DE69915330T2

DE69915330T2 - Gelenkbandscheibenprothese

Info

Publication number: DE69915330T2
Application number: DE69915330T
Authority: DE
Inventors: P. Alexis SHELOKOV
Original assignee: Disc Replacement Technologies Inc
Current assignee: Disc Replacement Technologies Inc
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: CA2346378A1; BR9914810A; JP2002528171A; AU750180B2; ES2214899T3; AU1323700A; EP1124509B1; DE69915330D1; WO2000024342A1; JP4159256B2; US6039763A; CA2346378C; WO2000024342A9; EP1124509A1; ATE260618T1

Description

ERFINDUNGSFELD
Die vorliegende Erfindung betrifft eine künstliche Bandscheibe und insbesondere eine künstliche Bandscheibe, die sich ähnlich wie ein menschliches Knie gelenkig bewegen kann.
Hintergrund der Erfindung
Künstliche Bandscheiben für die Verwendung in der Lendenwirbelsäule sind eine neue Technologie mit einer bisher kurzen klinischen Nutzungsgeschichte. Sie werden als Ersatz für chronisch verletzte, beschädigte und entnommene Bandscheiben zwischen den Wirbeln in der menschlichen Lendenwirbelsäule verwendet. Derartige Vorrichtungen verwenden ein, zwei oder drei einzelne Elemente, die unter anderem als Kugelgelenke, Gel-gefüllte Räume, federgespannte Platten, Platten-Gelenk-Verbindungen ausgebildet sein können. Künstliche Bandscheiben werden vorwiegend in der Lendenwirbelsäule verwendet.
Bekannte künstliche Bandscheiben erfordern allgemein eine Form von gelenkiger Bewegung oder inhärenter Flexibilität, damit eine Wirbelsäule einschließlich der Vorrichtung ihre natürliche Haltung und ihre natürlichen Bewegungsmöglichkeiten soweit möglich aufrechterhalten kann.
Mehrere Patienten haben künstliche Bandscheiben mit zwei gelenkig beweglichen Plattengliedern, die an benachbarten oberen und unteren Wirbeln befestigt sind. Die verschiedenen Vorrichtungen werden anhand der spezifischen Bewegungsmodi für die zwei Platten unterschieden. Da Wirbel allgemein von oben nach unten eine gerundete äußere Peripherie aufweisen, ist die äußere Peripherie von künstlichen Bandscheiben allgemein gerundet, kreisförmig, oval oder nierenförmig. Die bekannten Bandscheiben werden aus verschiedenen Materialien wie etwa Kunststoff, Gummi, Metall, Keramik oder Legierungen hergestellt.
Künstliche Bandscheiben mit zwei Platten, wobei jede Platte eine plane Fläche aufweist, die an einem benachbarten Wirbel befestigt ist, sind in den US-Patenten 4,309,777, 4,759,769 und 5,458,642 angegeben. Künstliche Bandscheiben mit zwei Platten, wobei jede Platte eine plane erste Fläche für die Befestigung an einem benachbarten Wirbel und eine konturierte gegenüberliegende zweite Fläche aufweist, die durch einen dazwischen liegenden Kern bzw. ein Glied getrennt ist, das sich mit den konturierten Flächen der entsprechenden Platten gelenkig bewegt, sind in den US-Patenten 4,459,766, 5,341,477, 5,556,431 und 5,562,738 angegeben.
Das US-Patent Nr. 5,401,269 (Büttner-Janz et al.) gibt eine Bandscheiben-Endoprothese an, die allgemein wenigstens zwei gelenkig bewegliche Platten umfasst, die zueinander um eine vertikale Achse gedreht werden können.
Das US-Patent Nr. 4,349,921 (Kuntz) gibt eine Bandscheiben-Prothese mit einem Körper an, der eine obere Fläche, eine untere Fläche, gegenüberliegende Seitenflächen und gegenüberliegende vordere und hintere Enden aufweist, wobei die obere und die untere Fläche von Seite zu Seite über die gesamten Flächen im wesentlichen flach sind und von vorne nach hinten im wesentlichen der Form eines Wirbels neben der Scheibe entsprechen. Die Bandscheiben-Prothese umfasst weiterhin eine Einrichtung zum Halten der Prothese an einem Wirbel.
Das US-Patent Nr. 5,258,031 (Salib et al.) gibt eine Bandscheiben-Arthroplastik an, die umfasst: 1) ein erstes Glied mit einer ersten Gelenkfläche, einem ersten vorderen Ende und einem gegenüberliegenden ersten hinteren Ende, wobei das vordere Ende und das hintere Ende dazwischen eine in der Querrichtung verlaufende Mittellinie bilden, 2) ein zweites Glied mit einer zweiten Gelenkfläche, einem zweiten vorderen Ende und einem gegenüberliegenden zweiten hinteren Ende, und 3) einem Kugelgelenk, das zwischen der ersten und der zweiten Gelenkfläche und zwischen der in der Querrichtung und dem ersten hinteren Ende angeordnet ist. Das Kugelgelenk gestattet eine relative Drehung des ersten und des zweiten Glieds um eine erste Achse parallel zu der in der Querrichtung verlaufenden Mittellinie und um eine zweite Achse, die senkrecht zu der ersten Achse verläuft.
