WO2022136556A1 - CHIRURGISCHE KNOCHENSCHRAUBE MIT AUFSTELLBAREM AKTORELEMENT DURCH DIE EINSPRITZUNG VON FLIEßFÄHIGEM MEDIUM - Google Patents

CHIRURGISCHE KNOCHENSCHRAUBE MIT AUFSTELLBAREM AKTORELEMENT DURCH DIE EINSPRITZUNG VON FLIEßFÄHIGEM MEDIUM Download PDF

Info

Publication number
WO2022136556A1
WO2022136556A1 PCT/EP2021/087313 EP2021087313W WO2022136556A1 WO 2022136556 A1 WO2022136556 A1 WO 2022136556A1 EP 2021087313 W EP2021087313 W EP 2021087313W WO 2022136556 A1 WO2022136556 A1 WO 2022136556A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
screw
actuator element
base body
channel
bone
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/087313
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Leimert
Katarina GILLE
Christian Rotsch
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Asklepios Orthopädische Klinik Hohwald
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Asklepios Orthopädische Klinik Hohwald filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Publication of WO2022136556A1 publication Critical patent/WO2022136556A1/de

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/844—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices with expandable anchors or anchors having movable parts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B17/8625—Shanks, i.e. parts contacting bone tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B17/864—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor hollow, e.g. with socket or cannulated
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B17/866—Material or manufacture
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/70—Spinal positioners or stabilisers ; Bone stabilisers comprising fluid filler in an implant
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B17/8625—Shanks, i.e. parts contacting bone tissue
    • A61B17/863—Shanks, i.e. parts contacting bone tissue with thread interrupted or changing its form along shank, other than constant taper
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B17/8685—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor comprising multiple separate parts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B2017/8655—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor with special features for locking in the bone

