DE102004048938A1

DE102004048938A1 - Vorrichtung zur dynamischen Stabilisierung von Knochen oder Knochenfragmenten, insbesondere Rückenwirbelkörpern

Info

Publication number: DE102004048938A1
Application number: DE102004048938A
Authority: DE
Inventors: Fridolin Dr. Schläpfer
Original assignee: SYNTHES OBERDORF; SYNTHES
Current assignee: Synthes GmbH
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-10-08
Also published as: US20070233095A1; US7867256B2; US20110087290A1; DE102004048938B4; WO2006037384A1

Abstract

Vorrichtung zur dynamischen Stabilisierung von Knochen oder Knochenfragmenten, insbesondere Rückenwirbelknochen (V), mit wenigstens einem an den Wirbelkörpern (V) fixierbaren Längsträger (11). Der Längsträger (11) ist viskoelastisch verformbar und weist in jedem Formzustand eine vorbestimmte Biegeelastizität auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Stabilisierung von Knochen oder Knochenfragmenten, insbesondere Rückenwirbelkörpern, mit wenigstens einem an den Wirbelkörpern fixierbaren Längsträger.
Hauptindikationen für eine dynamische, insbesondere von posterior durchgeführte Fixation sind ein alters- und/oder krankheitsbedingter Verfall (Degeneration) der Integrität der Wirbelsäulenstrukturen, Entzündungen und/oder Verletzungen im Bereich der Bandscheibe, des Bandapparates, der Fazettengelenke und/oder des subchondralen Knochens.
Posteriore dynamische Fixationssysteme haben die Funktion, das Bewegungsmuster im betroffenen Wirbelsäulensegment derart zu modifizieren, dass die durch chemische Reizung (Nukleusmaterial in Kontakt mit Nervenstrukturen) und/oder mechanische Reizung (Hypermobilität) bewirkten Schmerzen verschwinden und der Metabolismus der Strukturen erhalten bleibt bzw. wieder hergestellt wird.
Klinische Erfahrung mit bestehenden posterioren dynamischen Fixationssystemen, wie zum Beispiel in der EP 0 669 109 B1 und im Manual „Fixateur externe" (Autoren: B.G. Weber und F. Magerl, Springer-Verlag 1985, Seite 290–366) beschrieben, zeigt, dass ein posteriores dynamisches Fixationssystem mit Vorteil flexibel in Bezug auf Biegung und steif in Bezug auf Kompression (Knickung), Schub und Rotation ist. Damit muß ein System bzgl. Flexion auf eine maximale Deformation und bzgl. Knickung, Schub und Rotation auf eine maximale Belastung dimensioniert werden. Um diese in sich widersprüchlichen Bedingungen vereinigen zu können, ist schon vorgeschlagen worden, die Längsträger aus einem biokompatiblen Hochleistungs-Kunststoff herzustellen. Aufgrund des im Vergleich zu Titan und Stahl viel niedrigen E-Moduls der Hochleistungskunststoffe müssen die Längsträger im Vergleich zu den üblicherweise aus klinisch eingesetzten Metall hergestellten Längsträger relativ dick gestaltet werden, was sich zwar positiv auf den Schub- und Knickwiderstand auswirkt, worunter aber die Flexibilität leidet.
Außerdem besteht bei der Verwendung von herkömmlichem, biokompatiblem Hochleistungskunststoff für Längsträger das Problem, dass der Kunststoff bei der mechanischen Fixierung unter den dabei auftretenden Kräften nach relativ kurzer Zeit an den Klemmstellen „wegkriecht" mit der Folge, dass eine Nachfixierung oder gar eine Re-Implantation erforderlich wird.
Die Möglichkeit, Längsträger biegen zu können, ist vor allem bei der posterioren Stabilisierung über Pedikelschrauben von großer Wichtigkeit, da die durch die Pedikel in die Wirbelkörper eingedrehten Pedikelschrauben aufgrund der anatomischen Gegebenheiten sehr oft nicht fluchten. Um trotzdem die Längsträger möglichst spannungsfrei mit den Pedikelschrauben verbinden zu können, muß die Form der Längsträger der Lage und Ausrichtung der Pedikelschrauben in situ angepasst werden können. Bei polyaxialen Pedikelschrauben kann das Anbiegen auf eine Ebene begrenzt werden, während bei monoaxialen Pedikelschrauben die Längsträger drei-dimensional angebogen werden müssen.