Das US-Patent Nr. 5,425,773 (Boyd et al.) gibt eine Bandscheiben-Arthroplastik an, die umfasst: 1) ein erstes Glied mit einer ersten Gelenkfläche, einem ersten vorderen Ende und einem gegenüberliegenden ersten hinteren Ende, wobei das vordere Ende und das hintere Ende dazwischen eine in der Querrichtung verlaufende Mittellinie definieren, 2) ein zweites Glied mit einer zweiten Gelenkfläche, einem zweiten vorderen Ende und einem gegenüberliegenden zweiten hinteren Ende, und 3) einem Kugelgelenk, das zwischen der ersten und der zweiten Gelenkfläche und zwischen der in der Querrichtung verlaufenden Mitellinie und dem ersten hinteren Ende angeordnet ist. Das Kugelgelenk gestattet eine relative Drehung des ersten und des zweiten Gliedes um eine erste Achse, die parallel zu der in der Querrichtung verlaufenden Mittellinie verläuft, und um eine zweite Achse, die senkrecht zu der ersten Achse verläuft. Außerdem ist die erste oder die zweite Gelenkfläche von dem Kugelgelenk weg geneigt, während die andere Gelenkfläche in einer Ebene liegt, die im wesentlichen parallel zu der ersten und der zweiten Achse ist.
Das US-Patent Nr. 5,676,701 (Yuan et al.) gibt eine künstliche Bandscheibe mit geringem Verschleiß an, die umfasst: 1) eine erste Komponente mit einer Vertiefung, die eine konturierte Fläche mit einem 360°-Umfang aufweist, und 2) eine zweite Komponente mit einem Vorsprung, der eine konturierte Fläche mit einem 360°-Umfang aufweist. Die konturierten Flächen gestatten eine uneingeschränkte Drehbewegung und eine Beugungsbewegung zwischen den Komponenten relativ zu der Wirbelachse eines stehende Patienten. Der Beugungswinkel beträgt zwischen 20° und 30°.
Das Dokument WO 9814142 A gibt eine künstliche Bandscheibe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 an.
Eine menschliche Bandscheibe kann als ein mit Gel gefüllter Sack betrachtet werden, der verschiedene Bewegungsmodi verwenden, um das momentane Drehzentrum von benachbarten Wirbelflächen relativ zueinander zu ändern, wobei eine seitliche und eine nach vorne und nach hinten gerichtete Verschiebung der Wirbel zueinander gestattet wird. Eine künstliche Bandscheibe sollte eine ähnliche Bewegung wie eine menschliche Bandscheibe gestatten. Die Bewegung von bekannten Bandscheibenprothesen mit zwei oder mehr Bewegungskomponenten ist jedoch allgemein auf Modi beschränkt, in denen sich das momentane Drehzentrum der Komponenten zueinander nicht ändert. Die Abwesenheit einer physiologischen Bewegung in dem momentanen Drehzentrum mit Beugung ist für die Übertragung von nicht-physiologischen Kräften auf die benachbarten Scheibenflächen verantwortlich, wodurch die Verschleißrate der Scheiben beschleunigt wird, sodass weitere oder zusätzliche chirurgische Eingriffe erforderlich werden. Dementsprechend besteht ein Bedarf für eine künstliche Bandscheibe, die mehrere Komponenten umfasst, die eine Bewegung vorsehen, bei der sich das momentane Drehzentrum ändert, wobei sich die benachbarten Wirbel relativ zueinander verschieben können.
Bekannte künstliche Bandscheiben weisen Nachteile wie eine Bewegung der Endplatten, eine Verschiebung der Endplatten, einen Polyethylen-Kaltfluss, Kaltschweißungen von Metall an Metall, eine Verknöcherung des Rings sowie Verschleiß der Komponententeile auf. Es besteht also ein Bedarf für eine künstliche Bandscheibe, die die natürlichen Bewegungs fähigkeiten nachahmt und eine verbesserte Alternative gegenüber einer fixen Verbindung von Wirbeln bietet. Analog zu beschädigten Knien und Hüften, wo gute mechanische Ersatzvorrichtungen verfügbar sind, um die Bewegungsfähigkeiten zu verbessern und Schmerzen zu lindern, könnte eine derartige künstliche Bandscheibe Schmerzen bei Patienten mit fortgeschrittenen Bandscheibendegenerationen lindern und die natürlichen Bewegungsfähigkeiten erhalten, wobei die künstliche Bandscheibe mit einer Dauerhaftigkeit versehen werden könnte, die für den langfristigen Einsatz erforderlich ist. Es besteht also ein Bedarf für eine künstliche Bandscheibe, die eine natürliche Bewegung der Wirbelsäule nachahmen kann, Schmerzen lindern kann und eine Dauerhaftigkeit für den langfristigen Einsatz bietet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beseitigt die Nachteile von bekannten künstlichen Bandscheiben und gibt allgemein eine vielseitige künstliche Bandscheibe an, die verwendet werden kann, um degenerierte und stark beschädigte Bandscheiben in der Lendenwirbelsäule zu ersetzen. Der Aufbau der künstlichen Bandscheibe ist derart, dass sie einfach in der Wirbelsäule von vorne oder von vorne/seitlich implantiert werden kann. Die Vorrichtung ist dafür ausgebildet, sich ähnlich wie ein menschliches Knie bewegen zu können. Die künstliche Bandscheibe verwendet einen Bewegungsmodus, bei dem sich das momentane Drehzentrum der Bewegungsflächen während der Bewegung ändert. Die Bewegungsflächen der vorliegenden Vorrichtung weisen vorzugsweise eine Konfiguration auf, die derjenigen von Gelenkflächen eines Knies ähnlich ist.
Eine künstliche Bandscheibe gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben.