Definitions

  • Surgical bone screw with actuator element that can be set up by injecting a flowable medium
  • the present invention relates to a screw according to the preamble of claim 1 and a method for anchoring such a screw according to claim 15.
  • a screw is used in particular as a surgical bone screw for use in osteosynthesis or instrumentation of the spine and is used to increase the anchoring stability, particularly in osteoporotic bone to reduce loosening from the bone.
  • Surgical bone screws are known in the art. If anchoring is no longer possible due to the geometry of the screw alone, cannulated screws can be used. These enable the injection of bone cement, which is distributed around the exit opening in the vertebral body and hardens. Targeted injection of the bone cement in certain areas and control of the distribution of the cement is only possible to a limited extent.
  • a bone screw according to the preamble of claim 1 is known, for example, from patent specification DE 10 2011 112 890 A1.
  • a bone screw is disclosed therein having a threaded body, further comprising an internal channel extending longitudinally through a screw head and through at least a portion of the threaded body.
  • the screw body includes a plurality of radially arranged delivery channels that connect the inner channel to the outside of the threaded body.
  • the invention further encompasses devices that include a delivery manifold that is removably attached to the screw head of the bone screw and is capable of forcing a flowable medium into the bone via the screw. The medium hardens and fixes the bone screw in the bone.
  • the fixation arrangement described above also has a number of disadvantages: the external shape of the screw remains the same and cannot counteract excessively the bone screw turning out of the hardened cement and thus cannot guarantee anchoring stability in the long term.
  • Another method of increasing anchoring stability is bone screws with the cement channels described above and additional barb components that can be set up.
  • the prestressed barb components are pushed outwards after the bone screw has been inserted in order to prevent the bone screw from being pulled out of the bone.
  • fixation portions can be set up like anchors by sliding a support structure and a sheathing device relative to each other after deployment of the bone screw at the surgical site to securely position the bone augmentation device in place after deployment.
  • Bone cement or other material can be provided over the support structure to secure the positioned support structure for treatment.
  • the inner structure or the tip of the bone screw is partially guided out of the bone, which can already lead to a reduction in the anchoring stability when the screw is fixed.
  • the object of the present invention is to solve the problems known from the prior art and to provide a bone screw with increased anchoring stability.
  • the present invention discloses a screw according to claim 1. for use in osteosynthesis or instrumentation to increase the anchoring stability in a bone structure and comprises a base body with an external thread and a channel for introducing a flowable and/or self-heating medium by means of an exothermic reaction, such as hardenable bone cement, the screw having at least one actuator element , which can be converted from a first position into a second position by the action of the medium introduced into the channel.
  • an exothermic reaction such as hardenable bone cement
  • the actuator element can be moved or deformed for the transfer from the first position to the second position, preferably from a flat or planar configuration into a curved configuration.
  • the current element is particularly compact and exerts little resistance when the screw is screwed in.
  • the actuator element can be optimally anchored to the surrounding structure and significantly increases the resistance of the screw, especially when moving against the direction of screwing. It can prove useful if the actuator element is arranged within a diameter of the external thread in the first position and protrudes beyond the diameter of the external thread in the second position for anchoring the screw. As a result, the resistance exerted by the actuator element when screwing in the screw is particularly low in the first position and particularly high in the second position when unscrewing the screw.
  • the actuator element bears against the base body at least in sections in the first position and protrudes from the base body in the second position, preferably radially and/or counter to the screwing-in direction of the screw.
  • This design also favors screwing in the screw with as little resistance as possible and makes it more difficult to unscrew the screw in the opposite direction to the screwing-in direction by exerting a great deal of resistance on the surrounding area.
  • the actuator element is arranged in the first position in a preferably correspondingly shaped receptacle in the lateral surface of the base body and protrudes from the receptacle in the second position.
  • the actuator element can be stowed in a particularly compact manner in the receptacle in the first position.
  • the screw has a plurality of such actuator elements, which are preferably arranged regularly in the longitudinal direction and/or in the circumferential direction of the base body. As a result, the screw can be anchored particularly securely and evenly in the bone structure.
  • the channel has at least one opening, preferably in the area of the external thread, with the actuator element preferably closing the opening in the first position and releasing it in the second position.
  • the flowable medium such as bone cement can be guided to the lateral surface of the base body in a targeted manner in order to embed the external thread in the bone cement and to securely anchor the screw in the bone structure.
  • the screw preferably between the external thread and the screw head, has at least one guide opening for receiving a guide wire for implanting the screw, with the guide opening preferably communicating with the channel, with the actuator element particularly preferably releasing the guide opening in the first position and locked in the second position.
  • This guide hole facilitates the handling of the screw according to the invention, especially when space is limited.
  • the channel runs in the longitudinal direction of the base body, preferably coaxially to the longitudinal axis of the base body, with the channel preferably being designed as a blind hole and ending in a closed cavity in which the flowable medium can be collected, or the channel is designed as a through hole and completely penetrates the base body in the longitudinal direction, the channel particularly preferably having at least one branch.
  • the flowable medium in the channel can be directed to specific points on the base body.
  • the channel branches can also be used to specifically subdivide the medium conducted in the channel into specific subsets. This makes it possible to allow the flowable medium to emerge in a targeted and uniform manner over the circumference and/or the length of the base body in order to embed the base body in the flowable medium.
  • a preferably distal end section of the actuator element is fixed to the base body, with an end section opposite the distal end section preferably standing up outwards when the actuator element is transferred into the second position, in order to produce a barb effect.
  • a wall thickness of the base body is locally reduced in the area between the channel and the actuator element in order to increase heat conduction between the channel and the actuator element.
  • the design of the base body described here promotes the transfer of thermal energy from the medium guided in the duct to the actuator element.
  • the actuator element can be activated by the thermal energy of the medium introduced into the channel, in order to transfer the actuator element preferably in stages from the first position to the second position.
  • direct contact with the medium introduced into the channel is not required to activate the actuator element or to transfer the actuator element from the first to the second position.
  • the actuator element does not become deformed limited to a curved configuration, but can enter any number of configurations between the flat configuration and the curved configuration.
  • the degree of curvature can be controlled by the amount of thermal energy of the medium introduced into the channel.
  • the actuator element is a shape memory element which consists of a shape memory alloy, preferably a nickel-titanium alloy or a nickel-titanium-copper alloy. As a result, the actuator element can be transferred from the first to the second position with little activation energy.
  • the screw has a screw head, preferably at the upper end of the base body, the screw head preferably having an external thread, in particular for screwing on an injection device, and/or a hexagon socket. This facilitates the intended use of the screw according to the invention.
  • a further aspect of the invention relates to a method for anchoring a screw according to one of the preceding embodiments, wherein after the screw has been screwed in, a flowable medium and/or a medium which is self-heating by means of an exothermic reaction is introduced into the channel in order to move the actuator element from the first position to the second Position to convert, preferably the flowable medium exits through at least one opening of the body to embed the body at least partially therein.
  • distal refers to the head of the bone screw.
  • a “distal end” of the bone screw is accordingly the insertion end of the screw facing away from the head.
  • a “distal end” of the actuator element also faces away from the head of the bone screw.
  • FIG. 1A shows a schematic longitudinal sectional view of a bone screw according to the invention according to a first embodiment in a first state in which actuator elements, which can be activated by the heat effect of a medium introduced into the channel, are applied to the lateral surface of the base body.
  • FIG. 1B shows a schematic longitudinal sectional view of the bone screw according to the first embodiment in a second state in which the actuator elements are activated by the action of the medium introduced into the channel and protrude from the outer surface of the base body counter to the screwing-in direction of the screw.
  • FIG. 1C shows a schematic and perspective longitudinal sectional view of the bone screw according to the invention according to the first embodiment in the second state.
  • FIG. 2A shows a longitudinal sectional view of a bone screw according to the invention according to a second embodiment in a first state, in which actuator elements, which can be activated by the heat effect of a medium introduced into the channel designed as a blind hole, are placed separately on the lateral surface of the base body in each individual thread turn in order to to close the channel openings in the lateral surface of the base body.
  • Fig. 2B is a longitudinal sectional view of the bone screw according to the second embodiment in a second state, in which the actuator elements are activated by the action of the medium introduced into the channel and protrude from the lateral surface of the base body counter to the screwing-in direction of the screw in order to open the channel openings in the lateral surface of the to release the body.
  • FIG. 2C shows a schematic and perspective longitudinal sectional view of the bone screw according to the second embodiment in the second state.
  • FIG. 3A shows a perspective view of a bone screw according to the invention according to a third embodiment in a first state, in which the actuator elements, which can be activated by the action of a medium introduced into the channel that is formed, are applied helically to the lateral surface of the base body in the thread pitch of the external thread in order to to close the channel openings in the lateral surface of the base body.
  • FIG. 3B shows a perspective view of the bone screw according to the third exemplary embodiment in a second state, in which the actuator elements are activated by the action of the medium introduced into the channel and counter to that Screwing the screw protrude from the lateral surface of the base body to release the channel openings in the lateral surface of the base body.
  • Fig. 4 shows a perspective view of a bone screw with a pointed end section according to a fourth embodiment in a first state, in which strip-shaped actuator elements, which can be activated by the action of a medium introduced into the channel, in grooves running parallel to the thread axis and interrupting the external thread on the Lateral surface of the base body are applied to close some of the channel openings in the lateral surface of the base body in the region of each channel.
  • Fig. 5 shows a perspective view of a bone screw according to a fifth embodiment in a first state, in which helical actuator elements, which can be activated by the action of a medium introduced into the channel, in grooves running helically transversely to the thread and interrupting the external thread on the lateral surface of the Base body are created to close some of the channel openings in the lateral surface of the base body in the region of the channel;
  • Fig. 6A shows a longitudinal sectional view of the bone screw according to the invention according to the second embodiment in a modification in the first state, the bone screw in the modification shown having a longitudinally continuous channel with an opening at the distal end of the screw, with implantation holes in the lateral surface of the bone screw above of the external thread communicate with the channel.
  • FIG. 6B shows a longitudinal sectional view of the bone screw according to the second embodiment in the second state.
  • Figure 7A shows a perspective view of a male and female hex screw head
  • FIG. 7B shows a perspective longitudinal sectional view of a screw head provided with an external thread and a hexagon socket with a media injection device attached.
  • the bone screw 1 comprises a base body 2 which extends in the longitudinal direction of the bone screw (direction of extension).
  • the bone screw 1 has a screw head 10 at the upper end.
  • the bone screw can be screwed into a bone to be treated using a tool corresponding to the screw head 10 .
  • the Bone screw 1 also has an external thread 3 on the peripheral surface of base body 2, which thread extends along a thread axis that coincides with the longitudinal axis.
  • a length, a diameter and a thread form of the bone screw 1 can be tailored to a corresponding application.
  • the bone screw 1 has a channel 4 in the direction of extension, which preferably runs from an upper end to a distal end in the direction of extension of the conical screw 1 and ends within the bone screw 1 in a cavity 7 .
  • the axis of the channel 4 preferably extends coaxially to the longitudinal axis of the base body 2.
  • the channel 4 is configured such that a flowable medium M, in particular heated hardenable bone cement, can be guided through the channel 4 into the cavity 7.
  • the base body 2 has at least one receptacle 8 designed as a recess, which corresponds to a depression in the peripheral or lateral surface of the bone screw 1 .
  • the receptacle 8 preferably has a rectangular shape in the viewing direction radially to the thread axis and runs parallel to the thread axis in the direction of extension of the bone screw 1.
  • the bone screw 1 shown in FIG. 1A has ten recesses 8 on the peripheral surface.
  • the external thread 3 is interrupted in sections by the at least one receptacle 8 . Due to the deepened structure of the receptacle 8 , there is a shorter distance between the recessed area and the cavity 7 inside the base body 2 of the bone screw 1 .
  • the bone screw 1 also has an actuator element 5 in each receptacle 8 , which is preferably designed as a shape memory element and is configured in such a way that the flowable medium M is fed into the channel 4 to change its shape.
  • the actuator element 5 changes its shape as a result of a heat input associated with the flowable medium M that is introduced. A direct contact between the medium around the actuator element 5 is not required for this.
  • the thermal energy required to activate the actuator element 5 is supplied to the actuator element 5 by conductive heat transfer via the base body 2 .
