DE10246177A1 - Verankerungselement - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verankerungselement mit einer einen Schaft mit einem Knochengewindeabschnitt und einen Kopf aufweisenden Schraube und einem Aufnahmeteil zum Verbinden der Schraube mit einem Stab nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solches Verankerungselement wird insbesondere in der Wirbelsäulenchirurgie, aber auch in der Unfallchirurgie eingesetzt.
- Ein derartiges Verankerungselement ist zum Beispiel aus der
DE 43 07 576 C1 bekannt. - Eine bekannte Behandlungsmethode zum Behandeln von Knochendefekten, insbesondere von osteoporotischen Frakturen, beinhaltet das Einspritzen von Knochenzement und/oder von medikamentösen Wirkstoffen, insbesondere von wachstumsfördernden Stoffen, in den Knochen. Insbesondere im Bereich der Wirbelsäule erfordert dies eine genaue Positionierung des einzuspritzenden Materials im Wirbel. Ferner ist es in den vielen Fällen erforderlich, die defekten Wirbel zusätzlich zu stabilisieren bzw. relativ zueinander zu fixieren.
- Aus der
DE 100 55 891 A1 ist eine Knochenschraube mit einem rohrförmigen, ein Knochengewinde aufweisenden Gewindeabschnitt mit einer Mehrzahl von in der Wandung des Gewindeabschnitts vorgesehenen Öffnungen bekannt. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verankerungselement der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß es insbesondere bei der Behandlung von osteoporotischen Frakturen einsetzbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verankerungselement gelöst. Dadurch wird es möglich, daß die Knochenschraube mit dem umgebenden Knochenmaterial fusionieren kann, sowie gleichzeitig Knochenabschnitte oder Wirbel relativ zueinander positioniert und fixiert werden können. Ferner kann ein in den Knochen einzubringendes Material präzi- _ se an die erforderliche Stelle eingebracht werden. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
- Von den Figuren zeigen:
-
1 eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform des Verankerungs elements; -
2 eine Seitenansicht des Verankerungselements von1 in geschnittener Darstellung; -
3 einen Ausschnitt einer Abwandlung des Verankerungselements nach1 in geschnittener Darstellung; -
4 einen Ausschnitt einer weiteren Abwandlung des Verankerungselements nach der ersten Ausführungsform in geschnittener Darstellung; -
5 eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform; und -
6 eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform des Verankerungselements in geschnittener Darstellung. - Bei der in den
1 und2 gezeigten ersten Ausführungsform weist das Verankerungselement ein zylindrisch ausgebildetes Aufnahmeteil1 mit einem ersten Ende2 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende3 auf. Die beiden Enden erstrecken sich senkrecht zu einer Symmetrie- bzw. Längsachse4 . Koaxial zu der Längsachse4 ist eine sich von dem ersten Ende2 aus erstreckende erste koaxiale Bohrung5 vorgesehen, die sich bis zu einem vorbestimmten Abstand von dem zweiten Ende3 hin erstreckt. An dem zweiten Ende3 ist eine zweite Bohrung6 vorgesehen, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der ersten Bohrung ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Bohrung als eine Öffnung ausgebildet, deren Rand als hohlkugelsegmentförmiger Abschnitt geformt ist, dessen Mittelpunkt zum ersten Ende2 hin gerichtet ist. - Das Aufnahmeteil
1 weist ausgehend von dem ersten Ende2 eine sich senkrecht zu Längsachse3 erstreckende U-förmige Ausnehmung7 auf mit zwei zum ersten Ende2 hin endenden freien Schenkeln8 ,9 . Angrenzend an das erste Ende2 weisen die Schenkel einen Innengewinde10 auf. Das Innengewinde ist zum Beispiel als Flachgewinde mit Gewindeflanken, die sich jeweils unter einem Winkel von 90° zur Symmetrieachse4 erstrecken, ausgebildet. Der Grund der U-förmigen Ausnehmung erstreckt sich bis zu einem vorgegebenen Abstand von dem zweiten Ende3 hin. - Die mit dem Aufnahmeteil
