DE102005022920B4

DE102005022920B4 - Implantat

Info

Publication number: DE102005022920B4
Application number: DE102005022920A
Authority: DE
Inventors: Stephan Lindner; Jens Dipl.-Ing.(Univ) Beger
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: DE102005022920A1

Abstract

Implantat mit zwei relativ zueinander verschiebbaren Tragelementen, insbesondere Wirbelkörperersatzimplantat mit, einem oberen und einem unteren, jeweils mit einem der Tragelemente verbundenen Stützelement zur Anlage an Stirnflächen von Wirbelkörpern, wobei ein Tragelement als Zylinder und das andere als teleskopierend in dem Zylinder verschiebbarer Kolben ausgebildet ist, und mit einer Fixiervorrichtung zur dauerhaften Sicherung der beiden Tragelemente gegen eine Verschiebung des Kolbens in dem Zylinder, wobei an dem Zylinder ein radial nach innen vorschiebbares Klemmelement gelagert ist, welches in eine seitliche Ausnehmung des Kolbens eintaucht und beim radialen Einschieben in die seitliche Ausnehmung den Kolben gegen eine Verschiebung im Zylinder verklemmt, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Ausnehmung eine sich in Verschieberichtung des Kolbens (8) erstreckende Längsnut (15) im Kolben (8) ist mit Seitenwänden (16, 17), deren Abstand zum Boden (18) der Längsnut (15) hin abnimmt, und daß das Klemmelement (23) die Form eines Keiles hat, dessen Dicke zum freien Ende hin...

Description

Die Erfindung betrifft ein Implantat mit zwei relativ zueinander verschiebbaren Tragelementen, insbesondere Wirbelkörperersatzimplantat, mit einem oberen und einem unteren, jeweils mit einem der Tragelemente verbundenen Stützelement zur Anlage an Stirnflächen von Wirbelkörpern, wobei ein Tragelement als Zylinder und das andere als teleskopierend in dem Zylinder verschiebbarer Kolben ausgebildet ist, und mit einer Fixiervorrichtung zur dauerhaften Sicherung der beiden Tragelemente gegen eine Verschiebung des Kolbens in dem Zylinder, wobei an dem Zylinder ein radial nach innen vorschiebbares Klemmelement gelagert ist, welches in eine seitliche Ausnehmung des Kolbens eintaucht und beim radialen Einschieben in die seitliche Ausnehmung den Kolben gegen eine Verschiebung im Zylinder verklemmt.

Bei Implantaten ist es oft notwendig, verschiedene Skelett-Teile abzustützen und dazu den Abstand von Stützelementen zu verstellen, um die abgestützten Skelett-Teile in die richtige Position zu bringen. Um diese Verschiebung der Tragelemente relativ zueinander zu bewerkstelligen, ist es bekannt, diese als Teile eines Kolben-Zylinder-Aggregates auszubilden, so daß mittels eines Druckmediums der Kolben dieses Kolben-Zylinder-Aggregates mehr oder weniger aus dem Zylinder ausgetrieben werden kann. Nach Erreichen der gewünschten Endposition müssen Kolben und Zylinder, das heißt die beiden Tragelemente des Implantates, dauerhaft in der erreichten Position fixiert werden, das heißt sie dürfen nicht mehr gegeneinander verschiebbar sein. In der DE 198 04 765 C2 ist ein Implantat beschrieben, bei dem zwei Teile eines Implantates dadurch in Verschieberichtung relativ zueinander fixiert werden, daß eine Kugel radial gegen kugelsegmentförmige Vertiefungen in dem Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates gedrückt wird. Dadurch ist eine stufenförmige Fixierung möglich, da die kugelsegmentförmigen Vertiefungen einen Abstand voneinander haben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Implantat so auszubilden, daß eine stufenlose Fixierung der beiden Teile eines Implantates intraoperativ in einfachster Weise und mit hoher Sicherheit durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Implantat der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die seitliche Ausnehmung eine sich in Verschieberichtung des Kolbens erstreckende Längsnut im Kolben ist mit Seitenwänden, deren Abstand zum Boden der Längsnut hin abnimmt, und daß das Klemmelement die Form eines Keiles hat, dessen Dicke zum freien Ende hin abnimmt.