  • the actuator element 5 is configured such that only a distal end section 5a of the actuator element 5 is fixed to the base body 2 and a free end section 5b opposite the distal end section is not fixed to the base body 2 .
  • the distal end section 5a can be fixed, for example, by means of welding or pressing.
  • the actuator element 5 is shaped in such a way that it has a flat and straight shape in a basic state.
  • the at least one actuator element 5 is shaped according to the length of the at least one receptacle 8 designed as a recess, as shown in FIG. 1A shows ten actuator elements 5 within the ten receptacles 8.
  • the actuator elements 5 lie within the outline or outside diameter of the base body 2 of the bone screw 1 on the lateral surface of the base body 2.
  • the maximum outside diameter of the base body 2 is defined by the external thread 3 .
  • the actuator element 5 is designed such that it changes its shape as a result of the heat input associated with the introduced flowable medium M such that the at least one actuator element 5 protrudes beyond the outer diameter of the base body 2 and the external thread due to a change in shape. As a result of this process, the actuator element 1--and with it the base body 2--of the bone screw 1 changes from a first state to a second state.
  • FIG. 1B shows a longitudinal sectional view of the bone screw 1 according to the first embodiment in the second state.
  • the flowable medium M introduced into the channel 4 transfers heat, in particular by thermal conduction, via the base body 2 to the actuator elements 5 .
  • the shape of the actuator elements 5 changes so that the free end section 5b of each actuator element protrudes from the base body 2 counter to the screwing-in direction of the screw 1 due to a change in shape. As a result, both an enlargement of the cross section and a barb effect on the bone screw 1 are produced.
  • the small distance between cavity 7 and recess 8 ensures good heat transfer via base body 2, so that actuator elements 5 are activated.
  • FIG. 1C shows a schematic and perspective longitudinal sectional view of a bone screw 1 according to the first exemplary embodiment in the second state.
  • the channel 4 designed like a blind hole leads inside the base body 2 to a cavity 7 which is arranged in the direction of extension in the distal end of the bone screw 1 .
  • the bone screw 1 shown in FIG. 1C has only a receptacle 8 designed as a recess and an actuator element 5 arranged therein.
  • the bone screw 1 shown has a pointed end section 9 .
  • the bone screw 1 is in the second state (note: the flowable medium M in the screw is not shown in FIG. 1C), so that the actuator element 5 is set up radially outwards against the screwing-in direction.
  • the end section 5b of one actuator element 5 points radially outwards and in the direction of the upper end of the bone screw 1. As described above, both the enlargement of the cross section and a barb effect on the bone screw 1 are thereby produced.
  • the position of the cavity 7 and the receptacle 8 are coordinated. This results in the advantage for the bone screw 1 shown in FIG. 1C that an expansion of the bone screw 1 can be made possible at a specific point in the bone. This is due, for example, to the shape and condition of the bone to be treated or to boundary conditions such as the size and length of the bone screw 1 . In addition, a simplified screwing in of the bone screw 1 can be ensured by the pointed end section 9 .
  • FIG. 2A shows a longitudinal sectional view of a bone screw 1 according to a second embodiment of the present invention.
  • the bone screw 1 comprises essentially the same features as in the first exemplary embodiment, namely a base body 2 with a screw head 10 and a shaft which extends from the head 10 and is provided with an external thread 3 .
  • the corresponding features of the bone screw 1 are provided with identical features as in the first exemplary embodiment and reference is made to the above description.
  • the channel 4 has at least one opening 6 in the area of the external thread 3 in the area of each receptacle 8, which is configured such that the flowable medium M can be guided from the inside of the base body 2 to the outside.
  • the actuator element 5 is designed in such a way that it changes its shape as a result of the heat input associated with the introduced flowable medium M in such a way that the at least one actuator element 5 protrudes from the base body 2 due to a change in shape.
  • direct contact between the medium and the actuator element 5 is possible.
  • FIG. 2B shows a longitudinal sectional view of the bone screw 1 according to the second embodiment in the second state.
  • Heat is transferred to the actuator elements 5 by the flowable medium M introduced into the channel 4 .
  • the shape of the actuator elements 5 changes so that the free end section 5b of each actuator element protrudes from the base body 2 in the radial direction and counter to the screwing-in direction due to a change in shape.
  • both an enlargement of the cross section and a barb effect on the bone screw 1 are produced.
  • the openings 6 are released because the actuator elements 8 stand up to the outside.
  • the flowable medium M can exit through the open openings 6 .
  • the flowable medium M is preferably a heated, hardenable bone cement, which spreads in the vicinity of the openings 6 in the bone, flows around the protruding actuator elements 6 and hardens there. This leads to a further increase in the barb effect and thus to an increase in the anchoring stability of the bone screw 1 in the bone to be treated.
  • FIG. 2C shows a schematic and perspective longitudinal sectional view of a variant of the bone screw 1 according to the second embodiment in the second state.
  • the channel 4 leads inside the base body in the extension direction to the distal end of the bone screw 1 and ends there with an opening 6 which leads from the inside of the base body 2 to the outside.
  • the bone screw 1 shown in FIG. 1C has only a receptacle 8 designed as a recess and an actuator element 5 arranged therein, which closes one opening 6 in the basic state.
  • the bone screw 1 shown has a conical or pointed end section 9 .
  • the bone screw 1 is in the second state (note: the flowable medium M in the screw is not shown in FIG. 2C), so that the actuator element 5 is set up radially outwards and counter to the screwing-in direction and the opening 6 is released.
  • the end section 5b of one actuator element 5 protrudes radially outwards and in the direction of the upper end of the bone screw 1.
  • this produces both the cross-sectional enlargement and a barb effect on the bone screw 1.
  • the flowable medium M can exit through the released opening 6 and flow around both the actuator element 8 and the bone screw 1 . In the hardened state, this leads to a further increase in the barb effect and thus to an increase in the anchoring stability of the bone screw 1 in the bone to be treated.
  • the position of the opening 6 and the recess 8 are coordinated. This results in the advantage for the bone screw 1 shown in FIG. 2C that an expansion of the bone screw 1 can be made possible at a specific point in the bone.
  • flowable medium M can be injected into the bone in a targeted manner. This is due, for example, to the shape and condition of the bone to be treated or to boundary conditions such as the size and length of the bone screw 1 . through the pointed End section 9 can also ensure simplified screwing in of the bone screw 1 .
  • the actuator elements 5 used are preferably shape memory elements, which consist of a shape memory alloy, preferably a nickel-titanium alloy or a nickel-titanium-copper alloy. These are special metals that can exist in two different Krista II structures. They are also often referred to as memory metals. This is due to the phenomenon that they can apparently "remember” an earlier shape despite subsequent severe deformation. The shape transformation is based on a temperature-dependent lattice transformation to one of these two crystal structures.
  • the actuator elements 5 are produced in such a way that the second state has that lattice structure which the actuator element 5 “remembers” by adding temperature.
  • the first state of the actuator element 5 is thus a state in which the actuator element 5 has been reshaped from the lattice structure to be remembered.
  • the actuator element 5 is then brought into the second state (remembered lattice structure) by the heat input of the flowable medium M. It can thus be ensured that after the flowable medium M has cooled, the second state of the actuator elements 5 is retained.
  • FIG. 3A shows a perspective view of a bone screw 1 according to a third embodiment in a first state.
  • the bone screw 1 is basically constructed as in the first and second exemplary embodiment. Therefore, reference is made to the above description and the identical reference numbers. The differences are explained below.
  • the at least one actuator element 5 is shaped in such a way that in the first state it is arranged within a thread turn 3a of the external thread 3 and runs parallel to the helix 3b of the external thread 3 at least in sections.
  • FIG. 3A shows five actuator elements 5 which are arranged in sections in the thread turn 3a of the external thread 3 of the bone screw 1.
  • FIG. This saves a processing step of manufacturing a recess. Nevertheless, it is ensured that the at least one actuator element 5 is located within the base body 2 in the basic state.
  • FIG. 3B shows a perspective view of the bone screw 1 according to the third embodiment in a second state.
  • the five actuator elements 5 protrude outwards from the base body 2 and out of the external thread 3 .
  • five openings 6 are released.
  • the design of the third exemplary embodiment corresponds approximately to that of the second exemplary embodiment.
  • a type with cavity 7, as in the first embodiment, with Actuator elements 5, which run in the thread 3a of the external thread 3 of the bone screw 1, is also possible.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a bone screw with a pointed end section according to a fourth embodiment in a first state.
  • the bone screw 1 is basically constructed as in the first to third exemplary embodiments. Therefore, reference is made to the above description and the identical reference numbers. The differences are explained below.
  • Fig. 4 shows, the recess 8 runs continuously from the upper end to the distal end of the bone screw 1 parallel to the thread axis in the longitudinal direction of the screw 1.
  • Figs. 1A, 1B, 2A and 2B show recesses 8 which are parallel to the thread axis in the longitudinal direction of the screw 1 are arranged divided into individual sections along the base body 2.
  • Fig. 4 shows an example of three actuator elements 5 and four openings 6 (further actuator elements were omitted in Fig. 4 to show the openings 6) in the continuous recess 8.
  • an actuator element 5 can cover a plurality of openings 6, or that actuator elements 5 are present which do not cover any openings 6.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a bone screw according to a fifth embodiment in a first state.
  • the bone screw 1 is basically constructed as in the first to third exemplary embodiments. Therefore, reference is made to the above description and the identical reference numbers. The differences are explained below.
  • the channel-shaped receptacle 8 designed as a recess runs along a helical shape on the outer circumference in the lateral surface of the bone screw 1, but in the opposite direction to the external thread 3.
  • Such an arrangement enables the actuator elements 5 to be evenly distributed in all radial directions be made possible. This leads to an even distribution of the anchoring force of the bone screw 1 in the bone to be treated.
  • FIG. 6A shows a longitudinal sectional view of the bone screw 1 according to the second embodiment in a modification in the first state.
  • the Screw 1 is provided between screw head 11 and external thread 3 with implantation holes 11 which communicate with a continuous channel 4 in the longitudinal direction of screw 1 from screw head 10 to the distal end.
  • Each implantation hole 11 corresponds to a guide hole 11 extending in the radial direction of the male thread 3 and configured to receive a guide wire for implanting the bone screw 1 .
  • Implanting the bone screw 1 using a guide wire has the advantage that the bone screw 1 can be used in a more targeted manner. In addition, gripping the bone screw 1 from within the bone screw 1 during implantation is made possible.
  • the bone screw 1 can be implanted by a tool which penetrates through the screw head 10 into the channel 4 and engages with the guide openings 11 from the inside. It can thus be avoided that a tool with an outer diameter larger than the outer diameter of the screw head 11 has to be used. Surrounding bone or muscle tissue can thus be protected or spared.
  • each guide opening 11 can accommodate the guide wire for implanting the bone screw 1 .
  • the actuator elements 12 only leave the guide openings 11 open to the extent necessary to accommodate a guide wire for implanting the bone screw 1 .
  • FIG. 6B shows the actuator elements 12 in a state in which the flowable medium M is guided into the channel 4 of the base body 2 .
  • the actuator elements 12 are configured in such a way that they change their shape as a result of the heat input associated with the flowable medium M and close the guide openings 11 in order to prevent the flowable medium M from flowing out.
  • FIG. 6A and 6B also show a bone screw 1 according to the second exemplary embodiment in the first state with a continuous channel 4 which has a channel opening 4a at the distal end of the bone screw.
  • the flowable medium M can flow out and flow around the tip of the bone screw 1 .
  • FIG. 7A shows a perspective view of a screw head 10 which is arranged at the upper end of the base body 2 of the bone screw 1.
  • FIG. The screw head 10 has an external thread 13 which is configured in such a way that an injector 15 shown in FIG. 7B can be screwed on.
  • the flowable medium M can be injected into the channel through the injection device 15 .
  • 7A also shows that the screw head has a hexagon socket 14 .
  • the bone screw 1 can be screwed using the hexagon socket 14 and a corresponding hexagonal tool.
  • FIG. 7B shows a simplified bone screw 1 with an injection device 15 screwed on.
  • the receptacles 8 designed as recesses and the actuator elements 5 have been omitted in FIG. 7B.
  • the screw heads 10 shown in FIGS. 7A and 7B are not limited to one exemplary embodiment, but can be arranged on all exemplary embodiments shown.
  • the present invention is not limited to the exemplary embodiments described. Further modifications and variations of the exemplary embodiments are conceivable within the scope of the claims. An exemplary embodiment would be possible, for example, with a screw head with an external hexagon, external square, internal square or external square of a wing screw.
  • actuator elements are activated by means of heat applied from the outside.
  • the actuator elements In the case of bone screws which are attached close to the skin surface of a patient, it would thus be possible to set up the actuator elements at different times.
  • an increase in anchorage stability would be possible regardless of the time of implantation or cement injection.
  • an exemplary embodiment would be conceivable in which an actuator element is provided on the screw head 10, which indicates whether cement injection or expansion of the actuator element has already taken place. In the case of a large number of implanted bone screws, this makes it easier for the user to see which bone screws still have to be expanded.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube (1), die insbesondere als chirurgische Knochenschraube für den Einsatz unter anderem in der Osteosynthese oder der Instrumentierung der Wirbelsäule zur Erhöhung der Verankerungsstabilität in einer Knochenstruktur verwendet wird und einen Grundkörper (2) mit einem Außengewinde (3) und einem Kanal (4) zum Einleiten eines fließfähigen und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzenden Mediums (M), wie aushärtbarem Knochenzement, umfasst. Um die Verankerungsstabilität dieser Schraube (1) zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schraube (1) wenigstens ein Aktorelement (5) aufweist, das durch Einwirkung des in den Kanal (4) eingeleiteten Mediums (M) von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführbar ist. Die vorliegende Erfindung stellt zudem ein Verfahren zur Verankerung dieser Schraube (2) bereit.

