DE102020134635A1

DE102020134635A1 - Chirurgische Knochenschraube mit aufstellbarem Aktorelement durch die Einspritzung von fließfähigem Medium

Info

Publication number: DE102020134635A1
Application number: DE102020134635.2A
Authority: DE
Inventors: Mario Leimert; Katarina Gille; Christian Rotsch
Original assignee: Asklepios Orthopaedische Klinik Hohwald; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Asklepios Orthopaedische Klinik Hohwald; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-06-23
Also published as: WO2022136556A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube (1), die insbesondere als chirurgische Knochenschraube für den Einsatz unter anderem in der Osteosynthese oder der Instrumentierung der Wirbelsäule zur Erhöhung der Verankerungsstabilität in einer Knochenstruktur verwendet wird und einen Grundkörper (2) mit einem Außengewinde (3) und einem Kanal (4) zum Einleiten eines fließfähigen und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzenden Mediums (M), wie aushärtbarem Knochenzement, umfasst. Um die Verankerungsstabilität dieser Schraube (1) zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schraube (1) wenigstens ein Aktorelement (5) aufweist, das durch Einwirkung des in den Kanal (4) eingeleiteten Mediums (M) von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführbar ist.Die vorliegende Erfindung stellt zudem ein Verfahren zur Verankerung dieser Schraube (2) bereit.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Verankerung einer solchen Schraube gemäß Anspruch 15. Eine solche Schraube dient insbesondere als chirurgische Knochenschraube für den Einsatz in der Osteosynthese oder der Instrumentierung der Wirbelsäule und dient der Erhöhung der Verankerungsstabilität, insbesondere im osteoporotischen Knochen, um die Auslockerung aus dem Knochen zu reduzieren.
Um die Relativbewegungen zwischen Frakturteilen zu unterdrücken, ist eine hohe Verankerungsstabilität von Schrauben-Implantaten direkt nach dem Einbringen in den Knochen erforderlich. Dies gilt insbesondere bei Implantaten, die in der Nähe von nervalen Strukturen eingesetzt werden, wie beispielsweise Pedikelschrauben. Durch die unmittelbare Nähe der Schraube zum durch den Wirbelkanal verlaufenden Rückenmark kann eine Lockerung des Implantates im Wirbelkörper schwerwiegende Folgen haben. Nimmt die Dichte des Knochens ab (Osteoporose), ist bereits die primäre Verankerung von Implantaten besonders schwierig.
Speziell bei osteoporotischen Knochen ist jedoch die nötige Verankerungsstabilität aufgrund der strukturellen Schwächung und des begrenzten Platzes nicht in jedem Fall gewährleistet. Oftmals finden die Schauben-Implantate während der Operation keinen ausreichenden Halt im knöchernen Umfeld und erfordern, entgegen der ursprünglichen Planung, eine Anpassung der Positionierung und verwendeten Schraubengröße, was zu einer zusätzlichen Schädigung von intaktem Knochenmaterial führt. Darüber hinaus können postoperativ unter physiologischen Belastungen aseptische (nicht entzündliche) Auslockerungen auftreten, die auf Mikrobewegungen an der Knochen-Implantat-Schnittstelle infolge einer unzureichenden Implantatstabilität zurückzuführen sind.
Schlägt die langfristige Osteosynthese oder Instrumentierung der Wirbelsäule infolge der Auslockerung fehl, müssen die betroffenen Schrauben-Implantate im Rahmen einer Revisionsoperation ersetzt werden. Jedoch stellt insbesondere bei älteren Patienten jeder operative Eingriff ein erhebliches Risiko dar, bei dem schwerwiegende Begleitkomplikationen auftreten können. Beim Entfernen können große Bereiche der knöchernen Wirbelstruktur zerstört werden, was ein erneutes Einbringen eines Implantates erheblich erschwert.
Aufgrund hoher Lebenserwartungen und der Zunahme von Revisionsoperationen, müssen die Risiken einer Folgeoperation und die zusätzliche Schädigung von intaktem Knochenmaterial vermieden und eine Verbesserung der Verankerungsstabilität von chirurgischen Schrauben direkt nach der Implantation ermöglicht werden.
Beschreibung des Stands der Technik
Chirurgische Knochenschrauben sind im Stand der Technik bekannt. Ist eine Verankerung alleine durch die Geometrie der Schaube nicht mehr möglich, können kanülierte Schrauben verwendet werden. Diese ermöglichen die Injektion von Knochenzement, welcher sich um die Austrittsöffnung im Wirbelkörper verteilt und aushärtet. Eine gezielte Injektion des Knochenzementes in bestimmten Bereichen sowie eine Steuerung der Verteilung des Zementes ist nur bedingt möglich.
Eine Knochenschraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 10 2011 112 890 A1 bekannt. Darin ist eine Knochenschraube mit einem Gewindekörper offenbart, die ferner einen inneren Kanal umfasst, der sich in Längsrichtung durch einen Schraubenkopf und durch mindestens einen Teil des Gewindekörpers erstreckt. Der Schraubenkörper umfasst mehrere radial angeordnete Abgabekanäle, die den inneren Kanal mit der Außenseite des Gewindekörpers verbinden. Die Erfindung umfasst ferner Vorrichtungen, die einen Abgabeverteiler umfassen, der abnehmbar an dem Schraubenkopf der Knochenschraube angebracht ist und ein fließfähiges Medium über die Schraube in den Knochen pressen kann. Das Medium härtet aus und fixiert die Knochenschraube im Knochen.
Allerdings bringt oben beschriebene Fixierungsanordnung auch einige Nachteile mit sich: Die Außenform der Schraube bleibt formgleich und kann einem Herausdrehen der Knochenschraube aus dem ausgehärteten Zement nicht übermäßig entgegenwirken und somit eine Verankerungsstabilität auf lange Sicht nicht gewährleisten.
Eine weitere Methodik zur Erhöhung der Verankerungsstabilität stellen Knochenschrauben mit oben beschriebenen Zementkanälen und zusätzlichen aufstellbaren Widerhakenkomponenten dar. Hierbei werden die vorgespannten Widerhakenkomponenten nach Einsetzen der Knochenschraube nach außen gedrückt, um zu verhindern, dass die Knochenschraube aus dem Knochen herausgezogen wird.