Durch die beschriebene Ausgestaltung ist eine stufenlose Festlegung möglich, da sich die seitliche Ausnehmung in Verschieberichtung des Kolbens erstreckt, so daß das Klemmelement längs dieser seitlichen Ausnehmung an jeder beliebigen Stelle eingreifen kann, die Verklemmung erfolgt dabei durch einen sehr engen Kontakt der Seitenwände des Klemmelementes mit den Seitenwänden der seitlichen Ausnehmung, gegebenenfalls auch durch Druck in radialer Richtung. Dadurch, daß sowohl die Längsnut als auch das Klemmelement die Querschnittsform eines Keiles haben, werden die Seitenflächen des Klemmelements beim Vorschieben desselben in radialer Richtung mit zunehmender Kraft gegen die Seitenwände der seitlichen Ausnehmung gedrückt, so daß eine sichere Fixierung in beliebiger Relativposition erreicht werden kann.

Bei einer speziellen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Neigung der Seitenwände der Nut und der Seitenflächen des Keiles gleich ist, so daß sich die Seitenflächen des Keiles flächig an die Seitenwände der Nut anlegen und durch den sich ergebenden großflächigen Kontakt eine besonders wirksame Klemmung erzielen.

Zur Verbesserung der Klemmwirkung ist es günstig, wenn die Seitenflächen des Klemmelementes eine Zahnung aufweisen. Beim Einpressen des Klemmelementes in die seitliche Ausnehmung können sich dabei die Zähne der Zahnung plastisch verformen, so daß sich ein materieller Formschluß ergibt, der die Klemmwirkung verbessert.

Es ist auch vorteilhaft, wenn das Klemmelement und der Kolben im Bereich der seitlichen Ausnehmung aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die sich in ihrer Festigkeit unterscheiden. Dadurch wird der Effekt der plastischen Verformung noch verstärkt.

Beispielsweise kann das Klemmelement aus einer Kobalt-Chrom-Legierung bestehen, während der Kolben zumindest im Bereich der seitlichen Ausnehmung aus einer Titan-Legierung besteht.

Das Klemmelement kann um seine in radialer Richtung zum Zylinder verlaufenden Längsachse verdrehbar in dem Zylinder gelagert sein. Dadurch paßt es sich beim Einschieben in radialer Richtung optimal an die Geometrie der seitlichen Ausnehmung an.

Es kann zusätzlich vorgesehen sein, daß im Kolben eine Führung angeordnet ist, in die das Klemmelement nur in einer bestimmten Winkelstellung bezüglich seiner Längsachse eingreifen kann. Dies stellt sicher, daß das Klemmelement in der richtigen Winkelstellung in die seitliche Ausnehmung eingreift.

Günstig ist es, wenn die Führung als Nut im Boden der seitlichen Ausnehmung ausgeführt ist, die parallel zu dieser verläuft und einen länglichen Vorsprung am Klemmelement aufnimmt.

Weiterhin kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, daß das Klemmelement um eine in radialer Richtung des Zylinders verlaufende Längsachse frei verdrehbar und axial unverschieblich mit einer Klemmschraube verbunden ist, die in radialer Richtung in den Zylinder einschraubbar ist. Diese Klemmschraube verschiebt somit das Klemmelement bei ihrer Einschraubbewegung in die seitliche Ausnehmung hinein, umgekehrt kann die Klemmschraube aber auch dazu verwendet werden, das Klemmelement beim Herausdrehen der Schraube aus der seitlichen Ausnehmung wieder herauszuziehen und dadurch die beiden Tragelemente freizugeben. Dies kann notwendig werden, wenn eine Korrektur oder eine Reoperation und damit eine Entfernung des Implantates gewünscht wird.

