DE102013113168A1

DE102013113168A1 - Wirbelkörperersatzimplantat mit Schneckengetriebe

Info

Publication number: DE102013113168A1
Application number: DE102013113168.9A
Authority: DE
Inventors: Jochen Hutzel
Original assignee: HUMANTECH GERMANY GmbH
Current assignee: HUMANTECH SPINE GMBH, DE
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-06-11
Also published as: WO2015079011A1; EP3073966A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wirbelkörperersatzimplantat, das umfasst: – ein oberes Implantatteil (10) mit einer oberen Wirbelanlagefläche (11); – ein unteres Implantatteil (20) mit einer unteren Wirbelanlagefläche (21); und – eine Spreizvorrichtung (30), die mit den Implantatteilen (10, 20) in Wirkverbindung steht, um die Implantatteile (10, 20) auseinander zu drücken, wobei die Spreizvorrichtung (30) zur Aufbringung einer Spreizkraft (F) ein Schneckengetriebe (40) mit einer Schnecke (43) und einem Schneckenrad (41) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelkörperersatzimplantat zum teilweisen oder vollständigen Ersatz von Wirbelkörpern.
Entsprechende Wirbelkörperersatzimplantate werden im Bereich der Hals-, Brust- und Lendenwirbelsäule bei Tumoren oder Frakturen der Wirbelsäule bzw. bei degenerativen oder entzündlichen Erkrankungen zum teilweisen oder vollständigen Austausch von Wirbelkörpern verwendet.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Wirbelkörperersatzimplantate bekannt. Üblicherweise umfassen diese ein oberes Implantatteil mit einer oberen Wirbelanlagefläche und ein unteres Implantatteil mit einer unteren Wirbelanlagefläche, wobei die Wirbelanlageflächen meist dazu ausgebildet sind, an den Wirbelkörpern anzuliegen. Die Wirbelkörperersatzimplantate werden von vorne oder seitlich in einer Ausgangsstellung eingebracht. Der betroffene Wirbelkörper kann vorab abgetragen werden. Nach dem Einbringen des Wirbelkörperersatzimplantats in der Ausgangsposition wird dieses aufgespreizt. Hierbei werden üblicherweise die Implantatteile auseinandergedrückt. Das Wirbelkörperersatzimplantat kann auf diese Weise an die jeweilige Ausdehnung des vorhandenen Raums individuell angepasst werden. Abschließend wird es fixiert. Zusätzlich kann eine Stabilisierung von hinten mittels Pedikelschrauben und/oder von vorne über Platten erfolgen.
Bei dem Aufspreizen des Wirbelkörperersatzimplantats werden mechanische und/oder pneumatische Spreizvorrichtungen verwendet. Aus der US 7,641,693 B2 , der US 6,524,341 B2 und der US 6,176,881 B1 sind Wirbelkörperersatzimplantate mit mechanischen Spreizvorrichtungen bekannt. Pneumatische Spreizvorrichtungen gehen aus der US 2010/0063510 A1 , der US 2010/0268340 A1 und der korrespondierenden US 2010/0268341 A1 hervor.
Um bei der Operation ein optimales Ergebnis zu erzielen ist es notwendig, das Wirbelkörperersatzimplantat möglichst exakt an die individuelle Situation, insbesondere den vorhandenen Raum, anzupassen. Des Weiteren muss das Wirbelkörperersatzimplantat in der eingestellten Ausdehnung (vertikal) sicher und einfach fixierbar sein. Der hierfür zu betreibende Aufwand sollte für den Operateur möglichst gering gehalten werden. Dies betrifft unter anderem auch das für das Einbringen und Aufspreizen notwendige Werkzeug. Um eine relativ geringe Verletzung von Haut und Weichteilen zu erzielen, müssen die für das Aufspreizen notwendigen Mechanismen einfach und sicher zugänglich sein.
Die bereits genannte US 7,641,693 B2 beschreibt ein Wirbelkörperersatzimplantat, bei dem das Aufspreizen mittels einer Spindelwinde mit einer Spindelstange und einem Axialring erfolgt. Der Axialring ist gezahnt und lässt sich über ein relativ aufwändig ausgestaltetes Werkzeug, das seitlich an das Wirbelkörperersatzimplantat angesetzt wird, antreiben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besseres Wirbelkörperersatzimplantat, das sich insbesondere einfacher bedienen lässt, bereitzustellen. Des Weiteren sollen die oben genannten Anforderungen erfüllt werden.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie die Verwendung gemäß Anspruch 12 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Wirbelkörperersatzimplantat gelöst, das umfasst:

– ein oberes Implantatteil mit einer oberen Wirbelanlagefläche;
– ein unteres Implantatteil mit einer unteren Wirbelanlagefläche; und
– eine Spreizvorrichtung, die mit den Implantatteilen in Wirkverbindung steht, um die Implantatteile auseinander zu drücken.

Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Schneckenantriebs für den Aufspreizmechanismus. Hierdurch wird eine stufenlose Verstellbarkeit der Abstände des oberen Implantatteils zu dem unteren Implantatteil erzielt. Die notwendige Kraft ist relativ gering, so dass nur ein sehr geringes Drehmoment aufgebracht werden muss. Des Weiteren hat die erfindungsgemäße Spreizvorrichtung mit dem Schneckengetriebe den Vorteil, dass der Aufspreizmechanismus reversibel ist. Das heißt, das Wirbelkörperersatzimplantat kann aufgespreizt, aber auch wieder kleiner gestellt werden. Zusätzliche Mechanismen zum Blockieren des Wirbelkörperersatzimplantats in einer Endposition sind unnötig.
Theoretisch kann die Spreizkraft durch jeden beliebigen Mechanismus aufgebracht werden. Vorzugsweise umfasst die Spreizvorrichtung ein Spindelgewinde mit einer Spindelstange, die in einem drehbeweglich gelagerten Innengewinde gehalten ist. Hierbei handelt es sich um eine relativ einfache und robuste Mechanik, die sich in einfacher Weise mit dem erfindungsgemäßen Schneckengetriebe kombinieren lässt.
Die Spreizvorrichtung kann eine Führung, insbesondere ein Langloch, zur rotationsfesten Führung einer/der Spindelstange in axialer Richtung entlang einer Spindel-Längsachse umfassen. Die Führung kann dafür eingesetzt werden, die Rotation einer der Wirbelanlageflächen beim Betreiben der Spindelwinde zu unterbinden. Insofern wird auf die Wirbelkörper keine unnötige Rotationskraft aufgebracht.
In einem Ausführungsbeispiel kann mindestens eine Wirbelanlagefläche eine Zahnung zum Eingriff in den jeweiligen Wirbelkörper bzw. ggf. noch vorhandenes Weichgewebe umfassen.
Die erfindungsgemäße Spreizvorrichtung kann einen Mechanismus zum Umwandeln einer Rotationskraft in eine Hubkraft sowie das Schneckengetriebe als Übersetzung umfassen. Diese beiden Mechanismen stehen in Wirkverbindung. In einem Ausführungsbeispiel wird wie bereits erläutert, eine Spindelwinde zur Umsetzung der Rotationsbewegung in die Hubbewegung verwendet. In diesem Zusammenhang kann das Schneckenrad als Verbindung zu dem Schneckengetriebe eingesetzt werden. Das Schneckenrad kann ein Innengewinde zum Eingriff in die Spindelstange und eine Schneckenradzahnung an der Außenseite des Schneckenrads zum Eingriff in die Schnecke des Schneckengetriebes umfassen. Insofern werden relativ wenige Bauteile verwendet, um die Kraftübersetzung und die Kraftwandlung zu gewährleisten.
Die Schnecke kann eine Werkzeugaufnahme umfassen. Vorzugsweise ist diese Werkzeugaufnahme derart ausgerichtet, dass diese von einer Seite des Zwischenwirbelimplantats zugänglich ist. Für die bessere Kraftübertragung kann die Werkzeugaufnahme ein Profil in Vielrundform, beispielsweise für Torx-Bits, umfassen. Alternativ können Mehrkantprofile, beispielsweise Innensechskantprofile, verwendet werden.
Die Spreizvorrichtung kann ein Gehäuse zur Lagerung der Schnecke und/oder des Schneckenrads umfassen. Vorzugsweise umfasst das Gehäuse eine Anschlussvorrichtung zur Aufnahme eines Fixiergeräts. Beispielsweise kann es sich hier um ein Gewinde handeln, in das das Fixiergerät eingeschraubt wird. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Fixiergerät einfach um einen Stab zur Halterung des Gehäuses und somit zur Halterung des Zwischenwirbelimplantats. Theoretisch kann das Fixiergerät gleichzeitig ein Werkzeug zur Betätigung der Schnecke umfassen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Anschlussvorrichtung und die Werkzeugaufnahme an derselben Seite des Gehäuses angeordnet sind.
