DE68928675T2

DE68928675T2 - Fusionskäfig für Knochengelenke

Info

Publication number: DE68928675T2
Application number: DE1989628675
Authority: DE
Inventors: Eugene A Dickhudt; Charles D Ray
Original assignee: Surgical Dynamics Inc
Current assignee: Howmedica Osteonics Corp
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2009-10-17
Also published as: DE68928675D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei benachbarten Knochenstrukturen, wie ein Knochengelenk, insbesondere benachbarte Wirbel der Wirbelsäule.

Hintergrund der Erfindung

Nach einer Verletzung, Krankheit oder einer anderen degenerativen Störung kann die Bandscheibe, eine bandartige elastische Lage zwischen den Wirbeln, einer schmerzhaften Veränderung unterworfen sein. Die Scheibe schrumpft und flacht sich ab und der Abstand zwischen den Wirbelkörpern beginnt zusammenzubrechen. Nachfolgend kann eine fortschreitende Degeneration stattfinden, die zu einer mechanischen Instabilität führt, bei der schmerzhafte Vorfälle zwischen benachbarten Wirbeln auftreten. Der durch eine Bewegung erzeugte Schmerz kann so invalidisierend sein, daß in vielen Fällen die abschnittsweise Bewegung ausgeschaltet werden muß. Daher können starre Verbindungen das einzige vorhandene Mittel sein, um die Vorfälle zu beenden und den Schmerz zu lindern.
Es ist allgemein anerkannt, daß erfolgreiche Verbindungen ein berührendes Knochenwachstum erfordern, um eine feste Masse zu erzeugen, welche die bewegbaren Elemente in eine Einheit verbindet. Anderenfalls kann die Verbindung nicht die Aufgaben der Schmerzverringerung, der Aufrechterhaltung einer Höhe zwischen den Wirbeln und einer Immobilität des Abschnittes erzielen. Wenn ein Verbindungsknochen zuerst eingesetzt wird, ist er weich und bewegbar mit keiner Kohäsionsfestigkeit. Daher wurden eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt, die versuchen, die Segmente unter Bedingungen normaler Betätigung der Wirbelsäule und täglichen Stresses ziemlich ruhig zu halten.
Knochentransplantatmaterial wird zwischen die Segmente eingesetzt, deren äußere oder kortikale Oberflächen entfernt oder tief eingeritzt worden sind, um das Hineinwachsen des Transplantates in diese Aufnahmeorte zu fördern. So angeordnet verbindet das Knochentransplantat langsam die Segmente. Solch eine Anwendung ist nicht vorgesehen, um dauerhaft die Immobilität der Segmente zu sichern. Das Hineinwachsen des Knochens wird für dies benötigt.
Die Abhängigkeit von solch einer Anwendung als die einzige Stabilisiereinrichtung ist schlußendlich aufgrund der Entwicklung eines mechanischen Spaltes oder Überganges zwischen dem Knochen der Vorrichtung nicht erfolgreich, was zu einem strukturellen Versagen des Knochens und des benachbarten Verbindungsgewebes führt. Solch ein Versagen äußert sich in Brüchen, einer Erosion und einer Absorption des Knochens mit der Gefahr eines weiteren Zusammenbrechens. Der Schmerz kann auch fortschreitend invalidisierend werden.
Etwa 150.000 Verbindungen der Lendenwirbelsäule wurden in den USA während des Jahres 1987 ausgeführt, wie von der American Hospital Association berichtet wird. Es gibt viele Verfahren zur intervertebralen Verbindung. Die erfolgreichsten erzielten eine Erfolgsrate von etwa 90 % in Zufallsfällen. Jedoch sind einige dieser Techniken, insbesondere jene, die komplexe Anwendungen benötigen, schwierig auszuführen und gefährlich für Nerven- und Gefäßaufbauten, die normalerweise nahe an dem beteiligten Knochen liegen.
Aus einem biomechanischen Gesichtspunkt ist der wichtigste Ort einer Wirbelverbindung am mechanischen Mittelpunkt der Drehung zwischen den Wirbeln. Dieser Punkt ist in der Mitte innerhalb des Bandscheibenraumes. Daher ist eine Verbindung zwischen den Körpern die steifeste und somit das erstrebenswerteste Verfahren unter den Chirurgen. Derzeitige Verfahren der Verbindungen zwischen Körpern sind jedoch die gefährlichsten aller Wirbelverbindungsverfahren.
Sowohl Vorgehensweisen von vorne (transabdominal) und von hinten werden zu Verbindungen zwischen den Körpern verwendet. Typischerweise wird ein Pfropfen, Pflock oder ein Knochensegment fest in einen Hohlraum eingetrieben, der in dem Raum zwischen den Körpern innerhalb der Bandscheibe ausgehöhlt wird. Da während des Verbindungsvorganges eine Knochen-Zu-Knochen-Brücke erzeugt werden muß, muß verbindendes Gewebe und Bandscheibengewebe entfernt werden. Daher müssen tiefe Einschnitte innerhalb des Knochens in den weicheren schwammigen Bereich eindringen, um Knochenwachstum quer über den Raum zu fördern.