Ein Beispiel für eine solche Knochenschraube mit aufstellbaren Widerhakenkomponenten ist im Patentdokument EP 1 885 263 A1 offenbart. Darin ist ein Mechanismus beschrieben, in dem sich Fixierungsabschnitte wie Anker aufstellen lassen, indem eine Stützstruktur und eine Umhüllungsvorrichtung nach Einsatz der Knochenschraube an der Operationsstelle zueinander verschoben werden, um die Vorrichtung zur Knochenverstärkung nach dem Einsatz sicher an Ort und Stelle zu positionieren.
Knochenzement oder anderes Material kann über die Stützstruktur bereitgestellt werden, um die positionierte Stützstruktur für die Behandlung zu sichern.
Durch die Verschiebung der Strukturen beim Vorgang der Aufstellung der Fixierungsabschnitte wird die innere Struktur, respektive die Spitze, der Knochenschraube teilweise aus dem Knochen herausgeführt, welches bereits bei der Fixierung der Schraube zu einer Herabsetzung der Verankerungsstabilität führen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu lösen und eine Knochenschraube mit erhöhter Verankerungsstabilität bereitzustellen.
Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung eine Schraube nach Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Schraube dient insbesondere als chirurgische Knochenschraube u. a. für den Einsatz in der Osteosynthese oder der Instrumentierung zur Erhöhung der Verankerungsstabilität in einer Knochenstruktur und umfasst einen Grundkörper mit einem Außengewinde und einem Kanal zum Einleiten eines fließfähigen und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzenden Mediums, wie aushärtbarem Knochenzement, wobei die Schraube wenigstens ein Aktorelement aufweist, das durch Einwirkung des in den Kanal eingeleiteten Mediums von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführbar ist.
Hierdurch ergibt sich der vorteilhafte Effekt, dass eine erhöhte Stabilisierung der Festigkeit im Knochen beispielsweise durch eine Kombination aus Zementeinspritzung und Ankerwirkung erreicht werden kann. Zusätzlich kann eine Aktivierung des Aktorelements lediglich durch den Wärmeeintrag hervorgerufen werden, ohne weitere mechanische Eingriffe auf die Knochenschraube ausüben zu müssen, welche die Verankerungsstabilität mindern können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Es kann von Vorteil sein, wenn das Aktorelement zur Überführung von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegbar oder verformbar ist, vorzugsweise aus einer flachen oder ebenen Konfiguration in eine gekrümmte Konfiguration. In der flachen Konfiguration ist das aktuelle Element besonders kompakt und übt beim Einschrauben der Schraube einen geringen Widerstand aus. In der gekrümmten Konfiguration hingegen kann sich das Aktorelement optimal an der umliegenden Struktur verankern und vergrößert den Widerstand der Schraube, insbesondere bei einer Bewegung entgegen der Einschraubrichtung erheblich.
Es kann sich als nützlich erweisen, wenn das Aktorelement in der ersten Stellung innerhalb eines Durchmessers des Außengewindes angeordnet ist, und der zweiten Stellung zur Verankerung der Schraube über den Durchmesser des Außengewindes vorsteht. Dadurch ist der durch das Aktorelement ausgeübte Widerstand beim Einschrauben der Schraube in der ersten Stellung besonders gering und der zweiten Stellung beim Herausdrehen der Schraube besonders groß.
Es kann sinnvoll sein, wenn das Aktorelement in der ersten Stellung wenigstens abschnittsweise am Grundkörper anliegt, und in der zweiten Stellung vom Grundkörper absteht, vorzugsweise radial und/oder entgegen der Einschraubrichtung der Schraube. Auch diese Ausführung begünstigt das Einschrauben der Schraube mit möglichst geringem Widerstand und erschwert das Herausdrehen der Schraube entgegen der Einschraubrichtung durch Ausübung eines großen Widerstands auf die umliegende Umgebung.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn das Aktorelement in der ersten Stellung in einer vorzugsweise entsprechend geformten Aufnahme in der Mantelfläche des Grundkörpers angeordnet ist und in der zweiten Stellung aus der Aufnahme herausragt. In der Aufnahme kann das Aktorelement in der ersten Stellung besonders kompakt verstaut werden.
Es kann nützlich sein, wenn die Schraube eine Mehrzahl solcher Aktorelemente aufweist, die vorzugsweise regelmäßig in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Grundkörpers angeordnet sind. Dadurch kann die Schraube besonders sicher und gleichmäßig in der Knochenstruktur verankert werden.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Kanal, vorzugsweise im Bereich des Außengewindes, mindestens eine Öffnung aufweist, wobei bevorzugt das Aktorelement die Öffnung in der ersten Stellung verschließt und in der zweiten Stellung freigibt. Durch die im Bereich des Außengewindes liegende Kanalöffnung kann das fließfähige Medium wie zum Beispiel Knochenzement gezielt an die Mantelfläche des Grundkörpers geführt werden, um das Außengewinde in dem Knochenzement einzubetten und die Schraube sicher in der Knochenstruktur zu verankern.
Es kann praktisch sein, wenn die Schraube, vorzugsweise zwischen Außengewinde und Schraubenkopf, mindestens eine Führungsöffnung zur Aufnahme eines Führungsdrahtes zum Implantieren der Schraube aufweist, wobei die Führungsöffnung bevorzugt mit dem Kanal kommuniziert, wobei das Aktorelement die Führungsöffnung besonders bevorzugt in der ersten Stellung freigibt und in der zweiten Stellung verschließt. Diese Führungsöffnung erleichtert die Handhabung der erfindungsgemäßen Schraube insbesondere bei eingeschränkten Platzverhältnissen.