Ein anderer Aspekt der Erfindung gibt eine künstliche Bandscheibe an, die ein sich änderndes momentanes Drehzentrum bei einer nach vorne und nach hinten gerichteten Beugung aufweist, wobei die Bandscheibe umfasst:

eine erste Platte mit einem ersten Außenumfang, einer erste oberen Fläche, einer bikondylären ersten unteren Bewegungsfläche, einem ersten vorderen Ende, einem ersten hinteren Ende, einer ersten Längsseite und einer zweiten Längsseite, und
eine zweite Platte mit einem zweiten Außenumfang, einer zweiten unteren Fläche, einer bimodalen, konkav geformten zweiten oberen Bewegungsfläche, einem zweiten vorderen Ende, einem zweiten hinteren Ende, einer dritten Längsseite und einer vierten Längsseite,
wobei
der erste und der zweite Kondylus der bikondylären ersten unteren Fläche nebeneinander angeordnet sind,
der erste und der zweite konkav geformte Modus der bimodalen zweiten unteren Fläche nebeneinander angeordnet sind, und
das momentane Drehzentrum der Bandscheiben sich während einer Vorn-Hinten-Bewegung der ersten und zweiten Platte ändert.

In einer Ausführungsform weist die bikondyläre erste untere Bewegungsfläche einen Aufbau auf, bei dem die Konfiguration jedes Kondylus im wesentlichen ähnlich ist, wobei sich ein Teil des Krümmungsradius jedes Kondylus aus einer Sagittalrichtung am Mittelpunkt des Kondylus betrachtet ändert und durch eine mathematische Fibonacci-Reihe beschrieben werden kann. Aufgrund der Änderung des Krümmungsradius sieht eine Beugung dieser Vorrichtung in der Vorn-Hinten-Richtung eine Vorn-Hinten-Verschiebung oder Änderung des momentanen Drehzentrums der Bandscheibe vor.
Die Bewegungsflächen der ersten und der zweiten Platte können verschiedene Krümmungsbögen aufweisen. Wenigstens ein Kondylus der bikondylären ersten unteren Fläche der ersten Platte kann einen Krümmungsbogen entlang eines Sagittalschnitts im Mittelpunkt des Kondylus aufweisen, der sich dem Krümmungsbogen eines entsprechenden konkav geformten Modus der zweiten Platte nähert oder größer als derselbe ist.
Der erste und der zweite konkav geformte Modus können einen größeren Krümmungsradius entlang eines Sagittalschnitts an ihren entsprechenden Mittelpunkten aufweisen als der erste und der zweite Kondylus entlang eines Sagittelschnitts ihrer entsprechenden Mittelpunkte aufweisen. Dementsprechend können der erste und der zweite konkav geformte Modus kleiner oder flacher in der vertikalen Tiefe als ihr entsprechender erster und zweite Kondylus in der vertikalen Höhe sein.
Die Bewegungsflächen der künstlichen Bandscheibe können ausgebildet sein, um eine Verschiebung von Seite zu Seite des momentanen Drehzentrums während einer seitlichen Neigung, d.h. einer seitlichen Beugung der Wirbelsäule zu gestatten. Dementsprechend können der erste und der zweite konkav geformte Modus einen Kanal bilden, der eine seitliche Verschiebung der bikondylären Fläche während der Bewegung gestattet.
Die seitlichen Sagitallschnitte jedes Kondylus können im wesentlichen ähnlich sein und können ausgebildet sein, um eine sanfte Bremsung der Drehung der Platten zueinander um eine vertikale Achse vorzusehen.
Der erste und der zweite konkav geformte Modus der zweiten oberen Bewegungsfläche können durch eine erhöhte Fläche zwischen dem ersten und dem zweiten Modus voneinander getrennt sein. Die erhobene Fläche kann einen sanften Bruch der seitlichen Verschiebung der Platten zueinander vorsehen.
Die erste obere Fläche und die zweite untere Fläche sind ausgebildet, um zwischen den unteren und oberen Flächen von benachbarten Wirbeln platziert zu werden. Die erste obere und die zweite untere Fläche können im wesentlichen flach oder plan in der seitlichen Richtung oder in der von vorne nach hinten verlaufenden Richtung sein. Die künstliche Bandscheibe kann weiterhin eine oder mehrere Befestigungseinrichtungen umfassen, damit die Vorrichtung einfacher an den benachbarten Wirbeln befestigt werden kann. Die Außenumfänge der Platten können nierenförmig sein.
Andere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung, die beigefügten Beispiele und die angehängten Ansprüche für den Fachmann verdeutlicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Zeichnungen sind Teil der vorliegenden Beschreibung und sind beigefügt, um bestimmte Aspekte der Erfindung zu verdeutlichen. Die Erfindung wird dabei mit Bezug auf eine oder mehrere dieser Zeichnungen in Kombination mit der ausführlichen Beschreibung der spezifischen Ausführungsform verdeutlicht.
1a ist eine Seitenansicht der ersten Platte der künstlichen Bandscheibe gemäß der Erfindung.
1b ist eine Ansicht von hinten oder von vorne der ersten Platte von 1a.
2a ist eine Seitenansicht der zweiten Platte der künstlichen Bandscheibe gemäß der Erfindung.
2b ist eine Ansicht von hinten oder von vorne der zweiten Platte von 2a.
2c ist eine Draufsicht auf die zweite Platte von 2a.
3a und 3b sind Seitenansichten der künstlichen Bandscheibe gemäß der Erfindung, wobei die erste und die zweite Platte in zwei verschiedenen Bewegungsstufen dargestellt sind.
4a und 4b sind Teilquerschnittansichten von hinten der künstlichen Bandscheibe gemäß der Erfindung, wobei die erste und die zweite Platte in zwei verschiedenen Bewegungsstufen dargestellt sind.
5a–5d sind Seitenansichten von verschiedenen Ausführungsformen der zweiten Platte gemäß der Erfindung.
6a ist eine Ansicht von unten der flachen unteren Fläche der zweiten Platte gemäß der vorliegenden Erfindung.