Intervertebrale Verbindungen unter Verwendung kreisförmiger Knochentransplantate wurden in der orthopädischen und neurochirurgischen Literatur seit einigen Jahren berichtet. B.R. Wiltberger machte in einer Veröffentlichung, die in Clinical Orthopedics, Band 35, Seiten 69 bis 79, 1964, veröffentlicht wurde, eine Übersicht über verschiedene Verfahren der intervertebralen Verbindung von Körpern unter Verwendung hinterer Knochenpflöcke, die fest in ein geeignetes kleineres Loch zwischen den benachbarten Wirbeln eingetrieben werden. Wenn dies ausgeführt wird, kann der Pflock sich spalten oder brechen oder zusammenbrechen. Der gedehnte Knochen könnte sich ebenfalls spalten und er kann vom Pflock zu dem Punkt zusammengedrückt werden, daß er nicht normal wachsen wird aufgrund des Zusammenbrechens vorher offener Poren- und Gefäßkanäle. Wenn dies auftritt, kann eine späte Absorption des umgebenden Knochens auftreten und der Pflock könnte sich lösen mit einer erneuten Gefahr der Abstoßung. Siehe auch eine zweiseitige Broschüre der Neurological Surgery Associates of Cincinnati, Inc. mit dem Titel "Posterior Lumbar Interbody Fusion Made Simple", die nach dem Einsetzen eines Knochenpflocks die "Anbringung eines 5 mm-Dacron-Nahtmaterials um Wirbelsäulenfortsätze" (Zitat übersetzt) zeigt.
US-Patent Nr. 4,501,269 (Bagby) beschreibt ein chirurgisches Verfahren zum Stabilisieren der Halswirbelsäule eines Pferdes und sagt aus, daß das Verfahren "für jegliches menschliche oder tierisches Gelenk anwendbar ist, das durch gegenüberliegende angrenzende Knochenoberflächen gebildet ist, die durch dazwischenliegende Knorpel bedeckt und getrennt sind und von Bändern umgeben sind, die einer Aufweitung des Gelenkes widerstehen. Spezielle Beispiele solcher Verbindungen sind eine Wirbelsäulenverbindung zwischen benachbarten Wirbeln oder das Fußknöchelgelenk. Das Verfahren wurde entwickelt, um das Gelenk sofort zu stabilisieren und weiterhin eine abschließende Knochen-an- Knochen-Verbindung zu fördern. Der implantierte Aufbau ist in der Form eines perforierten zylinderförmigen Knochenkorbes, der mit Knochenstücken gefüllt werden kann, die während der Vorbereitung des Gelenkes erzeugt werden. Diese Knochenfragmente stellen ein autogenes Gewebe bereit, um das Knochenwachstum durch den Korb wie auch um diesen herum zu fördern" (Zitat übersetzt).
"Das Verfahren beinhaltet die anfänglichen Schritte des chirurgischen Zugangs zum Gelenk und des Entfernens von dazwischenliegendem Knorpel, der zwischen den angrenzenden Knochenoberflächen angeordnet ist. Eine querverlaufende zylinderförmige Öffnung wird dann quer über die angrenzenden Knochenoberflächen gebohrt. Eine sofortige Stabilisierung wird erreicht, indem in die zylinderförmige Öffnung ein hohler Korb eingetrieben wird mit einer starren perforierten zylinderförmigen Wand, deren Außendurchmesser geringfügig größer als der Innendurchmesser der zylinderförmigen Öffnung ist. Das Implantieren des Korbes spreizt die Knochenoberflächen gegen den Widerstand gegen das Aufweiten des Gelenkes, der durch die umgebenden Bänder erzeugt wird, voneinander weg." (Spalte 2, Zeilen 26 bis 55, Zitat übersetzt).
EP-A-419 564 (WO 89/12431) offenbart ein zylinderförmiges Gewindeelement, das hohl ist und einen autogenen Knochen aufnehmen kann, wobei die Vorrichtung zum Verbinden menschlicher Wirbel vorgeschlagen wird. Jedoch erfolgte die Veröffentlichung nicht bis zum 28. Dezember 1989, so daß diese Druckschrift unter EPÜ, Artikel 54(3) betrachtet werden muß.
Vich, J. Neurosurg, Band 63, Seiten 750 - 753 (1985) und DE-A-35 05 567 beschreibt eine Vorrichtung zur Halswirbelsäulenverbindung unter Verwendung einer früheren Vorgehensweise, indem chirurgisch ein zylinderförmiges Knochentransplantat implantiert wird. "Schraubengewindegänge werden in dem Transplantat mit einem kleinen, vorher sterilisierten Preßwerkzeug hergestellt. Die Nuten der Gewindegänge können so tief wie benötigt hergestellt werden. Die Körper der Halswirbelsäule der Wirbelsäule werden gemäß der Technik von Cloward vorbereitet. Nachdem ein zylinderförmiges Bett in die geeigneten Zwischenwirbelkörper gebohrt worden ist, wird das Transplantat an seinen Ort mit Instrumenten eingeschraubt, die besonders für diesen Zweck entwickelt worden sind." (Seite 750, Zitat übersetzt). Die Legende zur Fig. 2 erläutert, daß ein mit Gewinde versehener Transplantatpflock eine größere Kontaktoberfläche als ein ebener Pflock und einen größeren Widerstand gegen Druck und Verschieben besitzt.