Das Gehäuse kann die Schnecke derart lagern, dass die Längsachse der Schnecke senkrecht zu der Längsachse der Spindelstange (Spindel-Längsachse) verläuft. Die Spreizvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass die Längsachse der Schnecke parallel zu einer Anschlussachse für die Anschlussvorrichtung verläuft. Diese Anordnung der Längsachse der Schnecke und/ oder der Anschlussachse stellt eine einfache Zugänglichkeit sicher.
Das Schneckengewinde der Schnecke kann einen Steigungswinkel von kleiner als 20 Grad haben. Dieser geringe Steigungswinkel stellt eine selbstständige Arretierung des Wirbelkörperersatzimplantats in der eingestellten Position sicher.
Das Wirbelkörperersatzimplantat kann zumindest teilweise aus einer Metalllegierung, insbesondere aus einer Titanlegierung, gefertigt sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich anhand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung mittels mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht des Wirbelkörperersatzimplantats mit einem oberen und einem unteren Implantatteil;
2 eine perspektivische Explosionsansicht des Wirbelkörperersatzimplantats gemäß 1;
3 eine Explosionsseitenansicht des Implantats gemäß 1;
4 eine perspektivische Seitenansicht des Schneckengetriebes des Wirbelkörperersatzimplantats gemäß 1;
5 eine Seitenansicht des Schneckengetriebes gemäß 4; und
6 eine schematische Seitenansicht auf die Implantatteile eines Wirbelkörperersatzimplantats.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wirbelkörperersatzimplantats 100. Dieses setzt sich im Wesentlichen aus einer Spreizvorrichtung 30 mit einem Gehäuse 31, einem auf der einen Seite des Gehäuses 31 angeordneten oberen Implantat-teil 10 und einem auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 31 angeordneten unteren Implantatteil 20 zusammen. Auf den von dem Gehäuse 31 abgewandten Seiten des oberen Implantatteils 10 und des unteren Implantatteils 20 befinden sich jeweils Wirbelanlageflächen 11 bzw. 21. Diese weisen eine Zahnung zum besseren Kontaktschluss mit den Wirbelkörpern auf.
Die Wirbelanlageflächen 11, 21 sind in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgeführt. Sie haben einen Durchmesser von 20 bis 50 mm, vorzugsweise ca. 23,5 mm. In einer anderen Ausführungsform kann eine andere Flächenausgestaltung der Wirbelanlageflächen 11 erfolgen (bsp. nierenförmig).
Insbesondere kann sich die obere Wirbelanlagefläche 11 von der unteren Wirbelanlagefläche 21 unterscheiden. Auch müssen die Wirbelanlageflächen 11, 21 nicht zwingend eine im Wesentlichen plane Grundoberfläche haben. So ist es denkbar, das obere Implantatteil 10 und/oder das untere Implantatteil 20 entsprechend der strukturellen Ausgestaltung der Wirbelkörper auszugestalten.
An einer Vorderseite des Gehäuses 31 sind zwei Öffnungen vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine Werkzeugaufnahme 44 zum Anbringen eines Antriebswerkzeugs (nicht gezeigt) und um eine Anschlussvorrichtung zur Aufnahme eines Fixiergeräts. Die Anschlussvorrichtung weist ein Gewinde zum Eindrehen des Fixiergeräts auf, wobei das Gewinde der Anschlussvorrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Schneckenachse 49 verläuft. Dementsprechend ist die Werkzeugaufnahme 44 ausgerichtet, so dass sich das Eindrehwerkzeug entlang der Schneckenachse 49 einbringen lässt.
Die 2 und 3 zeigen die einzelnen Bestandteile des Wirbelkörperersatzimplantats 100.
Das obere Implantatteil 10 setzt sich aus der oberen Wirbelanlagefläche 11 einer Endplatten-Fixierschraube 17 mit Außengewinde und einer Spindelstange 13 zusammen. Die Spindelstange 13 hat eine Innenbohrung mit einem Gewinde zur Aufnahme der Endplatten-Fixierschraube. Die Spindelstange 13 ist mittels der Endplatten-Fixierschraube 17 mit der oberen Wirbelanlagefläche 11 verschraubt. Diese Verbindung wird durch die Form der Spindelstange mit zwei seitlichen Schlüsselflächen und dem entsprechendem Gegenprofil in der oberen Wirbelanlagefläche beim Anziehen der Endplatten-Fixierschraube rotationsfest verschraubt. In einer Seitenansicht ergibt sich im Wesentlichen ein T-Profil, wobei der Querbalken die obere Wirbelanlagefläche und der Längsbalken die Spindelstange 13 bildet.