6b ist eine Seitenschnittansicht entlang der Linie 6b–6b der zweiten Platte von 6a.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer menschlichen Wirbelsäule, in der eine gelenkig bewegliche künstliche Bandscheibe gemäß der Erfindung implantiert ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie in 1a–1c und 2a–2c gezeigt, wird die künstliche Bandscheibe der Erfindung als Ersatz für eine chronisch degenerierte, Schmerzen verursachende und/oder beschädigte und entnommene Bandscheibe verwendet. Die künstliche Bandscheibe ist eine im wesentlichen nierenförmige Vorrichtung, die von oben betrachtet eine erste (1) und eine zweite (10) nierenförmige Platte umfasst und zwischen benachbarte Wirbel (nicht gezeigt) in einer Wirbelsäule platziert werden kann. Die erste (1) und die zweite (10) Platte weisen jeweils ein vorderes Ende (A₁ und A₁₀), ein gegenüberliegendes Ende (PS₁ und PS₁₀) und zwei Längsseiten (L₁, L₂ bzw. L₁₀, L₁₂) auf.
Die erste (1) und die zweite (10) Platte bewegen sich gelenkig zueinander, um ein Gelenk wie an einem menschlichen Knie zu bilden, das eine begrenzte Drehung der ersten (1) und zweiten (10) Platte relativ zueinander um eine vertikale Achse (X₁) gestattet. Diese Drehungsbegrenzung liegt innerhalb eines physiologischen Bereichs zwischen 0° und 10° der Drehung oder ± 5 Grad vom Zentrum in beiden Richtungen, um mäßige Beschränkungsgrade für die Vorrichtung vorzusehen. Die erste Platte (1) umfasst weiterhin eine im wesentlichen plane oder flache erste obere Fläche (2) und eine gegenüberliegende konturierte oder erste innere Bewegungsfläche (3) mit zwei lateral nebeneinander angeordneten konvexen Teilen (4, 5) von wesentlich gleicher Form. Die zweite Platte (10) umfasst weiterhin eine im wesentlichen plane zweite untere Fläche (11) und eine gegenüberliegende konturierte oder zweite obere Bewegungsfläche (12) mit zwei lateral nebeneinander angeordneten konkaven Teilen (13, 14), die größer als die entsprechenden konvexen Teile der ersten Platte (1) sind.
Die erste (1) und die zweite (10) Platte können durch die vorderen (transversalen) und mittleren (sagittalen) Abschnitte der entsprechenden Bewegungsflächen beschrieben werden. Die erste untere Bewegungsfläche (3) der ersten Platte (1) weist einen Sagittalabschnitt in der von vorne nach hinten verlaufenden Richtung entlang der Ebene P, auf, der einem nach außen gekrümmten Bogen ähnlich ist, d.h. konvex ist und einen variierenden Krümmungsradius aufweist. Die Kondyli (4, 5) können jeweils einen Sagittalabschnitt entlang des Mittelpunkts jedes Kondylus aufweisen (siehe jeweils die Ebenen P₄ und P₅), die einer Kurve mit jeweils einem Teil mit einem variierenden Krümmungsradius ähneln. In einer bevorzugten Ausführungsform nähert sich die Form der Kurve in dem Sagittalabschnitt der Form einer durch eine mathematische Fibonacci-Reihe beschriebenen Kurve an.
Die Kondyli (4, 5) können einen kombinierten Transversalabschnitt in einer lateralen Richtung entlang der Ebene P₂ aufweisen, der einem bimodalen nach außen gekrümmten Bogen ähnlich ist, d.h. zwei konvexe Kurven mit variierendem Krümmungsradius aufweist. Die Ebene P₂ ist annähernd in der Mitte zwischen dem vorderen (A₁) und dem hinteren (PS₁) Ende angeordnet. Die Kondyli (4, 5) können jeweils einen individuellen Transversalabschnitt entlang der Ebene P₂ aufweisen, der einer Kurve mit wenigstens einem Teil mit einem variierenden Krümmungsradius ähnlich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform nähert sich die Form der Kurve des Transversalabschnitts für jeden Kondylus (4, 5) der Form einer durch eine mathematische Fibonacci-Reihe beschriebenen Kurve an.
Die zweite obere Bewegungsfläche (12) der zweiten Platte (10) weist einen Sagittalabschnitt in einer von vorne nach hinten verlaufenden Richtung entlang der Ebene P₁₀ auf, die einem nach innen gekrümmten Bogen ähnlich ist, d.h. konkav ist und einen variierenden Krümmungsradius aufweist. Die Modi (13, 14) können jeweils einen Sagittalabschnitt entlang des Mittelpunkts jedes Modus aufweisen (siehe jeweils die Ebenen P₁₃ und P₁₄), der einer Kurve mit wenigstens einem Teil mit einem variierenden Krümmungsradius ähnlich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform nähert sich die Form der konkaven Kurven in dem Sagittalabschnitt der Form einer Kurve an, die durch eine mathematische Fibonacci-Reihe beschrieben wird.
Die konkaven Modi (13, 14) können einen kombinierten Transversalabschnitt in einer lateralen Richtung entlang der Ebene P₁₁ aufweisen, der einem bimodalen nach innen gekrümm ten Bogen ähnlich ist, d.h. zwei konkave Kurven aufweist. Die Ebene P₁₁ist annähernd in der Mitte zwischen dem vorderen (A₁₀) und dem hinteren (PS₁₀) Enge angeordnet. Die konkaven Modi (13, 14) können jeweils einen individuellen Transversalschnitt entlang der Ebene P₁₁ aufweisen, der einer Kurve mit wenigstens einem Teil mit einem variierenden Krümmungsradius ähnlich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform nähert sich die Form der Kurve des Transversalschnitts für jeden konkaven Modus (13, 14) der Form einer Kurve an, die durch eine mathematische Fibonacci-Reihe beschrieben wird.