Eine zusätzliche erwünschte Wirkung einer intervertebralen Verbindung ist die Wiederherstellung oder Beibehaltung eines normalen intervertebralen Abstandes. Spreizeinrichtungen werden im allgemeinen benötigt, um die gesamte oder einen Teil der normalen Höhe innerhalb der Bandscheibe beim Verfahren des Einsetzens des Verbindungsmaterials oder des Einsatzes wieder herzustellen. Wenn das Verfahren unter Verwendung des üblicherweise verwendeten Zuganges von hinten ausgeführt wird, kann eine Vielzahl von Spreizeinrichtungen zwischen den verschiedenen hinteren Knochenelementen, die normalerweise an den Wirbeln angebracht sind, angesetzt werden, wie dorsale Wirbelsäulenfortsätze oder Plättchen. Unter Verwendung solcher Spreizeinrichtungen tritt ein Kippen nach vorn oder ein Verkeilen des Bandscheibenraumes auf, wobei die hintere Seite des Raumes offener als die vordere Seite wird. Wenn ein Knochentransplantat jeglicher Form in einen Hohlraum getrieben wird, der zwischen zwei gegenüberliegenden bewegbaren Wirbeln hinten keilförmig offener ist, besteht eine starke Tendenz für das Transplantat, das es während der postoperativen Wiedergenesungsphase als Folge der Bewegung hin und her zwischen den gegenüberliegenden Wirbeln zurückgeschlagen wird. Somit wäre es, um die Verhinderung des Ausstoßens des Transplantates zu unterstützen, wünschenswert, einen Hohlraum zu besitzen, der entweder die Parallelität beibehält oder an seinem hintersten Bereich geringfügig schmäler ist. Bauchseitig dieses Hohlraums verbleibt der kräftige Bandscheibenring und verhindert eine bauchseitige Migration des Transplantates in den retroperitonalen Raum. Des weiteren besitzt es einen Wert, die ursprüngliche lordotische Wirbelsäulenkrümmung wiederherzustellen, wenn die Verbindung wächst; dies bedingt, daß der Hohlraum und das Verbindungselement zwischen den Körpern eingesetzt wird, um eine normale anatomische Wirbelsäulenposition zu fördern, d.h. ohne den Raum in irgendeiner Richtung keilförmig zu gestalten.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt einen Verbindungskorb oder Käfig bereit, der, wie der Verbindungskäfig der US-A-45 01 269 Bagby, ein perforierter starrer Zylinder ist, der chirurgisch in eine Öffnung eingesetzt werden kann, die in zwei angrenzenden Knochenstrukturen wie zwei Wirbel gebildet worden ist. Der Verbindungskäfig wird dann mit Knochenspänen oder einer anderen knochenfördernden Substanz befüllt, was somit das Hineinwachsen lebendigen Knochens fördert. Der Verbindungskäfig der Erfindung unterscheidet sich vom Verbindungskorb nach Bagby durch einen äußeren, im wesentlichen zusammenhängenden schraubenförmigen Schraubengang oder ein V-Gewinde, durch das er in die Bohrung geschraubt werden kann, nachdem zuerst zusammenpassende Innengewinde in der Bohrung gebildet worden sind. Das zusammenpassende Gestalten der Gewindegänge stellt sicher, daß der Verbindungskorb sicher lagefixiert verbleibt und es besteht eine viel geringere Gefahr des Splitterns oder einer Druckathrophie des aufnehmenden Knochens. Schließlich bildet das Hineinwachsen des Knochens durch die Perforation in den Vertiefungen des Gewindeganges eine dauerhafte Zwischenverbindung zwischen den zwei Knochenstruktur.
Mit V-Gewinde ist gemeint, daß die Spitze des Gewindeganges scharf ist, obwohl seine Vertiefung vorzugsweise stumpf oder abgerundet ist, um es den zusammenpassenden Erhebungen der Innengewinde zu gestatten, eine angemessene Festigkeit zu besitzen. Wenn der Winkel des V-Gewindes an seiner Spitze etwa 60º ist, ist ein bevorzugter Radiusbereich für die Ausbuchtung in der Vertiefung von 0,35 bis 0,75 mm. Der Winkel der Spitze des V-Gewindes sollte nicht mehr als 90º sein, da ein schärferes Gewinde die freiliegende Grenzfläche von Knochen relativ zum Implantat erhöhen würde und somit die Möglichkeit eines Wachstums nach innen erhöhen würde. Jedoch sollte der Winkel der Spitze zumindest 45º sein, da die Steigung unerwünscht gering wäre, wenn der Winkel kleiner wäre. Eine übermäßig geringe Steigung würde zu schwachen Innengewinden des Knochens führen und die Gefahr eines Kreuzgewindes erzeugen.
Die Perforationen sollten so groß wie möglich sein, so lange der Verbindungskorb eine angemessene Gestaltfestigkeit besitzt. Wenn die Oberfläche des Verbindungskorbes in die Innenfläche eines Zylinders vorsteht, sollten die vorstehenden Perforationen von 30 % bis 60 % der vorstehenden Fläche, vorzugsweise etwa 50 % umfassen. Individuelle Öffnungen sollten zumindest einen Millimeter sowohl axial als auch quer sein, um ein gutes Hineinwachsen frischen Knochens zu gestatten, wohingegen der Verbindungskorb übermäßig geschwächt sein könnte, wenn die Öffnungen im wesentlichen mehr als 2 mm in axialer Richtung und 3 mm in Querrichtung wären, wenn der Winkel des V-Gewindes an seiner Spitze etwa 60º ist.
Der Verbindungskorb ist vorzugsweise mit Endkappen montiert, wobei eine erste, vor dem Verbindungskorb angeordnet und in den Aufnahmeknochen eingeschraubt sein kann und somit einen maximalen Durchmesser besitzen sollte, der nicht größer als der kleinere Durchmesser des V-Gewindes des Verbindungskorbes ist. Die erste Endkappe hält die knochenwachstumsfördernde Substanz, wenn sie in den Verbindungskorb eingesetzt ist. Das offene Ende des Verbindungskorbs kann dann mit einer zweiten Endkappe geschlossen werden, um die Knochenstückchen sicher lagefixiert zu halten. Die Endkappen können ohne Perforation sein, besitzen aber vorzugsweise dieselbe Perforation wie der Verbindungskorb, um das Hineinwachsen von Knochen oder anderem Gewebe durch die Endkappen zu erlauben. Jedoch können Endkappen nicht notwendig sein, oder, wenn sie verwendet werden, können sie aus biologisch abbaubarem Material sein, selbst wenn der Verbindungskorb dies nicht ist.
