DE69530972T2

DE69530972T2 - Für die dorsale, lumare wirbelsäulenosteosynthese geeignetes instrumentarium zur korrektur einer kyphose von vorn

Info

Publication number: DE69530972T2
Application number: DE69530972T
Authority: DE
Inventors: Jean-Marie Laurain; L. Ronald DEWALD; Jean-François D'AMORE; Guy Deneuvillers
Original assignee: Societe de Fabrication de Material Orthopedique en Abrege SOFAMOR SNC
Current assignee: Societe de Fabrication de Material Orthopedique en Abrege SOFAMOR SNC
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2015-02-16
Also published as: AU1846295A; DE69530972D1; EP0744924A1; EP0744924B1; ATE241935T1; WO1995021579A1; JPH09508835A; US5487743A; US5591167A; ES2201098T3; EP0744924A4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine anteriore Instrumentation für die dorso-lumbale Spinal-Osteosynthese, wobei diese Instrumentation für die Korrektes einer Kyphose auf Grund der Zerstörung eines oder zweier Wirbelkörper geeignet ist.
In dem französischen Patent 8912187 (Veröffentlichung Nr. 2651992) (oder US-A-5108395) wird eine Instrumentation (in diesem Patent als „Implantat" bezeichnet) offengelegt, die ein Paar von Wirbelimplantaten, versehen mit Schrauben zum Verankern an zwei entsprechenden Wirbeln, die sich auf jeder Seite eines beschädigten Wirbels befinden, und eine Platte mit zwei Endabschnitten zur Verbindung mit den zwei Implantaten umfaßt, wobei diese Platte mit Mittel zum Befestigen der Platte an den Implantaten versehen wird.
Es hat sich nun gezeigt, daß die Platte dieser Instrumentation nach dem bekannten technischen Stand in bestimmten Fällen auf Grund der Beanspruchungen, denen sie ausgesetzt ist, einer leichten Biegung unterliegt und demzufolge eine Steifigkeit hat, die manchmal unzureichend ist.
Außerdem laufen die entgegengesetzten Enden der Verbindungsplatte auf Grund ihrer Form Gefahr, in Kontakt mit den angrenzenden Bandscheiben zu kommen, wenn sich die Implantate im Verhältnis zur Platte drehen, was die Bandscheiben durch Reiben an denselben leicht beschädigen kann.
Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß die Verankerung der Implantate an den Lendenwirbeln bei dieser Instrumentation nach dem bekannten technischen Stand nicht immer die wünschenswerte Festigkeit hat.
Zuletzt ist die Gesamtstärke dieser Instrumentation im Bereich der Endabschnitte der Platte und der Implantate verhältnismäßig groß, und es hat sich daher als wünschenswert gezeigt, sie zu verringern.
Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Instrumentation bereitzustellen, die so angeordnet wird, daß diese Nachteile vermieden werden.
Diese Nachteile werden durch die in Anspruch 1 definierte Instrumentation vermieden.
Die abgerundete Form des Umfangs der Endabschnitte der Platte beseitigt alle vorstehenden Teile, die Gefahr laufen würden, während der relativen Drehungen der Implantate und der Platte in Kontakt mit den Bandscheiben zu kommen. Außerdem verringert die Tatsache, daß die Befestigungsschrauben eine Oberfläche haben, die bündig ist mit derjenigen der Platte, wenn die Instrumentation an dem Wirbelsegment in Position gebracht wird, die Gesamtstärke der Instrumentation im Verhältnis zu der in dem Patent offengelegten Instrumentation beträchtlich.
Nach anderen Merkmalen der Erfindung:
wird jedes Implantat, falls die Instrumentation für Brustwirbelkörper vorgesehen ist, mit zwei ungefähr diametral gegenüberliegenden Öffnungen zum Aufnehmen von zwei entsprechenden Verankerungsschrauben für die Substantia spongiosa versehen,