Die entsprechenden Formen der konkaven und konvexen Teile der Bewegungsflächen (3, 12) umfassen jeweils Teile, die im wesentlichen komplementär sind, wobei die Bewegungsflächen jedoch derart geformt sind, dass sie eine Bewegung der Platten (1) und (10) gestatten, die der Bewegung eines menschlichen Knies ähnlich ist. Die Bewegungsflächen (3, 12) können also regelmäßig oder unregelmäßig als wenigstens teilweise komplementäre Teile von Sphäroiden, Paraboloiden, Hyperboloiden oder Ellipsoiden einer Drehung oder Kombinationen aus denselben geformt sein. Wie oben erläutert, können die konkaven und konvexen Teile der Bewegungsflächen durch koronale, d.h. transversale und sagittale Bögen beschrieben werden, die variabel sind, d.h. variierende Krümmungsradien aufweisen und eine Änderung der momentanen Drehzentren sowie mäßige Drehgrade während der Bewegung der Flächen (3, 12) gestatten.
Die Bewegungsflächen (3) und (12) sind derart ausgebildet, dass ihre entsprechenden konkaven und konvexen Teile einen Hauptteil der im wesentlichen gesamten Bewegungsflächen (3) und (12) umfassen. Während also die Bewegungsflächen durch entsprechende Flächen umgeben sind, die die äußere Peripherie der entsprechenden Platten (1) und (10) definieren, weisen die Bewegungsflächen keine entsprechenden unteren und oberen Flächenteile auf, die die Bewegungsteile der Flächen vollständig umgeben. Zum Beispiel können sich alle konvex geformten Teile (4, 5) der Bewegungsfläche (3) mit im wesentlichen allen konkav geformten Teilen (13, 14) der Bewegungsfläche (12) gelenkig bewegen.
3a und 3b zeigen eine künstliche Bandscheibe (20) gemäß der Erfindung, die eine obere erste Platte (21) und eine untere zweite Platte (22) umfasst. Die erste Platte (21) umfasst eine erste Bewegungsfläche (25), die sich in Bezug auf eine zweite Bewegungsfläche (26) der zweiten Platte (22) gelenkig bewegt. Weil 3a eine Seitenansicht der künstlichen Bandscheibe (20) ist, entspricht sie einer Seitenansicht der Vorrichtung. Wenn sich also die Platten (21) und (22) entlang ihrer Bewegungsflächen (25) und (26) bewegen, bewegt sich die erste Platte (21) in der durch den Pfeil (B) angegebenen Richtung von der in 3a gezeigten Ausgangsposition zu einer zweiten in 3b gezeigten Position. In der Ausgangs position teilen sich die Platten (21 und 22) ein gemeinsames Drehzentrum (23a, 23b). Wenn jedoch die erste Platte (21) zu einer zweiten Position wie in 3b gezeigt bewegt wird, fallen die momentanen Drehzentren (23a, 23b) nicht mehr zusammen. Wenn also sich ein Patient mit der vorliegenden Vorrichtung nach vorne oder hinten beugt, werden die momentanen Drehzentren (23a, 23b) nach hinten und vorne verschoben, d.h. es erfolgt eine nach hinten oder vorne gerichtete Verschiebung des momentanen Drehzentrums (23b) in Bezug auf das momentane Drehzentrum (23a).
4a und 4b zeigen eine Teilquerschnittansicht von hinten bzw. vorne einer künstlichen Bandscheibe (30) mit einer ersten oberen Platte (31) und einer zweiten unteren Platte (32). Die erste Obere Platte (31) umfasst eine bikondyläre Bewegungsfläche, die sich in Bezug auf eine bimodale konkave Bewegungsfläche (34) der zweiten Platte (32) bewegt. Die Platten (31 und 32) werden in einer Ausgangsposition bzw. neutralen Position dargestellt; wenn jedoch die erste Platte (31) lateral entlang des Pfeils (T) in Bezug auf die zweite Platte (32) verschoben wird, neigt sich die erste Platte (31) etwas in Bezug auf die zweite Platte (32), wobei die momentanen Drehzentren (35a, 35b) zueinander verschoben werden. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst deshalb die künstliche Bandscheibe eine erste und eine zweite Bewegungsfläche, die dafür ausgebildet sind, ein sich änderndes Drehzentrum vorzusehen, wenn die Bewegungsflächen seitlich zueinander verschoben oder bewegt werden.
5a–5d zeigen vier weitere Ausführungsformen (40, 45, 50, 55) der zweiten Platte der Erfindung mit der bimodalen, konkav geformten Fläche, die mit einer bikondylären oder bimodalen, konvex geformten Fläche einer ersten Platte verbunden ist. Die alternativen Ausführungsformen der Wirbelendplatte, d.h. der zweiten Platte, sind verschiedene Ausführungsformen, bei denen die Rand-tragenden und Gewichts-tragenden Kapazitäten der künstlichen Bandscheiben verbessert wurden. Dazu gehören Ausführungsformen mit gezapften oder konkaven Konfigurationen sowie in einer Ausführungsform (50) ein zentrales Gewicht-tragendes und konturiertes Element (5c) mit einer zusätzlichen peripheren Rand-tragende Struktur, die eine Last auf ihrer Peripherie und auf das Zentrum des Wirbels verteilt. 5d zeigt eine alternative Ausführungsform (55) mit einer porösen Fläche (56) für das Einwachsen eines Knochens, wobei etwa Hydroxyapetite zugesetzt wird, um die Haftung der künstlichen Bandscheibe an einem benachbarten Wirbel zu fördern. Die Ausführungsform von 5d ist auch dafür ausgebildet, einem Austreten des Implantats nach vorne durch eine Erhöhung der Reibungskraft entgegenzuwirken. Die Ausführungsformen von 5a–5d zeigen auch die funktionelle Fixierung, die durch eine Verankerung im Knochen und Gewindeschrauben mit verschiedener Größe, Position und Richtung vorgesehen wird, um eine unmittelbare Fixierung der künstlichen Bandscheibe an den benachbarten Wirbeln vorzusehen und eine Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Platte der künstlichen Bandscheibe zu verhindern.