Derzeit ist der mit einem V-Gewinde versehene Verbindungskorb vorzugsweise aus Edelstahl von Implantatqualität hergestellt. Titan und keramische Werkstoffe sind ebenfalls nützlich, wie auch superfeste Polymere oder Zusammensetzungen aus Polymeren und Filamenten hoher Festigkeit, wie Polyethylen mit superhoher Dichte, Glas oder Graphit. Nichtmetallische Zusammensetzungen besitzen die bevorzugte Fähigkeit, Röntgenstrahlen oder magnetische Strahlen ohne Verzerrung hindurchtreten zu lassen, was die Herstellung von gescannten Bildern im Vergleich zu metallischen Verbindungskörben verbessert. Der Verbindungskorb kann biologisch abbaubar sein, da er nicht länger benötigt wird, nachdem das Hineinwachsen von Knochen ausgereift ist. Wenn der Verbindungskorb nicht biologisch abbaubar ist, kann er dauerhaft an seiner Stelle verbleiben, nachdem das Hineinwachsen stattgefunden hat, im Gegensatz zur Notwendigkeit, viele Typen von metallischen Stützen oder Einsätzen zu entfernen, die bisher verwendet worden sind, um starre Verbindungen zu fördern.
Nützliche knochenfördernde Substanzen umfassen Knochenstückchen und Knochenersatzstoffe oder synthetische Stoffe, mit oder ohne knochenaktivierendem Zusatz, wie Hydroxyapathit, knochenmorphologisches Protein, Knochenwachstumsfaktor oder Knorpelaktivierungsfaktor. Anstelle mit der knochenfördernden Substanz gemischt zu werden, kann knochenaktivierendes Material auf den Verbindungskorb beschichtet werden, z.B. nachdem er in einem Wachs mikroeingeschlossen worden ist. Wenn der Verbindungskorb aus einem organischen Stoff hergestellt ist, kann knochenaktivierender Stoff mit dem organischen Material kombiniert werden, bevor es in den Verbindungskorb geformt wird.
Zur Implantierung zwischen Wirbeln der unteren Wirbelsäule einer Person sollten zwei Größen des Verbindungskorbes ausreichen, eine mit einem größeren Durchmesser des V- Gewindes von 16 mm und die andere mit einem größeren Durchmesser von 12 mm. Da die vordere-hintere Abmessung eines typischen unteren Lendenwirbels etwa 30 mm ist, überschreitet die Länge des Verbindungskorbes vorzugsweise nicht 25 mm, ist aber zumindest 20 mm lang, um einen ausreichenden Kontakt wie auch eine gute Auflage zu geben, wenn er in Paaren implantiert wird.
Die Gewindeerhebung des V-Gewindes des Verbindungskorbes ist vorzugsweise durchgehend, sowohl wegen der Festigkeit als auch des leichten Einführens in die mit Gewinde versehene Bohrung. Vorzugsweise besitzt das V-Gewinde von drei bis acht Umdrehungen pro Zentimeter. Ein geringes Umdrehungsverhältnis kann zu einer unerwünscht großen Gewindetiefe führen, die zu tief in den schwammigen Knochen eindringt. Ein größeres Umdrehungsverhältnis kann die Größe der Perforationen unangemessen beschränken.
Der Verbindungskorb mit V-Gewinde kann zum Verbinden nebeneinanderliegender Knochenstrukturen durch das folgende Verfahren implantiert werden: (a) Bilden einer Bohrung in den Knochenaufbauten mit einem Innengewinde, das in ihre schwammigen Bereiche eindringt, (b) Formen eines starren, perforierten, zylinderförmigen Korbes, so daß dieser ein äußeres, im wesentlichen kontinuierliches, schraubenförmiges V-Gewinde besitzt, das mit dem Innengewinde zusammenpaßt, (c) Einschrauben des Korbs in die Gewindebohrung, und (d) Füllen des Korbes mit knochenfördernder Substanz. Wenn die im Schritt (a) zu bildende Bohrung sich zwischen zwei benachbarten Wirbeln erstrecken soll, sollte vor dem Schritt (a) der zusätzliche Schritt des Aufspreizens der Wirbel voneinander weg sein, vorzugsweise in einer Weise, die ihre Parallelität beibehält, wobei der Verbindungskorb in Paaren auf gegenüberliegenden Seiten des Bandscheibenraumes implantiert wird.
Der Verbindungskorb sollte ein Elastizitätsmodul besitzen, das dem des Aufnahmeknochens angenähert ist, was es ihm somit gestattet, sich entlang seiner Länge zu biegen und folglich die Spannungen an der Knochengrenzfläche zwischen dem Transplantat und dem Aufnahmeknochen zu minimieren. Obwohl ein Verbindungskorb von einem wesentlich geringeren Elastizitätsmodul das selbe erwünschte Ergebnis liefern würde, könnte er nicht eine geeignete Gestaltfestigkeit besitzen.