1 zusammenwirkende Schraube12 weist einen Schraubenschaft13 mit einem Gewindeabschnitt und einen in der in2 gezeigten montierten Darstellung mit dem Schraubenschaft verbundenen kugelsegmentförmigen Kopf14 sowie eine Spitze15 auf. - Der Schraubenschaft
13 ist rohrförmig ausgebildet und weist ein erstes, dem Kopf14 zugewandtes Ende16 und ein diesem gegenüberliegendes Ende17 auf. In seiner Wandung weist der rohrförmige Schraubenschaft13 eine Vielzahl von Ausnehmungen18 auf, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel rautenförmig ausgebildet sind. Dabei erfolgt die Ausrichtung der Rauten derart, daß jeweils eine Symmetrieachse sich parallel zur Symmetrieachse des Rohres erstreckt. In axialer Richtung sind die Ausnehmungen18 gegeneinander versetzt derart angeordnet, daß jeweils eine Öffnung zwischen den Öffnungen der vorhergehenden in Umfangsrichtung angeordneten Reihe von Öffnungen ist. Auf der Außenwandung ist in einem Bereich, der sich vom zweiten Ende17 des Schraubenschafts13 bis wenigstens zu einem vorbestimmten Abstand von dem ersten Ende16 hin erstreckt, ein so genanntes Knochengewinde19 vorgesehen, welches in seiner Form den Knochengewinden üblicher Knochenschrauben entspricht. Der rohrförmige Schraubenschaft13 weist ferner in dem gezeigten Ausführungsbeispiel angrenzend an das erste Ende16 einen Abschnitt20 auf, in dem kein Knochengewinde19 gebildet ist und dessen Oberfläche im wesentlichen glatt ausgebildet ist. Ferner sind zum Einschrauben stirnseitig an dem ersten Ende16 Schlitze21 für einen Schraubendreher vorgesehen. - Die Spitze
15 umfaßt den eigentlichen Spitzenteil und einen Schaft22 , der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein metrisches Außengewinde aufweist. An seiner Innenwandung angrenzend an das zweite Ende17 weist der rohrförmige Schraubenschaft13 ein Abschnitt mit einem entsprechenden metrischen Innengewinde auf, und die Spitze ist in montiertem Zustand durch Einschrauben fest mit dem rohrförmigen Schraubenschaft verbunden. - Wie am besten aus
1 zu ersehen ist, ist der Kopf14 als eine an ihrem dem ersten Ende2 des Aufnahmteils1 zuzuwendenden Ende abgeflachte Kugel ausgebildet und weist eine erste zu der Längsachse4 koaxiale durchgehende Bohrung23 mit einem Durchmesser auf, der kleiner ist, als der Durchmesser des rohrförmigen Schraubenschafts13 . Es ist ferner eine koaxiale zweite Bohrung24 vorgesehen, die sich von dem in montiertem Zustand dem zweiten Ende3 des Aufnahmeteils zugewandten Ende des Kopfs14 bis zu einem vorbestimmten Abstand in den Kopf hinein erstreckt und deren Durchmesser gleich dem Außendurchmesser des rohrförmigen Schraubenschafts13 in dem Abschnitt20 ist, so daß der Abschnitt20 des Schraubenschaftes in die Bohrung24 reibschlüssig einschiebbar ist. Wie aus1 ersichtlich ist, ist der so geformte hohlkugelsegmentförmige Kopf14 auf seiner dem abgeflachten Ende gegenüberliegenden Seite mit in Umfangsrichtung einen Abstand zueinander aufweisenden und sich parallel zur Längsachse4 erstreckenden und bis zu dem der abgeflachten Seite gegenüberliegenden Ende reichenden Ausschnitten25 versehen. Dadurch wird erreicht, daß der dem ersten Ende2 des Aufnahmeteils in eingesetztem Zustand abgewandte Rand26 zum Einführen des Schraubenschaftes13 federnd nach außen nachgebbar ausgebildet ist. - Es ist ferner ein Druckelement
30 vorgesehen, welches zylindrisch ausgebildet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der gerade so groß ist, daß das Druckelement in die erste Bohrung5 einfühlbar und in dieser in Axialrichtung hin- und herbewegbar ist. Auf seiner dem zweiten Ende3 zugewandten Unterseite weist das Druckelement30 einen zur Längsachse4 symmetrisch ausgebildeten hohlkugelsegmentförmigen Abschnitt31 auf, dessen Radius dem Radius des Kopfes14 entspricht. Das Druckelement weist ferner eine sich quer zur Längsachse4 erstreckende U-förmige Ausnehmung32 auf, deren freie Schenkel sich zum ersten Ende2 hin erstrecken und die einen Kanal für einen aufzunehmender Stab40 bildet. Die Tiefe der U-förmigen Ausnehmung ist größer, als der Durchmesser des einzusetzenden Stabes40 , so daß in montiertem Zustand die Schenkel des Druckelements30 über den eingelegten Stab40 hinaus hervorstehen. Am Grund der U-förmigen Ausnehmung32 schließt sich eine koaxiale Bohrung33 an, die zum Eingreifen mit einem Schraubwerkzeug dient. - Zum Fixieren der Stellung des Kopfes