6a ist eine Ansicht von unten einer zweiten Platte (60) gemäß der Erfindung, wobei die flache untere Fläche der Platte, die einen benachbarten Wirbel kontaktiert, mit einer Vielzahl von Rillen, Kanälen oder Senken (61) versehen ist, die eine makrostrukturierte Fläche vorsehen, um die Dauerhaftigkeit der Struktur der Endplatte zu erhöhen und die Last auf die Wirbel zu verteilen. Die gekrümmten und nach außen verlaufenden Rillen verhindern eine Stauung in Mikrogefäßen, die ansonsten bei der vollständigen Bedeckung und Abschließung der Endplatten entstehen könnte. 6b ist eine Seitenschnittansicht der zweiten Platte (60) von 6a.
Wie in 3a–3b gezeigt, sind die Platten (21 und 22) dafür ausgebildet, dass sie sich relativ zueinander um eine seitlich bzw. transversal verlaufende Achse drehen, während sie nach vorne und hinten entlang des Pfeils (B) gebeugt werden. Relativ zu der vertikalen Achse (28) gestattet die erste Platte (21) eine Bewegung nach vorne bis zu ungefähr 15° relativ zu der neutralen Ausgangsposition von 3a und nach hinten bis zu ungefähr –5° relativ zu der Ausgangsposition von 3a.
Wie in 4a und 4b gezeigt, umfasst die künstliche Bandscheibe (30) eine erste Platte (31) (von der Seite gezeigt) und eine zweite Platte (32) (im Schnitt gezeigt) und gestattet eine gelenkige Bewegung der Platten relativ zueinander um eine mittlere Sagittalachse, die sich von vorne nach hinten durch die Vorrichtung erstreckt. Insbesondere wenn die erste Platte (31) lateral in der Richtung des Pfeils (T) verschoben wird, werden die momentanen Drehzentren (35a und 35b) relativ zueinander verschoben, wobei die erste Platte (31) eine geneigte Position relativ zu der ersten Platte (32) einnimmt. Dabei ist zu beachten, dass obwohl die Bewegungsflächen (33 und 34) jeweils Teile mit einem variierenden Krümmungsradius aufweisen, die konkav geformten Schnitte der Bewegungsfläche (34) jeweils einen Krümmungsradius aufweisen, der größer als der entsprechende Kondylusteil der Bewegungsfläche (33) ist, in Bezug auf welche sich die Bewegungsfläche (34) bewegt. Während also jeder konkav geformte Modus der bimodalen Bewegungsfläche (34) Kurventeile aufweisen kann, die durch eine mathematische Fibonacci-Reihe beschrieben werden, umfasst der entsprechende konvex geformte Kondylus der Bewegungsfläche (33) Kurventeile, die durch eine zweite mathematische Fibonacci-Reihe derart beschrieben werden können, dass die Krümmungsradien der konvex geformten Kondyli kleiner als die Krümmungsradien der konkav geformten Modi sind. Der Neigungsgrad der ersten Platte (31) relativ zu der zweiten Platte (32) reicht von ungefähr 2–5° gegenüber dem Zentrum in beiden Richtungen. In einer bevorzugten Ausführungsform reicht der Neigungsgrad der ersten Platte (31) relativ zu der zweiten Platte (32) von 1 bis 2,5°.
In bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Grad der Beugung der ersten Platte (21) relativ zu der zweiten Platte (22) zwischen ungefähr 3° und 15° in beiden Richtungen nach vorne oder nach hinten, vorzugsweise zwischen ungefähr 1,5° und 7,5° und noch besser zwischen 5° und 7°. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Grad der Beugung nach vorne und nach hinten der ersten Platte (21) relativ zu der zweiten Platte (22) einen maximalen Bewegungsbereich von ungefähr 10° und vorzugsweise zwischen 5° und 7° auf. In einer weiteren Ausführungsform beträgt der durchschnittliche Dehnungsbereich zwischen 0° und –5° und vorzugsweise zwischen 0° und –3°. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine durchschnittliche Beugung von –5° bis 10° entlang der Sagittalebene vor. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass negative Gradangaben eine Dehnung der Wirbelsäule angegeben und dass positive Gradangaben eine Beugung der Wirbelsäule angeben, wobei die Beugung der Wirbelsäule nach vorne oder nach hinten erfolgen kann.
7 zeigt eine künstliche Bandscheibe (78) gemäß der Erfindung, die in einer Wirbelsäule (70) mit mehreren Wirbeln (71, 72, 73, 74, 75) und mehreren Bandscheiben (77a–77d) implantiert ist. Die künstliche Bandscheibe (78) weist eine erste Platte (79) und eine zweite Platte (80) auf, die zwischen dem oberen Wirbel (72) und dem unteren Wirbel (71) angeordnet sind. Die untere Fläche (72a) des oberen Wirbels (72) ist plan bzw. flach, um die im wesentlichen flache obere Fläche (79a) der Platte (79) zu optimieren. Die obere Wirbelfläche (71a) des unteren Wirbels (71) ist plan, um den Kontakt mit der unteren Fläche (80a) der Platte (80) zu optimieren. Obwohl nicht gezeigt, werden die Platten (79 und 80) und folglich auch die Wirbel (72 und 71) durch die Muskulatur und anderes Körpergewebe, die normalerweise die Wirbelsäule (70) umgeben, jeweils nebeneinander gehalten.