Die Bohrung, in welche der mit einem V-Gewinde versehene Verbindungskorb eingeführt werden soll, wird vorzugsweise von Hand eingedreht unter Verwendung einer langsamen Bewegung, um sicherzustellen, daß der Knochen nicht verbrannt wird. Dies frischt die Knochenränder des Knochens so auf, daß, wenn der Knochen durch das Bohren, um die Bohrung zu bilden, verbrannt worden ist er nun langsam von Hand weggeschnitten wird. Der Vorgang des Eindrehens ist ziemlich sicher, weil der Chirurg den Fortgang des Verfahrens fühlen kann.
Der Verbindungskorb mit V-Gewinde wird vorzugsweise von Hand in die mit Gewinde versehene Bohrung eingeschraubt, was es wieder dem Chirurgen gestattet, zu fühlen, falls der Widerstand zu groß ist und daß ein erneutes, mit Gewinde versehene Bohrung erforderlich sein könnte. Im Gegensatz hierzu wird ein Knochenpflock typischerweise in einen Knochen unter Verwendung eines Hammers eingetrieben, und, um sich gegen einen zu festen Sitz zu versichern, hört der Chirurg den Klang des Hammerschlages und erfaßt das Maß an Widerstand.
Um das Hineinwachsen von Knochen zwischen benachbarten Wirbeln zu erzeugen, sollte der Verbindungskorb in Paaren auf gegenüberliegenden Seiten des Bandscheibenraumes implantiert werden. Jeder wird durch sein V-Gewinde lagefixiert, das im Innengewinde eingreift, die in den Knochen der dazwischenliegenden Vertebralkörper eindringt. Die Schwerkraft, Muskelzug und ein elastisches Zurückziehen des ausgedehnten (oder ausgebreiteten) größeren Ringes der Bandscheibe wirken gemeinsam eine Kraft gegen jeden der Verbindungskörbe aus. Somit werden die Verbindungskörbe durch die Druckkräfte zwischen den benachbarten Wirbeln lagefixiert gehalten.
Um zu verhindern, daß Ablenkkräfte möglicherweise die Verbindungskörbe versetzen, z.B. wenn der Patient sich nach vorne beugt und somit die hinteren Kanten der benachbarten Wirbel entfernt, können die dorsalen Fortsätze zusammengebunden oder umwickelt werden. Mit einem anderen Verfahren begrenzen Schrauben, die durch die geeigneten Fasenumhüllungen (facet jackets) gesetzt werden, sowohl die Biegung als auch Aufweitbewegungen.
Eine Spreizeinrichtung zwischen den Körpern in der Form einer Hebeschere wurde entwickelt, um eine gewünschte parallele Haltung zwischen den benachbarten Wirbeln beizubehalten, während die Bohrung gebohrt wird und dann mit einem neuen Instrument mit einem Gewinde versehen wird. Ein anderes Instrument, das zur Verwendung bei der Implantation des neuen Verbindungskorbes entwickelt worden ist, ist ein Gewindeschneidinstrument zum Formen schraubenförmiger Gewindegänge in einer Bohrung im Aufnahmeknochen. Dieses Gewindeschneidinstrument umfaßt
einen hohlen zylinderförmigen Schaft mit einem Griff an einem Ende und einem Außengewinde, das am anderen Ende gebildet ist mit zumindest einer Zacke, die eine Schneidkante freilegt, und
eine Führungsstange, die verschiebbar in die Bohrung paßt, über das andere Ende des Hohlschaftes vorsteht und mit einer mittigen Aussparung gebildet ist, die mit der Zacke in dem hohlen Schaft in Verbindung steht und als Aufnahme für Brocken sorgt, die von der Schneidkante entfernt worden sind und es somit den Brocken gestattet, durch das Entfernen der Führungsstange von dem hohlen Schaft abtransportiert zu werden.
Der Bereich der Führungsstange, der über das andere Ende des hohlen Schaftes hervorsteht, ist vorzugsweise mit einem Gewinde versehen, um die Brocken nach oben zur Aufnahme zu tragen.
Wenn das Gewindeschneidinstrument verwendet wird, um Innengewinde für eine Verbindung zwischen den Körpern zu bilden, sollte der hohle Schaft eine ungerade Nummer von Zacken und Schneidkanten, vorzugsweise drei, besitzen, da eine ungerade Nummer für eine gleichmäßigere Entfernung des Aufnahmeknochens auf beiden Seiten der Bohrung sorgt, als eine gerade Nummer es würde.
Das Gewindeschneidinstrument und ein Schlüssel sind in der Zeichnung dargestellt, die auch zwei mit V-Gewinde versehene Verbindungskörper der Erfindung darstellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen, in denen alle Figuren schematisch sind, ist
Fig. 1 eine isometrische Explosionsansicht eines ersten erfindungsgemäßen Verbindungskorbes mit V-Gewinde und zwei perforierten Endkappen;
Fig. 2 eine isometrische Ansicht, welche die Bildung eines Körpers darstellt, der geschnitten werden kann, um eine Reihe von zweiten erfindungsgemäßen Verbindungskörben mit V-Gewinde zu bilden;
Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines Gewindeschneiders (teilweise im Aufbruch, um Konstruktionsdetails freizulegen), um ein Innengewinde in Knochen zu bilden, in das ein Verbindungskorb mit V-Gewinde einzuführen ist; und
Fig. 4 eine isometrische Ansicht eines Schlüssels zum Einschrauben eines Verbindungskolbens mit V-Gewinde in eine Gewindebohrung.
