DE19826380B4

DE19826380B4 - Osteosynthetisches Befestigungssystem

Info

Publication number: DE19826380B4
Application number: DE1998126380
Authority: DE
Inventors: Alberto Dr. Robles; Jesus Dr. Ventura
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: VENTURA HERRERA, J. JESUS, MX
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: DE19826380A1

Abstract

Osteosynthetisches Befestigungssystem mit mindestens einem Verankerungselement und mindestens einem stangenförmigen Verbindungselement, welches Verankerungselement eine U-förmige Aufnahme für das Verbindungselement mit einer Auflagefläche und zwei diese Aufnahme seitlich begrenzenden Schenkeln aufweist, und mit einer an den Schenkeln angreifenden Spanneinrichtung, die im gespannten Zustand das Verbindungselement gegen die Auflagefläche klemmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung einen verdrehbaren Exzenter (18) mit einer Andruckfläche umfaßt, die in verschiedenen Stellungen des Exzenters (18) verschiedene Abstände von der Auflagefläche (5) einnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein osteosynthetisches Befestigungssystem mit mindestens einem Verankerungselement und mindestens einem stangenförmigen Verbindungselement, welches Verankerungselement eine U-förmige Aufnahme für das Verbindungselement mit einer Auflagefläche und zwei diese Aufnahme seitlich begrenzenden Schenkeln aufweist, und mit einer an den Schenkeln angreifenden Spanneinrichtung, die im gespannten Zustand das Verbindungselement gegen die Auflagefläche klemmt.

Derartige osteosynthetische Befestigungssysteme werden beispielsweise im Bereich der Wirbelsäule verwendet, um Wirbelsäulenabschnitte zu stabilisieren. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ( DE 42 43 951 A1 ; EP 0 441 729 B1 ; EP 0 487 895 B1 ; EP 0 572 790 B1 ; EP 0 528 706 B1 ; EP 0 626 828 B1 ; US 4,887,596 ; DE 196 05 640 A1 ; DE 195 09 332 C1 ; EP 0 614 649 A1 ) wird das stangenförmige Verbindungselement dadurch klemmend in der Aufnahme gehalten, daß über oder zwischen die Schenkel Klemmstücke geschraubt werden, die durch die Schraubbewegung klemmend an den Verbindungselementen oder an diesen anliegenden Druckstücken zur Anlage gelangen. Obwohl sich diese Einrichtungen bewährt haben, besteht die Gefahr, daß die Schenkel durch die aufschraubbaren Gewindestücke verformt werden, da die Schenkel in relativ großem Abstand zueinander stehen und nur über einen geringen Teil des gesamten Umfanges Gewindegänge für die aufschraubbaren Spannelemente bilden.

Bei einem anderen System erfolgt die Spannung des stangenförmigen Verbindungselementes dadurch, daß eine zwischen den Schenkeln angeordnete Welle in axialer Richtung verschoben wird und dadurch mit einer Ausnehmung gegen das Verbindungselement geklemmt wird ( EP 0 729 731 A1 ). Dadurch wird das Verbindungselement einseitig mit einer Spannkraft beaufschlagt, man erhält also eine unsymmetrische Kraftbeaufschlagung. Eine ähnliche Lösung ist in der US 5,683,393 beschrieben, auch dabei ergibt sich eine einseitige Kraftbeaufschlagung.

Aus der DE 196 46 534 A1 ist ein Wirbelsäulenfixateur bekannt, bei dem eine spezielle Verbindungsstange mit Hilfe eines olivenartigen Formkörpers mit einem Schraubenkopf verbunden wird, diese Lösung ist relativ aufwendig und sehr speziell und aus diesem Grund nicht in allen Fällen einsetzbar.

Es ist auch ein derartiges Befestigungssystem bekannt, bei dem die Festlegung des Verbindungselementes dadurch erfolgt, daß die beiden Schenkel der Aufnahme gegeneinander gespannt werden ( FR 2 731 344 B1 ). Die beiden Schenkel werden dabei durch eine Klemmschraube gegeneinander gespannt, dies ist relativ umständlich und benötigt unter Umständen eine große Zahl von Umdrehungen, die in den beengten Platzverhältnissen bei Operationen nur zeitaufwendig vorgenommen werden können.