wird jedes Implantat, falls die Instrumentation für Lendenwirbelkörper vorgesehen ist, mit drei Öffnungen zum Aufnehmen von drei Verankerungsschrauben für die Substantia spongiosa versehen. Demzufolge wird die Festigkeit der Verankerung in den Lendenwirbeln sehr wesentlich verbessert.
werden die Endabschnitte der Platte mit Öffnungen versehen, deren Kanten konisch sind, und hat das Ende der Köpfe der Befestigungsschrauben eine entsprechende Kegeligkeit, die ein selbsttätiges Zentrieren der Platte ermöglicht. Die komplementären Kegeligkeiten des Kopfes der Schrauben und der Öffnungen der Implantate verringern darüber hinaus die Gesamthöhe der Instrumentation, einerseits dank der zuvor erwähnten bündigen Anordnung der Oberflächen des Kopfes der Schrauben und der Oberfläche der Platte und andererseits durch das Vermeiden bestimmter in dem Patent beschriebener Verbindungselemente.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung als nicht einschränkende Beispiele illustrieren.
In den Zeichnungen:
ist 1 ein Längsaufriß einer Platte der Spinal-Osteosynthese-Instrumentation nach der Erfindung in einem größeren Maßstab, wobei ein Endabschnitt dieser Platte auf einem Implantat angebracht ist und diese zwei Teile mit einer Schraube versehen sind, die durch dieselben verläuft,
ist 2 eine Draufsicht der in 1 gezeigten Platte,
ist 3 eine perspektivische Ansicht der in 1 und 2 gezeigten Platte und ihrer sie an den Implantaten befestigenden Schrauben von oben,
ist 4 eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Implantats der Instrumentation nach der Erfindung in einem größeren Maßstab, wobei dieses Implantat für eine Verankerung in Brustwirbeln vorgesehen ist,
ist 5 ein Seitenriß des in 4 gezeigten Implantats,
ist 6 eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Implantats der Instrumentation nach der Erfindung in einem größeren Maßstab, wobei dieses Implantat für Lendenwirbel vorgesehen ist,
ist 7 ein Seitenriß des in 6 gezeigten Implantats.
Die anteriore Instrumentation für die dorso-lumbale Spinal-Osteosynthese nach der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben.
Die Instrumentation umfaßt ein Paar von Wirbelimplantaten, wie beispielsweise 1 (4 und 5) oder 2 (6 und 7), eine Platte 3 (2 und 3), die eine Verbindung zwischen den zwei Implantaten 1 oder 2 bereitstellt, und Schrauben 50 zum Befestigen der Platte 3 an den zwei Implantaten 1 oder 2.
Die Platte 3 umfaßt gegenüberliegende Endabschnitte oder Köpfe 3a, die einen abgerundeten Umfang haben und mit einer Mittelöffnung 5 versehen sind. Um die Öffnung 5 und auf der Oberfläche des Kopfes 3a, der dafür geeignet ist, an der Oberfläche der Implantate 1 oder 2 anzuliegen, werden Kerbverzahnungen 6 in Radialrichtung bereitgestellt, die auf einem vollen Umfang zum Rand des Kopfes 3a verlaufen.
Die Befestigungsschrauben 50 haben abgerundete Köpfe 51, angrenzend an ihre Schraubengewindeabschnitte 53 verbunden mit konischen Abschnitten 52, dafür geeignet, in entsprechende konische Flächen 11 der Öffnungen 5 zu passen. Die Knochenverankerungsschrauben 4 für die Substantia spongiosa umfassen jeweils einen mit Schraubengewinde versehenen Schaft 7, erweitert durch eine konische Fläche eines Kopfs, dessen Oberfläche bündig ist mit der Oberfläche 3b der Platte 3, wenn die Schrauben 4 durch die Öffnungen 5 und die Mittelöffnungen 12 der Implantate 1 und 2 in Position gebracht werden. Die abgerundeten Oberflächen 51 der Köpfe der Schrauben 50 sind bündig mit der Oberfläche der Platte 3, wenn die Schrauben in den Öffnungen (12, 5) der Implantate 1, 2 und den Endabschnitten 3a der Platte verankert werden.