Das untere Implantatteil 20 weist eine Öffnung auf, die korrespondierend zu einer Gehäuse-Fixierschraube 23 ausgebildet ist. Diese Gehäuse-Fixierschraube 23 wird von unten her in das untere Implantatteil 20 eingebracht und mit einem an der Unterseite des Gehäuses 31 befindlichen Gewinde verschraubt. Im zusammengebauten Zustand lagert ein Schneckenrad 41 auf der Gehäuse-Fixierschraube 23 innerhalb des Gehäuses 31. Die Gehäuse-Fixierschraube 23 hat im Wesentlichen einen Durchmesser, der dem des Schneckenrads 41 gleicht. Sicherungszapfen 25, die integral an der Oberseite des unteren Implantatteils 20 angeordnet sind und in korrespondierende Öffnungen des Gehäuses 31 eingreifen, stellen sicher, dass das Gehäuse 31 gegenüber dem unteren Implantatteil 20 nicht verdreht werden kann. Im zusammengebauten Zustand liegt die Rotationsachse des Schneckenrads 41 auf der Spindelachse 14.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist diese Spindelachse 14 gegenüber den Zentren der Wirbelanlagefläche 11, 21 leicht versetzt angeordnet. Es wäre jedoch denkbar, das Zwischenwirbelimplantat 100 derart auszubilden, dass die Spindelachse 14 durch die Zentren der Wirbelanlageflächen 11, 21 verläuft.
Die Schnecke 43 ist derart in dem Gehäuse 31 angeordnet, dass deren Schneckenachse 49 senkrecht zur Spindelachse 14 verläuft. Die Schnecke 43 ist mit einer Mutter derart verschraubt, dass diese drehbeweglich in dem Gehäuse 31 gehalten ist. Wie mittels der 4 und 5 näher verdeutlicht, greift die Schnecke 43 im zusammengebauten Zustand des Zwischenwirbelimplantats 100 in das Schneckenrad 41 ein.
Die Spindelstange 13 und das Schneckenrad 41 bilden eine Spindelwinde zum Anheben des oberen Implantatteils 10 mit einer Spreizkraft F (6). Hierfür ist das Schneckenrad 41 als Ring ausgebildet, und hat an dessen Innenseite ein Schneckenrad-Innengewinde 48, das korrespondierend zu einem Spindelgewinde 16 an der Spindelstange 13 ausgebildet ist. Im zusammengebauten Zustand (vgl. 4 und 5) sitzt das Schneckenrad 41 also auf der Spindelstange 13 auf. Sobald sich das Schneckenrad 41, das in horizontaler Richtung durch das Gehäuse 31 und die Gehäuse-Fixierschraube 23 gehalten wird, dreht, senkt sich bzw. hebt sich die Spindelstange 13. Um eine Mitnahme der Spindelstange 13 bei der Rotation des Schneckenrads 41 zu verhindern, weist das Gehäuse 31 eine entsprechende Führung auf. Im Endeffekt ragt die Spindelstange 13 durch ein Langloch 33 (2), das korrespondierend zu einem zwei Schlüsselflächen umfassenden Spindelschaft 15 der Spindelstange 13 ausgebildet ist.
Die Rotation des Schneckenrads 41 wird durch die Schnecke 43 initiiert, deren Schneckengewinde 47 in Schneckenradzähne 42 an der Außenseite des Schneckenrads 41 eingreift. Schneckenrad 41 und Schnecke 43 bilden ein Schneckengetriebe 40 aus.