Der Verbindungskorb 10 in Fig. 1 wurde aus einem festen Stahlzylinder durch das Bohren von acht kleinen gleichmäßig beabstandeten Löchern 11 in axialer Richtung gebildet, wobei jedes Loch auf einem Kreis konzentrisch mit der Achse des Zylinders zentriert ist. Dann wurde ein großes Loch auf der Achse zentriert und mit einem Radius im wesentlichen identisch zu dem des obengenannten Kreises gebohrt. Ein V- Gewinde 12 wurde dann auf der äußeren Oberfläche des Zylinders gearbeitet und somit durch jene Oberfläche eine Perforation 13 geöffnet, die sich durch die abgerundete Vertiefung 14 des V-Gewindes an jeder Kreuzung der Vertiefung und einer der kleinen Löcher 11 erstreckt. Ein Schraubengewinde 15 wurde dann in der inneren Oberfläche des Verbindungskorbes gearbeitet, um gewindemäßig eine Endkappe 16 aufzunehmen, die Öffnungen 18 besitzt, die ähnlich zu jenen eines Salzstreuers sind. Aufschnappbare Endkappen wären ebenfalls nützlich.
Beim Herstellen eines Verbindungskorbes durch die in dem vorhergehenden Abschnitt beschriebene Technik könnten die kleinen Löcher 11 vergrößert werden, um einander zu schneiden und es somit unnötig machen, ein Mittelloch zu bohren. Vergrößerte kleine Löcher würden zu größeren Perforationen 13 führen.
Bezugnehmend auf Fig. 2 kann eine Reihe von Verbindungskörpern aus einer Mehrzahl von Stangen 22 rechteckigen Querschnittes hergestellt werden, die kontinuierlich extrudiert und in jede von acht Keilnuten 23 in der Oberfläche eines Dorns 24 eingeschweißt werden können. Gleichzeitig wird eine Stange 26 von dreieckigem Querschnitt extrudiert, schraubenförmig um die rechteckigen Stangen 22 gewickelt und mit jeder der rechteckigen Stangen 22 an jedem Schnittpunkt verlötet oder verschweißt, um ein äußeres V- Gewinde vorzusehen. Beim Austreten aus den Keilnuten wird der entstehende Körper in einzelne Verbindungskörbe geschnitten, von denen jeder eine Perforation 28 zwischen benachbarten Umdrehungen der das V-Gewinde bildenden Stange 26 aufweist, wohingegen er einen Spalt zwischen benachbarten rechteckigen Stangen 22 überbrückt.
Ein Verbindungskorb, der identisch zu dem in Fig. 2 ist, kann aus einem hohlen Zylinder durch das Bearbeiten eines äußeren V-Gewindes und des Räumens einer Mehrzahl von rechteckigen inneren Nuten hergestellt werden.
Jeder der Verbindungskörbe in Fig. 1 und 2 könnte von einem Modell durch das Wachsschmelzverfahren (lost-wax-process) hergestellt werden.
Das Gewindeschneidinstrument 30 in Fig. 3 besitzt einen hohlen, zylinderförmigen Schaft 31 mit einem T-Griff 32 an einem Ende und einem Außengewinde 33 am anderen Ende. Eine Führungsstange 34, von der ein Ende 35 über den Hohlschaft 31 vorsteht und verschiebbar in eine Bohrung paßt, die in den Aufnahmeknochen gebohrt worden ist, ist verschiebbar innerhalb des hohlen Schaftes aufgenommen. Am anderen Ende der Führungsstange ist eine gerändelte Kappe 35A. Schneidezähne 36, welche die Bohrung auf den geringeren Durchmesser des Außengewindes 33 des hohlen Schaftes 31 erweitern, stehen von dem mit Gewinde versehenen Ende des hohlen Schaftes 31 vor. Das mit Gewinde versehene Ende des hohlen Schaftes ist auch mit drei symmetrischen Zacken 37 (einer dargestellt) gebildet, um eine Schneidkante 38 von der vorderen Kante des Außengewindes 33 freizulegen, die Innengewindegänge im Knochen beim Drehen der hohlen Welle bildet.
Durch das Gewindeinstrument 30 erzeugte Brocken werden durch die Zacken 37 in eine Aufbewahrungskammer abgelagert, die durch eine mittige Aussparung 39 in der Führungsstange 34 bereitgestellt ist. Das Ende 35 der Führungsstange, das sich von der Aussparung 39 in die Bohrung erstreckt, besitzt Außengewindegänge, die, wenn die mit Gewinde versehene Führungsstange 34 gedreht wird, die Brocken nach oben tragen, damit diese durch die Zacken in der Aufbewahrungskammer abgelegt werden.
Beim Drehen des hohlen Schaftes 31 zum Bilden eines Innengewindes im Knochen kann der Chirurg einen erhöhten Gegendruck fühlen, wenn die Aufbewahrungskammer voll wird und sollte die gerändelte Kappe 35A greifen, um die Führungsstange zu entfernen und zu säubern. Wenn die gummiartige Konsistenz der Brocken es verhindern sollte, daß die Führungsstange leicht aus dem hohlen Schaft herausgezogen wird, könnte die gerändelte Kappe 35A entfernt werden, um es dem hohlen Schaft 31 zu gestatten, aus der Gewindebohrung herausgeschraubt zu werden, was die Führungsstange dort beläßt. Die Führungsstange dient dann als eine Führung, wenn die Bohrung noch nicht vollständig mit Gewinde versehen worden ist und es notwendig ist, den hohlen Schaft wieder einzuführen, um das Gewindeschneiden abzuschließen.
Der Schlüssel 40 in Fig. 4 besitzt einen zylinderförmigen Schaft 41 mit einem T-förmigen Griff 42 an einem Ende und einer oktagonalen Ausstülpung 44 am anderen Ende. Die Ecken der Ausstülpung 44 passen in Aussparungen im Verbindungskorb, um es dem Verbindungskorb zu gestatten, durch das Drehen des Schlüssels gedreht zu werden. Eine federbelastete Kugel 46 fixiert die Ausstülpung reibschlüssig, wenn sie in den Verbindungskorb eingeführt wird.