14 mit dem eingesetzten Schraubenschaft13 relativ zu dem Aufnahmeteil1 ist eine zwischen die Schenkel8 ,9 des Aufnahmeteils einschraubbare Mutter50 mit einem Außengewinde51 vorgesehen, welches mit dem Innengewinde11 der Schenkel zusammenwirkt. Die Mutter weist an ihrem einen Ende Schlitze52 zum Ineingriffbringen mit einem Schraubwerkzeug auf. - Ferner ist eine Innenschraube
60 zum Einschrauben in die Mutter50 vorgesehen, die ein Außengewinde aufweist, welches mit dem Innengewinde der Mutter50 zusammenwirkt. Die Innenschraube60 weist eine Ausnehmung61 zum Ineingriffbringen mit einem Schraubwerkzeug auf. - Im Betrieb wird zunächst die Schraube
12 in den Knochen bzw. dem Wirbel eingeschraubt. Dann wird über eine Spritze Knochenzement oder ein anderes Füllmaterial und/oder ein Wirkstoff in den rohrförmigen Schaft eingespritzt. Anschließend wird das Aufnahmeteil1 mit der zweiten Bohrung6 auf den Schaft13 aufgesetzt und der Kopf14 von dem ersten Ende2 her auf den Schaft13 geführt, so daß der Schaft13 mit seinem knochengewindefreien Abschnitt20 in die Bohrung24 eingeführt wird und der Kopf den Schaft in der in2 gezeigten Weise einschließt. Der Kopf14 und der Schaft13 sind reibschlüssig miteinander verbunden. Anschließend wird das Druckelement30 eingesetzt und durch Einschrauben der Mutter50 so auf den mit den Schlitzen25 versehenen Kopf14 gedrückt, daß dieser einerseits mit dem Schaft13 bewegungsfest verbunden bzw. verklemmt wird und gleichzeitig gegen den hohlkugelsegmentförmigen Abschnitt in dem Aufnahmeteil gedrückt und somit in seiner Drehstellung arretiert wird. Der Stab40 ist noch frei verschiebbar. Dieser wird anschließend durch Einschrauben der Innenschraube60 fixiert. Mit dem Verankerungselement ist somit eine Behandlung eines defekten Knochens mit einem Wirkstoff und/oder eine Stabilisierung durch Fusion mit umgebendem Knochenmaterial und gleichzeitig eine Positionierung und Fixierung von Knochenstücken oder von Wirbeln über den Stab möglich. - Die in der
3 gezeigte Abwandlung unterscheidet sich von der in den1 und2 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß die Innenwand der Bohrung24 des Kopfes14 mit in Umfangsrichtung vorgesehenen Wellen27 ausgebildet ist und der Abschnitt20 des Schaftes13 mit entsprechenden Wellen27' versehen ist. - Bei der in
4 gezeigten Abwandlung weisen der Kopf14 und der Schaft13 anstelle der Wellen zueinander passende Gewinde28 ,28' auf, so daß der Schaft in den Kopf einschraubbar ist. - Der Schraubenschaft
13 kann auch andere Mittel aufweisen über die er in den Knochen einschraubbar ist. Beispielsweise kann der Schraubenschaft13 ein Innengewinde auch angrenzend an sein erstes Ende oder ein sich über die gesamte axiale Länge erstreckendes Innengewinde aufweisen. In diesem Fall kann der Schaft über einen einzuschraubende Kopf oder ein anderes Hilfsinstrument, welches nach dem Einschrauben wieder entfernt wird, eingeschraubt werden. Alternativ ist es möglich, daß der Schraubenschaft13 angrenzend an sein erstes Ende innen sechskantförmig zum Eingreifen mit einem Inbusschlüssel ausgebildet ist. - Es ist auch möglich, daß der Schraubenschaft
13 vor dem Einschrauben mit Knochenmaterial gefüllt wird, welches dann mit dem die Schraube umgebenden Knochenmaterial nach dem Einschrauben verwächst. - Die in den
5 und6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den1 und2 gezeigten Ausführungsform im wesentlichen durch die Ausbildung des Schraubenkopfs140 und seiner Verbindung mit dem Schraubenschaft13 . - Der Schraubenkopf