Eine sehr komplizierte Konstruktion wird in der US 5,486,174 beschrieben. Dort wird ein das Verbindungselement ringförmig umgebendes Befestigungselement in einem weiteren Ring angeordnet, dieses System ist nicht dazu geeignet, das Verbindungselement von oben her zwischen die Schenkel in die Aufnahme einzulegen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes osteosynthetisches Befestigungssystem so auszubilden, daß mit einfachsten Mitteln ein sicheres Spannen des eingelegten stangenförmigen Verbindungselementes erfolgen kann, ohne daß die Aufnahme übermäßig mechanisch beansprucht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem osteosynthetischen Befestigungssystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spanneinrichtung einen verdrehbaren Exzenter mit einer Andruckfläche umfaßt, die in verschiedenen Stellungen des Exzenters verschiedene Abstände von der Auflagefläche einnimmt. Es genügt für den Benutzer, nach dem Einlegen des stangenförmigen Verbindungselementes den Exzenter zu verdrehen, um das Verbindungselement in der Aufnahme zu spannen. Dadurch läßt sich der Spannvorgang sehr schnell durchführen, es ist dazu nicht notwendig, ein Gewindeelement über ein längeres Gewinde aufzuschrauben.

Grundsätzlich ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Konstruktion jede Fläche der U-förmigen Aufnahme als Auflagefläche zu verwenden, gegen die das stangenförmige, in die U-förmige Aufnahme eingelegte Verbindungselement durch den Exzenter gespannt wird, bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, daß der Exzenter in beiden Schenkeln drehbar gelagert ist und daß die Andruckfläche zwischen den Schenkeln angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine symmetrische Anordnung, die die Auflage insgesamt mechanisch sehr wenig beansprucht.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Exzenter eine Welle ist mit zwei konzentrischen Endabschnitten und einem exzentrischen Mittelabschnitt. Die konzentrischen Endabschnitte dienen der Lagerung in den Schenkeln, in denen sie in entsprechenden Lageröffnungen aufgenommen werden, der exzentrische Mittelabschnitt bildet die eigentliche Spanneinrichtung.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser der Endabschnitte unterschiedlich groß ist. Dadurch ergeben sich zwangsläufig auch unterschiedlich große Lageröffnungen, und damit ist beim Einsetzen des Exzenters eindeutig festgelegt, in welche Richtung dieser eingesetzt wird.

Vorteilhaft ist es, wenn der Außendurchmesser mindestens eines Endabschnittes mindestens so groß ist wie der maximale Außendurchmesser des Exzenters. Dadurch ist es möglich, den Exzenter in Richtung des größeren Endabschnittes aus seiner Lagerung herauszuziehen.

Der Exzenter weist vorteilhafterweise eine Einsetzöffnung für ein Drehwerkzeug aufweist, die konzentrisch zur Drehachse des Exzenters angeordnet ist, beispielsweise kann es sich dabei um einen Innensechskant handeln.

Es ist günstig, wenn die Andruckfläche des Exzenters profiliert ist, beispielsweise durch achsparallele Rippen, so daß dadurch der Exzenter in der Spannstellung fixiert wird.

Der Exzenter kann unmittelbar auf das stangenförmige Verbindungselement wirken, bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, daß zwischen der Andruckfläche des Exzenters und dem Verbindungselement ein Druckstück angeordnet ist.

Dieses Druckstück ist vorzugsweise in Richtung auf die Auflagefläche verschieblich an den Schenkeln geführt.

Diese Führung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Druckstück zwei in den Spalt zwischen den beiden Schenkeln eingreifende Verlängerungen trägt.

Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die dem Exzenter zugewandte Fläche des Druckstückes profiliert ist. Insbesondere bei profilierter Andruckfläche des Exzenters ergibt sich dadurch eine besonders sichere Fixierung in der Spannstellung.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Verbindungselement im Einlagebereich in die Aufnahme eine kugelringförmige Verdickung aufweist. Während normale stangenförmige Verbindungselemente im Einlagebereich zylindrisch ausgebildet sind, ermöglicht diese kugelringförmige Verdickung ein Verschwenken des eingelegten Verbindungselementes gegenüber der Auflage in geringem Umfange, und durch den Exzenter kann das Verbindungselement in der einmal eingenommen Schwenklage festgeklemmt werden.

Diese Verdickung kann Teil des Verbindungselementes sein, es ist aber besonders vorteilhaft, wenn die Verdickung durch einen um das Verbindungselement herumgelegten Kugelring gebildet wird. Dadurch ist es möglich, den Kugelring längs des Verbindungselementes zu verschieben und die Verdickung an der jeweils gewünschten Stelle anzuordnen.

Günstig ist es, wenn der Kugelring einseitig durch einen Querschlitz unterbrochen ist, so daß beim Spannen der Kugelring in seinem Umfang verkleinert werden und über eine große Länge an das Verbindungselement angepreßt werden kann.

Dieser Vorgang wird noch erleichtert, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Kugelring auf der dem Querschlitz gegenüberliegenden Seite eine Querschnittsverjüngung aufweist, beispielsweise eine Einkerbung.

Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die kugelringförmige Verdickung auf der Außenseite profiliert ist, dies fördert die Festlegung der kugelringförmigen Verdickung in der Aufnahme.

Das Druckstück kann auf seiner der kugelringförmigen Verdickung zugewandten Seite eine kugelkalottenförmige Vertiefung aufweisen, die die kugelringförmige Verdickung in sich aufnimmt.

