwischen seinem oberen und unteren Ende erstreckt. Das Kupplungselement 240 hat einen ersten Arm 261A und einen zweiten Arm 261B auf jeder Seite einer U-förmigen, stangenaufnehmenden Öffnung 174, und die U-förmige, stangenaufnehmende Öffnung ist dazu eingerichtet, eine Stabilisierungsstange (nicht gezeigt) aufzunehmen. Die Kanten der U-förmigen Öffnung umfassen Einschnitte 263, die hierin ausgebildet sind. Die Einschnitte 263 verringern das Profil oder die Breite des Kupplungselements und minimieren hierbei den störenden Eingriff in andere Kupplungselemente, wenn eine Reihe von Kupplungselementen mit einer Stabilisierungsstange verbunden ist. Die Einschnitte 263 ermöglichen es den Kupplungselementen 240, eng zusammengepackt zu werden und über jedem Wirbel befestigt zu werden, wobei sie das Verwachsen eines Rückgratelements verbessern. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine spezielle Operationstheorie eingeschränkt ist, wurde doch beobachtet, dass einige Patienten verhältnismässig kleine Wirbel haben, was es schwierig macht, ein Kupplungselement über jedem Wirbel zu befestigen. Als Ergebnis kann bei manchem Wirbel kein Abschnitt der Stabilisierungsanordnung befestigt werden, eine Situation, die sich nachteilig auf die Stabilisierung und das Verwachsen des Rückgratsegments auswirken kann, weil nicht der gesamte Abschnitt des Rückgratsegments stabilisiert wird. Zusätzlich minimieren die Einschnitte 263 das Auftreten scharfer Kanten am Kupplungselement, was sonst das Gewebe eines Patienten irritieren könnte oder durch den Handschuh eines Chirurgen schneiden könnte.
17 zeigt eine Frontansicht eines Kupplungselementes 240 der 14–16, das mit einem Schrauben-Befestigungselement 220 zusammengebaut ist. Das Kupplungselement 240 umfasst ein Innengewinde (nicht gezeigt) zur Aufnahme einer Madenschraube 276. Das Kupplungselement 240 umfasst Einschnitte 263 zum Minimieren des Profils des Kupplungselements und zum Verringern des Auftretens scharfer Kanten.
18 zeigt ein Befestigungselement 320 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Das Befestigungselement 320 umfasst einen Kopf 324, der eine erste radiale Oberfläche 330 mit einem Radius R₁, von der Mitte 336 aus, und eine zweite radiale Oberfläche 332 mit einem Radius R₂, von der Mitte 336 aus, umfasst. Der erste Radius R₁ ist grösser als der zweite Radius R₂. Das Befestigungselement 320 umfasst einen Haken 370 zur Befestigung des Befestigungelements an einer Verbindung (nicht gezeigt).
Obwohl die Erfindung hierin unter Bezug auf spezielle Ausführungen beschrieben wurde, ist es doch so zu verstehen, dass diese Ausführungen lediglich für die Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung verdeutlichend sind. Es ist deshalb so zu verstehen, dass zahlreiche Modifikationen an den verdeutlichenden Ausführungen vorgenommen werden können, und dass auch andere Anordnungen erdacht werden können, ohne dass man von Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abweicht, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Stabilisierungsanordnung, umfassend: ein Befestigungselement (20), das ein oberes Ende und ein unteres Ende (22), einen Kopf am oberen Ende und mindestens ein Verankerungselement aufweist, das sich zwischen dem oberen und unteren Ende erstreckt, wobei der genannte Kopf eine Unterseite (30) umfasst, die eine erste, radiale Oberfläche aufweist; ein Koppelungselement, das ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, wobei das genannte Koppelungselement eine Stangen-Aufnahmeöffnung (74), die dazu geeignet ist, eine Stabilisierungsstange (72) aufzunehmen, eine Bohrung, die sich durch das untere Ende des genannten Koppelungselements erstreckt, um das genannte Befestigungselement (20) aufzunehmen, und einen konisch geformten Sitz umfasst, der dazu geeignet ist, in die erste radiale Oberfläche des genannten Kopfes einzugreifen, wenn das genannte Befestigungselement in der Bohrung sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner umfasst: ein Sperrelement, das dem genannten Kupplungselement zugeordnet ist, wobei das genannten Sperrelement dazu eingerichtet ist, eine Kraft gegen eine Stabilisierungsstange auszuüben, die in der genannten Stangen-Aufnahmeöffnung positioniert ist, wobei die genannte Stabilisierungsstange ihrerseits unmittelbar eine Oberseite des genannten Kopfes kontaktiert, um die erste radiale Oberfläche des genannten Kopfes gegen den konisch geformten Sitz des genannten Koppelungselements anzudrücken, um einen durch Reibung sperrenden Eingriff einer kugeligen Oberfläche mit einer konischen Oberfläche zu erzeugen.
Stabilisierungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Oberseite des genannten Kopfes eine zweite radiale Oberfläche umfasst, die genannte erste radiale Oberfläche einen ersten Radius von der Mitte des genannten Kopfes aus definiert, die genannte zweite radiale Oberfläche einen zweiten Radius von der Mitte des genannten Kopfes aus definiert, und der erste Radius grösser ist als der zweite Radius.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Mitte des genannten Kopfes im wesentlichen ausgerichtet ist auf eine Längsachse des genannten Befestigungselements.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei das genannte Befestigungselement ein Schrauben-Befestigungselement ist, dessen mindestens eines Verankerungselement Schraubengewindegänge umfasst, die sich zwischen dem oberen und dem unteren Ende des genannten Befestigungselements erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das genannte Koppelungselement Gewindegänge aufweist, die sich vom oberen zum unteren Ende erstrecken, und das genannte Sperrelement eine mit Gewinde versehene Madenschraube umfasst, die dazu eingerichtet ist, mit den Gewindegängen des genannten Koppelungselements zu kämmen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der genannte Kopf eine Mitte (36) und eine Oberseite (32) umfasst, die eine zweite radiale Oberfläche umfasst, wobei die genannte erste radiale Oberfläche einen ersten Radius von der Mitte des genannten Kopfes aus definiert und die genannte zweite radiale Oberfläche einen zweiten Radius von der Mitte des genannten Kopfes aus definiert, wobei der erste Radius grösser als der zweite Radius ist; und wobei der konisch geformte Sitz sich nahe dem unteren Ende des genannten Koppelungselements befindet.
Stabilisierungsanordnung nach Anspruch 6, ferner umfassend: ein Sperrelement, das dem genannten Koppelungselement zugeordnet ist, um eine Kraft auf eine Stabilisierungsstange (72) aufzubringen, die in der genannten Stangen-Aufnahmeöffnung (74) positioniert ist, wobei die genannte Stabilisierungsstange (72) ihrerseits in unmittelbarer Berührung mit der zweiten radialen Oberfläche des genannten Kopfes steht und eine Kraft auf diese aufbringt, um die erste radiale Oberfläche des genannten Kopfes gegen den konisch geformten Sitz zu drücken, um eine weitere Schwenk- und Drehbewegung des genannten Befestigungselements (20) und des genannten Koppelungselements relativ zueinander zu verhindern.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei das genannte Befestigungselement ein Schrauben-Befestigungselement (20) ist, und wobei das mindestens eine Verankerungselement Schrauben-Gewindegänge umfasst, die sich zwischen seinem oberen und unteren Ende erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei das mindestens eine Verankerungselement einen Haken am unteren Ende des genannten Befestigungselements umfasst.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei der genannte Kopf mindestens eine Nut umfasst, die sich von der oberen Oberfläche zu seiner Unterseite hin erstreckt, und wobei die mindestens eine Nut dazu geeignet ist, eine Antriebseinrichtung zum Einführen des genannten Befestigungselements (20) in einen Knochen aufzunehmen.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei sich die genannte mindestens eine Nut in einer Richtung im wesentlichen parallel zu den Längskanten der genannten Schrauben-Befestigungseinrichtung erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei die genannte mindestens eine Nut eine Vielzahl von Nuten umfasst.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei das genannte Koppelungselement innere Gewindegänge umfasst, die sich von seinem oberen Ende zu seinem unteren Ende erstrecken, wobei das genannte Koppelungselement eine ringförmige Lippe umfasst, die einen Durchmesser zwischen den inneren Gewindegängen und dem konisch geformten Sitz des Koppelungselements aufweist, und wobei der Durchmesser der genannten ringförmigen Lippe kleiner ist als zweimal der erste Radius des genannten Kopfes.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei sich die Mitte des genannten Schraubenkopfes im wesentlichen in Ausrichtung auf die Längsachse des genannten Schrauben-Befestigungselements befindet.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei das genannte Koppelungselement Gewindegänge aufweist, die sich von seinem oberen Ende aus erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 15, wobei die Gewindegänge des genannten Koppelungselements Innengewindegänge sind, die an einer Innenoberfläche des genannten Koppelungselements ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 16, wobei das genannte Sperrelement eine Madenschraube aufweist, die ein Aussengewinde zum Schraubeingriff in die inneren Gewindegänge des genannten Koppelungselements umfasst.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Gewindegänge des genannten Koppelungselements Aussengewindegänge sind, die an der äusseren Oberfläche des genannten Koppelungselements ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 18, wobei das genannte Sperrelement eine Mutter mit einem Innengewinde zum Gewindeeingriff in das Aussengewinde des genannten Koppelungselements umfasst.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei das genannte Koppelungselement eine Aussenoberfläche umfasst, in der eine oder mehrere Kerben ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 20, wobei das genannte Koppelungselement einen oder mehrere Einschnitte zwischen der stangenaufnehmenden Öffnung und seiner Aussenoberfläche umfasst, um die Breite des genannten Koppelungselements zu minimieren.