Description

Chirurgische Knochenschraube mit aufstellbarem Aktorelement durch die Einspritzung von fließfähigem Medium
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Verankerung einer solchen Schraube gemäß Anspruch 15. Eine solche Schraube dient insbesondere als chirurgische Knochenschraube für den Einsatz in der Osteosynthese oder der Instrumentierung der Wirbelsäule und dient der Erhöhung der Verankerungsstabilität, insbesondere im osteoporotischen Knochen, um die Auslockerung aus dem Knochen zu reduzieren.
Um die Relativbewegungen zwischen Frakturteilen zu unterdrücken, ist eine hohe Verankerungsstabilität von Schrauben-Implantaten direkt nach dem Einbringen in den Knochen erforderlich. Dies gilt insbesondere bei Implantaten, die in der Nähe von nervalen Strukturen eingesetzt werden, wie beispielsweise Pedikelschrauben. Durch die unmittelbare Nähe der Schraube zum durch den Wirbelkanal verlaufenden Rückenmark kann eine Lockerung des Implantates im Wirbelkörper schwerwiegende Folgen haben. Nimmt die Dichte des Knochens ab (Osteoporose), ist bereits die primäre Verankerung von Implantaten besonders schwierig.
Speziell bei osteoporotischen Knochen ist jedoch die nötige Verankerungsstabilität aufgrund der strukturellen Schwächung und des begrenzten Platzes nicht in jedem Fall gewährleistet. Oftmals finden die Schauben-Implantate während der Operation keinen ausreichenden Halt im knöchernen Umfeld und erfordern, entgegen der ursprünglichen Planung, eine Anpassung der Positionierung und verwendeten Schraubengröße, was zu einer zusätzlichen Schädigung von intaktem Knochenmaterial führt. Darüber hinaus können postoperativ unter physiologischen Belastungen aseptische (nicht entzündliche) Auslockerungen auftreten, die auf Mikrobewegungen an der Knochen-Implantat-Schnittstelle infolge einer unzureichenden Implantatstabilität zurückzuführen sind.
Schlägt die langfristige Osteosynthese oder Instrumentierung der Wirbelsäule infolge der Auslockerung fehl, müssen die betroffenen Schrauben-Implantate im Rahmen einer Revisionsoperation ersetzt werden. Jedoch stellt insbesondere bei älteren Patienten jeder operative Eingriff ein erhebliches Risiko dar, bei dem schwerwiegende Begleitkomplikationen auftreten können. Beim Entfernen können große Bereiche der knöchernen Wirbel Struktur zerstört werden, was ein erneutes Einbringen eines Implantates erheblich erschwert.
Aufgrund hoher Lebenserwartungen und der Zunahme von Revisionsoperationen, müssen die Risiken einer Folgeoperation und die zusätzliche Schädigung von intaktem Knochenmaterial vermieden und eine Verbesserung der Verankerungsstabilität von chirurgischen Schrauben direkt nach der Implantation ermöglicht werden.
Beschreibung des Stands der Technik
Chirurgische Knochenschrauben sind im Stand der Technik bekannt. Ist eine Verankerung alleine durch die Geometrie der Schaube nicht mehr möglich, können kanülierte Schrauben verwendet werden. Diese ermöglichen die Injektion von Knochenzement, welcher sich um die Austrittsöffnung im Wirbelkörper verteilt und aushärtet. Eine gezielte Injektion des Knochenzementes in bestimmten Bereichen sowie eine Steuerung der Verteilung des Zementes ist nur bedingt möglich.
Eine Knochenschraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 10 2011 112 890 A1 bekannt. Darin ist eine Knochenschraube mit einem Gewindekörper offenbart, die ferner einen inneren Kanal umfasst, der sich in Längsrichtung durch einen Schraubenkopf und durch mindestens einen Teil des Gewindekörpers erstreckt. Der Schraubenkörper umfasst mehrere radial angeordnete Abgabekanäle, die den inneren Kanal mit der Außenseite des Gewindekörpers verbinden. Die Erfindung umfasst ferner Vorrichtungen, die einen Abgabeverteiler umfassen, der abnehmbar an dem Schraubenkopf der Knochenschraube angebracht ist und ein fließfähiges Medium über die Schraube in den Knochen pressen kann. Das Medium härtet aus und fixiert die Knochenschraube im Knochen.
Allerdings bringt oben beschriebene Fixierungsanordnung auch einige Nachteile mit sich: Die Außenform der Schraube bleibt formgleich und kann einem Herausdrehen der Knochenschraube aus dem ausgehärteten Zement nicht übermäßig entgegenwirken und somit eine Verankerungsstabilität auf lange Sicht nicht gewährleisten.
Eine weitere Methodik zur Erhöhung der Verankerungsstabilität stellen Knochenschrauben mit oben beschriebenen Zementkanälen und zusätzlichen aufstellbaren Widerhakenkomponenten dar. Hierbei werden die vorgespannten Widerhakenkomponenten nach Einsetzen der Knochenschraube nach außen gedrückt, um zu verhindern, dass die Knochenschraube aus dem Knochen herausgezogen wird.
Ein Beispiel für eine solche Knochenschraube mit aufstellbaren Widerhakenkomponenten ist im Patentdokument EP 1 885 263 A1 offenbart. Darin ist ein Mechanismus beschrieben, in dem sich Fixierungsabschnitte wie Anker aufstellen lassen, indem eine Stützstruktur und eine Umhüllungsvorrichtung nach Einsatz der Knochenschraube an der Operationsstelle zueinander verschoben werden, um die Vorrichtung zur Knochenverstärkung nach dem Einsatz sicher an Ort und Stelle zu positionieren. Knochenzement oder anderes Material kann über die Stützstruktur bereitgestellt werden, um die positionierte Stützstruktur für die Behandlung zu sichern.
Durch die Verschiebung der Strukturen beim Vorgang der Aufstellung der Fixierungsabschnitte wird die innere Struktur, respektive die Spitze, der Knochenschraube teilweise aus dem Knochen herausgeführt, welches bereits bei der Fixierung der Schraube zu einer Herabsetzung der Verankerungsstabilität führen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der T echnik bekannten Probleme zu lösen und eine Knochenschraube mit erhöhter Verankerungsstabilität bereitzustellen.
Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung eine Schraube nach Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Schraube dient insbesondere als chirurgische Knochenschraube u. a. für den Einsatz in der Osteosynthese oder der Instrumentierung zur Erhöhung der Verankerungsstabilität in einer Knochenstruktur und umfasst einen Grundkörper mit einem Außengewinde und einem Kanal zum Einleiten eines fließfähigen und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzenden Mediums, wie aushärtbarem Knochenzement, wobei die Schraube wenigstens ein Aktorelement aufweist, das durch Einwirkung des in den Kanal eingeleiteten Mediums von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführbar ist.
Hierdurch ergibt sich der vorteilhafte Effekt, dass eine erhöhte Stabilisierung der Festigkeit im Knochen beispielsweise durch eine Kombination aus Zementeinspritzung und Ankerwirkung erreicht werden kann. Zusätzlich kann eine Aktivierung des Aktorelements lediglich durch den Wärmeeintrag hervorgerufen werden, ohne weitere mechanische Eingriffe auf die Knochenschraube ausüben zu müssen, welche die Verankerungsstabilität mindern können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Es kann von Vorteil sein, wenn das Aktorelement zur Überführung von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegbar oder verformbar ist, vorzugsweise aus einer flachen oder ebenen Konfiguration in eine gekrümmte Konfiguration. In der flachen Konfiguration ist das aktuelle Element besonders kompakt und übt beim Einschrauben der Schraube einen geringen Widerstand aus. In der gekrümmten Konfiguration hingegen kann sich das Aktorelement optimal an der umliegenden Struktur verankern und vergrößert den Widerstand der Schraube, insbesondere bei einer Bewegung entgegen der Einschraubrichtung erheblich. Es kann sich als nützlich erweisen, wenn das Aktorelement in der ersten Stellung innerhalb eines Durchmessers des Außengewindes angeordnet ist, und der zweiten Stellung zur Verankerung der Schraube über den Durchmesser des Außengewindes vorsteht. Dadurch ist der durch das Aktorelement ausgeübte Widerstand beim Einschrauben der Schraube in der ersten Stellung besonders gering und der zweiten Stellung beim Herausdrehen der Schraube besonders groß.
Es kann sinnvoll sein, wenn das Aktorelement in der ersten Stellung wenigstens abschnittsweise am Grundkörper anliegt, und in der zweiten Stellung vom Grundkörper absteht, vorzugsweise radial und/oder entgegen der Einschraubrichtung der Schraube. Auch diese Ausführung begünstigt das Einschrauben der Schraube mit möglichst geringem Widerstand und erschwert das Herausdrehen der Schraube entgegen der Einschraubrichtung durch Ausübung eines großen Widerstands auf die umliegende Umgebung.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn das Aktorelement in der ersten Stellung in einer vorzugsweise entsprechend geformten Aufnahme in der Mantelfläche des Grundkörpers angeordnet ist und in der zweiten Stellung aus der Aufnahme herausragt. In der Aufnahme kann das Aktorelement in der ersten Stellung besonders kompakt verstaut werden.
Es kann nützlich sein, wenn die Schraube eine Mehrzahl solcher Aktorelemente aufweist, die vorzugsweise regelmäßig in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Grundkörpers angeordnet sind. Dadurch kann die Schraube besonders sicher und gleichmäßig in der Knochenstruktur verankert werden.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Kanal, vorzugsweise im Bereich des Außengewindes, mindestens eine Öffnung aufweist, wobei bevorzugt das Aktorelement die Öffnung in der ersten Stellung verschließt und in der zweiten Stellung freigibt. Durch die im Bereich des Außengewindes liegende Kanalöffnung kann das fließfähige Medium wie zum Beispiel Knochenzement gezielt an die Mantelfläche des Grundkörpers geführt werden, um das Außengewinde in dem Knochenzement einzubetten und die Schraube sicher in der Knochenstruktur zu verankern.
Es kann praktisch sein, wenn die Schraube, vorzugsweise zwischen Außengewinde und Schraubenkopf, mindestens eine Führungsöffnung zur Aufnahme eines Führungsdrahtes zum Implantieren der Schraube aufweist, wobei die Führungsöffnung bevorzugt mit dem Kanal kommuniziert, wobei das Aktorelement die Führungsöffnung besonders bevorzugt in der ersten Stellung freigibt und in der zweiten Stellung verschließt. Diese Führungsöffnung erleichtert die Handhabung der erfindungsgemäßen Schraube insbesondere bei eingeschränkten Platzverhältnissen.