Es kann sich als zweckdienlich erweisen, wenn der Kanal in Längsrichtung des Grundkörpers verläuft, vorzugsweise koaxial zur Längsachse des Grundkörpers, wobei der Kanal bevorzugt als Sackloch ausgebildet ist und in einem abgeschlossenen Hohlraum endet, in dem das fließfähige Medium gesammelt werden kann, oder der Kanal als Durchgangsloch ausgebildet ist und den Grundkörper in Längsrichtung vollständig durchdringt, wobei der Kanal besonders bevorzugt wenigstes eine Verzweigung aufweist. Bei dieser Ausführung kann das fließfähige Medium im Kanal gezielt an bestimmte Stellen des Grundkörpers geleitet werden. Durch die Kanalverzweigungen kann das im Kanal geleitete Medium auch gezielt in bestimmte Teilmengen unterteilt werden. Dadurch ist es möglich, das fließfähige Medium gezielt und gleichmäßig über den Umfang und/oder die Länge des Grundkörpers austreten zu lassen, um den Grundkörper in dem fließfähigen Medium einzubetten.
Es kann hilfreich sein, wenn ein vorzugsweise distaler Endabschnitt des Aktorelements am Grundkörper fixiert ist, wobei sich bevorzugt ein dem distalen Endabschnitt gegenüberliegender Endabschnitt beim Überführen des Aktorelements in die zweite Stellung nach außen aufstellt, um einen Widerhakeneffekt zu bewirken. Dadurch wird unter anderem verhindert, dass sich das distale Ende des Aktorelements ungewollt an der Knochenstruktur verkantet und aufstellt. Vielmehr wird das Aktorelement bei dieser Ausführung beim Einschrauben der Schraube in die Knochenstruktur in die erste Stellung zurückgedrängt. Beim Herausdrehen der Schraube entgegen der Einschraubrichtung verhakt sich das dem distalen Endabschnitt gegenüberliegende Ende des Aktorelements an der Knochenstruktur und begünstigt damit die Überführung des Aktorelements in die zweite Stellung.
Es kann sich als weiterführend erweisen, wenn eine Wandstärke des Grundkörpers im Bereich zwischen dem Kanal und dem Aktorelement lokal verringert ist, um eine Wärmeleitung zwischen dem Kanal und dem Aktorelement zu erhöhen. Die hier beschriebene Gestaltung des Grundkörpers begünstigt die Übertragung der Wärmeenergie von dem im Kanal geführten Medium auf das Aktorelement.
Es kann zweckdienlich sein, wenn das Aktorelement durch die Wärmeenergie des in den Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar ist, um das Aktorelement vorzugsweise stufen von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen. In dieser Ausführung ist zur Aktivierung des Aktorelements bzw. zur Überführung des Aktorelements von der ersten die zweite Stellung ein unmittelbarer Kontakt zu dem in den Kanal eingeleiteten Medium nicht erforderlich. Durch eine stufenlose Einstellung ist die Verformung des Aktorelements nicht auf eine gekrümmte Konfiguration begrenzt, sondern kann zwischen der flachen Konfiguration und der gekrümmten Konfiguration beliebig viele Konfigurationen eingehen. Der Grad der Krümmung kann durch den Betrag der Wärmeenergie des in den Kanal eingeleiteten Mediums gesteuert werden.
Es kann sich als praktisch erweisen, wenn das Aktorelement ein Formgedächtniselement ist, welches aus einer Formgedächtnislegierung, vorzugsweise einer Nickel-Titan-Legierung oder einer Nickel-Titan-Kupfer-Legierung besteht. Dadurch kann das Aktorelement mit geringer Aktivierungsenergie von der ersten in die zweite Stellung überführt werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Schraube, vorzugsweise am oberen Ende des Grundkörpers, einen Schraubenkopf aufweist, wobei der Schraubenkopf bevorzugt ein Außengewinde, insbesondere zum Aufschrauben einer Einspritzvorrichtung, und/oder einen Innen-Sechskant aufweist. Dadurch erleichtert sich die bestimmungsgemäße Benutzung der erfindungsgemäßen Schraube.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verankerung einer Schraube nach einer der vorangehenden Ausführungen, wobei nach dem Einschrauben der Schraube ein fließfähiges und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzendes Medium in den Kanal eingeleitet wird, um das Aktorelement aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen, wobei vorzugsweise das fließfähiges Medium durch wenigstens eine Öffnung aus dem Grundkörper austritt, um den Grundkörper zumindest abschnittsweise darin einzubetten.
Weiterer vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbart sind.
Begriffe und Definitionen
In der gesamten Beschreibung ist der Begriff „distal“ immer in Bezug auf einen Bezugskörper zu sehen. Hier bezieht sich der Begriff „distal“ auf den Kopf der Knochenschraube. Ein „distales Ende“ der Knochenschraube ist demnach das vom Kopf abgewandte Einführende der Schraube. Ein „distales Ende“ des Aktorelements ist ebenfalls vom Kopf der Knochenschraube abgewandt.
Figurenliste
Es zeigen:

1A eine schematische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand in welchem Aktorelemente, die durch Wärmeeinwirkung eines in den Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind.
1 B eine schematische Längsschnittansicht der Knochenschraube gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand, in welchem die Aktorelemente durch Einwirkung des in den Kanal eingeleiteten Mediums aktiviert sind und entgegen der Einschraubrichtung der Schraube von der Mantelfläche des Grundkörpers vorstehen.
1C eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand.
2A eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand, in welchem Aktorelemente, die durch Wärmeeinwirkung eines in den als Sackloch ausgeführten Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, in jedem einzelnen Gewindegang gesondert an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind, um die Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers zu verschließen.
2B eine Längsschnittansicht der Knochenschraube gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand, in welchem die Aktorelemente durch Einwirkung des in den Kanal eingeleiteten Mediums aktiviert sind und entgegen der Einschraubrichtung der Schraube von der Mantelfläche des Grundkörpers vorstehen, um die Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers freizugeben.
2C eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht der Knochenschraube gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand.
3A eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand, in welchem die Aktorelemente, die durch Einwirkung eines in den ausgebildeten Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, im Gewindegang des Außengewindes schraubenförmig an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind, um die Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers zu verschließen.