Anordnung nach Anspruch 6, worin das genannte Befestigungselement ein Schrauben-Befestigungselement ist, das ein Schraubengewinde und einen Hals umfasst, der einen verringerten Durchmesser zwischen dem Kopf des genannten Befestigungselements und dem Schraubengewinde aufweist.
Anordnung nach Anspruch 22, wobei der Hals des Schrauben-Befestigungselements eine konkave Oberfläche aufweist.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die genannte Stabilisierungsanordnung aus einem Material gemacht ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan und rostfreiem Stahl besteht.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei: das Verankerungselement dazu geeignet ist, das Befestigungselement im Knochen zu verankern; der Kopf eine Mitte umfasst, sowie eine Oberseite, die eine zweite radiale Fläche umfasst, wobei die erste radiale Fläche einen ersten Radius von der Mitte des genannten Kopfes aus definiert und die zweite radiale Fläche einen zweiten Radius von der Mitte des genannten Kopfes aus definiert, von denen der erste Radius grösser ist als der zweite Radius; und der Sitz dem unteren Ende des genannten Koppelungselements benachbart ist und nach innen abgeschrägte Seitenwände umfasst.
Stabilisierungsanordnung nach Anspruch 25, ferner umfassend: ein Sperrelement, das dem genannten Koppelungselement zugeordnet ist, wobei das genannte Sperrelement dazu geeignet ist, eine Kraft auf eine Stabilisierungsstange aufzubringen, die in der genannten Stangen-Aufnahmeöffnung positioniert ist, wobei die genannte Stabilisierungsstange ihrerseits unmittelbar in die zweite radiale Oberfläche an der Oberseite des genannten Kopfes eingreift, um die Unterseite des genannten Kopfes gegen den konisch geformten Sitz anzudrücken, um eine weitere Schwenk- und Drehbewegung des genannten Schrauben-Befestigungselements und des Koppelungselements relativ zueinander zu verhindern.
Stabilisierungsanordnung nach Anspruch 25, wobei das genannte Befestigungselement ein Schrauben-Befestigungselement ist, das Gewindegänge aufweist, wobei das mindestens eine Verankerungselement das Schraubengewinde umfasst.
Stabilisierungsanordnung nach Anspruch 25, wobei das genannte Befestigungselement einen Haken umfasst, wobei das mindestens eine Verankerungselement den Haken umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1 zur Verwendung mit einer orthopädischen Stabilisierungsstange, wobei: das untere Ende des Befestigungselements in einen Knochen einführbar ist und der Kopf eine erste radiale Oberfläche mit einem ersten Radius an der Unterseite des genannten Kopfes sowie eine zweite radiale Oberfläche mit einem zweiten Radius an der Oberseite des genannten Kopfes hat, wobei der erste Radius grösser ist als der zweite Radius, und wobei es dem genannten Befestigungselement und dem genannten Koppelungselement freisteht, relativ zueinander zu schwenken und sich relativ zueinander zu drehen, bevor der Kopf im genannten Koppelungselement gesperrt wird.
Anordnung nach Anspruch 29, worin das genannte Koppelungselement eine Aussenoberfläche umfasst, in der eine oder mehrere Kerben ausgeformt sind, wobei die Kerben in Eingriff gebracht werden können, um das genannte Koppelungselement zu sichern.
Anordnung nach Anspruch 29, ferner umfassend ein Sperrelement zum Sperren einer Stabilisierungsstange in der Stangen-Aufnahmeöffnung des genannten Koppelungselements, wobei das genannte Sperrelement dem genannten Koppelungselement zugeordnet ist, um die genannte Stabilisierungsstange gegen die zweite radiale Oberfläche des Kopfes zu drücken, der seinerseits die erste radiale Oberfläche des genannten Kopfes gegen den konisch geformten Sitz des genannten Koppelungselements drückt, um das genannte Koppelungselement und das genannten Schrauben-Befestigungselement daran zu hindern, relativ zueinander zu schwenken und sich relativ zueinander zu drehen.