Es kann sich als zweckdienlich erweisen, wenn der Kanal in Längsrichtung des Grundkörpers verläuft, vorzugsweise koaxial zur Längsachse des Grundkörpers, wobei der Kanal bevorzugt als Sackloch ausgebildet ist und in einem abgeschlossenen Hohlraum endet, in dem das fließfähige Medium gesammelt werden kann, oder der Kanal als Durchgangsloch ausgebildet ist und den Grundkörper in Längsrichtung vollständig durchdringt, wobei der Kanal besonders bevorzugt wenigstes eine Verzweigung aufweist. Bei dieser Ausführung kann das fließfähige Medium im Kanal gezielt an bestimmte Stellen des Grundkörpers geleitet werden. Durch die Kanalverzweigungen kann das im Kanal geleitete Medium auch gezielt in bestimmte Teilmengen unterteilt werden. Dadurch ist es möglich, das fließfähige Medium gezielt und gleichmäßig über den Umfang und/oder die Länge des Grundkörpers austreten zu lassen, um den Grundkörper in dem fließfähigen Medium einzubetten.
Es kann hilfreich sein, wenn ein vorzugsweise distaler Endabschnitt des Aktorelements am Grundkörper fixiert ist, wobei sich bevorzugt ein dem distalen Endabschnitt gegenüberliegender Endabschnitt beim Überführen des Aktorelements in die zweite Stellung nach außen aufstellt, um einen Widerhakeneffekt zu bewirken. Dadurch wird unter anderem verhindert, dass sich das distale Ende des Aktorelements ungewollt an der Kn och en Struktur verkantet und aufstellt. Vielmehr wird das Aktorelement bei dieser Ausführung beim Einschrauben der Schraube in die Knochenstruktur in die erste Stellung zurückgedrängt. Beim Herausdrehen der Schraube entgegen der Einschraubrichtung verhakt sich das dem distalen Endabschnitt gegenüberliegende Ende des Aktorelements an der Knochenstruktur und begünstigt damit die Überführung des Aktorelements in die zweite Stellung.
Es kann sich als weiterführend erweisen, wenn eine Wandstärke des Grundkörpers im Bereich zwischen dem Kanal und dem Aktorelement lokal verringert ist, um eine Wärmeleitung zwischen dem Kanal und dem Aktorelement zu erhöhen. Die hier beschriebene Gestaltung des Grundkörpers begünstigt die Übertragung der Wärmeenergie von dem im Kanal geführten Medium auf das Aktorelement.
Es kann zweckdienlich sein, wenn das Aktorelement durch die Wärmeenergie des in den Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar ist, um das Aktorelement vorzugsweise stufen von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen. In dieser Ausführung ist zur Aktivierung des Aktorelements bzw. zur Überführung des Aktorelements von der ersten die zweite Stellung ein unmittelbarer Kontakt zu dem in den Kanal eingeleiteten Medium nicht erforderlich. Durch eine stufenlose Einstellung ist die Verformung des Aktorelements nicht auf eine gekrümmte Konfiguration begrenzt, sondern kann zwischen der flachen Konfiguration und der gekrümmten Konfiguration beliebig viele Konfigurationen eingehen. Der Grad der Krümmung kann durch den Betrag der Wärmeenergie des in den Kanal eingeleiteten Mediums gesteuert werden.
Es kann sich als praktisch erweisen, wenn das Aktorelement ein Formgedächtniselement ist, welches aus einer Formgedächtnislegierung, vorzugsweise einer Nickel-Titan-Legierung oder einer Nickel-Titan-Kupfer-Legierung besteht. Dadurch kann das Aktorelement mit geringer Aktivierungsenergie von der ersten in die zweite Stellung überführt werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Schraube, vorzugsweise am oberen Ende des Grundkörpers, einen Schraubenkopf aufweist, wobei der Schraubenkopf bevorzugt ein Außengewinde, insbesondere zum Aufschrauben einer Einspritzvorrichtung, und/oder einen Innen-Sechskant aufweist. Dadurch erleichtert sich die bestimmungsgemäße Benutzung der erfindungsgemäßen Schraube.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verankerung einer Schraube nach einer der vorangehenden Ausführungen, wobei nach dem Einschrauben der Schraube ein fließfähiges und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzendes Medium in den Kanal eingeleitet wird, um das Aktorelement aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen, wobei vorzugsweise das fließfähiges Medium durch wenigstens eine Öffnung aus dem Grundkörper austritt, um den Grundkörper zumindest abschnittsweise darin einzubetten.
Weiterer vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbart sind.
Begriffe und Definitionen
In der gesamten Beschreibung ist der Begriff „distal“ immer in Bezug auf einen Bezugskörper zu sehen. Hier bezieht sich der Begriff „distal“ auf den Kopf der Knochenschraube. Ein „distales Ende“ der Knochenschraube ist demnach das vom Kopf abgewandte Einführende der Schraube. Ein „distales Ende“ des Aktorelements ist ebenfalls vom Kopf der Knochenschraube abgewandt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Es zeigen: Fig. 1A eine schematische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand in welchem Aktorelemente, die durch Wärmeeinwirkung eines in den Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind.
Fig. 1 B eine schematische Längsschnittansicht der Knochenschraube gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand, in welchem die Aktorelemente durch Einwirkung des in den Kanal eingeleiteten Mediums aktiviert sind und entgegen der Einschraubrichtung der Schraube von der Mantelfläche des Grundkörpers vorstehen.
Fig. 1 C eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand.
Fig. 2A eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand, in welchem Aktorelemente, die durch Wärmeeinwirkung eines in den als Sackloch ausgeführten Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, in jedem einzelnen Gewindegang gesondert an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind, um die Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers zu verschließen.
Fig. 2B eine Längsschnittansicht der Knochenschraube gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand, in welchem die Aktorelemente durch Einwirkung des in den Kanal eingeleiteten Mediums aktiviert sind und entgegen der Einschraubrichtung der Schraube von der Mantelfläche des Grundkörpers vorstehen, um die Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers freizugeben.
Fig. 2C eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht der Knochenschraube gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand.
Fig. 3A eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand, in welchem die Aktorelemente, die durch Einwirkung eines in den ausgebildeten Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, im Gewindegang des Außengewindes schraubenförmig an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind, um die Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers zu verschließen.
Fig. 3B zeigt eine perspektivische Ansicht der Knochenschraube gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand, in welchem die Aktorelemente durch Einwirkung des in den Kanal eingeleiteten Mediums aktiviert sind und entgegen der Einschraubrichtung der Schraube von der Mantelfläche des Grundkörpers vorstehen, um die Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers freizugeben.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube mit spitzem Endabschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand, in welchem streifenförmige Aktorelemente, die durch Einwirkung eines in den Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, in parallel zur Gewindeachse verlaufenden und das Außengewinde unterbrechenden Rinnen an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind, um einige der Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers im Bereich jeder Rinne zu verschließen.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand, in welchem schraubenförmige Aktorelemente, die durch Einwirkung eines in den Kanal eingeleiteten Mediums aktivierbar sind, in quer zum Gewindegang schraubenförmig verlaufenden und das Außengewinde unterbrechenden Rinnen an der Mantelfläche des Grundkörpers angelegt sind, um einige der Kanalöffnungen in der Mantelfläche des Grundkörpers im Bereich der Rinne zu verschließen;
Fig. 6A zeigt eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Knochenschraube gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Abwandlung im ersten Zustand, wobei die Knochenschraube in der dargestellten Abwandlung einen in Längsrichtung durchgehenden Kanal mit einer Öffnung am distalen Ende der Schraube aufweist, wobei Implantierungslöcher in der Mantelfläche der Knochenschraube oberhalb des Außengewindes mit dem Kanal kommunizieren.
Fig. 6B zeigt eine Längsschnittansicht der Knochenschraube gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand.
Fig. 7A zeigt eine perspektivische Ansicht eines mit Außengewinde und Innensechskant versehenden Schraubenkopfs; und
Fig. 7B zeigt eine perspektivische Längsschnittansicht eines mit Außengewinde und Innensechskant versehenden Schraubenkopfs mit aufgesetzter Medienspritzvorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Fig. 1A zeigt eine Längsschnittansicht einer Knochenschraube 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Knochenschraube 1 umfasst einen Grundkörper 2, der sich in Längsrichtung der Knochenschraube erstreckt (Erstreckungsrichtung). Die Knochenschraube 1 weist am oberen Ende einen Schraubenkopf 10 auf. Die Knochenschraube kann mittels einem dem Schraubenkopf 10 entsprechenden Werkzeug in einen zu behandelnden Knochen eingeschraubt werden. Die Knochenschraube 1 weist zudem auf der Umfangsfläche des Grundkörpers 2 ein Außengewinde 3 auf, das sich entlang einer mit der Längsachse zusammenfallenden Gewindeachse erstreckt. Eine Länge, ein Durchmesser und eine Gewindeform der Knochenschraube 1 können auf einen entsprechenden Anwendungsfall zugeschnitten gestaltet werden.
Die Knochenschraube 1 weist in Erstreckungsrichtung einen Kanal 4 auf, welcher vorzugsweise von einem oberen Ende bis zu einem distalen Ende in Erstreckungsrichtung der Konchenschraube 1 verläuft und innerhalb der Knochenschraube 1 in einem Hohlraum 7 endet. Die Achse des Kanals 4 erstreckt sich vorzugsweise koaxial zur Längsachse des Grundkörpers 2. Der Kanal 4 ist dazu entsprechend konfiguriert, dass ein fließfähiges Medium M, insbesondere erhitzter aushärtbarer Knochenzement, über den Kanal 4 in den Hohlraum 7 geführt werden kann.