Eine weitere Ausführungsform eines dynamischen Fixationssystems ist in der EP 0 690 701 B1 vorgeschlagen. Dieses letztgenannte System umfaßt einen Verbindungsstab, dessen Enden an zwei benachbarten Wirbelkörpern fixierbar ist und der einen gekrümmten mittleren Abschnitt aufweist, so dass er innerhalb bestimmter Grenzen elastisch nachgiebig ist. Im übrigen ist der Verbindungsstab hinsichtlich seiner Formgebung unveränderbar.
Auch in der WO 01/45576 A1 ist ein dynamisches Stabilisierungssystem vorgeschlagen, welches einen Längsträger umfaßt, der zwei metallische Endabschnitte aufweist, die in komplementäre Aufnahmeöffnungen innerhalb des Kopfes zweier benachbarter Pedikelschrauben fixierbar sind. Zwischen den beiden Endabschnitten ist ein in Längsrichtung elastisch nachgiebiger Gelenkkörper angeordnet, der vorzugsweise aus elastisch nachgiebigem Material besteht. Die beiden Endabschnitte des Längsträgers sind starr. Zusätzlich zu diesem Gelenkkörper wird noch die Anordnung eines elastischen Bandes zwischen zwei Pedikelschrauben vorgeschlagen, welche sich parallel zum elastischen Gelenkkörper erstreckt. Im übrigen ist auch bei dieser Ausführungsform der Gelenkkörper hinsichtlich seiner Längserstreckung herstellerseitig vorgegeben, d.h. unveränderbar.
Schließlich sei noch auf die Konstruktion gemäß der FR 2 799 949 hingewiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Längsträger als Federelement ausgebildet ist, zum Beispiel in Form einer meanderförmig gebogenen Blattfeder.
Auch bei der Konstruktion gemäß der WO 98/22033 A1 umfaßt der Längsträger ein Federelement, das seine herstellerseitig vorgegebene Form beibehält.
Auch die EP 1 364 622 A1 beschreibt ein elastisches Stabilisiersystem für Wirbelsäulen bestehend aus einem elastisch biegsamen Verbindungselement bzw. Längsträger, welcher durch die Aufnahmen mehrerer Pedikelschrauben mit versetzten Aufnahmeachsen durchgeführt und verankert werden kann. Dieses Verbindungselement bzw. dieser Längsträger soll vorzugsweise aus einem elastisch biegsamen biokompatiblen Material, vorzugsweise Kunststoff bestehen. Als besonders vorteilhaft wird aromatisches Polycarbonat-Polyurethan genannt. Dieses ist als Handelsprodukt erhältlich, zum Beispiel unter der Marke BIONATE^® von Polymer Technology Group, 2810 7th Street, Birkly, California 94710 USA und CHRONOFLEX^® C von CardioTech International Inc., 78E Olympia Ave., Woburn, MA 01801-2057, USA. Das bekannte Verbindungselement bzw. der bekannte Längsträger soll eine ausreichende Biegeelastizität um alle Achsen seines Querschnitts aufweisen derart, dass das Einführen desselben auch in Aufnahmen von Schraubenköpfen ermöglicht wird, welche nicht auf einer Achse, sondern auf einer willkürlich verlaufenden Linie liegen, oder aufgrund unterschiedlicher Wirbelkörperanordnungen naturgemäß in verschiedene Richtungen versetzt sind.
Die Integration von Federelementen in einen Längsträger der hier fraglichen Art ist noch beschrieben in der GB 2 382 304 A , US 5 480 401 , DE 42 39 716 C1 , FR 2 827 498 A1 , EP 0 919 199 A2 oder JP 2002/224131. All diesen letztgenannten Konstruktionen ist jedoch eine relativ aufwendige Bauweise gemeinsam, und zwar bedingt dadurch, dass die erwähnten Federelemente als zusätzliche Bauteile bzw. Baueinheiten integriert sind. Die Federelemente sind bei diesem Stand der Technik dem Längsträger nicht immanent.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur dynamischen Stabilisierung von Knochen oder Knochenfragmenten, insbesondere Rückenwirbelkörpern, mit wenigstens einem an den Wirbelkörpern fixierbaren Längsträger zu schaffen, der ohne Aufwand an die verschiedensten Situationen für die Implantation anpassbar ist, ohne dass die Dynamik verloren geht, und der dauerhaft fest fixierbar ist, insbesondere an sog. Pedikelschrauben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterentwicklungen und Details der Erfindung in den Unteransprüchen beschrieben sind.
Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt also darin, dass der Längsträger „viskoelastisch" verformbar ist und in jedem Formzustand eine vorbestimmte Biegeelastizität aufweist. Letztere soll insbesondere durch einen Metallanteil aufgeprägt sein, während im übrigen der Längsträger vornehmlich aus humanverträglichem Kunststoff hergestellt ist, insbesondere aus Polycarbonat-Urethan bzw. PCU, wie es zum Beispiel unter der Marke BIONATE^® im Handel erhältlich ist. Der erfindungsgemäße Längsträger ist also konkret als Compound-Konstruktion ausgebildet und besteht aus dem erwähnten Kunststoff einerseits und humanverträglichem Metall, insbesondere Titan oder Titanlegierung andererseits, wobei der Kunststoff primär für die viskose Verformbarkeit und das Metall primär für die Biegeelastizität verantwortlich sind.
Wie bereits erwähnt, haben herkömmliche biokompatible Kunststoffe den Nachteil, dass sie unter mechanischem Druck nach längerer Einwirkungszeit diesem Druck ausweichen und unter dem Druckelement regelrecht „wegkriechen". Damit besteht die Gefahr einer Lockerung des Implantats mit augenscheinlich nachteiligen Folgen. Um diesem Problem zu begegnen, ohne im übrigen die vorgenannten Vorteile einzubüßen, ist erfindungsgemäß an den Klemmstellen des Längsträgers Metall vorgesehen. Die Klemmung erfolgt also unmittelbar am Metall des Längsträgers, so dass die vorgenannte Problematik nicht mehr auftritt.
Vorteilhafte Werkstoffeigenschaften des humanverträglichen bzw. biokompatiblen Kunststoffs sind in den Ansprüchen 4 und 5 beschrieben.
Neben Polycarbonat-Urethan (PCU) kann der Kunststoffanteil auch alternativ aus Polyurethan, Silikon-Urethan-Copolymer od. dgl. Material oder einem Gemisch davon bestehen. Entscheidend ist, dass die in den Ansprüchen 4 und 5 erwähnten Parameter vorhanden sind bzw. das Material ähnliche Eigenschaften aufweist wie PCU.
Die Dimensionierung und der Anteil Kunststoff/Metall werden vorzugsweise so gewählt, dass der Längsträger bei Einspannung an einem Ende innerhalb eines vorbestimmten Formzustandes auf einer Länge, die dem Abstand zwischen zwei benachbarten Wirbelkörpern oder etwa 2–5 cm entspricht, um einen Winkel von 5° bis 12°, insbesondere etwa 7° bis 9° elastisch auslenkbar ist. Elastisch auslenkbar heißt, dass nach Auslenkung der Längsträger bzw. der entsprechende Längsträgerabschnitt sich nach Auslenkung wieder 100%-ig selbsttätig zurückstellt.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sich grundsätzlich auch für eine anteriore Implantation eignet, wenn es gilt, den Drehpunkt des betreffenden Wirbelsäulensegmentes nach anterior zu verlagern.
Durch die Compound-Konstruktion ist es auch möglich, die Dimension des primär aus Hochleistungskunststoff bestehenden Längsträgers auf ein Minimum zu reduzieren, d.h. erheblich kleiner zu gestalten als ein Längsträger, der ausschließlich aus biokompatiblem Hochleistungskunststoff bestehen würde.
Darüber hinaus sollte der Metallanteil einerseits so dimensioniert sein, dass dessen kritischer Biegewinkel größer/gleich dem im Verbund mit dem dynamischen Fixationssystem maximal auftretendem Biegewinkel der stabilisierten Wirbel ist, und andererseits so gestaltet sein, dass der Längsträger nach dem in situ-Anbiegen formbeständig bleibt.
In der DE 93 08 770 U1 wird ein Kunststoffstab mit einem Metallkern beschrieben. Dieser Kunststoffstab dient als Probestab bzw. Schablone, um die Form der Längsträger optimal der Lage und Ausrichtung der Pedikelschrauben anpassen zu können. Dazu muß der Probestab von Hand in situ im Patienten angeformt werden können. Dementsprechend besteht der Probestab aus einem weichen Kunststoff (zum Beispiel Silikon) und einem plastisch leicht deformierbaren Metallstab (zum Beispiel Rein-Aluminium). Wenn der Probestab den gleichen Außendurchmesser wie der Längsträger hat, gibt der Probestab genau die Form wieder, die notwendig ist, um den Längsträger spannungsfrei in die Partikelschrauben einsetzen zu können. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der Lehre gemäß der DE 93 08 770 U1 aufgrund der oben definierten Bedingung, dass