3B zeigt eine perspektivische Ansicht der Knochenschraube gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand, in welchem die Aktorelemente durch Einwirkung des in den Kanal eingeleiteten Mediums aktiviert sind und entgegen der Einschraubrichtung der Schraube von der Mantelfläche des Grundkörpers vorstehen, um die Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers freizugeben.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube mit spitzem Endabschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand, in welchem streifenförmige Aktorelemente, die durch Einwirkung eines in den Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, in parallel zur Gewindeachse verlaufenden und das Außengewinde unterbrechenden Rinnen an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind, um einige der Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers im Bereich jeder Rinne zu verschließen.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand, in welchem schraubenförmige Aktorelemente, die durch Einwirkung eines in den Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, in quer zum Gewindegang schraubenförmig verlaufenden und das Außengewinde unterbrechenden Rinnen an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind, um einige der Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers im Bereich der Rinne zu verschließen;
6A zeigt eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Abwandlung im ersten Zustand, wobei die Knochenschraube in der dargestellten Abwandlung einen in Längsrichtung durchgehenden Kanal mit einer Öffnung am distalen Ende der Schraube aufweist, wobei Implantierungslöcher in der Mantelfläche der Knochenschraube oberhalb des Außengewindes mit dem Kanal kommunizieren.
6B zeigt eine Längsschnittansicht der Knochenschraube gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand.
7A zeigt eine perspektivische Ansicht eines mit Außengewinde und Innensechskant versehenden Schraubenkopfs; und
7B zeigt eine perspektivische Längsschnittansicht eines mit Außengewinde und Innensechskant versehenden Schraubenkopfs mit aufgesetzter Medienspritzvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1A zeigt eine Längsschnittansicht einer Knochenschraube 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Knochenschraube 1 umfasst einen Grundkörper 2, der sich in Längsrichtung der Knochenschraube erstreckt (Erstreckungsrichtung). Die Knochenschraube 1 weist am oberen Ende einen Schraubenkopf 10 auf. Die Knochenschraube kann mittels einem dem Schraubenkopf 10 entsprechenden Werkzeug in einen zu behandelnden Knochen eingeschraubt werden. Die Knochenschraube 1 weist zudem auf der Umfangsfläche des Grundkörpers 2 ein Außengewinde 3 auf, das sich entlang einer mit der Längsachse zusammenfallenden Gewindeachse erstreckt. Eine Länge, ein Durchmesser und eine Gewindeform der Knochenschraube 1 können auf einen entsprechenden Anwendungsfall zugeschnitten gestaltet werden.
Die Knochenschraube 1 weist in Erstreckungsrichtung einen Kanal 4 auf, welcher vorzugsweise von einem oberen Ende bis zu einem distalen Ende in Erstreckungsrichtung der Konchenschraube 1 verläuft und innerhalb der Knochenschraube 1 in einem Hohlraum 7 endet. Die Achse des Kanals 4 erstreckt sich vorzugsweise koaxial zur Längsachse des Grundkörpers 2. Der Kanal 4 ist dazu entsprechend konfiguriert, dass ein fließfähiges Medium M, insbesondere erhitzter aushärtbarer Knochenzement, über den Kanal 4 in den Hohlraum 7 geführt werden kann.
Der Grundkörper 2 weist zumindest eine als Aussparung ausgebildete Aufnahme 8 auf, die einer Vertiefung in der Umfangs- bzw. Mantelfläche der Knochenschraube 1 entspricht. Die Aufnahme 8 weist in Blickrichtung radial zur Gewindeachse vorzugsweise eine Rechteckform auf und verläuft parallel zur Gewindeachse in Erstreckungsrichtung der Knochenschraube 1. Die in 1A dargestellte Knochenschraube 1 weist auf der Umfangsfläche zehn Aussparungen 8 auf. Durch die zumindest eine Aufnahme 8 wird das Außengewinde 3 abschnittsweise unterbrochen. Durch die vertiefte Struktur der Aufnahme 8 besteht ein kürzerer Abstand des ausgesparten Bereichs zum Hohlraum 7 im Inneren des Grundkörpers 2 der Knochenschraube 1.
Die Knochenschraube 1 weist zudem in jeder Aufnahme 8 ein Aktorelement 5 auf, welches vorzugsweise als Formgedächtniselement ausgebildet und derart konfiguriert ist, um durch das Zuführen des fließfähigen Mediums M in den Kanal 4 die Form zu ändern. Das Aktorelement 5 ändert hierbei seine Form durch einen mit dem eingeführten fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag. Ein direkter Kontakt zwischen dem Medium um dem Aktorelement 5 ist dafür nicht erforderlich. Die zur Aktivierung des Aktorelements 5 erforderliche Wärmeenergie wird dem Aktorelement 5 durch konduktive Wärmeübertragung über den Grundkörper 2 zugeführt. Das Aktorelement 5 ist derart konfiguriert, dass lediglich ein distaler Endabschnitt 5a des Aktorelements 5 am Grundkörper 2 fixiert ist und ein dem distalen Endabschnitt gegenüberliegender freier Endabschnitt 5b nicht am Grundkörper 2 fixiert ist. Die Fixierung des distalen Endabschnitts 5a kann beispielsweise mittels Schweißen oder Verpressen geschehen.
Das Aktorelement 5 ist derart geformt, dass es in einem Grundzustand eine flache und gerade Form aufweist. Im ersten Ausführungsbeispiel ist das zumindest eine Aktorelement 5, wie in 1A gezeigt, entsprechend der Länge der zumindest einen als Aussparung ausgebildeten Aufnahme 8 geformt und innerhalb der Aufnahme 8 angeordnet. 1A zeigt zehn Aktorelemente 5 innerhalb der zehn Aufnahmen 8. Im Grundzustand liegen die Aktorelemente 5 innerhalb des Umrisses bzw. Außendurchmessers des Grundkörpers 2 der Knochenschraube 1 an der Mantelfläche des Grundkörpers 2 an. Der maximale Außendurchmesser des Grundkörpers 2 wird über das Außengewinde 3 definiert. Das Aktorelement 5 ist derart gestaltet, dass es durch den mit dem eingeführten fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag seine Form derart ändert, dass das zumindest eine Aktorelement 5 durch Formänderung von dem Grundkörper 2 und dem Außengewinde über dessen Außendurchmesser heraussteht. Durch diesen Vorgang geht das Aktorelement 1 - und damit einhergehend der Grundkörper 2 - der Knochenschraube 1 von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand über.