Der Grundkörper 2 weist zumindest eine als Aussparung ausgebildete Aufnahme 8 auf, die einer Vertiefung in der Umfangs- bzw. Mantelfläche der Knochenschraube 1 entspricht. Die Aufnahme 8 weist in Blickrichtung radial zur Gewindeachse vorzugsweise eine Rechteckform auf und verläuft parallel zur Gewindeachse in Erstreckungsrichtung der Knochenschraube 1. Die in Fig. 1A dargestellte Knochenschraube 1 weist auf der Umfangsfläche zehn Aussparungen 8 auf. Durch die zumindest eine Aufnahme 8 wird das Außengewinde 3 abschnittsweise unterbrochen. Durch die vertiefte Struktur der Aufnahme 8 besteht ein kürzerer Abstand des ausgesparten Bereichs zum Hohlraum 7 im Inneren des Grundkörpers 2 der Knochenschraube 1 .
Die Knochenschraube 1 weist zudem in jeder Aufnahme 8 ein Aktorelement 5 auf, welches vorzugsweise als Formgedächtniselement ausgebildet und derart konfiguriert ist, um durch das Zuführen des fließfähigen Mediums M in den Kanal 4 die Form zu ändern. Das Aktorelement 5 ändert hierbei seine Form durch einen mit dem eingeführten fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag. Ein direkter Kontakt zwischen dem Medium um dem Aktorelement 5 ist dafür nicht erforderlich. Die zur Aktivierung des Aktorelements 5 erforderliche Wärmeenergie wird dem Aktorelement 5 durch konduktive Wärmeübertragung über den Grundkörper 2 zugeführt. Das Aktorelement 5 ist derart konfiguriert, dass lediglich ein distaler Endabschnitt 5a des Aktorelements 5 am Grundkörper 2 fixiert ist und ein dem distalen Endabschnitt gegenüberliegender freier Endabschnitt 5b nicht am Grundkörper 2 fixiert ist. Die Fixierung des distalen Endabschnitts 5a kann beispielsweise mittels Schweißen oder Verpressen geschehen. Das Aktorelement 5 ist derart geformt, dass es in einem Grundzustand eine flache und gerade Form aufweist. Im ersten Ausführungsbeispiel ist das zumindest eine Aktorelement 5, wie in Fig. 1A gezeigt, entsprechend der Länge der zumindest einen als Aussparung ausgebildeten Aufnahme 8 geformt und innerhalb der Aufnahme 8 angeordnet. Fig. 1A zeigt zehn Aktorelemente 5 innerhalb der zehn Aufnahmen 8. Im Grundzustand liegen die Aktorelemente 5 innerhalb des Umrisses bzw. Außendurchmessers des Grundkörpers 2 der Knochenschraube 1 an der Mantelfläche des Grundkörpers 2 an. Der maximale Außendurchmesser des Grundkörpers 2 wird über das Außengewinde 3 definiert. Das Aktorelement 5 ist derart gestaltet, dass es durch den mit dem eingeführten fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag seine Form derart ändert, dass das zumindest eine Aktorelement 5 durch Formänderung von dem Grundkörper 2 und dem Außengewinde über dessen Außendurchmesser heraussteht. Durch diesen Vorgang geht das Aktorelement 1 - und damit einhergehend der Grundkörper 2 - der Knochenschraube 1 von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand über.
Fig. 1 B zeigt eine Längsschnittansicht der Knochenschraube 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Durch das in den Kanal 4 eingeführte fließfähige Medium M wird Wärme insbesondere per Wärmeleitung über den Grundkörper 2 auf die Aktorelemente 5 übertragen. Die Aktorelemente 5 verändern die Form, so dass der freie Endabschnitt 5b jedes Aktorelements jeweils durch Formänderung entgegen der Einschraubrichtung der Schraube 1 von dem Grundkörper 2 hervorsteht. Hierdurch wird sowohl eine Querschnittsvergrößerung als auch ein Widerhakeneffekt an der Knochenschraube 1 erzeugt. Hierbei sorgt der kleine Abstand zwischen Hohlraum 7 und Aussparung 8 für eine gute Wärmeübertragung über den Grundkörper 2, so dass die Aktorelemente 5 aktiviert werden.
Fig. 1 C zeigt eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht einer Knochenschraube 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Der sacklochartig ausgebildete Kanal 4 führt im Inneren des Grundkörpers 2 zu einem Hohlraum 7, der in Erstreckungsrichtung im distalen Ende der Knochenschraube 1 angeordnet ist. Die in Fig. 1C gezeigte Knochenschraube 1 weist zu Darstellungszwecken lediglich eine als Aussparung ausgebildete Aufnahme 8 und ein darin angeordnetes Aktorelement 5 auf. Zudem weist die gezeigte Knochenschraube 1 einen spitzen Endabschnitt 9 auf. Die Knochenschraube 1 befindet sich im zweiten Zustand (Anmerkung: das fließfähige Medium M in der Schraube ist in Fig. 1C nicht dargestellt), so dass das Aktorelement 5 radial nach außen entgegen der Einschraubrichtung aufgestellt ist. Der Endabschnitt 5b des einen Aktorelements 5 zeigt hierbei radial nach außen und in Richtung des oberen Endes des Knochenschraube 1. Hierdurch wird wie oben beschrieben, sowohl die Querschnittsvergrößerung als auch ein Widerhakeneffekt an der Knochenschraube 1 erzeugt.
Die Lage des Hohlraums 7 und der Aufnahme 8 sind aufeinander abgestimmt. Daraus ergibt sich für die in Fig. 1C gezeigte Knochenschraube 1 der Vorteil, dass an einer bestimmten Stelle im Knochen eine Aufweitung der Knochenschraube 1 ermöglicht werden kann. Dies ist beispielsweise durch die Form und den Zustand des zu behandelnden Knochens oder durch Randbedingungen bedingt, wie Größe und Länge der Knochenschraube 1 . Durch den spitzen Endabschnitt 9 kann zudem ein vereinfachtes Einschrauben der Knochenschraube 1 gewährleistet werden.
Fig. 2A zeigt eine Längsschnittansicht einer Knochenschraube 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Knochenschraube 1 umfasst im Wesentlichen dieselben Merkmale wie im ersten Ausführungsbeispiel, nämlich einen Grundkörper 2 mit einem Schraubenkopf 10, einem sich vom Kopf 10 erstreckenden und mit einem Außengewinde 3 versehenen Schaft. Um Wiederholungen zu vermeiden sind die entsprechenden Merkmale der Knochenschraube 1 mit identischen Merkmalen wie im ersten Ausführungsbeispiel versehen und es wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Kanal 4 im Bereich jeder Aufnahme 8 mindestens eine Öffnung 6 im Bereich des Außengewindes 3 auf, die derart konfiguriert ist, dass das fließfähige Medium M vom Inneren des Grundkörpers 2 nach Außen geführt werden kann.
Das Aktorelement 5 ist derart gestaltet, dass es durch den mit dem eingeführten fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag seine Form derart ändert, dass das zumindest eine Aktorelement 5 durch Formänderung von dem Grundkörper 2 heraussteht. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein direkter Kontakt zwischen dem Medium und dem Aktorelement 5 möglich.
Fig. 2B zeigt eine Längsschnittansicht der Knochenschraube 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Durch das in den Kanal 4 eingeführte fließfähige Medium M wird Wärme auf die Aktorelemente 5 übertragen. Die Aktorelemente 5 verändern die Form, so dass der freie Endabschnitt 5b jedes Aktorelements jeweils durch Formänderung in radialer Richtung und entgegen der Einschraubrichtung von dem Grundkörper 2 heraussteht. Hierdurch wird sowohl eine Querschnittsvergrößerung als auch ein Widerhakeneffekt an der Knochenschraube 1 erzeugt. Durch den mit dem fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag, werden die Öffnungen 6 freigegeben, da sich die Aktorelemente 8 nach außen aufstellen.
Durch die geöffneten Öffnungen 6 kann das fließfähige Medium M austreten. Vorzugsweise ist das fließfähige Medium M ein erhitzter aushärtbarer Knochenzement, der sich im Umfeld der Öffnungen 6 im Knochen ausbreitet, die herausstehenden Aktorelemente 6 umfließt und dort aushärtet. Dies führt zu weiterer Erhöhung des Widerhakeneffekts und somit der Erhöhung der Verankerungsstabilität der Knochenschraube 1 im zu behandelnden Knochen.
Fig. 2C zeigt eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht einer Variante der Knochenschraube 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Der Kanal 4 führt im inneren des Grundkörpers in Erstreckungsrichtung bis zum distalen Ende der Knochenschraube 1 und endet dort mit einer Öffnung 6, die vom Inneren des Grundkörpers 2 nach außen führt. Die in Fig. 1C gezeigte Knochenschraube 1 weist zu Darstellungszwecken lediglich eine als Aussparung ausgebildete Aufnahme 8 und ein darin angeordnetes Aktorelement 5 auf, welches im Grundzustand die eine Öffnung 6 verschließt. Zudem weist die gezeigte Knochenschraube 1 einen konischen bzw. spitzen Endabschnitt 9 auf.
Die Knochenschraube 1 befindet sich im zweiten Zustand (Anmerkung: das fließfähige Medium M in der Schraube ist in Fig. 2C nicht dargestellt), so dass das Aktorelement 5 radial nach außen und entgegen der Einschraubrichtung aufgestellt und die Öffnung 6 freigegeben ist. Der Endabschnitt 5b des einen Aktorelements 5 steht radial nach außen und in Richtung des oberen Endes des Knochenschraube 1. Hierdurch wird, wie oben beschrieben, sowohl die Querschnittsvergrößerung als auch ein Widerhakeneffekt an der Knochenschraube 1 erzeugt. Zudem kann das fließfähige Medium M durch die freigegebene Öffnung 6 austreten und sowohl das Aktorelement 8, als auch die Knochenschraube 1 umfließen. Dies führt im ausgehärteten Zustand zu weiterer Erhöhung des Widerhakeneffekts und somit der Erhöhung der Verankerungsstabilität der Knochenschraube 1 im zu behandelnden Knochen.
Die Lage der Öffnung 6 und der Aussparung 8 sind aufeinander abgestimmt. Daraus ergibt sich für die in Fig. 2C gezeigte Knochenschraube 1 der Vorteil, dass an einer bestimmten Stelle im Knochen eine Aufweitung der Knochenschraube 1 ermöglicht werden kann. Zudem kann gezielt fließfähiges Medium M in den Knochen injiziert werden. Dies ist beispielsweise durch die Form und den Zustand des zu behandelnden Knochens oder durch Randbedingungen, wie Größe und Länge der Knochenschraube 1 bedingt. Durch den spitzen Endabschnitt 9 kann zudem ein vereinfachtes Einschrauben der Knochenschraube 1 gewährleistet werden.
Die verwendeten Aktorelemente 5 sind vorzugsweise Formgedächtniselemente, welche aus einer Formgedächtnislegierung, vorzugsweise einer Nickel-Titan-Legierung oder einer Nickel-Titan-Kupfer-Legierung bestehen. Dies sind spezielle Metalle, die in zwei unterschiedlichen Krista II Strukturen existieren können. Sie werden oft auch als Memorymetalle bezeichnet. Dies rührt von dem Phänomen her, dass sie sich an eine frühere Formgebung trotz nachfolgender starker Verformung scheinbar „erinnern“ können. Die Formwandlung basiert auf einer temperaturabhängigen Gitterumwandlung zu einer dieser beiden Kristallstrukturen.