Jede der Platten (1) und (10) kann Befestigungseinrichtungen umfassen, die eine Befestigung der künstlichen Bandscheibe an den benachbarten Wirbeln erleichtern. In der Ausführungsform von 1a–1c und 2a–2c umfasst die Befestigungseinrichtung wenigstens zwei Vorsprünge (6, 7) und (16, 17) auf jeder der planen Flächen (2) und (11) der Platten (1) und (10). Die Vorsprünge (6, 7) sind mit entsprechenden Vertiefungen (nicht gezeigt) in benachbarten Wirbeln oberhalb und unterhalb der künstlichen Bandscheibe verbunden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Befestigungseinrichtung auch mehrere Schraublöcher im Ende jeder Platte (1, 10) umfassen, durch die entsprechende Knochenschrauben eingesetzt werden, die dann in den benachbarten Wirbelkörper in Kontakt mit der künstlichen Bandscheibe geschraubt werden. Die Befestigungseinrichtung gemäß der Erfindung kann eine oder mehrere bekannte Einrichtungen zum Befestigen von Festkörpern umfassen. Zum Beispiel kann die Befestigungseinrichtung eine Schraube, einen Nagel, eine Niete, einen Kleber, einen Draht, ein Band oder einen Riemen umfassen, wobei die Schrauben und die Endplatte der Prothese auch porös beschichtet sein können und Sperremechanismen vorgesehen sein können, um die Schraube an der künstlichen Bandscheibe zu befestigen.
Falls Löcher (8, 15) vorgesehen sind, können diese nach Wunsch geformt sein. Sie können Schrauben, Nägel, Nieten, Dorne oder andere Artikel aufnehmen, die zur Befestigung der Platten (1, 10) an benachbarten Wirbeln verwendet werden. Zum Beispiel können die Löcher (8, 15) versenkt sein oder Sperrmechanismen aufweisen, die die Schraube an der künstlichen Bandscheibe stabilisieren.
Während 1a–1b und 2a–2b eine Befestigungseinrichtung zeigen (6, 7 und 16, 17), die an den planen Oberflächen (2) und (11) vorgesehen ist und sich zu den vorderen Enden (A₁) und (A₁₀) erstreckt, kann die Befestigungseinrichtung auch an einer anderen Position der künstlichen Bandscheibe vorgesehen werden. Es ist allgemein erforderlich, dass jede Platte (1) und (10) wenigstens eine Befestigungseinrichtung aufweist, über die sie an den benachbarten Wirbeln befestigt wird. Die Befestigungseinrichtung gemäß der Erfindung kann nach Wunsch geformt sein, um die Leistung in einer bestimmten Verwendungsumgebung zu optimieren. Die Befestigungseinrichtung kann mehrere ähnliche oder unähnliche Befestigungseinrichtungen umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Befestigungseinrichtung zwei oder mehr Vorsprünge (6, 7) und (16, 17) auf den planen Flächen (2) und (11) jeweils für die Verbindung mit entsprechenden Vertiefungen oder Bohrungen in benachbarten oberen und unteren Flächen von entsprechenden benachbarten Wirbeln. Die plane Fläche kann weiterhin eine poröse Beschichtung aufweisen, um die Verknöcherung zu unterstützen, indem das Wachstum des Knochens in die Poren gefördert wird.
1c und 2c zeigen eine besondere Ausführungsform in einer Nierenform, wobei der Außenumfang der Platten (1) und (10) der künstlichen Bandscheibe andren Ausführungsformen umfassen kann, bei denen die vorderen Enden (A₂ und A₁₀), die hinteren Enden (PS₁und PS₁₀) oder die Längsseiten (L₁, L₂) und (L₁₀, L₁₂) jeweils verschiedene oder ähnliche Krümmungsradien aufweisen können. Die künstliche Bandscheibe kann zusätzlich als eine einzelne kondyläre Struktur geformt sein, wobei keine interkondyläre Vertiefung an einem Teil der Komponente vorgesehen zu sein braucht.
Obwohl eine im wesentliche plane erste obere (2) und zweite untere (11) Oberfläche flach sein sollen, können diese Vertiefungen, Kanten, Rippen, Buckel, Vorsprünge, Dellen oder ähnliches aufweisen.
Die Platten (1, 10) der künstlichen Bandscheibe sind allgemein starr, halb-flexibel oder elastisch und umfassen deshalb Materialien wie unter anderen Metall, harten Gummi, Kunststoff, Polymer, Legierungen, Verbundmaterialien, Keramik, Keramik-Metall-Verbindungen oder Kombinationen aus denselben.
Die Platten (1, 10) können mithilfe von verschiedenen Verfahren wie etwa Gießen, Stereolithographie, Schleifen, Plasmasprühen, Aufschichten, Polieren oder ein Formgießen mit zwei Formen hergestellt werden.
Währen die Platten (1, 10) mit lateralen Längen gezeigt sind, die größer als die entsprechenden sich von vorne nach hinten erstreckenden Breiten sind, können die Platten beliebig nach Wunsch geformt sein. Die Breite der Platten (1, 10) kann also größer, gleich oder kleiner als deren Länge sein. Meistens ist die Höhe der Platten (1, 10) jeweils kleiner als die Breite oder die Länge.
1a–1c und 2a–2c zeigen die erste Platte (1) als obere Platte, wobei die künstliche Bandscheibe der Erfindung auch umgedreht werden kann, sodass die zweite Platte (10) die obere Platte ist.