1B zeigt eine Längsschnittansicht der Knochenschraube 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Durch das in den Kanal 4 eingeführte fließfähige Medium M wird Wärme insbesondere per Wärmeleitung über den Grundkörper 2 auf die Aktorelemente 5 übertragen. Die Aktorelemente 5 verändern die Form, so dass der freie Endabschnitt 5b jedes Aktorelements jeweils durch Formänderung entgegen der Einschraubrichtung der Schraube 1 von dem Grundkörper 2 hervorsteht. Hierdurch wird sowohl eine Querschnittsvergrößerung als auch ein Widerhakeneffekt an der Knochenschraube 1 erzeugt. Hierbei sorgt der kleine Abstand zwischen Hohlraum 7 und Aussparung 8 für eine gute Wärmeübertragung über den Grundkörper 2, so dass die Aktorelemente 5 aktiviert werden.
1C zeigt eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht einer Knochenschraube 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Der sacklochartig ausgebildete Kanal 4 führt im Inneren des Grundkörpers 2 zu einem Hohlraum 7, der in Erstreckungsrichtung im distalen Ende der Knochenschraube 1 angeordnet ist. Die in 1C gezeigte Knochenschraube 1 weist zu Darstellungszwecken lediglich eine als Aussparung ausgebildete Aufnahme 8 und ein darin angeordnetes Aktorelement 5 auf. Zudem weist die gezeigte Knochenschraube 1 einen spitzen Endabschnitt 9 auf. Die Knochenschraube 1 befindet sich im zweiten Zustand (Anmerkung: das fließfähige Medium M in der Schraube ist in 1C nicht dargestellt), so dass das Aktorelement 5 radial nach außen entgegen der Einschraubrichtung aufgestellt ist. Der Endabschnitt 5b des einen Aktorelements 5 zeigt hierbei radial nach außen und in Richtung des oberen Endes des Knochenschraube 1.
Hierdurch wird wie oben beschrieben, sowohl die Querschnittsvergrößerung als auch ein Widerhakeneffekt an der Knochenschraube 1 erzeugt.
Die Lage des Hohlraums 7 und der Aufnahme 8 sind aufeinander abgestimmt. Daraus ergibt sich für die in 1C gezeigte Knochenschraube 1 der Vorteil, dass an einer bestimmten Stelle im Knochen eine Aufweitung der Knochenschraube 1 ermöglicht werden kann. Dies ist beispielsweise durch die Form und den Zustand des zu behandelnden Knochens oder durch Randbedingungen bedingt, wie Größe und Länge der Knochenschraube 1. Durch den spitzen Endabschnitt 9 kann zudem ein vereinfachtes Einschrauben der Knochenschraube 1 gewährleistet werden.
2A zeigt eine Längsschnittansicht einer Knochenschraube 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Knochenschraube 1 umfasst im Wesentlichen dieselben Merkmale wie im ersten Ausführungsbeispiel, nämlich einen Grundkörper 2 mit einem Schraubenkopf 10, einem sich vom Kopf 10 erstreckenden und mit einem Außengewinde 3 versehenen Schaft. Um Wiederholungen zu vermeiden sind die entsprechenden Merkmale der Knochenschraube 1 mit identischen Merkmalen wie im ersten Ausführungsbeispiel versehen und es wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Kanal 4 im Bereich jeder Aufnahme 8 mindestens eine Öffnung 6 im Bereich des Außengewindes 3 auf, die derart konfiguriert ist, dass das fließfähige Medium M vom Inneren des Grundkörpers 2 nach Außen geführt werden kann.
Das Aktorelement 5 ist derart gestaltet, dass es durch den mit dem eingeführten fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag seine Form derart ändert, dass das zumindest eine Aktorelement 5 durch Formänderung von dem Grundkörper 2 heraussteht. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein direkter Kontakt zwischen dem Medium und dem Aktorelement 5 möglich.
2B zeigt eine Längsschnittansicht der Knochenschraube 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Durch das in den Kanal 4 eingeführte fließfähige Medium M wird Wärme auf die Aktorelemente 5 übertragen. Die Aktorelemente 5 verändern die Form, so dass der freie Endabschnitt 5b jedes Aktorelements jeweils durch Formänderung in radialer Richtung und entgegen der Einschraubrichtung von dem Grundkörper 2 heraussteht. Hierdurch wird sowohl eine Querschnittsvergrößerung als auch ein Widerhakeneffekt an der Knochenschraube 1 erzeugt. Durch den mit dem fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag, werden die Öffnungen 6 freigegeben, da sich die Aktorelemente 8 nach außen aufstellen.
Durch die geöffneten Öffnungen 6 kann das fließfähige Medium M austreten. Vorzugsweise ist das fließfähige Medium M ein erhitzter aushärtbarer Knochenzement, der sich im Umfeld der Öffnungen 6 im Knochen ausbreitet, die herausstehenden Aktorelemente 6 umfließt und dort aushärtet. Dies führt zu weiterer Erhöhung des Widerhakeneffekts und somit der Erhöhung der Verankerungsstabilität der Knochenschraube 1 im zu behandelnden Knochen.
2C zeigt eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht einer Variante der Knochenschraube 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Der Kanal 4 führt im inneren des Grundkörpers in Erstreckungsrichtung bis zum distalen Ende der Knochenschraube 1 und endet dort mit einer Öffnung 6, die vom Inneren des Grundkörpers 2 nach außen führt. Die in 1C gezeigte Knochenschraube 1 weist zu Darstellungszwecken lediglich eine als Aussparung ausgebildete Aufnahme 8 und ein darin angeordnetes Aktorelement 5 auf, welches im Grundzustand die eine Öffnung 6 verschließt. Zudem weist die gezeigte Knochenschraube 1 einen konischen bzw. spitzen Endabschnitt 9 auf.