Wenn man die Klemmschraube gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest in ihrem Einschraubbereich mit einer reibungsmindernden Beschichtung versieht, beispielsweise einer Titan-Oxid-Beschichtung, kann man die Einschraubbarkeit der Klemmschraube verbessern, die zum Ein- und Ausdrehen notwendigen Drehmomente werden dadurch herabgesetzt.

Vorzugsweise weist die Klemmschraube einen Innenmehrkant für ein Drehwerkzeug auf, dieses Drehwerkzeug kann mit einem kugeligen Mehrkant (Torx) versehen sein, so daß das Drehwerkzeug nicht unbedingt exakt in der Drehachse der Klemmschraube gehalten werden muß, sondern gegenüber dieser auch geneigt sein kann. Dies ist bei Operationen mit der unter Umständen eingeschränkten Zugänglichkeit zum Operationsgebiet von Vorteil.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
1: eine perspektivische Explosionsansicht eines Wirbelkörperersatzimplantates in der Position zwischen zwei Wirbelkörpern;
2: eine perspektivische Ansicht des zusammengebauten Wirbelkörperersatzimplantates der 1 mit herausgenommenem Klemmelement und herausgenommener Klemmschraube;
3: eine Schnittansicht längs Linie 3-3 in 1 und
4: eine Schnittansicht längs Linie 4-4 in 3.
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines Wirbelkörperersatzimplantates erörtert, es versteht sich aber, daß die Erfindung bei allen Implantaten Anwendung finden kann, bei denen zwei gegeneinander verschiebbare Implantatteile mittels eines Kolben-Zylinder-Aggregates gegeneinander verschoben werden, also mittels eines Kolbens, der in einem Zylinder teleskopierend verschieblich gelagert ist.
Das in der Zeichnung dargestellte Wirbelkörperersatzimplantat 1 weist zwei Stützplatten 2, 3 auf, die am oberen und am unteren Ende des Wirbelkörperersatzimplantates 1 angeordnet sind und die dazu dienen, das Wirbelkörperersatzimplantat 1 an den Stirnflächen von zwei Wirbelkörpern 4 beziehungsweise 5 abzustützen.
Zwischen den beiden Stützplatten 2, 3 ist ein Kolben-Zylinder-Aggregat 6 mit einem Zylinder 7 und einem teleskopierend darin verschieblich gelagerten Kolben 8 angeordnet. Sowohl der Zylinder 7 als auch der Kolben 8 sind jeweils mit einer der beiden Stützplatten 2, 3 verbunden, dabei ist die Verbindung als Gelenkverbindung ausgebildet, so daß die Stützplatten 2, 3 um eine quer zur Verschieberichtung des Kolben-Zylinder-Aggregates 6 verlaufende Schwenkachse verschwenkbar sind. Diese Schwenkachse wird definiert durch eine Lagerschraube 9, die eine Bohrung 10 in den Stützplatten durchsetzt und die in einen kugeligen Lagerkörper 11 am jeweiligen Ende des Kolbens 8 beziehungsweise des Zylinders 7 eingeschraubt ist.
Zur Verschiebung des Kolbens 8 im Zylinder 7 steht der Innenraum 12 des Zylinders 7 über eine Druckmittelleitung 13 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Druckmittelreservoir in Verbindung, der Innenraum 12 ist gegenüber dem Kolben 8 durch eine in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Dichtung 14 abgedichtet. Durch Befüllung des Innenraumes 12 mit Druckmittel kann der Kolben aus dem Innenraum 12 ausgetrieben werden.
Der Kolben weist an einer Seite eine sich über seine Länge erstreckende, zur Seite hin offene Längsnut 15 auf, deren Seitenwände 16, 17 so gegeneinander geneigt sind, daß deren Abstand am äußeren Umfang des Kolbens 8 größer ist als am Boden 18 der Längsnut 15. In den Boden 18 ist eine nutförmige Vertiefung 19 mit parallelen Seitenwänden eingelassen, die sich über die gesamte Länge der Längsnut 15 erstreckt und die schmaler ist als die Längsnut 15, so daß sich im Bereich des Bodens 18 eine Stufe ergibt.