Die Aktorelemente 5 werden derart hergestellt, dass der zweite Zustand jene Gitterstruktur aufweist, an welche sich das Aktorelement 5 durch Temperaturzugabe „errinnert“. Der erste Zustand des Aktorelements 5 ist somit ein Zustand, in dem das Aktorelement 5 aus der zu erinnernden Gitterstruktur heraus umgeformt wurde. Durch den Wärmeeintrag des fließfähigen Mediums M wird das Aktorelement 5 dann in den zweiten Zustand (erinnerte Gitterstruktur) gebracht. Somit kann gewährleistet werden, dass nach Abkühlen des fließfähigen Mediums M der zweite Zustand der Aktorelemente 5 erhalten bleibt.
Fig. 3A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand. Die Knochenschraube 1 ist grundsätzlich wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Daher wird auf die obige Beschreibung und die identischen Bezugszeichen verwiesen. Die Unterschiede werden nachstehend erläutert. Wie in Fig. 3A dargestellt, ist das zumindest eine Aktorelement 5 derart geformt, dass es im ersten Zustand innerhalb eines Gewindegangs 3a des Außengewindes 3 angeordnet ist und zumindest abschnittsweise parallel zur Schraubenlinie 3b des Außengewindes 3 verläuft. Fig. 3A zeigt fünf Aktorelemente 5, welche abschnittsweise im Gewindegang 3a des Außengewindes 3 der Knochenschraube 1 angeordnet sind. Dies erspart einen Bearbeitungsschritt des Fertigens einer Aussparung. Trotzdem ist gewährleistet, dass das zumindest eine Aktorelement 5 im Grundzustand innerhalb des Grundkörpers 2 liegt.
Fig. 3B zeigt eine perspektivische Ansicht der Knochenschraube 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Zustand. Im zweiten Zustand stehen die fünf Aktorelemente 5 von dem Grundkörper 2 aus dem Außengewinde 3 nach außen heraus. Hierdurch werden fünf Öffnungen 6 freigegeben. Demnach entspricht das dritte Ausführungsbeispiel in seiner Bauart in etwa dem zweiten Ausführungsbeispiel. Es sei angemerkt, dass eine Bauart mit Hohlraum 7, wie im ersten Ausführungsbeispiel, mit Aktorelementen 5, die im Gewindegang 3a des Außengewindes 3 der Knochenschraube 1 verlaufen, ebenfalls möglich ist.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube mit spitzem Endabschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand. Die Knochenschraube 1 ist grundsätzlich wie im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Daher wird auf die obige Beschreibung und die identischen Bezugszeichen verwiesen. Die Unterschiede werden nachstehend erläutert. Wie Fig. 4 zeigt, verläuft die Aussparung 8 durchgängig vom oberen Ende bis zum distalen Ende der Knochenschraube 1 parallel zur Gewindeachse in Längsrichtung der Schraube 1. Im Vergleich dazu zeigen die Fig. 1A, 1 B, 2A und 2B Aussparungen 8, welche parallel zur Gewindeachse in Längsrichtung der Schraube 1 aufgeteilt in Einzelabschnitten entlang des Grundkörpers 2 angeordnet sind. Der Vorteil einer durchlaufenden Aufnahme 8 ist die Minimierung von Fertigungsschritten, da eine durchlaufende Aufnahme 8 in einem Schritt, beispielsweise Frässchritt durchgeführt werden kann. Fig. 4 zeigt beispielhaft drei Aktorelemente 5, sowie vier Öffnungen 6 (weitere Aktorelemente wurden in Fig. 4 weggelassen um die Öffnungen 6 zu zeigen) in der durchgängigen Aussparung 8. In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, sowie in den anderen Ausführungsbeispielen ist es denkbar, dass ein Aktorelement 5 mehrere Öffnungen 6 abdecken kann, bzw. Aktorelemente 5 vorhanden sind die keine Öffnungen 6 abdecken.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Knochenschraube gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in einem ersten Zustand. Die Knochenschraube 1 ist grundsätzlich aufgebaut wie im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel. Daher wird auf die obige Beschreibung und die identischen Bezugszeichen verwiesen. Die Unterschiede werden nachstehend erläutert. Wie Fig. 5 zeigt, verläuft die als Aussparung ausgebildete, rinnenförmige Aufnahme 8 entlang einer Helix-Form am Außenumfang in der Mantelfläche der Knochenschraube 1 , allerdings gegenläufig zum Außengewinde 3. Durch eine solche Anordnung kann eine gleichmäßige Aufteilung der Aktorelemente 5 in sämtliche radial Richtungen ermöglicht werden. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verteilung der Verankerungskraft der Knochenschraube 1 im zu behandelnden Knochen.
Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl eine Bauart mit Hohlraum 7 wie im ersten Ausführungsbeispiel als auch eine Bauart mit abgedeckten Öffnungen 6 wie im zweiten Ausführungsbeispiel mit den in Fig. 4 und 5 gezeigten Verläufen der Aussparung 8 möglich ist.
Fig. 6A zeigt eine Längsschnittansicht der Knochenschraube 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Abwandlung im ersten Zustand. In dieser Abwandlung ist die Schraube 1 zwischen Schraubenkopf 11 und Außengewinde 3 mit Implantierungslöchern 11 versehen, die mit einem in Längsrichtung der Schraube 1 vom Schraubenkopf 10 bis zum distalen Ende durchgehenden Kanal 4 kommunizieren. Jedes Implantierungsloch 11 entspricht einer Führungsöffnung 11 , die in radialer Richtung des Außengewindes 3 verläuft und dazu konfiguriert ist, einen Führungsdraht zum Implantieren der Knochenschraube 1 aufzunehmen. Ein Implantieren der Knochenschraube 1 mittels Führungsdraht hat den Vorteil, dass die Knochenschraube 1 zielgerichteter eingesetzt werden kann. Zudem wird ein Greifen der Knochenschraube 1 beim Implantieren von innerhalb der Knochenschraube 1 ermöglicht. Durch ein Werkzeug, welches in durch den Schraubenkopf 10 in den Kanal 4 eindringt und mit den Führungsöffnungen 11 von Innen in Eingriff steht, kann die Knochenschraube 1 implantiert werden. Somit kann verhindert werden, dass ein Werkzeug mit einem Außendurchmesser größer als dem Außendurchmesser des Schraubenkopf 11 verwendet werden muss. Umliegendes Knochen- oder Muskelgewebe kann somit geschützt bzw. geschont werden.
Fig. 6A zeigt zudem Aktorelemente 12 entsprechend der Anzahl der mindestens einen Führungsöffnung 11 , um diese Führungsöffnungen 11 abzudecken. Diese Aktorelemente 12 sind entsprechend den Aktorelementen 5 vorzugsweise Formgedächtniselemente, welche aus einer Formgedächtnislegierung geformt sind. Solche Aktorelemente 12 sind in der Umgebung der Führungsöffnung 11 angeordnet und so konfiguriert, dass diese die mindestens eine Führungsöffnung 11 freigeben, wenn sich die Knochenschraube 1 , wie in Fig. 6A gezeigt, in einem ersten Zustand befindet. Somit kann jede Führungsöffnung 11 den Führungsdraht zum Implantieren der Knochenschraube 1 aufnehmen. Es sei angemerkt, dass die Aktorelemente 12 die Führungsöffnungen 11 lediglich in dem Ausmaß offen lassen, wie es zur Aufnahme eines Führungsdrahtes zum Implantieren der Knochenschraube 1 nötig ist.
Fig. 6B zeigt die Aktorelemente 12 in einem Zustand, in dem das fließfähige Medium M in den Kanal 4 des Grundkörpers 2 geführt wird. Die Aktorelemente 12 sind derart konfiguriert, dass sie durch den mit dem fließfähigen Medium M einhergehenden Wärmeeintrag, ihre Form ändern und die Führungsöffnungen 11 verschließen, um ein Ausfließen des fließfähigen Mediums M zu vermeiden.
Fig. 6A und 6B zeigen zudem eine Knochenschraube 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im ersten Zustand mit durchgängigem Kanal 4, welcher am distalen Ende der Knochenschraube eine Kanalöffnung 4a aufweist. Hierdurch kann das fließfähige Medium M ausfließen und die Spitze der Knochenschraube 1 umfließen. Dieses Merkmal ist nicht auf das zweite Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann bei sämtlichen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Fig. 7A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schraubenkopfs 10, der am oberen Ende des Grundkörpers 2 der Knochenschraube 1 angeordnet ist. Der Schraubenkopf 10 weist ein Außengewinde 13 auf, welches derart konfiguriert ist, dass eine in Fig. 7B gezeigte Einspritzvorrichtung 15 aufgeschraubt werden kann. Durch die Einspritzvorrichtung 15 kann das fließfähige Medium M in den Kanal eingespritzt werden. Fig. 7A zeigt ebenfalls, dass der Schraubenkopf einen Innen-Sechskant 14 aufweist. Mittels des Innen-Sechskants 14 und einem entsprechenden Sechskant-Werkzeug kann die Knochenschraube 1 geschraubt werden.
In Fig. 7B ist eine vereinfachte Knochenschraube 1 mit aufgeschraubter Einspritzvorrichtung 15 dargestellt. Zur Vereinfachung der Zeichnung wurden die als Aussparungen ausgebildeten Aufnahmen 8 und die Aktorelemente 5 in Fig. 7B weggelassen. Die in Fig. 7A und 7B gezeigten Schraubenköpfe 10 sind nicht auf ein Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern können an sämtlichen gezeigten Ausführungsbeispiele angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Abänderungen und Variationen der Ausführungsbeispiele sind im Rahmen des Schutzbereichs der Ansprüche denkbar. So wäre ein Ausführungsbeispiel beispielsweise mit einem Schraubenkopf mit einem Außen-Sechskant, Außen-Vierkant, Innen-Vierkant oder Außen-Vierkant einer Flügelschraube möglich.
Zudem wäre ein Ausführungsbeispiel denkbar, in dem die Aktivierung der Aktorelemente mittels von Außen aufgebrachter Wärme geschieht. Bei Knochenschrauben, welche nahe der Hautoberfläche eines Patienten angebracht sind, wäre damit eine zeitlich versetzte Aufstellung der Aktorelemente möglich. Somit wäre eine Erhöhung der Verankerungsstabilität unabhängig vom Zeitpunkt der Implantation bzw. der Zementeinspritzung möglich.
Zudem wäre ein Ausführungsbeispiel denkbar, in dem am Schraubenkopf 10 ein Aktorelement vorgesehen ist, welches anzeigt, ob eine Zementeinspritzung bzw. Aufweitung des Aktorelements bereits stattgefunden hat. Dies erleichtert dem Anwender bei einer Vielzahl von implantierten Knochenschrauben zu überblicken, welche Knochenschrauben noch aufgeweitet werden müssen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen für eine vollständige und klare Offenbarung beschrieben wurde, sind die beigefügten Ansprüche nicht auf diese Weise zu beschränken, sondern so auszulegen, dass sie alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen verkörpern, die einem Fachmann auf entsprechende Weise einfallen können, die in die hier dargelegte Grundlehre fallen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
Bezugszeichenliste
1 Knochenschraube
2 Grundkörper
3 Außengewinde
3a Gewindegang
3b Schraubenlinie
4 Kanal
4a Kanalöffnung
5 Aktorelement
5a distaler Endabschnitt
5b freier Endabschnitt
6 Öffnung
7 Hohlraum
8 Aufnahme bzw. Aussparung
9 spitzer Endabschnitt
10 Sch rauben köpf
11 Führungsöffnung
12 Führungsabdeckungs-Aktorelemente
13 Außengewinde des Schraubenkopfs
14 Innen-Sechskant
15 Einspritzvorrichtung
M Fließfähige Medium

