DE4239715A1 - Fixationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fixationssystem gemäß dem Oberbe­ griff des ersten und zweiten Patentanspruchs.

Wie beispielsweise aus der Technischen Information der Fa. MOSS, M. T. 7.89 mit dem Titel "Transpedikuläre Schraube mit beweglichem Kopf", Entwicklung der Forschungsgruppe J. Harms, D. Stoltze, L. Biedermann, Rehabilitations-Krankenhaus Lan­ gensteinbach, Dept. Orthopädie + Traumatologie I, hervorgeht, wurde bisher zur Korrektur von Wirbelsäulenverkrümmungen ein Fixationssystem bestehend aus mindestens zwei Pedikelschrauben und einem Gewindestab angelegt. Hierzu werden beispielsweise in zwei benachbarte Wirbel transpedikulär (durch die Bogenwur­ zeln) Knochenschrauben mit einem geschlitzten Kopf eingedreht, wobei die Schlitze der Schraubenköpfe parallel ausgerichtet werden. In die Schlitze der Schraubenköpfe wird ein Gewin­ destab eingelegt und durch jeweils zwei Muttern an jedem Schraubenkopf fixiert.

Wie aus der Veröffentlichung hervorgeht, ergeben sich bei die­ ser Implantationsart Probleme aus der physiologischen Lordose­ stellung der Wirbelkörper und den sehr unterschiedlichen in­ terpedikulären Distanzen. Die Schraubenlängsachsen liegen in unterschiedlichen Winkelstellungen zueinander und beim Verbin­ den mit dem Gewindestab führt dies zu mechanischen Problemen, bedingt durch die inkongruente Stellung der starren Schrauben­ köpfe zueinander. Außerdem ist dem Operateur nicht immer mög­ lich, die Pedikel in planparalleler Richtung zueinander zu be­ setzen. Die Inkongruenzstellung kann zusätzlich durch das nicht immer mögliche planparallele Einbringen der Schrauben in die Pedikel verstärkt werden. Daher muß der Gewindestab häufig in zweidimensionaler Richtung gebogen werden, was zu einer me­ chanischen Schwächung (Kerbwirkung) des Stabes führt.

In der Veröffentlichung wird daher eine verbesserte Schraube vorgeschlagen, die aus einem Gewindeschaftteil mit Kugelkopf und zwei Klemmbacken besteht. Die Klemmbacken umgeben den Ku­ gelkopf und sind über einen Fixierungsring zwischen Schaft und Kugelkopf unzertrennbar mit dem Schaftteil verbunden; sie sind daher auf dem Kugelkopf beweglich. Oberhalb des Kugelkopfs sind die Klemmbacken durchbohrt. Durch die Bohrung kann ein Gewindestab geschoben und mittels zwei Spannmuttern fixiert werden. Die Spannmuttern und das Aufnahmeteil der Klemmbacken sind halbkugelig gestaltet, um eine hohe mechanische Fixierung zu erhalten und um minimale Inkogruenzen der Kopfstellung aus­ zugleichen. Beim Anziehen der Spannmuttern werden Kugelkopf und Klemmbacken starr miteinander verbunden. Ein solches Fixa­ tionssystem nimmt eine wesentlich höhere Biegelast auf als das zuvor beschriebene System.

Obwohl in der Veröffentlichung angegeben wird, daß die zuletzt beschriebene Schraube sich seit zwei Jahren in der klinischen Erprobung befand und in mehr als 100 Fällen bisher weder ein Stab- oder Schraubenbruch bzw. eine Lockerung der Schraube be­ obachtet wurde, ist eine solche starre Verbindung zwischen Wirbeln nicht unproblematisch. Eine Langzeitbeobachtung von solchen, nach Abschluß der Operation starren Fixationssystemen hat gezeigt, daß das Einwachsen der Schrauben und der Verbund zwischen Schraube und Knochen stark von der Belastung der Schrauben abhängt. Besonders schädlich für die Haltbarkeit der Verbindung sind Rotations- und Druck/ Zug-Wechselbelastungen durch die Bewegung des Patienten.