Der Zylinder 7 weist an seiner Seite einen quaderförmigen Vorsprung 20 auf, in den eine radial zur Längsachse des Zylinders 7 verlaufende Gewindebohrung 21 eingearbeitet ist. In diese Gewindebohrung 21 kann eine Klemmschraube 22 eingeschraubt werden, die ein Klemmelement 23 trägt, welches mit der Klemmschraube 22 um deren Längsachse frei verdrehbar, in axialer Richtung aber unverschiebbar verbunden ist. Das Klemmelement 23 greift dazu mit einem hülsenförmigen Halsteil 24 in eine sich stufig erweiternde koaxiale Innenbohrung 25 der Klemmschraube 22 ein und ist in dem erweiterten Bereich dieser Innenbohrung 25 nach außen aufgebogen, so daß der aufgebogene Halsteil 24 die Stufe 26 der Innenbohrung 25 hintergreift.
Das Klemmelement 23 weist zwei seitliche Klemmflächen 27, 28 auf, deren Abstand zum freien Ende des Klemmelementes 23 hin kleiner wird. Die Neigung der Klemmflächen 27, 28, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eben ausgeführt sind, entspricht der Neigung der ebenfalls eben ausgebildeten Seitenwände 16, 17 der Längsnut 15, so daß das Klemmelement beim radialen Einschieben in die Längsnut mit den Klemmflächen 27, 28 flächig an den Seitenwänden 16, 17 zur Anlage kommt.
Die Klemmflächen 27, 28 sind vorzugsweise mit einer Zahnung 29 versehen.
Am freien Ende des Klemmelementes 23 ist ein Vorsprung 30 angeformt, der zwei parallele Seitenflächen 31, 32 aufweist, der Abstand dieser Seitenflächen 31, 32 entspricht der Breite der Vertiefung 19 im Boden 18 der Längsnut 15. Der Vorsprung 30 ist so lang ausgebildet, daß er in die Vertiefung 19 eintaucht und dabei mit seinen Seitenflächen 31 und 32 an den Seitenwänden der Vertiefung 19 anliegt, bevor die Klemmflächen 27, 28 an den Seitenwänden 16, 17 der Längsnut 15 zur Anlage kommen. Damit wird das Klemmelement 23 durch den Vorsprung 30 in der Vertiefung 19 winkelrichtig geführt, so daß beim weiteren Vorschieben des Klemmelementes 23 in axialer Richtung die Klemmflächen 27, 28 winkelrichtig an den Seitenwänden 16, 17 der Längsnut 15 zur Anlage kommen.
Die Klemmschraube 22 trägt einen verbreiterten Kopf 33 mit einem Innenmehrkant 34, in den ein Drehwerkzeug eingesetzt werden kann, mit dessen Hilfe die Klemmschraube 22 in der Gewindebohrung 21 verdreht werden kann.
Das Klemmelement 23 wird vorzugsweise aus einer Kobalt-Chrom-Legierung gefertigt, der Kolben dagegen aus einer Titan-Legierung, so daß an der Kontaktfläche des Klemmelementes und des Kolbens Materialien unterschiedlicher Festigkeit aufeinandertreffen, dies verbessert die Klemmwirkung beim radialen Einschrauben der Klemmschraube.
Die Reibungskräfte zwischen der Klemmschraube 22 einerseits und der Gewindebohrung 21 andererseits sowie zwischen der Klemmschraube 22 einerseits und dem Klemmelement 23 andererseits können verringert werden, wenn die Klemmschraube mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen wird, beispielsweise mit einer Titanoxid-Beschichtung. Eine solche Titanoxid- Beschichtung kann beispielsweise durch Anodisieren in verdünnten Säuren oder starken Basen erfolgen.
Die Fixierung des Kolbens 8 in dem Zylinder 7 erfolgt in einfacher Weise durch Einschrauben der Klemmschraube 22. Im vormontierten Zustand ist die Klemmschraube 22 bereits soweit eingeschraubt, daß das Klemmelement 23 in die Längsnut 15 eintaucht, allerdings liegen die Klemmflächen 27, 28 noch nicht klemmend an den Seitenwänden 16, 17 an. Um diese Klemmung zu erreichen, genügt eine Einschraubbewegung der Klemmschraube 22 über einen relativ geringen Winkelbereich, das heißt der Operateur muß die Klemmschraube nur geringfügig drehen, um – gegebenenfalls unter Verwendung eines Drehmomentenschlüssels – eine definierte Klemmkraft zwischen Kolben und Zylinder aufzubringen. Die Klemmung ist dabei sehr wirksam, da sich die axiale Bewegung des Klemmelementes durch die Neigung der Klemmflächen 27 und 28, die in der Regel nur einige Grad beträgt, in eine wesentlich kleinere Querbewegung der Klemmflächen übersetzt und damit eine entsprechende Erhöhung der Klemmkräfte erreichbar ist.