Die Knochenschraube 1 befindet sich im zweiten Zustand (Anmerkung: das fließfähige Medium M in der Schraube ist in 2C nicht dargestellt), so dass das Aktorelement 5 radial nach außen und entgegen der Einschraubrichtung aufgestellt und die Öffnung 6 freigegeben ist. Der Endabschnitt 5b des einen Aktorelements 5 steht radial nach außen und in Richtung des oberen Endes des Knochenschraube 1. Hierdurch wird, wie oben beschrieben, sowohl die Querschnittsvergrößerung als auch ein Widerhakeneffekt an der Knochenschraube 1 erzeugt. Zudem kann das fließfähige Medium M durch die freigegebene Öffnung 6 austreten und sowohl das Aktorelement 8, als auch die Knochenschraube 1 umfließen. Dies führt im ausgehärteten Zustand zu weiterer Erhöhung des Widerhakeneffekts und somit der Erhöhung der Verankerungsstabilität der Knochenschraube 1 im zu behandelnden Knochen.
Die Lage der Öffnung 6 und der Aussparung 8 sind aufeinander abgestimmt. Daraus ergibt sich für die in 2C gezeigte Knochenschraube 1 der Vorteil, dass an einer bestimmten Stelle im Knochen eine Aufweitung der Knochenschraube 1 ermöglicht werden kann. Zudem kann gezielt fließfähiges Medium M in den Knochen injiziert werden. Dies ist beispielsweise durch die Form und den Zustand des zu behandelnden Knochens oder durch Randbedingungen, wie Größe und Länge der Knochenschraube 1 bedingt. Durch den spitzen Endabschnitt 9 kann zudem ein vereinfachtes Einschrauben der Knochenschraube 1 gewährleistet werden.
Die verwendeten Aktorelemente 5 sind vorzugsweise Formgedächtniselemente, welche aus einer Formgedächtnislegierung, vorzugsweise einer Nickel-Titan-Legierung oder einer Nickel-Titan-Kupfer-Legierung bestehen. Dies sind spezielle Metalle, die in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen existieren können. Sie werden oft auch als Memorymetalle bezeichnet. Dies rührt von dem Phänomen her, dass sie sich an eine frühere Formgebung trotz nachfolgender starker Verformung scheinbar „erinnern“ können. Die Formwandlung basiert auf einer temperaturabhängigen Gitterumwandlung zu einer dieser beiden Kristallstrukturen.
Die Aktorelemente 5 werden derart hergestellt, dass der zweite Zustand jene Gitterstruktur aufweist, an welche sich das Aktorelement 5 durch Temperaturzugabe „errinnert“. Der erste Zustand des Aktorelements 5 ist somit ein Zustand, in dem das Aktorelement 5 aus der zu erinnernden Gitterstruktur heraus umgeformt wurde. Durch den Wärmeeintrag des fließfähigen Mediums M wird das Aktorelement 5 dann in den zweiten Zustand (erinnerte Gitterstruktur) gebracht. Somit kann gewährleistet werden, dass nach Abkühlen des fließfähigen Mediums M der zweite Zustand der Aktorelemente 5 erhalten bleibt.
3A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand. Die Knochenschraube 1 ist grundsätzlich wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Daher wird auf die obige Beschreibung und die identischen Bezugszeichen verwiesen. Die Unterschiede werden nachstehend erläutert. Wie in 3A dargestellt, ist das zumindest eine Aktorelement 5 derart geformt, dass es im ersten Zustand innerhalb eines Gewindegangs 3a des Außengewindes 3 angeordnet ist und zumindest abschnittsweise parallel zur Schraubenlinie 3b des Außengewindes 3 verläuft. 3A zeigt fünf Aktorelemente 5, welche abschnittsweise im Gewindegang 3a des Außengewindes 3 der Knochenschraube 1 angeordnet sind. Dies erspart einen Bearbeitungsschritt des Fertigens einer Aussparung. Trotzdem ist gewährleistet, dass das zumindest eine Aktorelement 5 im Grundzustand innerhalb des Grundkörpers 2 liegt.
3B zeigt eine perspektivische Ansicht der Knochenschraube 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand. Im zweiten Zustand stehen die fünf Aktorelemente 5 von dem Grundkörper 2 aus dem Außengewinde 3 nach außen heraus. Hierdurch werden fünf Öffnungen 6 freigegeben. Demnach entspricht das dritte Ausführungsbeispiel in seiner Bauart in etwa dem zweiten Ausführungsbeispiel. Es sei angemerkt, dass eine Bauart mit Hohlraum 7, wie im ersten Ausführungsbeispiel, mit Aktorelementen 5, die im Gewindegang 3a des Außengewindes 3 der Knochenschraube 1 verlaufen, ebenfalls möglich ist.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube mit spitzem Endabschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand. Die Knochenschraube 1 ist grundsätzlich wie im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Daher wird auf die obige Beschreibung und die identischen Bezugszeichen verwiesen. Die Unterschiede werden nachstehend erläutert. Wie 4 zeigt, verläuft die Aussparung 8 durchgängig vom oberen Ende bis zum distalen Ende der Knochenschraube 1 parallel zur Gewindeachse in Längsrichtung der Schraube 1. Im Vergleich dazu zeigen die 1A, 1B, 2A und 2B Aussparungen 8, welche parallel zur Gewindeachse in Längsrichtung der Schraube 1 aufgeteilt in Einzelabschnitten entlang des Grundkörpers 2 angeordnet sind. Der Vorteil einer durchlaufenden Aufnahme 8 ist die Minimierung von Fertigungsschritten, da eine durchlaufende Aufnahme 8 in einem Schritt, beispielsweise Frässchritt durchgeführt werden kann. 4 zeigt beispielhaft drei Aktorelemente 5, sowie vier Öffnungen 6 (weitere Aktorelemente wurden in 4 weggelassen um die Öffnungen 6 zu zeigen) in der durchgängigen Aussparung 8. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, sowie in den anderen Ausführungsbeispielen ist es denkbar, dass ein Aktorelement 5 mehrere Öffnungen 6 abdecken kann, bzw. Aktorelemente 5 vorhanden sind die keine Öffnungen 6 abdecken.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand. Die Knochenschraube 1 ist grundsätzlich aufgebaut wie im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel. Daher wird auf die obige Beschreibung und die identischen Bezugszeichen verwiesen. Die Unterschiede werden nachstehend erläutert. Wie 5 zeigt, verläuft die als Aussparung ausgebildete, rinnenförmige Aufnahme 8 entlang einer Helix-Form am Außenumfang in der Mantelfläche der Knochenschraube 1, allerdings gegenläufig zum Außengewinde 3. Durch eine solche Anordnung kann eine gleichmäßige Aufteilung der Aktorelemente 5 in sämtliche radial Richtungen ermöglicht werden. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verteilung der Verankerungskraft der Knochenschraube 1 im zu behandelnden Knochen.
Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl eine Bauart mit Hohlraum 7 wie im ersten Ausführungsbeispiel als auch eine Bauart mit abgedeckten Öffnungen 6 wie im zweiten Ausführungsbeispiel mit den in 4 und 5 gezeigten Verläufen der Aussparung 8 möglich ist.
6A zeigt eine Längsschnittansicht der Knochenschraube 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Abwandlung im ersten Zustand. In dieser Abwandlung ist die Schraube 1 zwischen Schraubenkopf 11 und Außengewinde 3 mit Implantierungslöchern 11 versehen, die mit einem in Längsrichtung der Schraube 1 vom Schraubenkopf 10 bis zum distalen Ende durchgehenden Kanal 4 kommunizieren. Jedes Implantierungsloch 11 entspricht einer Führungsöffnung 11, die in radialer Richtung des Außengewindes 3 verläuft und dazu konfiguriert ist, einen Führungsdraht zum Implantieren der Knochenschraube 1 aufzunehmen. Ein Implantieren der Knochenschraube 1 mittels Führungsdraht hat den Vorteil, dass die Knochenschraube 1 zielgerichteter eingesetzt werden kann. Zudem wird ein Greifen der Knochenschraube 1 beim Implantieren von innerhalb der Knochenschraube 1 ermöglicht. Durch ein Werkzeug, welches in durch den Schraubenkopf 10 in den Kanal 4 eindringt und mit den Führungsöffnungen 11 von Innen in Eingriff steht, kann die Knochenschraube 1 implantiert werden. Somit kann verhindert werden, dass ein Werkzeug mit einem Außendurchmesser größer als dem Außendurchmesser des Schraubenkopf 11 verwendet werden muss. Umliegendes Knochen- oder Muskelgewebe kann somit geschützt bzw. geschont werden.
6A zeigt zudem Aktorelemente 12 entsprechend der Anzahl der mindestens einen Führungsöffnung 11, um diese Führungsöffnungen 11 abzudecken. Diese Aktorelemente 12 sind entsprechend den Aktorelementen 5 vorzugsweise Formgedächtniselemente, welche aus einer Formgedächtnislegierung geformt sind. Solche Aktorelemente 12 sind in der Umgebung der Führungsöffnung 11 angeordnet und so konfiguriert, dass diese die mindestens eine Führungsöffnung 11 freigeben, wenn sich die Knochenschraube 1, wie in 6A gezeigt, in einem ersten Zustand befindet. Somit kann jede Führungsöffnung 11 den Führungsdraht zum Implantieren der Knochenschraube 1 aufnehmen. Es sei angemerkt, dass die Aktorelemente 12 die Führungsöffnungen 11 lediglich in dem Ausmaß offen lassen, wie es zur Aufnahme eines Führungsdrahtes zum Implantieren der Knochenschraube 1 nötig ist.
6B zeigt die Aktorelemente 12 in einem Zustand, in dem das fließfähige Medium M in den Kanal 4 des Grundkörpers 2 geführt wird. Die Aktorelemente 12 sind derart konfiguriert, dass sie durch den mit dem fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag, ihre Form ändern und die Führungsöffnungen 11 verschließen, um ein Ausfließen des fließfähigen Mediums M zu vermeiden.
6A und 6B zeigen zudem eine Knochenschraube 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im ersten Zustand mit durchgängigem Kanal 4, welcher am distalen Ende der Knochenschraube eine Kanalöffnung 4a aufweist. Hierdurch kann das fließfähige Medium M ausfließen und die Spitze der Knochenschraube 1 umfließen. Dieses Merkmal ist nicht auf das zweite Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann bei sämtlichen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
7A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schraubenkopfs 10, der am oberen Ende des Grundkörpers 2 der Knochenschraube 1 angeordnet ist. Der Schraubenkopf 10 weist ein Außengewinde 13 auf, welches derart konfiguriert ist, dass eine in 7B gezeigte Einspritzvorrichtung 15 aufgeschraubt werden kann. Durch die Einspritzvorrichtung 15 kann das fließfähige Medium M in den Kanal eingespritzt werden. 7A zeigt ebenfalls, dass der Schraubenkopf einen Innen-Sechskant 14 aufweist. Mittels des Innen-Sechskants 14 und einem entsprechenden Sechskant-Werkzeug kann die Knochenschraube 1 geschraubt werden.
In 7B ist eine vereinfachte Knochenschraube 1 mit aufgeschraubter Einspritzvorrichtung 15 dargestellt. Zur Vereinfachung der Zeichnung wurden die als Aussparungen ausgebildeten Aufnahmen 8 und die Aktorelemente 5 in 7B weggelassen. Die in 7A und 7B gezeigten Schraubenköpfe 10 sind nicht auf ein Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern können an sämtlichen gezeigten Ausführungsbeispiele angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Abänderungen und Variationen der Ausführungsbeispiele sind im Rahmen des Schutzbereichs der Ansprüche denkbar. So wäre ein Ausführungsbeispiel beispielsweise mit einem Schraubenkopf mit einem Außen-Sechskant, Außen-Vierkant, Innen-Vierkant oder Außen-Vierkant einer Flügelschraube möglich.
Zudem wäre ein Ausführungsbeispiel denkbar, in dem die Aktivierung der Aktorelemente mittels von Außen aufgebrachter Wärme geschieht. Bei Knochenschrauben, welche nahe der Hautoberfläche eines Patienten angebracht sind, wäre damit eine zeitlich versetzte Aufstellung der Aktorelemente möglich. Somit wäre eine Erhöhung der Verankerungsstabilität unabhängig vom Zeitpunkt der Implantation bzw. der Zementeinspritzung möglich.