Günstig ist es, wenn die Schenkel ein Innengewinde zur Aufnahme eines Gewindestopfens aufweisen. Damit kann die Aufnahme nach oben hin abgeschlossen werden, außerdem kann der Gewindestopfen gleichzeitig den Exzenter in der Spannstellung fixieren und somit ein unbeabsichtigtes Lösen des Exzenters verhindern.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: 1: eine Seitenansicht eines Verankerungselementes mit eingelegtem Verbindungselement;
2: eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in 1 und
3: eine Draufsicht auf das Verankerungselement der 1.
Das in der Zeichnung dargestellte osteosynthetische Befestigungssystem umfaßt mehrere Elemente, nämlich normalerweise mindestens zwei Verankerungselemente 1 und mindestens ein stangenförmiges Verbindungselement 2.
Das Verankerungselement 1 des dargestellten Ausführungsbeispiels trägt eine Knochenschraube 3, mit der es in einen Knochen eingeschraubt werden kann, beispielsweise einen Wirbelknochen. Bei anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispielen könnte die Knochenschraube 3 auch ersetzt werden durch andere Festlegungsmittel, beispielsweise durch Haken, die ein Knochenteil umgreifen.
Weiterhin weist das Verankerungselement 1 am oberen Ende der Knochenschraube 3 mit dieser einstückig ausgebildet einen Aufnahmekopf 4 auf, der insgesamt im Quer schnitt U-förmig ausgebildet ist und eine gebogene Auflagefläche 5 sowie zwei diese seitlich begrenzende, parallel zueinander im Abstand verlaufende Schenkel 6 umfaßt. Die Schenkel 6 sind im Querschnitt kreisförmig gebogen und erstrecken sich jeweils über einen Umfangswinkel von etwa 120°.
In den auf diese Weise ausgebildeten Spalt 7 zwischen den Schenkeln 6 ist von oben her das stangenförmige Verbindungselement 2 eingelegt, welches über seine Länge zylindrisch ausgebildet ist und welches im Einlagebereich einen auf dem Verbindungselement 2 verschieblichen, auf dieses aufgeschobenen Kugelring 8 trägt, der in diesem Bereich eine kugelförmige Verdickung ausbildet. Dieser Kugelring 8 ist an einer Stelle geschlitzt, der Schlitz 9 hat eine endliche Breite und ermöglicht ein Zusammendrücken des Kugelringes 8, so daß dieser im zusammengedrückten Zustand das stangenförmige Verbindungselement 2 dicht umschließt. Dies wird dadurch gefördert, daß gegenüber des Schlitzes 9 eine Einkerbung 10 im Kugelring 8 vorgesehen ist. Die Außenfläche des Kugelringes 8 ist durch in Umfangsrichtung verlaufende Parallelrippen 11 profiliert.
Die Auflagefläche 5 ist in ihrer Biegung dem Kugelring 8 angepaßt, d.h. kugelkalottenförmig ausgebildet, und nimmt somit den Kugelring 8 flächig an diesem anliegend auf. Dadurch kann das stangenförmige Verbindungselement 2 gegenüber der Auflagefläche 5 geringfügig verschwenkt werden, wobei trotzdem das Verbindungselement 2 durch den Spalt 7 seitlich geführt wird.
Auf den Kugelring 8 ist ein plattenförmiges Druckstück 12 aufgelegt, welches den Innenraum 13 zwischen den beiden Schenkeln 6 ausfüllt und welches mit zwei diametral gegenüberliegenden Verlängerungen 14 in den Spalt 7 eingreift und somit zwischen den Schenkeln 6 höhenverschieblich geführt ist. Das Druckstück 12 weist an seiner unteren Seite eine kugelkalottenförmige Ausnehmung 15 auf, in die der Kugelring 8 eingreift. Die Oberseite 16 des Druckstückes 12 ist durch quer zur Längsrichtung des Verbindungselementes 2 verlaufende Rippen 17 profiliert.
Oberhalb des Druckstückes 12 ist zwischen den beiden Schenkeln 6 eine Exzenterwelle 18 drehbar gelagert. Diese Exzenterwelle 18 weist einen konzentrisch zur Drehachse angeordneten Endabschnitt 19 mit kleinem Durchmesser und einen ebenfalls konzentrisch zur Drehachse angeordneten Endabschnitt 20 mit großem Durchmesser auf, zwischen den Endabschnitten 19 und 20 befindet sich ein exzentrischer Mittelabschnitt 21, dessen Außenfläche eine an der Oberseite 16 des Druckstückes 12 anliegende Andruckfläche ausbildet.
Der Endabschnitt 19 ist in einer Lageröffnung 22 in einem der beiden Schenkel gelagert, der andere Endabschnitt in einer entsprechenden Lageröffnung 23 im gegenüberliegenden Schenkel. Diese Lageröffnung 23 ist dabei so groß, daß die Exzenterwelle 18 in axialer Richtung aus der Lagerposition herausgezogen werden kann.
In dem Endabschnitt 20 ist stirnseitig eine konzentrisch zur Drehachse angeordnete Vertiefung 24 in Form eines regelmäßigen Sechseckes angeordnet, diese Vertiefung bildet eine Einsetzöffnung für ein komplementär ausgebildetes Drehwerkzeug, mit dessen Hilfe die Exzenterwelle 18 um ihre Drehachse verdreht werden kann.
Die Außenseite des Mittelabschnittes 21 kann ebenfalls durch achsparallele Rippen profiliert sein, dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Oberhalb der Exzenterwelle 18 sind die Innenflächen 25 der Schenkel 6 mit einem Innengewinde 26 versehen, so daß dort ein in der Zeichnung nicht dargestellter Gewindestopfen zwischen die Schenkel 6 eingeschraubt werden kann. Dadurch wird der Innenraum zwischen den Schenkeln 6 verschlossen, außerdem kann der Gewindestopfen sich an den Mittelabschnitt 21 der Exzenterwelle 18 anlegen und diese in einer bestimmten Winkelstellung fixieren.
Die beschriebene Ausgestaltung ermöglicht es in einfacher Weise, eine feste Spannverbindung zwischen Verankerungselement 1 und Verbindungselement 2 herzustellen. Dazu genügt es, auf ein Verbindungselement 2, auf welches ein Kugelring 8 aufgeschoben ist, diesen mit dem Kugelring 8 versehenen Bereich zwischen die beiden Schenkel 6 in den Aufnahmekopf 4 einzulegen und anschließend von oben her ein Druckstück zwischen die Schenkel 6 einzulegen und die Exzenterwelle 18 seitlich in ihre Lagerung zwischen den Schenkeln 6 einzuschieben. Durch eine kurze Verdrehung der Exzenterwelle 18 erfolgt das Festspannen des Verbindungselementes 2 im Aufnahmekopf 4, dazu ist eine Drehung notwendig, die deutlich unterhalb einer vollen Umdrehung liegt, im Gegensatz zu Spannvorrichtungen, die Gewindeelemente benutzen, bei denen Mehrfachumdrehungen notwendig werden.
Die Exzenterwelle 18 bleibt normalerweise in ihrer Spannstellung ohne weiteres stehen, jedoch wird diese Festlegung der Exzenterwelle 18 in der Spannstellung noch durch die Profilierung der entsprechenden Oberflächen unterstützt und gegebenenfalls in der beschriebenen Weise durch Einschrauben eines Gewindestopfens in den Aufnahmekopf 4.