Claims

Implantat mit zwei relativ zueinander verschiebbaren Tragelementen, insbesondere Wirbelkörperersatzimplantat mit, einem oberen und einem unteren, jeweils mit einem der Tragelemente verbundenen Stützelement zur Anlage an Stirnflächen von Wirbelkörpern, wobei ein Tragelement als Zylinder und das andere als teleskopierend in dem Zylinder verschiebbarer Kolben ausgebildet ist, und mit einer Fixiervorrichtung zur dauerhaften Sicherung der beiden Tragelemente gegen eine Verschiebung des Kolbens in dem Zylinder, wobei an dem Zylinder ein radial nach innen vorschiebbares Klemmelement gelagert ist, welches in eine seitliche Ausnehmung des Kolbens eintaucht und beim radialen Einschieben in die seitliche Ausnehmung den Kolben gegen eine Verschiebung im Zylinder verklemmt, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Ausnehmung eine sich in Verschieberichtung des Kolbens (8) erstreckende Längsnut (15) im Kolben (8) ist mit Seitenwänden (16, 17), deren Abstand zum Boden (18) der Längsnut (15) hin abnimmt, und daß das Klemmelement (23) die Form eines Keiles hat, dessen Dicke zum freien Ende hin abnimmt.
Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Seitenwände (16, 17) der Längsnut (15) und der Seitenflächen (27, 28) des Klemmelementes (23) gleich ist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (27, 28) des Klemmelementes (23) eine Zahnung (29) aufweisen.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (23) und der Kolben (8) im Bereich der seitlichen Ausnehmung (15) aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die sich in ihrer Festigkeit unterscheiden.
Implantat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (23) aus einer Kobalt-Chrom-Legierung besteht.
Implantat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) zumindest im Bereich der seitlichen Ausnehmung (15) aus einer Titan-Legierung besteht.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (23) um seine in radialer Richtung zum Zylinder (7) verlaufende Längsachse verdrehbar in dem Zylinder (7) gelagert ist.
Implantat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben (8) eine Führung (19) angeordnet ist, in die das Klemmelement (23) nur in einer bestimmten Winkelstellung bezüglich seiner Längsachse eingreifen kann.
Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung als Nut (19) im Boden (18) der seitlichen Ausnehmung (15) ausgeführt ist, die parallel zu dieser verläuft und einen länglichen Vorsprung (30) am Klemmelement (23) aufnimmt.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (23) um eine in radialer Richtung des Zylinders (7) verlaufende Längsachse frei verdrehbar und axial unverschieblich mit einer Klemmschraube (22) verbunden ist, die in radialer Richtung in den Zylinder (7) einschraubbar ist.
Implantat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschraube (22) zumindest in ihrem Einschraubbereich mit einer Titan-Oxid-Beschichtung versehen ist.
Implantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschraube (22) einen Innenmehrkant (34) für ein Drehwerkzeug aufweist.