140 ist kugelsegmentförmig ausgebildet mit einem Kugelradius, der im wesentlichen gleich dem Radius des hohlkugelsegmentförmigen Abschnitts des Aufnahmeteils ist. Der Kopf weist ferner an seinem zu dem ersten Ende2 des Aufnahmeteils1 hin zu richtenden abgeflachten Ende eine Ausnehmung141 zum Ineingriffbringen mit einem Schraubendreher auf. An seinem gegenüberliegenden Ende besitzt der Schraubenkopf140 einen zylindrischen Hals142 mit einem Außendurchmesser, der dem Außendurchmesser des rohrförmigen Schraubenschafts13 entspricht. Von dem Hals erstreckt sich ein Ansatz143 mit einem Außengewinde mit dem der Schraubenkopf in den rohrförmigen Schraubenschaft13 einschraubbar ist, welcher hierzu angrenzend an sein erstes Ende16 an der Innenwandung ein Innengewinde131 aufweist. Somit erfolgt im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform die Verbindung des Kopfes mit dem Schraubenschaft derart, daß der Kopf in den Schaft eingreift, während bei der ersten Ausführungsform der Kopf den Schaft umgreift. - Der Schraubenkopf
140 in dieser Ausführungsform kann zweckmäßigerweise eine durchgehende koaxiale Bohrung aufweisen, die in den Figuren nicht dargestellt ist, und welche als Kanal zu Einführen von Wirkstoffen dient. - Angrenzend an das zweite Ende
17 des rohrförmigen Schraubenschaftes13 ist wie bei der ersten Ausführungsform an der Innenwandung ebenfalls ein Innengewinde zum Einschrauben der Spitze15 vorgesehen. Wie auch schon bei der ersten Ausführungsform kann das Innengewinde über die gesamte Länge des rohrförmigen Gewindeschafts ausgebildet sein, was herstellungstechnisch günstig ist und außerdem das Kürzen des rohrförmigen Schraubenschafts auf eine gewünschte Länge erlaubt. An dem ersten Ende des Schraubenschaftes13 können Schlitze132 zum Eingreifen mit einem Schraubendreher vorgesehen sein. - In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Variante der bei der ersten Ausführungsform gezeigten Kopf- und Stabfixierung dargestellt. Das Druckelement
150 weist im Gegensatz zu dem Druckelement50 der ersten Ausführungsform nur kurze Schenkel151 ,152 auf, die nicht seitlich über den eingelegten Stab40 überstehen. Ansonsten weist das Druckelement wie bei der ersten Ausführungsform eine sphärische Ansenkung153 an seiner dem Kopf zugewandten Seite und eine koaxiale Bohrung154 auf. - Zum Fixieren von Kopf und Stab ist eine Innenschraube
160 mit einem Außengewinde161 , welches dem Innengewinde der Schenkel des Aufnahmeteils entspricht, und mit einer Ausnehmung zum Ineingriffbringen mit einem Schraubendreher vorgesehen. Zur Sicherung der Fixierung ist eine auf das Aufnahmeteil1 aufschraubbare Sicherungsmutter170 vorgesehen. - Im Betrieb wird zuerst die Spitze auf den Schraubenschaft
13 aufgeschraubt. Anschließend wird, falls erforderlich, Knochenmaterial in den rohrförmigen Schraubenschaft eingefüllt und der Kopf140 aufgeschraubt. Dann wird die aus miteinander verschraubten Schaft13 , Spitze15 und Kopf140 bestehende Schraube wie eine bekannte Polyaxialschraube in das Aufnahmeteil1 eingeführt und in den Knochen eingeschraubt. Falls ein kanulierter Kopf140 verwendet wird, kann ein Wirkstoff oder ein Füllmaterial eingespritzt werden. Schließlich wird das Druckelement eingesetzt und das Aufnahmeteil mit dem Stab durch Einschrauben der Innenschraube160 und der Sicherungsmutter170 fest verbunden und somit die Winkelstellung des Kopfs in dem Aufnahmeteil fixiert. - Alternativ kann auch, wenn der Schraubenschaft die Schlitze
132 zum Eingreifen mit einem Schraubendreher aufweist, zuerst der Schraubenschaft13 mit aufgeschraubter Spitze15 ohne den Kopf140 eingeschraubt werden. Anschließend kann der Wirkstoff eingefüllt werden und das Aufnahmeteil aufgesetzt und der Schraubenkopf aufgeschraubt werden. Die Verbindung mit dem Stab erfolgt dann wie zuvor beschrieben. - Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen sind möglich.. Zum einen ist die Kopf- und Stabfixierung nicht auf die beschriebenen Varianten beschränkt. Es kann bei der ersten Ausführungsform auch die Kopf- und Stabfixierung der zweiten Ausführungsform verwendet werden und umgekehrt. Ferner können auch andere Ausbildungen, wie z.B. das Vorsehen von lediglich einer auf den Stab einwirkenden Innenschraube vorgesehen sein.