Wird also über die Werkzeugaufnahme 44 eine Rotationsbewegung um die Schneckenachse 49 initiiert, so wird die aufgebrachte Kraft über das Schneckengewinde 47 mit starker Untersetzung an das Schneckenrad 41 weitergegeben. Dieses rotiert um die Spindelachse 14 und hebt bzw. senkt die Spindelstange 13, was wiederum zum einem Heben bzw. Senken des oberen Implantatteils 10 relativ zu dem unteren Implantatteil 20 bzw. Gehäuse 31 führt.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hebt bzw. senkt sich das obere Implantatteil 10 relativ zu dem Gehäuse 31 bzw. unteren Implantatteil 20. Es ist denkbar, das erfindungsgemäße Zwischenwirbelimplantat 100 derart auszubilden, dass sich das obere Implantatteil 10 und das untere Implantatteil 20 gleichzeitig oder getrennt voneinander relativ zu dem Gehäuse 31 heben bzw. senken. Des Weiteren ist es möglich, das Zwischenwirbelimplantat 100 derart auszugestalten, dass sich das untere Implantatteil 20 relativ zu dem Gehäuse 31 und dem oberen Implantatteil 10 senkt bzw. hebt.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Rotation der Spindelstange 13 um die Spindelachse 14 durch die Ausgestaltung der Spindelstange 13 und das Langloch 33 vermieden. Erfindungsgemäß kann anstelle dieser Führung eine Zapfenführung oder eine andere formschlüssige Führung vorgesehen sein. Auch wäre es möglich, eine Führungsstange oder einen Führungszapfen an dem oberen Implantatteil 10 vorzusehen, die bzw. der in das Gehäuse 31 eingreift.
Bezugszeichenliste

10: Oberes Implantatteil
11: Obere Wirbelanlagefläche
13: Spindelstange
14: Spindelachse
15: Spindelschaft
16: Spindelgewinde
17: Endplatten-Fixierschraube
20: Unteres Implantatteil
21: Untere Wirbelanlagefläche
23: Gehäuse-Fixierschraube
25: Sicherungszapfen
30: Spreizvorrichtung
31: Gehäuse
33: Langloch
40: Schneckengetriebe
41: Schneckenrad
42: Schneckenradzahnung
43: Schnecke
44: Werkzeugaufnahme
47: Schneckengewinde
48: Schneckenrad-Innengewinde
49: Schneckenachse
100: Zwischenwirbelimplantat
F: Spreizkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7641693 [0004]
US 6524341 B2 [0004]
US 6176881 B1 [0004]
US 2010/0063510 A1 [0004]
US 2010/0268340 A1 [0004]
US 2010/0268341 A1 [0004]
US 7641693 B2 [0006]

Claims

Wirbelkörperersatzimplantat, umfassend: – ein oberes Implantatteil (10) mit einer oberen Wirbelanlagefläche (11); – ein unteres Implantatteil (20) mit einer unteren Wirbelanlagefläche (21); und – eine Spreizvorrichtung (30), die mit den Implantatteilen (10, 20) in Wirkverbindung steht, um die Implantatteile (10, 20) auseinander zu drücken, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (30) zur Aufbringung einer Spreizkraft (F) ein Schneckengetriebe (40) mit einer Schnecke (43) und einem Schneckenrad (41) umfasst.
Wirbelkörperersatzimplantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (30) für das Aufbringen der Spreizkraft (F) eine Spindelwinde mit einer Spindelstange (13) umfasst, die in einem drehbeweglich gelagerten Innengewinde (48) gehalten ist.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (40) eine Führung, insbesondere ein Langloch (33), zur rotationsfesten Führung einer/der Spindelstange (13) in axiale Richtung entlang einer Spindellängsachse (14) umfasst.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (41) das/ein Innengewinde (48) zum Eingriff in die/eine Spindelstange (13) und eine Schneckenradzahnung (42) an der Außenseite des Schneckenrads (41) zum Eingriff in die Schnecke (43) des Schneckengetriebes (40) umfasst.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (43) eine Werkzeugaufnahme (44) umfasst.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (44) ein Profil in Vielrundform umfasst.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (30) ein Gehäuse (31) zur Lagerung der Schnecke (43) und/oder des Schneckenrads (41) umfasst.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31) eine Anschlussvorrichtung zur Aufnahme eines Fixiergeräts umfasst.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31) die Schnecke (43) derart lagert, dass die Längsachse (49) der Schnecke (49) senkrecht zu der/einer Spindellängsachse (14) verläuft.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein/das Schneckengewinde (47) einen Steigungswinkel von kleiner als 20 Grad hat.
Wirbelkörperersatzimplantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirbelkörperersatzimplantat zumindest teilweise aus einer Metalllegierung, insbesondere aus einer Titanlegierung, gefertigt ist.
Verwendung eines Schneckengetriebes (40) mit einer Schnecke (43) und einem Schneckenrad (41) für das Aufbringen einer Spreizkraft (F) in einem Wirbelkörperersatzimplantat (100).