Claims

Osteosynthetisches Befestigungssystem mit mindestens einem Verankerungselement und mindestens einem stangenförmigen Verbindungselement, welches Verankerungselement eine U-förmige Aufnahme für das Verbindungselement mit einer Auflagefläche und zwei diese Aufnahme seitlich begrenzenden Schenkeln aufweist, und mit einer an den Schenkeln angreifenden Spanneinrichtung, die im gespannten Zustand das Verbindungselement gegen die Auflagefläche klemmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung einen verdrehbaren Exzenter (18) mit einer Andruckfläche umfaßt, die in verschiedenen Stellungen des Exzenters (18) verschiedene Abstände von der Auflagefläche (5) einnimmt.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (18) in beiden Schenkeln (6) drehbar gelagert ist und daß die Andruckfläche zwischen den Schenkeln (6) angeordnet ist.
Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (18) eine Welle ist mit zwei konzentrischen Endabschnitten (19, 20) und einem exzentrischen Mittelabschnitt (21).
Befestigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Endabschnitte (19, 20) unterschiedlich groß ist.
Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser mindestens eines Endabschnittes (20) mindestens so groß ist wie der maximale Außendurchmesser des Exzenters (18) im Bereich des Mittelabschnittes (21).
Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (18) eine Einsetzöffnung (24) für ein Drehwerkzeug aufweist, die konzentrisch zur Drehachse des Exzenters (18) angeordnet ist.
Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckfläche des Exzenters (18) profiliert ist.
Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Andruckfläche des Exzenters (18) und dem Verbindungselement (2) ein Druckstück (12) angeordnet ist.
Befestigungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (12) in Richtung auf die Auflagefläche (5) verschieblich an den Schenkeln (6) geführt ist.
Befestigungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (12) zur Führung zwei in den Spalt (7) zwischen den beiden Schenkeln (6) eingreifende Verlängerungen (14) trägt.
Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Exzenter (18) zugewandte Fläche (16) des Druckstückes (12) profiliert ist.
Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (2) im Einlagebereich in die Aufnahme (4) eine kugelringförmige Verdickung (8) aufweist.
Befestigungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (8) durch einen um das Verbindungselement (2) herumgelegten Kugelring gebildet wird.
Befestigungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelring (8) einseitig durch einen Querschlitz (9) unterbrochen ist.
Befestigungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelring (8) auf der dem Querschlitz (9) gegenüberliegenden Seite eine Querschnittsverjüngung (10) aufweist.
Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelringförmige Verdickung (8) auf der Außenseite profiliert ist.
Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11 und einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (12) auf seiner der kugelringförmigen Verdickung (8) zugewandten Seite eine kugelkalottenförmige Vertiefung (15) aufweist.
Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (6) ein Innengewinde (26) zur Aufnahme eines Gewindestopfens aufweisen.