Das Implantat 1 wird außerdem auf jeder Seite der Mittelöffnung 12 mit zwei Öffnungen 13, 14 zum Aufnehmen von Knochenverankerungsschrauben (nicht gezeigt) versehen und ist insbesondere für die Brustwirbelkörper T4 bis T12 vorgesehen. Die Öffnungen 13 und 14 werden mit einem Zwischenraum angeordnet, der so klein wie möglich ist, um so das Befestigen des Implantats an kurzen Wirbeln zu ermöglichen. Die zum Aufnehmen des entsprechenden Kopfes 3a der Platte 3 geeignete Oberfläche des Implantats 1 hat Kerbverzahnungen 15 in Radialrichtung, die vollständig um die Öffnung 12 und auf jeder Seite der Öffnungen 13, 14 verlaufen. Die Kerbverzahnungen 15 passen selbstverständlich zu den Kerbverzahnungen 6, so daß die Kerbverzahnungen ineinandergreifen. Die gegenüberliegende Fläche 16 des Implantats 1 hat eine Krümmung, angepaßt an die anteriore Anatomie der Wirbelkörper, an denen das Implantat angelegt werden muß.
Der Körper des Implantats 1 umfaßt einen Seitenabschnitt 1a, der sich über die durch die Kerbverzahnungen 15 eingenommene Oberfläche hinaus erstreckt und in dem eine Öffnung 17 geformt wird, geeignet zum Zusammenwirken mit einem Kolben. Die an der posterioren Seite des Wirbelimplantats 1 angeordnete Öffnung 14 wird in einem Winkel in der anterioren Richtung des Implantats geneigt, der vorzugsweise etwa 6° beträgt, wie in 4 zu sehen, die einen geneigten Teil 14a der Wand des Hohlraums 14 zeigt. Andererseits hat die auf der anterioren Seite des Implantats 1 angeordnete Öffnung 13 der zweiten Schraube ihre Wand senkrecht zur oberen Fläche des Implantats 1.
Die Neigung der Achse der Öffnung 14 zur vorderen Seite hin gibt dem Chirurgen Sicherheit beim Einsetzen der Schrauben 4 nahe der Markhöhle. Die Tatsache, daß die Öffnung 13 in einer Richtung senkrecht zur oberen Fläche des Implantats 1 verläuft, ermöglicht eine verbesserte Knochenverankerung und eine gesteigerte Sicherheit gegenüber der Gefahr eines Wegdrehens.
Die Stärke e der Platte 3 verändert sich im gleichen Satz von Platten mit unterschiedlichen Längen insofern, als die Stärke der Platte 3 zunimmt mit der Zunahme ihres Abstands 1 zwischen den Mittelpunkten oder Achsen der Öffnungen 5. Diese Zunahme der Stärke wird auf eine solche Weise festgelegt, daß von der kürzesten Platte zur längsten Platte im Satz eine gleichbleibende Steifigkeit der Platte gewährleistet wird. Folglich verändert sich die Stärke der Platte bei einem Satz von beispielsweise 33 Platten, deren Mittelpunktsabstand 1 sich alle 2 mm von 26 bis 90 mm verändert, mit dem Mittelpunktsabstand zunehmend von 3 mm auf 4,6 mm. Ungeachtet des Abstands zwischen den Implantaten 1 oder 2 bleibt die Steifigkeit der Platte auf diese Weise konstant, so daß es keine Gefahr eines Biegens dieser Platte gibt, nachdem die Instrumentation an einem Patienten angebracht worden ist.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß die ungünstigste Belastung, die zu einer Biegung der Platte führt, mehr als 500 MPa beträgt, aber niedriger als 600 MPa bleibt, was die Dehngrenze von hypergehärtetem Stahl 316L darstellt, dem Material, aus dem die Platte 3 vorteilhafterweise hergestellt werden kann.