Aus der EP 0 443 892 A1 ist eine Knochenschraube bekannt, die aus einem Gewindeteil und einem geschlitzten Kopf besteht. Der geschlitzte Kopf ist in seinem Grund im Querschnitt U-förmig ausgebildet, so daß er eine möglichst hohe Kontaktfläche zu einem eingelegten Stab aufweist. Ab einer Höhe, die etwa dem Durchmesser des Stabes entspricht, ist eine zylinderförmige Ausnehmung vorgesehen, die mit einem Innengewinde versehen ist und in die eine Verschlußschraube eingedreht werden kann. Da­ mit sich der geschlitzte Kopf der Knochenschraube beim Eindre­ hen der Verschlußschraube nicht aufweitet, wird vor dem Ein­ drehen der Verschlußschraube der geschlitzte Kopf mit einem Ring umgeben, der einen Steg trägt. Der Steg greift in die Schlitze der Knochenschraube ein und liegt parallel auf dem eingelegten Stab. Auch mit dieser Knochenschraube wird das Im­ plantat starr fixiert.

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Fixationssystem der ein­ gangs genannten Art anzugeben, bei dem sich die Rotations- und Druck/Zug-Wechselbelastungen auf den im Knochen fixierten Teil insbesondere in der Phase des Einwachsens der Schrauben ver­ mindern lassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der beiden ersten Patentansprüche gelöst. Die weite­ ren Ansprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung an.

Erfindungsgemäß enthält das Fixationssystem solche Pedikel­ schrauben, die in ihrem Kopf eine axialsymmetrisch angeordnete Ausnehmung aufweisen. Somit fällt die Achse der Ausnehmung mit der Schraubenachse zusammen. Der obere Teil des Schrauben­ kopfes bildet einen Ring, der durch einen Schlitz oder zwei gegenüberliegende Schlitze unterbrochen wird. Die Schlitze sind breiter als der Durchmesser des Stabs an der betreffenden Stelle, so daß der Stab durch den Schlitz geführt werden kann.

Als ein Gewinde tragender Stab wird gemäß Anspruch 1 ein Stab mit einem durchgehenden Gewinde eingesetzt. Auf den Gewin­ destab lassen sich zwei ellipsoidförmige Muttern auf schrauben, deren Form so auf den Durchmesser der Ausnehmung abgestimmt ist, daß sie in die Ausnehmung eingelegt werden können. Die Form der Muttern ist so gewählt, daß sie mit geringem Spiel, etwa 0,2 bis 0,1 mm in der Ausnehmung bewegbar sind.

Gemäß Anspruch 2 wird als ein Gewinde tragender Stab ein sol­ cher Stab verwendet, der auf einem ersten, kein Gewinde tra­ genden, glatten Teil eine ellipsoidförmige, vorzugsweise axialsymmetrisch angeordnete Verdickung trägt; der zweite Teil des Stabes trägt ein Gewinde, auf das eine der oben be­ schriebenen Muttern aufgeschraubt werden kann. Die Durchmesser der zylinderförmigen Ausnehmung und der Verdickung sind in der oben angegebenen Weise aufeinander abgestimmt. Vorzugsweise werden gleiche Durchmesser sowohl für die Verdickung als auch für die Mutter vorgesehen, so daß nur eine Art von Pedikel­ schrauben notwendig ist.

Die ellipsoidförmige Mutter bzw. Verdickung weist vorzugsweise die Form eines Rotationsellipsoids auf, bei dem die Durchmes­ ser in zwei der drei Raumrichtungen gleich ist. Ein Spezial­ fall der ellipsoidförmigen Mutter bzw. Verdickung ist in allen Fällen so zu wählen, daß die Mutter bzw. Verdickung in der Ausnehmung bewegbar ist. Die Bewegung wird durch die Breite des Schlitzes in der Pedikelschraube begrenzt.

Die Pedikelschrauben enthalten jeweils nur einen Schlitz, wenn die Verdickung und die Mutter bzw. die beiden Muttern jeweils am Ende des Stabes fixiert sind. Zwei Schlitze sind notwendig, wenn über die Verdickung bzw. die Mutter ein Teilstück des Stabes hinausragt oder wenn mehr als ein Wirbelsegment über­ brückt werden soll.

Mit den erfindungsgemäßen Fixationssystemen kann eine fixie­ rende Verbindung zwischen zwei Wirbeln hergestellt werden, die nicht absolut starr ist, sondern in einem gewissen, vor­ bestimmbarem Ausmaß eine Drehbewegung und/oder eine Verschie­ bung der beiden verbundenen Wirbel gegeneinander zuläßt. Die Bewegbarkeit der beiden verbundenen Wirbel gegeneinander wird hauptsächlich durch die Länge und Breite der Schraubenkopf­ schlitze im Verhältnis zum Durchmesser des Stabes bestimmt, da die Muttern bzw. die Verdickung auf dem Stab in der Ausnehmung im Kopf der Schraube drehbar sind.