Die gelenkig bewegliche künstliche Bandscheibe der Erfindung unterscheidet sich von bekannten Prothesen für das Ersetzen von Kniegelenken zumindest wie folgt. Die vorliegende künstliche Bandscheibe weist einen kleineren Aufbau und eine kleinere bikondyläre Bewegungsfläche auf, sieht nur einen begrenzten Bewegungsbereich für die Beugung und Dehnung vor und kann derart beschaffen sein, dass sich das momentane Drehzentrum entweder nach vorne oder nach hinten entlang einer Sagittalebene ändern kann. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Änderung des momentanen Drehzentrums der künstlichen Bandscheibe in entgegengesetzter Weise wie bei einem menschlichen Knie.
Es wurden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Erfindungsumfang verlassen wird. Dem Fachmann sollte anhand der vorliegenden Beschreibung deutlich sein, dass viele Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, wobei ähnliche oder gleiche Ergebnisse erhalten werden, ohne dass dadurch der Erfindungsumfang verlassen wird. Alle hier beschriebenen und beanspruchten Ausführungsformen können angesichts der vorliegenden Beschreibung ohne weitgehende Experimente realisiert werden.

Claims

Künstliche Bandscheibe (1 ), die sich gelenkig bewegt, wobei die Scheibe umfasst: eine erste Platte (1) mit einem ersten Außenumfang, einer im Wesentlichen planen ersten oberen Fläche (2), einer ersten unteren Gelenkfläche (3), einem ersten vorderen Ende (A1), einem ersten hinteren Ende (PS1), einer ersten Längsseite (L1) und einer zweiten Längsseite (L2); und eine zweite Platte (10) mit einem zweiten Außenumfang, einer im Wesentlichen planen zweiten unteren Fläche (11), einer zweiten oberen Gelenkfläche (12), einem zweiten vorderen Ende (A10), einem zweiten hinteren Ende (PS10), einer dritten Längsseite (L10) und einer vierten Längsseite (L12); wobei: sich die erste und die zweite Platte (1, 10) gelenkig nach vorn und nach hinten bewegen können, wenn die erste untere Fläche (3), das erste vordere Ende (A1) und das erste hintere Ende (PS1) an die zweite obere Fläche (12), das zweite vordere Ende (A10) bzw. das zweite hintere Ende (PS10) angrenzend angeordnet werden; wobei die Scheibe eine momentane Drehmitte beim Biegen hat, die sich bei gelenkiger Vorn-Hinten-Bewegung der Scheibe in einer Vorn-Hinten-Richtung bewegt; dadaurch gekennzeichnet, dass wenigstens die erste untere Gelenkfläche (3) oder die zweite obere Gelenkfläche (12) einen sich ändernden Vorn-Hinten-Krümmungsradius hat.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 1, wobei die sich gelenkig bewegende erste untere (3) und zweite obere Fläche (10) Hauptabschnitte haben, die im Wesentlichen komplementär sind.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Außenumfang im Wesentlichen nierenförmig sind.
Künstliche Bandscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Platte (1) über der zweiten Platte (10) liegt.
Künstliche Bandscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Platte (10) über der ersten Platte (1) liegt.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 1, wobei die erste untere Gelenkfläche (3) zweigipflig konvex geformt ist und die zweite obere Gelenkfläche (12) zweigipflig konkav geformt ist.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 6, wobei ein erster Gipfel der zweigipfligen konvex geformten ersten unteren Fläche (3) im Wesentlichen ein Spiegelbild eines zweiten Gipfels der zweigipfligen konvex geformten ersten unteren Fläche (3) ist.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 6, wobei ein erster Gipfel der zweigipfligen konkav geformten zweiten oberen Fläche (12) im Wesentlichen ein Spiegelbild eines zweiten Gipfels der zweigipfligen konkav geformten zweiten oberen Fläche (12) ist.
Künstliche Bandscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bandscheibe zweiseitig symmetrisch ist.
Künstliche Bandscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Platte (1, 10) wenigstens eine Anbringungseinrichtung (6, 7, 16, 17) umfassen, noch besser zwei verschiedene Anbringungseinrichtungen.
Künstliche Bandscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens die erste oder die zweite Platte (1, 10) ein Loch (8, 15) zum Einsatz beim Befestigen wenigstens einer Platte an einem Wirbel enthält.
Künstliche Bandscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Gipfel der zweigipfligen konvex geformten ersten unteren Fläche (3) entlang einer Mittellinie zwischen dem ersten vorderen (A1) und dem ersten hinteren Ende (PS1) angeordnet ist.
Künstliche Bandscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Platte (1, 10) Arten der gelenkigen Bewegung haben können, die ausgewählt werden aus: Verschiebung in einer Richtung von Seite zu Seite in Bezug zueinander; Drehung in Bezug zueinander um eine vertikale Achse und/oder gelenkige Hin- und Herbewegung nur von vorn nach hinten und von hinten nach vorn.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 6, wobei: die sich gelenkig bewegende zweigipflige konvex geformte erste untere Gelenkfläche (3) eine bikondyläre Struktur umfasst, wobei jeder Condylus (4, 5) den gleichen sich ändernden Krümmungsradius umfasst.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 14, wobei der Krümmungsradius eine mathematische Fibonacci-Folge beschreibt.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 15, wobei die Drehung so beschränkt ist, dass sie innerhalb eines normalen physiologischen Bereiches liegt.
Künstliche Bandscheibe nach Anspruch 6, wobei die konvex geformte erste untere Fläche (3) und die konkav geformte zweite obere Fläche (12) durch veränderliche Coronal- und Sagittalbögen gebildet werden, die es ermöglichen, dass sich die erste und die zweite Platte (1, 10) relativ zueinander begrenzt um eine vertikale Achse drehen.