Claims

PATENTANSPRÜCHE Schraube (1), insbesondere chirurgische Knochenschraube für den Einsatz unter anderem in der Osteosynthese und der Instrumentierung der Wirbelsäule zur Erhöhung der Verankerungsstabilität in einer Knochenstruktur, umfassend: einen Grund körper (2) mit einem Außengewinde (3) und einem Kanal (4) zum Einleiten eines fließfähigen und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzenden Mediums, wie aushärtbarem Knochenzement, wobei die Schraube (1) wenigstens ein Aktorelement (5, 12) aufweist, das durch Einwirkung des in den Kanal (4) eingeleiteten Mediums von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführbar ist. Schraube (1) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5) zur Überführung von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegbar oder verformbar ist, vorzugsweise aus einer flachen oder ebenen Konfiguration in eine gekrümmte Konfiguration. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5) in der ersten Stellung innerhalb eines Durchmessers des Außengewindes (3) angeordnet ist, und der zweiten Stellung zur Verankerung der Schraube (1) über den Durchmesser des Außengewindes (3) vorsteht. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5) in der ersten Stellung wenigstens abschnittsweise am Grundkörper (2) anliegt, und in der zweiten Stellung vom Grundkörper (2) absteht, vorzugsweise radial und/oder entgegen der Einschraubrichtung der Schraube (1). Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5) in der ersten Stellung in einer vorzugsweise entsprechend geformten Aufnahme (8) in der Mantelfläche des Grundkörpers (2) angeordnet ist und in der zweiten Stellung aus der Aufnahme (8) herausragt. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1) eine Mehrzahl solcher Aktorelemente (5) aufweist, die vorzugsweise regelmäßig in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Grundkörpers (2) angeordnet sind. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (4), vorzugsweise im Bereich des Außengewindes (3), mindestens eine Öffnung (6, 11) aufweist, wobei bevorzugt das Aktorelement (5) die Öffnung (6) in der ersten Stellung verschließt und in der zweiten Stellung freigibt. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1), vorzugsweise zwischen Außengewinde (3) und Schraubenkopf (10), mindestens eine Führungsöffnung (11) zur Aufnahme eines Führungsdrahtes zum Implantieren der Schraube (1) aufweist, wobei die Führungsöffnung (11) bevorzugt mit dem Kanal (4) kommuniziert, wobei das Aktorelement (12) die Führungsöffnung (11) besonders bevorzugt in der ersten Stellung freigibt und in der zweiten Stellung verschließt. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (4) in Längsrichtung des Grundkörpers (2) verläuft, vorzugsweise koaxial zur Längsachse des Grundkörpers (2), wobei der Kanal (4) bevorzugt als Sackloch ausgebildet ist und in einem abgeschlossenen Hohlraum (7) endet, in dem das fließfähige Medium (M) gesammelt werden kann, oder der Kanal (4) als Durchgangsloch ausgebildet ist und den Grundkörper (2) in Längsrichtung vollständig durchdringt, wobei der Kanal (4) besonders bevorzugt wenigstes eine Verzweigung aufweist. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise distaler Endabschnitt (5a) des Aktorelements (5) am Grundkörper (2) fixiert ist, wobei sich bevorzugt ein dem distalen Endabschnitt (5a) gegenüberliegender Endabschnitt (5b) beim Überführen des Aktorelements (5) in die zweite Stellung nach außen aufstellt, um einen Widerhakeneffekt zu bewirken. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke des Grundkörpers (2) im Bereich zwischen dem Kanal (4) und dem Aktorelement (5) lokal verringert ist, um eine Wärmeleitung zwischen dem Kanal (4) und dem Aktorelement (5) zu erhöhen. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5, 12) durch die Wärmeenergie des in den Kanal (4) eingeleiteten fließfähigen Mediums (M) aktivierbar ist, um das Aktorelement (5) vorzugsweise stufenlos von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (5, 12) ein Formgedächtniselement ist, welches aus einer Formgedächtnislegierung, vorzugsweise einer Nickel-Titan-Legierung oder einer Nickel-Titan-Kupfer-Legierung besteht. Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1), vorzugsweise am oberen Ende des Grundkörpers (2), einen Schraubenkopf (10) aufweist, wobei der Schraubenkopf (10) bevorzugt ein Außengewinde (13), insbesondere zum Aufschrauben einer Einspritzvorrichtung (15), und/oder einen Innen-Sechskant (14) aufweist. Verfahren zur Verankerung einer Schraube (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einschrauben der Schraube (1) ein fließfähiges und/oder mittels exothermer Reaktion selbsterhitzendes Medium in den Kanal (4) eingeleitet wird, um das Aktorelement (5, 12) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu überführen, wobei vorzugsweise das fließfähige Medium (M) durch wenigstens eine Öffnung (6) aus dem Grundkörper (2) austritt, um den Grundkörper (2) zumindest abschnittsweise darin einzubetten.
PCT/EP2021/087313 2020-12-22 2021-12-22 CHIRURGISCHE KNOCHENSCHRAUBE MIT AUFSTELLBAREM AKTORELEMENT DURCH DIE EINSPRITZUNG VON FLIEßFÄHIGEM MEDIUM WO2022136556A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020134635.2A DE102020134635A1 (de) 2020-12-22 2020-12-22 Chirurgische Knochenschraube mit aufstellbarem Aktorelement durch die Einspritzung von fließfähigem Medium
DE102020134635.2 2020-12-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022136556A1 true WO2022136556A1 (de) 2022-06-30

Family

ID=79831204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/087313 WO2022136556A1 (de) 2020-12-22 2021-12-22 CHIRURGISCHE KNOCHENSCHRAUBE MIT AUFSTELLBAREM AKTORELEMENT DURCH DIE EINSPRITZUNG VON FLIEßFÄHIGEM MEDIUM

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020134635A1 (de)
WO (1) WO2022136556A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1568329A1 (de) * 2004-02-24 2005-08-31 Biedermann Motech GmbH Knochenverankerungselement
EP1743587A1 (de) * 2005-07-08 2007-01-17 BIEDERMANN MOTECH GmbH Knochen- Verankerungselement
EP1749490A1 (de) * 2005-08-05 2007-02-07 BIEDERMANN MOTECH GmbH Knochenverankerungselement
EP1885263A1 (de) 2005-05-18 2008-02-13 Sonoma Orthopaedic Products, Inc Betätigbare vorrichtung für minimal invasive knochenfixierung, systeme und verfahren zur verwendung
DE102011112890A1 (de) 2009-09-09 2012-07-19 Innovision, Inc. Knochenschrauben und Verfahren für deren Verwendung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1568329A1 (de) * 2004-02-24 2005-08-31 Biedermann Motech GmbH Knochenverankerungselement
EP1885263A1 (de) 2005-05-18 2008-02-13 Sonoma Orthopaedic Products, Inc Betätigbare vorrichtung für minimal invasive knochenfixierung, systeme und verfahren zur verwendung
EP1743587A1 (de) * 2005-07-08 2007-01-17 BIEDERMANN MOTECH GmbH Knochen- Verankerungselement
EP1749490A1 (de) * 2005-08-05 2007-02-07 BIEDERMANN MOTECH GmbH Knochenverankerungselement
DE102011112890A1 (de) 2009-09-09 2012-07-19 Innovision, Inc. Knochenschrauben und Verfahren für deren Verwendung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020134635A1 (de) 2022-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69729140T2 (de) Instrumentarium für die Einsetzung eines chirurgischen Implantats
EP2190369B1 (de) Knochenfixierungsvorrichtung zur operativen versorgung von frakturen
DE69915254T2 (de) Knochenschraube für orthopädische Chirurgie
DE19529605C2 (de) Zwischenwirbelimplantat
EP1443866B1 (de) Knochenverankerungselement
DE69832389T3 (de) System für die vorder-verplattung der halswirbelsäule
EP1568329B1 (de) Knochenverankerungselement
EP1853182B1 (de) Orthopädisches fixiersystem
DE10319781B3 (de) Knochenverankerungselement zum Verankern einer externen Vorrichtung in einem Knochen
EP0491211A1 (de) Knochenschraube
WO1999062417A1 (de) Chirurgische blindniete mit schliesselement
DE10152094A1 (de) Knochenfixationseinrichtung
EP2696783B1 (de) Chirurgisches implantat zum erweitern eines wirbelkanals
DE102011106653A1 (de) Verankerungselement mit funktionalem Schaft und modulares Veranderungssystem
EP1572018A2 (de) Knochennagel zum versorgen von frakturen
WO2022136556A1 (de) CHIRURGISCHE KNOCHENSCHRAUBE MIT AUFSTELLBAREM AKTORELEMENT DURCH DIE EINSPRITZUNG VON FLIEßFÄHIGEM MEDIUM
WO2012010184A1 (de) Marknagel
EP4013356B1 (de) Operations-kit zur ergänzung eines gelenks
WO2012048689A2 (de) Knochenverankerungseinrichtung
DE102020006464A1 (de) Schraubenelement optimiert für den 3D-Druck
DE202018100353U1 (de) Intravertebrale Schraube
DE102006032811A1 (de) Femurkopf-Implantat
WO2022136558A1 (de) Modulare chirurgische knochenexzenterschraube
EP3626191A1 (de) Verriegelungsmarknagel zum einbringen in den markraum eines röhrenknochens und verfahren
DE102020131376A1 (de) Implantatschraube

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21847463

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21847463

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1