Implantieren des Verbindungskorbs

Um den Verbindungskorb zwischen benachbarten Wirbeln zu implantieren, wird weiches kollagenförmiges Bandscheibenmaterial erst von dem intervertebralen Raum entfernt. Eine kleine Öffnung in den darüberliegenden Laminas auf jeder Seite, nämlich Standardlaminotomieen werden erzeugt. Die Nervengewebe, der Duralsack und die Nerven werden mittig retrahiert. Der intervertebrale Raum wird von Bandscheibenmaterial in einer herkömmlichen chirurgischen Weise gereinigt. Wenn sich der Bandscheibenraum als eine Folge von Degeneration verschmälert hat, wird eine vertebrale Spreizeinrichtung vom Hubscherentyp oder eine hydraulisch aufgeblasene Blase auf eine (die erste) Seite innerhalb des Bandscheibenraumes eingelegt und geöffnet, bis sich der Raum dem normalen annähert. Dies kann durch eine seitliche Röntgenaufnahme bestätigt werden. Die Höhe des Bandscheibenraumes wird auf dem Röntgenbild so gemessen, daß die ordnungsgemäßen Größen der Bohrer, Gewindeschneider und des Verbindungskorbes gewählt werden können.
Die gegenüberliegende (zweite) Seite des selben Bandscheibenraumes wird dann behandelt. Die Nervengewebe auf der ersten Seite werden gelockert und dann auf der zweiten Seite in medialer Richtung retrahiert. Eine Pilotbohrung (z.B. 5 mm oder 8 mm Durchmesser in Abhängigkeit von der Höhe des Bandscheibenraumes) schneidet eine erste Rinne in die Fläche jedes der Wirbel und durchdringt den Raum innerhalb der Bandscheibe zu einer Tiefe von etwa 25 mm (der normale Bandscheibenraum ist etwa 30 mm tief und 50 mm breit). Ein Bohranschlag kann am Bohrer angebracht werden, um das Zuweit- Bohren der Bohrung zu verhindern. Eine feststehende Führungsstange wird dann in die Pilotbohrung eingeführt und ein Führungsschneider (7 mm oder 10 mm) über sie übergeführt und nach unten gebracht, um die Pilotrinnen zu erweitern und verschiebbar die Führungsstange 35 des Gewindeschneidinstrumentes 30 in Fig. 3 aufzunehmen. Das Schneidgewinde 32 (12 mm oder 16 mm größerer Durchmesser) schneidet Knocheninnengewinde durch die gegenüberliegenden vertebralen Endplatten und in beide schwammigen Bereiche, die das Hineinwachsen des neuen Knochens anregen werden.
Ein Verbindungskorb der Erfindung mit V-Gewinde mit einer angebrachten Endkappe wird auf den Schlüssel 40 in Fig. 4 aufgeschnappt, durch den er von Hand in die mit Gewinde versehene Endbohrung innerhalb der Bandscheibe zu ihrer vollen Tiefe eingeschraubt wird. Nach dem Entfernen des Schlüssels wird der Korb mit Knochenstücken oder anderen Knochen fördernden Substanzen befüllt und die zweite Endkappe angebracht, um die Knochenstücke sicher lagezufixieren.
Nach dem Entfernen der vertebralen Spreizvorrichtung werden die Dura und die Nerven auf der zweiten Seite losgelassen und die Aufmerksamkeit wird wieder auf die erste Seite gerichtet, die gebohrt und mit Gewinde versehen wird, um einen zweiten Verbindungskorb mit dem selben Verfahren aufzunehmen.
Über einen Zeitraum von einigen Wochen wird der Knochen der vertebralen Körper durch die Perforation in den Verbindungskörben wachsen und sich mit der knochenfördernden Substanz in diesen Verbinden, was eine feste Verbindung erzeugt.
Es wird vermutet, daß die neuen Verbindungskörbe hauptsächlich durch einen Zugang von hinten an der Wirbelsäule implantiert werden, obwohl ein Zugang von vorne verwendet werden kann, insbesondere wenn sie an der Halswirbelsäule angebracht werden.