Außerdem beträgt die Dehngrenze von kaltgewalztem Stahl 316L zum Schmieden 1000 MPa, wobei Stahl TA6V eine Dehngrenze von 900 MPa und Titan T40 eine Dehngrenze von 340 MPa hat. Folglich kann Titan T40 nicht verwendet werden, während Titan TA6V andererseits gut geeignet ist.
Es war daher möglich, die Steifigkeit der Platte aus dieser ersten Analyse zu bestimmen. Danach wurde für die Fälle von vorher in Betracht gezogenen Lasten auf eine auf dem Gebiet bekannte Weise eine Steifigkeit definiert. Die erhaltenen Daten werden in der folgenden Tabelle gezeigt:
Diese Steifigkeit zeigt die Platte mit 90 mm zwischen den Mittelpunkten oder Achsen. Ausgehend von den in Bezug auf die Steifigkeit einer Platte von 90 mm gewonnenen Ergebnissen wurden die Stärken der Platten einer Plattenreihe in Bezug auf ihren Mittelpunktsabstand definiert, um eine gleichbleibende Steifigkeit zu erreichen, was für den Plattensatz zu einer Stärkeveränderung führte, die von 3 mm bis 4,6 mm reichte.
Wie bereits erwähnt, vermeiden die zwei abgerundeten Köpfe der Platten jedes vorstehende Teil, was immer die Position dieser Köpfe im Verhältnis zu den Implantaten ist.
Die untere Fläche kann 48 Kerbverzahnungen 6 haben, mit einer Mindestteilung von 7°30'' und einer theoretischen Tiefe von 0,9 mm auf 360° angeordnet. Die Kerbverzahnungen mit einer 60°-Dreiecksform passen fehlerfrei in die Kerbverzahnungen der Implantate. Mit einem Versatz um die halbe Steigung im Verhältnis zum Implantat ist es möglich, eine „0"-Position zu definieren, in der die Achse der Platte 3 senkrecht zur Achse des Implantats 1 oder 2 ist. Um jedes vorstehende Teil zu vermeiden, werden alle Kanten abgerundet.
Das Implantat 2 ist für Lendenwirbelkörper vorgesehen und wird mit drei Öffnungen 19, 21, 22 zum Aufriehmen von drei entsprechenden Verankerungsschrauben (nicht gezeigt) für die Substantia spongiosa versehen. Die Wände der Öffnungen 19 und 21 werden auf die gleiche Weise wie die Wand der Öffnung 14 in der anterioren Richtung geneigt, wobei die Öffnung 22 der Öffnung 13 des Implantats 1 ähnelt. Folglich werden die zwei Öffnungen 19, 21 an der posterioren Seite des Implantats 2 angeordnet, und die Öffnung 22 wird an seiner anterioren Seite angeordnet.
Die Form der Platte 3 ist durch das Finite-Elemente-Verfahren berechnet worden. Der Zweck dieser Berechnung ist es, die Form und den Schnitt der Platte durch Bestimmen der Verteilung der Beanspruchungen und der Steifigkeit der Platte zu optimieren. Weitere Kriterien werden integriert, da es notwendig ist, daß sich die Platte der anatomischen Morphologie anpaßt.
Die Berechnungen beruhen auf den angelegten Lasten
seitliche Biegung links-rechts (10 Nm),
Verdrehung (3,2 Nm),
Durchbiegung (10 Nm),
Zusammendrückung (100 daN).
Die Ergebnisse werden in der Form von Isobelastungsvolumenbereichen nach von Mises (für eine Platte mit 90 mm Mittelpunktsabstand, das größte Element in der Reihe) angegeben.
Biegung: T = 587 MPa
Verdrehung: T = 118 MPa
Durchbiegung: T = 210 MPa
Zusammendrückung: T = 97 MPa.
Die Gesamtform des Implantats wurde in Bezug auf die Morphologie der Wirbelkörper definiert.
Die Position der die Substantia-spongiosa-Schrauben aufnehmenden Hohlräume wurde auf der Grundlage von Dokumenten definiert, welche die Höhen, Durchmesser und Stärken der Substantia corticalis der Wirbelkörper von T4 bis L4 angeben. Dies führte zum Definieren von zwei Implantaten, deren Schraubenhohlräume mit unterschiedlichen Zwischenräumen angeordnet werden.
IMPLANTAT 1 MIT ZWEI ÖFFNUNGEN (4)