Eine solche, nicht völlig starre Verbindung ist besonders bei Patienten mit einer degenerierten, jedoch nicht völlig zer­ störten Bandscheibe indiziert. In diesem Fall wird die Funk­ tion der degenerierten Bandscheibe durch das erfindungsgemäße Fixationssystem unterstützt. Wegen der teilweisen Beweglich­ keit des Fixationssystems werden die auf den Knochen übertra­ genen Kräfte reduziert.

Weist die Mutter bzw. die Verdickung eine Kugelform auf, so ist ihre Beweglichkeit in alle Richtungen gleich; sie ist le­ diglich durch die Form des Schlitzes begrenzt. Die Ausnehmung wird in diesem Fall vorzugsweise zylinderförmig gewählt.

Es kann aus medizinischen Gründen vorteilhaft sein, wenn die Beweglichkeit in einer Raumrichtung eingeschränkt ist. Soll z. B. die Beweglichkeit des Fixationssystems in der durch die Re­ dikelschrauben aufgespannten Ebene größer sein als senkrecht zu dieser Ebene, können rotationsellipsoidförmige Muttern bzw. Verdickungen vorgesehen werden, wobei der lange Durchmesser des Rotationsellipsoids senkrecht zum Stab angeordnet ist. Durch eine im Querschnitt elliptische Ausnehmung wird hierbei die Bewegung des Stabes senkrecht zu der Ebene begrenzt, wäh­ rend die Beweglichkeit innerhalb der Ebene erhalten bleibt.

Die wirksame Länge des Stabes wird durch durch Verdrehen einer Mutter auf dem Gewinde des Stabs eingestellt, nachdem die Pe­ dikelschrauben gesetzt wurden. Wenn die Muttern bzw. die Mut­ ter und die Verdickung in die richtige Position zueinander stehen, werden sie in an sich bekannter Weise in dieser Stel­ lung blockiert. Hierzu können beispielsweise jeweils die bei­ den der Mutter benachbarten Gewindegang mit einem feinen Meißel zerstört werden oder es wird an der vorgesehenen Stelle auf dem Gewinde des Stabs ein zugelassener Klebstoff aufgetra­ gen.

Die Ausnehmung im Kopf der Schraube kann, nachdem der Stab mit der aufgeschraubten Mutter bzw. mit der Verdickung eingelegt ist, mit einer Verschlußschraube verschlossen werden, wenn eine zylindrische Ausnehmung vorgesehen ist, die mit einem In­ nengewinde versehen ist. Der obere Rand der Schraube kann mit einer Fase und der Kopf der Verschlußschraube kann mit einer Hinterschneidung versehen werden, damit der geschlitzte Schraubenkopf beim Festziehen der Verschlußschraube nicht auf­ geweitet wird. Die Verschlußschraube weist eine solche Gewindelänge auf, daß die Schlitze auf einer vorgegebenen Länge, die mindestens dem Durchmesser des Stabes entspricht, freibleiben. Mit der Verschlußschraube können die Muttern oder die Verdickung in der Ausnehmung gesichert werden.

Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Fixationssystems besteht darin, daß sich die beiden verbundenen Wirbel völlig starr fixieren lassen, wenn z. B. die Degenerierung der Band­ scheibe nach dem Anbringen des teilweise beweglichen Systems voranschreitet und eine starre Verbindung indiziert ist. Hier­ bei müssen die Pedikelschrauben nicht ausgetauscht werden; sie lassen sich auch zur starren Fixierung verwenden, so daß kein schwerwiegender, risikoreicher Eingriff notwendig ist. Da in diesem Fall in der Regel seit dem Setzen der Pedikelschrauben eine geraume Zeit vergangen ist, sind die Pedikelschrauben be­ reits fest eingewachsen und können die höheren Kräfte, die bei einem starren Implantat auf die Pedikelschrauben einwirken, besser auf den Wirbel übertragen.