Beispiel 1

Der Verbindungskorb in Fig. 1 wurde aus einem Zylinder aus chirurgisch implantierbarem Edelstahl mit den folgenden Abmessungen gefertigt:
Durchmesser des Anfangszylinders 16 mm
Länge des Zylinders 25 mm
Durchmesser jedes kleinen Loches 11,3 mm
Durchmesser des Kreises, auf dem die Löcher 11 zentriert sind 11,5 mm
Durchmesser der Mittelbohrung 11 mm
Steigung des V-Gewindes 12 2,5 mm/Umdrehung
Winkel der Erhebung des Gewindes 12 60º
Radius der Ausbuchtung in der Vertiefung des Gewindes 12 0,4 mm
Axiale Breite der Perforationen 13 1,6 mm
Umfangsbreite der Perforationen 13 2,8 mm
Prozent der perforierten Fläche, wenn diese zum inneren eines Zylinders vorsteht 25 %
Ein Verbindungskorb mit V-Gewinde, der im Aussehen identisch ist zu einem wie in Fig. 2 hergestellten ist, kann aus einer hohlen, zylinderförmigen Röhre hergestellt werden. Nach dem Bearbeiten eines Außengewindes, werden eine Mehrzahl von rechteckigen Keilnuten in der inneren Oberfläche geräumt, um Perforationen durch die Vertiefung der Gewindegänge zu bilden. Ein kontinuierliches Verfahren zum Herstellen eines neuen Verbindungskorbes beginnt mit einer kontinuierlichen schraubenförmigen Feder, die aus einer dreieckigen Stange, wie die in Fig. 2 verwendete Stange 26, hergestellt ist, dann das Schweißen oder Löten der nach innen gerichteten Oberfläche der Feder mit einer Vielzahl von zylinderförmigen Drähten, die sich alle parallel zur Achse der Feder erstrecken.

Claims

1. Verbindungskäfig (2), welcher ein hohler, starrer Zylinder ist, der chirurgisch in eine Bohrung eingeführt werden kann, die in zwei nebeneinanderliegenden Knochenstrukturen gebildet worden sind, und mit Knochenstücken befüllt und bestückt werden kann und somit das Hineinwachsen lebendigen Knochens anregt, wobei der Verbindungskäfig gekennzeichnet ist durch

(a) ein im wesentlichen kontinuierliches schraubenförmiges Außengewinde (12, 26), durch das der Käfig in passende Innengewinde geschraubt werden kann, die in der Bohrung gebildet sind, und

(b) Öffnungen in der Vertiefung zwischen benachbarten Umdrehungen des Gewindes, wobei die Öffnungen aus einer Mehrzahl von Löchern (11, 28) gebildet sind, die sich in der Axialrichtung des Käfigs erstrecken, um die Vertiefungen des Gewindes zu kreuzen.

2. Verbindungskäfig gemäß Anspruch 1, wobei der Schraubengang kontinuierlich ist.

3. Verbindungskäfig gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schraubengang ein V-Gewinde ist.

4. Verbindungskäfig gemäß Anspruch 3, wobei der Winkel an der Erhöhung des V-Gewindes nicht mehr als 90º, aber nicht weniger als 45º ist.

5. Verbindungskäfig gemäß Anspruch 4, wobei der Winkel an der Spitze des V-Gewindes etwa 60º ist.

6. Verbindungskäfig gemäß Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die Vertiefung des V-Gewindes eine Einbuchtung hat, deren Radius von 0,35 bis 0,75 mm ist.

7. Verbindungskäfig gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schraubengewinde von 3 bis 8 Umdrehungen pro Zentimeter besitzt.

8. Verbindungskäfig gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn die Oberfläche des Verbindungskäfigs (10) auf die innere Fläche eines Zylinders vorsteht, wobei die Öffnungen von 30 % bis 60 % des vorstehenden Bereichs umfassen.

9. Verbindungskäfig gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit entfernbaren, perforierten Kappen (16) versehen ist.

10. Verbindungskäfig gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der größere Durchmesser von 12 bis 16 mm ist.

11 Verbindungskäfig gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der aus Edelstahl einer implantierbaren Güte hergestellt ist.

12. Verbindungskäfig gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, der aus einem bio-zersetzbaren Material hergestellt ist.

13. Verbindungskäfig gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, der aus einem für Röntgenstrahlen transparenten Material hergestellt ist.

14. Verbindungskäfig gemäß Anspruch 1, wobei der Verbindungskäfig eine Mehrzahl von beabstandeten langgestreckten Stangen (22) aufweist, wobei das schraubenförmige Schraubengewinde (26) um die äußere Oberfläche der beabstandeten, langgestreckten Stangen gebildet und mit diesen verbunden ist, und wobei die Öffnungen (28) durch die beabstandeten langgestreckten Stangen begrenzt sind.