- Anstelle der rautenförmigen Öffnungen im Schraubenschaft können auch kreisförmige, ovale oder andere, eine beliebige Form aufweisende Öffnungen vorgesehen sein. Die Öffnungen können sich ferner über die gesamte axiale Länge des Schraubenschaftes erstrecken.
- Der Kopf
14 der ersten Ausführungsform kann an einer Stelle durchgehend in axialer Richtung geschlitzt sein. Durch die somit erzeugte Elastizität ist der Kopf etwas zusammendrückbar, so daß er von dem zweiten Ende3 des Aufnahmeteils her einfuhrbar ist. - Die Spitze
15 kann selbstschneidend ausgebildet sein. Ferner kann die Spitze einen koaxial verlaufenden durchgehenden Kanal zum Hindurchleiten von Wirkstoffen haben. - Der rohrförmige Schraubenschaft
13 kann eine für die jeweilige Anwendung geeignete Länge aufweisen, die gegebenenfalls durch Abschneiden eines Rohrstücks mit gewünschter Länge von einem längeren Rohrstück erzeugt wird, sowie einen der Anwendung entsprechenden Durchmesser. Insbesondere kann die Schraube auch als Pedikelschraube ausgebildet sein. - Das erfindungsgemäße Verankerungselement kann zur Stabilisierung der Wirbelsäule oder von Knochen allgemein über den Stab mit bekannten Verankerungselementen kombiniert werden.
Claims (12)
- Verankerungselement mit einer einen Schaft (
13 ) mit einem Knochengewindeabschnitt und einen Kopf (14 ;140 ) aufweisenden Schraube (12 ) und einem Aufnahmeteil (1 ) zum Verbinden der Schraube mit einem stabförmigen Element (40 ), wobei die Schraube und das Aufnahmeteil polyaxial miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (13 ) der Schraube rohrförmig ausgebildet ist und seine Wandung eine Mehrzahl von Ausnehmungen (18 ) aufweist. - Verankerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (
13 ) und der Kopf (14 ;140 ) als getrennte Teile ausgebildet sind. - Verankerungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (
13 ) an seinem dem Kopf zugewandten Ende (16 ) einen Innengewindeabschnitt und der Kopf (140 ) einen Abschnitt mit einem entsprechenden Außengewinde (143 ) aufweist derart, daß der Kopf in den Schaft einschraubbar ist. - Verankerungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (
14 ) an seinem dem Schaft zugewandten Ende eine Ausnehmung (24 ) aufweist, in der der Schaft (13 ) gehalten ist. - Verankerungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (
14 ) auf seiner dem Schaft (13 ) zugewandten Seite einen federnd nachgebenden Rand (25 ,26 ) aufweist. - Verankerungselement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (
13 ) angrenzend an sein dem Kopf (14 ) zugewandten Ende einen knochengewindefreien Abschnitt (20 ) aufweist. - Verankerungelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der knochengewindefreie Abschnitt (
20 ) im wesentlichen eine glatte Außenfläche aufweist. - Verankerungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der knochengewindefreie Abschnitt (
20 ) ein metrisches Außengewinde (28' ) aufweist, welches mit einem entsprechenden Innengewinde (28 ) an der Wandung der Ausnehmung (24 ) zusammenwirkt. - Verankerungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der knochengewindefreie Abschnitt (
20 ) eine gewellte Außenfläche (27' ) aufweist, die mit einer gewellten Wandung (27 ) der Ausnehmung (24 ) zusammenwirkt. - Verankerungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf einen durchgehenden Kanal aufweist.
- Verankerungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze der Schraube ein separates Element ist, das in einen Innengewindeabschnitt des Schafts einschraubbar ist.
- Verankerungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeteil (
1 ) einen hohlkugelsegmentförmigen Abschnitt (6 ) aufweist und der Kopf (14 ;140 ) entsprechend kugelsegmentförmig ausgebildet ist zum Ermöglichen der polyaxialen Verbindung.
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