Zudem wäre ein Ausführungsbeispiel denkbar, in dem am Schraubenkopf 10 ein Aktorelement vorgesehen ist, welches anzeigt, ob eine Zementeinspritzung bzw. Aufweitung des Aktorelements bereits stattgefunden hat. Dies erleichtert dem Anwender bei einer Vielzahl von implantierten Knochenschrauben zu überblicken, welche Knochenschrauben noch aufgeweitet werden müssen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen für eine vollständige und klare Offenbarung beschrieben wurde, sind die beigefügten Ansprüche nicht auf diese Weise zu beschränken, sondern so auszulegen, dass sie alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen verkörpern, die einem Fachmann auf entsprechende Weise einfallen können, die in die hier dargelegte Grundlehre fallen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
Bezugszeichenliste

1: Knochenschraube
2: Grundkörper
3: Außengewinde
3a: Gewindegang
3b: Schraubenlinie
4: Kanal
4a: Kanalöffnung
5: Aktorelement
5a: distaler Endabschnitt
5b: freier Endabschnitt
6: Öffnung
7: Hohlraum
8: Aufnahme bzw. Aussparung
9: spitzer Endabschnitt
10: Schraubenkopf
11: Führungsöffnung
12: Führungsabdeckungs-Aktorelemente
13: Außengewinde des Schraubenkopfs
14: Innen-Sechskant
15: Einspritzvorrichtung
M: Fließfähige Medium

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011112890 A1 [0007]
EP 1885263 A1 [0010]

Claims

Schraube (1), insbesondere chirurgische Knochenschraube für den Einsatz unter anderem in der Osteosynthese und der Instrumentierung der Wirbelsäule zur Erhöhung der Verankerungsstabilität in einer Knochenstruktur, umfassend: einen Grundkörper (2) mit einem Außengewinde (3) und einem Kanal (4) zum Einleiten eines fließfähigen und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzenden Mediums, wie aushärtbarem Knochenzement, wobei die Schraube (1) wenigstens ein Aktorelement (5, 12) aufweist, das durch Einwirkung des in den Kanal (4) eingeleiteten Mediums von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführbar ist.
Schraube (1) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5) zur Überführung von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegbar oder verformbar ist, vorzugsweise aus einer flachen oder ebenen Konfiguration in eine gekrümmte Konfiguration.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5) in der ersten Stellung innerhalb eines Durchmessers des Außengewindes (3) angeordnet ist, und der zweiten Stellung zur Verankerung der Schraube (1) über den Durchmesser des Außengewindes (3) vorsteht.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5) in der ersten Stellung wenigstens abschnittsweise am Grundkörper (2) anliegt, und in der zweiten Stellung vom Grundkörper (2) absteht, vorzugsweise radial und/oder entgegen der Einschraubrichtung der Schraube (1).
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5) in der ersten Stellung in einer vorzugsweise entsprechend geformten Aufnahme (8) in der Mantelfläche des Grundkörpers (2) angeordnet ist und in der zweiten Stellung aus der Aufnahme (8) herausragt.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1) eine Mehrzahl solcher Aktorelemente (5) aufweist, die vorzugsweise regelmäßig in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Grundkörpers (2) angeordnet sind.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (4), vorzugsweise im Bereich des Außengewindes (3), mindestens eine Öffnung (6, 11) aufweist, wobei bevorzugt das Aktorelement (5) die Öffnung (6) in der ersten Stellung verschließt und in der zweiten Stellung freigibt.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1), vorzugsweise zwischen Außengewinde (3) und Schraubenkopf (10), mindestens eine Führungsöffnung (11) zur Aufnahme eines Führungsdrahtes zum Implantieren der Schraube (1) aufweist, wobei die Führungsöffnung (11) bevorzugt mit dem Kanal (4) kommuniziert, wobei das Aktorelement (12) die Führungsöffnung (11) besonders bevorzugt in der ersten Stellung freigibt und in der zweiten Stellung verschließt.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (4) in Längsrichtung des Grundkörpers (2) verläuft, vorzugsweise koaxial zur Längsachse des Grundkörpers (2), wobei der Kanal (4) bevorzugt als Sackloch ausgebildet ist und in einem abgeschlossenen Hohlraum (7) endet, in dem das fließfähige Medium (M) gesammelt werden kann, oder der Kanal (4) als Durchgangsloch ausgebildet ist und den Grundkörper (2) in Längsrichtung vollständig durchdringt, wobei der Kanal (4) besonders bevorzugt wenigstes eine Verzweigung aufweist.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise distaler Endabschnitt (5a) des Aktorelements (5) am Grundkörper (2) fixiert ist, wobei sich bevorzugt ein dem distalen Endabschnitt (5a) gegenüberliegender Endabschnitt (5b) beim Überführen des Aktorelements (5) in die zweite Stellung nach außen aufstellt, um einen Widerhakeneffekt zu bewirken.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke des Grundkörpers (2) im Bereich zwischen dem Kanal (4) und dem Aktorelement (5) lokal verringert ist, um eine Wärmeleitung zwischen dem Kanal (4) und dem Aktorelement (5) zu erhöhen.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5, 12) durch die Wärmeenergie des in den Kanal (4) eingeleiteten fließfähigen Mediums (M) aktivierbar ist, um das Aktorelement (5) vorzugsweise stufenlos von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5, 12) ein Formgedächtniselement ist, welches aus einer Formgedächtnislegierung, vorzugsweise einer Nickel-Titan-Legierung oder einer Nickel-Titan-Kupfer-Legierung besteht.
Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1), vorzugsweise am oberen Ende des Grundkörpers (2), einen Schraubenkopf (10) aufweist, wobei der Schraubenkopf (10) bevorzugt ein Außengewinde (13), insbesondere zum Aufschrauben einer Einspritzvorrichtung (15), und/oder einen Innen-Sechskant (14) aufweist.
Verfahren zur Verankerung einer Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einschrauben der Schraube (1) ein fließfähiges und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzendes Medium in den Kanal (4) eingeleitet wird, um das Aktorelement (5, 12) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen, wobei vorzugsweise das fließfähige Medium (M) durch wenigstens eine Öffnung (6) aus dem Grundkörper (2) austritt, um den Grundkörper (2) zumindest abschnittsweise darin einzubetten.