d1 = Gesamtgröße in der Höhe, d. h., der Abstand zwischen den zwei parallelen Seiten C1 und C2 des Implantats 1 (obere und untere Seite in der Zeichnung)
d2 = Abstand zwischen der Tangente zur Öffnung 14 nahe der Seite C 1 und parallel zur letzteren und der Tangente zur Öffnung 13 nahe der Seite C2
d3 = Abstand zwischen der Tangente zur Öffnung 14 nahe der posterioren Seite C3 des Implantats 1 und parallel zu dieser Seite und der Tangente zur Öffnung 13, die der anterioren Seite C4 des Implantats am nächsten ist.

IMPLANTAT 2 MIT DREI ÖFFNUNGEN (6)

d4 = Gesamthöhe des Implantats nach der gleichen, vorher angegebenen, Definition, zwischen der oberen Seite C5 und der unteren Seite C6 des Implantats 2
d5 = Abstand zwischen der Tangente zur Öffnung 19 nahe der Seite C5 und parallel zur letzteren und der Tangente zur Öffnung 21 nahe der Seite C6 und nahe zur letzteren
d6 = Abstand zwischen der Tangente zur Öffnung 22 nahe der anterioren Seite C7 und parallel zur letzteren und der Tangente zur Öffnung 21 nahe der posterioren Seite C8 und parallel zur letzteren.

Die maximalen Abstände d2, d3, d5, d6 werden in der folgenden Tabelle in Abhängigkeit von den minimalen und maximalen Höhen der Wirbelkörper angegeben. Die Gesamthöhe dl kann von 13,7 mm bis 20 mm variieren, und die Gesamtgröße d4 des Implantats 2 kann von 20 bis 32 mm variieren.
Falls die Höhe des Wirbels zwischen 13,7 mm und 20 mm liegt, wird ein Implantat 1 mit zwei Öffnungen verwendet. Falls diese Höhe zwischen 20 und 32 mm beträgt, wird ein Implantat 2 mit drei Öffnungen verwendet.
Ein Mindestabstand zwischen den Schrauben zum Innern hin ist sehr wichtig, weil gesichert werden muß, daß die Schrauben nicht zu nahe beieinander sind, um so die Gefahr eines Spaltens der Substantia corticalis zu vermeiden.
Die Hohlräume (14, 19, 21) für die Schrauben an der Rückseite des Implantats (1, 2) werden aus zwei Gründen um 6° zum Innern hin geneigt:

1) um dem Chirurgen beim Anbringen des Implantats Sicherheit zu geben, weil die Neigung die Markhöhle umgeht,
2) im Verhältnis zur anterioren Schraube bildet die Baugruppe eine dreieckige Halterung, die einen verbesserten Zugwiderstand sichert.

Die 6° wurden durch die Tatsache definiert, daß es notwendig war, zu sichern, daß die längsten Schrauben einander nicht berühren, wenn sie durch die andere Substantia corticalis gehen, und daß sie mit ausreichendem Zwischenraum angeordnet werden, um ein Spalten der anderen Substantia corticalis zu vermeiden, was zu einer fehlerhaften Befestigung des Implantats führen würde.
Da die Abstimmung zwischen der Schraube und ihrem Hohlraum sehr genau ist, ist es möglich, die bei einem bekannten Implantat zu findenden Verankerungspunkte zu vermeiden, die leicht zu Frakturen und für den Organismus gefährlichen Unebenheiten führen.
Daher wurde die Entscheidung getroffen, dank des Fehlens eines Freiraums zwischen der Schraube und dem Implantat eine glatte Oberfläche im Kontakt mit dem Knochen beizubehalten und die Verankerung zu ermöglichen.