Anordnung nach Anspruch 29, wobei das genannte Befestigungselement Schrauben-Gewindegänge umfasst, die sich zwischen seinem oberen und unteren Ende erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 29, worin das genannte Befestigungselement einen Haken umfasst.
Kochenbefestigungselement für eine Stabilisierungsanordnung, wobei das Befestigungselement in ein Koppelungselement einführbar ist, das ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, wobei das genannte Koppelungselement eine Stangen-Aufnahmeöffnung, eine Bohrung, die sich durch das untere Ende des genannten Koppelungselements erstreckt, um das genannte Befestigungselement aufzunehmen, und einen konisch geformten Sitz nahe dem unteren Ende des genannten Koppelungselements umfasst, wobei das genannte Knochen-Befestigungselement ein oberes Ende und ein unteres Ende umfasst: einen Kopf an seinem oberen Ende; und mindestens ein Knochenverankerungselement, das sich zwischen dem oberen und unteren Ende des genannten Befestigungselements erstreckt, wobei der genannte Kopf eine Mitte (36), eine Unterseite (30), die eine erste radiale Oberfläche mit einem ersten Radius von der Mitte aus umfasst, und eine Oberseite (32) umfasst, die einen zweiten Radius von der Mitte aus umfasst, wobei der erste Radius grösser als der zweite Radius und die erste radiale Oberfläche an der Unterseite des genannten Kopfes mit dem genannten Koppelungselement in Eingriff bringbar ist, wenn das genannte Befestigungselement in der Bohrung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das genannte, eingeführte Schrauben-Befestigungselement relativ zum genannten Koppelungselement verschwenkt, bevor es vor weiterer Bewegung relativ zum genannten Koppelungselement gesperrt wird, indem es unmittelbar die Oberseite kontaktiert, um die erste radiale Oberfläche gegen den konisch geformten Sitz des Koppelungselements anzudrücken, um eine Reibungssperrung einer kugeligen Oberfläche mit einer konischen Oberfläche zu erzeugen.
Befestigungselement nach Anspruch 34, wobei das genannte Befestigungselement ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Titan und rostfreiem Stahl besteht.
Befestigungselement nach Anspruch 34, wobei das genannte Befestigungselement Schrauben-Gewindegänge umfasst, die sich zwischen seinem oberen und unteren Ende erstrecken.
Befestigungselement nach Anspruch 34, worin das genannte Befestigungselement an seinem unteren Ende einen Haken umfasst.
Koppelungselement für eine Stabilisierungsanordnung, umfassend: ein oberes Ende und, hiervon entfernt, ein unteres Ende; eine Stangen-Aufnahmeöffnung, die geeignet ist, eine Stabilisierungsstange aufzunehmen; das genannte Koppelungselement hat eine Aussenoberfläche und eine Innenoberfläche, die eine mittige Bohrung durch das untere Ende des genannten Koppelungselementes definiert, ein konisch geformter Sitz nahe dem unteren Ende des genannten Koppelungselements, der dazu geeignet ist, unmittelbar in eine radiale Unterseite des Kopfes eines Befestigungselementes einzugreifen, wobei das genannte Koppelungselement einen oder mehrere Einschnitte zwischen der stangenaufnehmenden Öffnung und seiner Aussenoberfläche umfasst, um die Breite des genannten Koppelungselements zu minimieren, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Koppelungselement gegenüber dem genannten Befestigungselement dadurch sperrbar ist, dass es die Oberseite unmittelbar kontaktiert, um die radiale Unterseite gegen den konisch geformten Sitz anzudrücken, um einen durch Reibung sperrenden Eingriff einer kugeligen Oberfläche mit einer konischen Oberfläche zu erzeugen.
Koppelungselement nach Anspruch 38, wobei es umfasst, dass: die Bohrung dazu geeignet ist, ein Befestigungselement aufzunehmen, das einen Kopf mit einer ersten radiale Oberfläche mit einem ersten Durchmesser aufweist, und wobei das Koppelungselement ferner umfasst: Gewindegänge, die sich vom oberen Ende zum unteren Ende des genannten Koppelungselements hin erstrecken; und eine ringförmige Lippe zwischen den Gewindegängen und dem Sitz des genannten Koppelungselements, wobei die genannte ringförmi ge Lippe einen zweiten Durchmesser hat, der kleiner als der erste Durchmesser der ersten radialen Oberfläche des genannten Kopfes ist.