Die zylinderförmigen Ausnehmungen im Kopf der Schrauben laufen vorzugsweise am Boden des Kopfes z. B. kalotten- oder kegelförmig aus, so daß die Muttern bzw. die Verdickungen auf einer größeren Fläche aufliegen. Beispielsweise kann einer Bo­ den der zylinderförmigen Ausnehmung mit einer Einsenkung ver­ sehen werden, so daß die Muttern bzw. die Verdickungen nicht auf einem Punkt, sondern auf einer ringförmigen Fläche auflie­ gen.

Zur Herstellung einer starren Verbindung zwischen den beiden verbundenen Wirbeln müssen lediglich die Verschlußschrauben ausgetauscht werden. Für diesen Fall sind die Ver­ schlußschrauben so ausgelegt, daß sie nach dem Einschrauben und Festziehen die kugelförmigen Muttern bzw. die kugelförmige Verdickung blockieren. Die Blockierung erfolgt z. B. durch die Verwendung eines längeren Gewindes und/oder durch Vorsehen ei­ ner konkaven, kalottenförmigen Vertiefung an der Spitze der Schraube.

Der Kopf der Pedikelschraube kann als Sechskant und der Kopf der Verschlußschraube kann als Innensechskant ausgebildet sein, damit das Fixationssystem leichter implantierbar ist.

Das erfindungsgemäße Fixationssystem kann prinzipiell aus je­ dem körperverträglichen Material bestehen, das die notwendige Festigkeit aufweist. Bevorzugt wird Edelstahl, Titan oder ein ähnlich inertes Metall bzw. eine ähnlich inerte Metallegierung verwendet.

Claims (7)

1. Fixationssystem zur Stabilisierung von Wirbeln bestehend aus

• a) zwei Pedikelschrauben mit geschlitztem Kopf,
• b) einem ein Gewinde tragenden Stab, dessen Durchmesser im Bereich des Gewindes kleiner ist als die Breite der Schlitze im Kopf der Pedikelschrauben,
• c) auf das Gewinde auf schraubbare Muttern zur Fixierung des Stabs in den Schlitzen der Pedikelschrauben,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• d) als Muttern zwei ellipsoidförmige Muttern eingesetzt werden,
• e) der Kopf der Pedikelschrauben eine axialsymmetrisch an­ geordnete Ausnehmung enthält, in die die ellipsoid­ förmigen Muttern eingesetzt werden können.

2. Fixationssystem zur Stabilisierung von Wirbeln bestehend aus

• a) zwei Pedikelschrauben mit geschlitztem Kopf,
• b) einem ein Gewinde tragenden Stab, dessen Durchmesser im Bereich des Gewindes kleiner ist als die Breite der Schlitze im Kopf der Pedikelschrauben,
• c) mindestens einer auf das Gewinde auf schraubbare Mutter zur Fixierung des Stabs in den Schlitzen der Pedikel­ schrauben,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• d) ein solcher Stab vorgesehen ist, der
• - auf einem ersten, kein Gewinde tragenden Teil eine ellipsoidförmige Verdickung trägt und
• - auf einem zweiten, mit dem Gewinde versehenen Teil eine ellipsoidförmige Mutter auf schraubbar ist,
• e) der Kopf der Pedikelschrauben eine axialsymmetrisch an­ geordnete Ausnehmung enthält, in die die ellipsoid­ förmige Verdickung und/oder die ellipsoidförmige Mutter eingesetzt werden können.

3. Fixationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung zylinderförmig ist und am Boden des Kopfes kalotten- oder kegelstumpfförmig ausläuft.

4. Fixationssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ausnehmung mit einer Fase und einem Innengewinde versehen ist, in das eine Verschlußschraube mit hinterschnittenem Kopfin der Weise eingeschraubt und festgezogen werden kann, daß die Schlitze mindestens in einer Länge, die dem Durchmesser des Stabs im Bereich des Gewindes oder im Be­ reich des ersten Teils entspricht, freibleiben.

5. Fixationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußschraube eine solche Gewindelänge aufweist, daß nach dem Einschrauben und Festziehen die Verdickung der die Mutter nicht fixiert wird.

6. Fixationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußschraube eine solche Gewindelänge aufweist, daß nach dem Einschrauben und Festziehen die Verdickung oder die Mutter blockiert ist.

7. Fixationssystem nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf der Pedikelschraube als Außensechskant ausgebildet ist und die Verschlußschraube einen Innensechskant enthält.