Claims

Instrumentation für die dorso-lumbale Spinal-Osteosynthese von vorn zur Korrektes einer Kyphose auf Grund der Zerstörung eines oder zweier Wirbelkörper, wobei die Instrumentation in Kombination folgendes umfaßt: ein Paar von Wirbelimplantaten (1, 2), die erste Öffnungen (12, 13, 14; 12, 19, 21, 22) definieren, Knochenschrauben (4) zum Verankern der Implantate in zwei entsprechenden Wirbeln, die sich auf jeder Seite eines beschädigten Wirbels befinden, eine Platte (3) mit zwei Endabschnitten (3a) zur Verbindung mit den zwei Implantaten (1, 2), wobei jeder der Endabschnitte (3a) eine zweite Öffnung (5) definiert, und Befestigungsschrauben (50) zum Einsetzen durch die ersten und die zweiten Öffnungen, um die Endabschnitte (3a) an den Implantaten (1, 2) zu befestigen, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Endabschnitte (3a) der Platte (3) einen abgerundeten Umfang mit einer fortlaufenden Krümmung haben, um vorstehende Teile zu vermeiden, und jede Befestigungsschraube (50) mit einem Kopf (51) versehen wird, der die Platte (3) berührt, wenn die Befestigungsschraube (50) in einer mittleren Öffnung (12) der ersten Öffnungen eines Implantats (1, 2) und einer zweiten Öffnung (5) des jeweiligen Endabschnitts der Platte verankert wird, wobei der Befestigungsschraubenkopf (51) abgerundet wird derart, daß eine durch den abgerundeten Kopf definierte Fläche bündig ist mit einer durch die Platte (3) definierten Fläche, wenn der Kopf (51) die Platte (3) berührt.
Instrumentation nach Anspruch 1, bei der: jedes der Implantate (1, 2) mit einem abgerundeten Abschnitt versehen wird, entsprechend dem abgerundeten Umfang der zwei Endabschnitte der Platte, und die ersten Öffnungen (12) außerdem Knochenschraubenöffnungen (13, 14) einschließen, an diametral entgegengesetzten Orten auf dem abgerundeten Abschnitt, wobei die Knochenschraubenöffnungen konfiguriert werden, um zwei entsprechende der Knochenschrauben (4) zum Verankern der Implantate aufzunehmen.
Instrumentation nach Anspruch 1, bei der die ersten Öffnungen (12) außerdem drei Knochenschraubenöffnungen (19, 21, 22) einschließen, um drei entsprechende der Knochenschrauben zum Verankern der Implantate aufzunehmen.
Instrumentation nach Anspruch 1, bei der die zweiten Öffnungen (5) der Endabschnitte der Platte konische Kantenabschnitte (11) haben, und die Befestigungsschrauben (50) Köpfe haben, die konische Abschnitte (52) entsprechend den jeweiligen konischen Kantenabschnitten (11) der zweiten Öffnungen in den Endabschnitten der Platte definieren, wodurch ein selbsttätiges Zentrieren der Platte (3) ermöglicht wird.
Instrumentation nach Anspruch 2, bei der: jedes der Implantate (1, 2) einen hinteren Bereich und einen entgegengesetzten vorderen Bereich einschließt, und wenigstens eine der Knochenschraubenöffnungen (13, 14) sich im hinteren Bereich befindet und eine in einer Richtung zum vorderen Bereich hin geneigte Achse hat.
Instrumentation nach Anspruch 5, bei der jedes der Implantate eine erste Fläche hat, wobei die Neigung 6° im Verhältnis zu einer Linie senkrecht zur ersten Fläche beträgt.
Instrumentation nach Anspruch 1, bei der jeder der zwei Endabschnitte (3a) der Platte (3) eine erste Fläche innerhalb des abgerundeten Umfangs einschließt, und ein abgerundeter Abschnitt jedes der Implantate eine zweite Fläche gegenüber der ersten Fläche einschließt, wobei jede der ersten und der zweiten Flächen mit zusammenpassenden Kerbverzahnungen (6, 15) in Radialrichtung versehen wird, verteilt um die mittlere Öffnung jedes Implantats und eine ausgerichtete Öffnung der zweiten Öffnungen im jeweiligen Endabschnitt der Platte für den Durchgang der Befestigungsschrauben (50).
Instrumentation nach Anspruch 7, bei der die Kerbverzahnungen eine Mindestteilung von 7°30'' haben.