a) der zumindest eine Längsträger durch Aufbringung einer vorbestimmten Biegekraft von einem ersten Formzustand „A" in einen zweiten alternativen Formzustand „B" plastisch verformbar ist, wobei die dazu notwendige Biegekraft deutlich größer ist als die in vivo auftretenden Spitzenkräfte, und
b) der zumindest eine Längsträger innerhalb der jeweils stabilen Formzustände elastisch biegbar ist, und zwar innerhalb der durch das mechanische Zusammenspiel zwischen Fixationssystem und Wirbelsäulensegment gegebenen Grenzen, die einen sog. „elastischen Flexbereich" definieren.

Der Längsträger ist also so dimensioniert, dass der biokompatible Hochleistungskunststoff unter Aufwendung entsprechender Kräfte dauerhaft plastisch verformen lässt, wobei er im verformten Zustand hinreichend biegeelastisch sein soll. Diese Biegeelastizität wird dem Kunststoff durch das erfindungsgemäß vorgesehene Metall aufgeprägt, welches zusätzlich noch den Vorteil und das Ziel hat, „kriechfeste" Druck- bzw. Klemmstellen für den Längsträger zu definieren.
Es sei an dieser Stelle auch noch erwähnt, dass der Längsträger so gestaltet sein sollte, dass er gegenüber in vivo auftretenden Kompressions- und Schubkräften möglichst steif ist und dass das aus Längsträger und Verankerungsmittel bestehende Konstrukt im wesentlichen torsionssteif ist. Nur dann trägt der erfindungsgemäße Längsträger zur Schmerzlinderung und zum Heilungsprozeß bei.
Der Längsträger kann

– flachbandartig bzw. streifenförmig ausgebildet sein, oder vorzugsweise
– einen rotationssymmetrischen, kreisförmigen, polygonartigen oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Querschnitt in der Längsrichtung des Längsträgers über die gesamte Länge konstant bleibt, gemäß einer mathematisch beschreibbaren Gesetzmäßigkeit variiert und/oder sich sprungartig ändert. Insofern sollen möglichst viele Freiheitsgrade geschaffen werden.

Darüber hinaus sollte darauf geachtet werden, dass der Längsträger so dimensioniert ist, dass im erwähnten „elastischen Flexbereich" die Oberflächenspannung desselben stets unterhalb der dynamischen Bruchspannung liegt. Dies gilt insbesondere auch für die einzelnen Komponenten des Längsträgers, d.h. Kunststoff- und Metall-Komponenten.
Darüber hinaus ist es Ziel, ein dynamisches Stabilisierungssystem bereitzuhalten, dem folgende Grundüberlegungen zugrunde liegen:
Es geht im vorliegenden Fall um die Entwicklung eines dynamischen, posterior einsetzbaren Pedikelschraubensystems, das pathologisch veränderte Wirbelsäulensegmente nicht fusioniert, sondern die betroffenen Strukturen gezielt in ihrer Funktion stützt.
Wie bereits eingangs erwähnt, sind Hauptindikationen für ein dynamisches System Erkrankungen, Entzündungen und/oder Verletzungen im Bereich der Bandscheibe, des Bandapparates, der Fazettengelenke und/oder des subchondralen Knochens. In diesen Situationen ist es wichtig, im betroffenen Bereich das Belastungsmuster derart zu verändern, dass der pathologische Zustand sich zumindest nicht verschlechtert. Ideal wäre eine Heilung, was aber zumindest bei degenerativen Erkrankungen kaum mehr möglich ist.
Das Ziel des zu entwickelnden dynamischen Systems ist aber nicht nur, den pathologischen Zustand einzufrieren oder gar Heilung zu bewirken, sondern zusammen mit den betroffenen Strukturen eine den Metabolismus der Strukturen unterstützende Einheit zu bilden.
Sobald ein Pedikelschraubensystem von posterior eingesetzt wird, wird automatisch der Drehpunkt des betroffenen Bewegungssegmentes aus der Bandscheibe nach posterior verschoben, mag es noch so flexibel sein. Eine posteriore Verschiebung des Drehpunktes bis in den Bereich der posterioren Fazettengelenke kann je nach Pathologie folgende Effekte haben:

1. Schmerzquelle „posteriore Fazettengelenke": Je nach Lage des posterior verschobenen Drehzentrums zu den posterioren Fazettengelenken und der axialen Kompressibilität des Systems ist die Bewegung in den Gelenken mehr oder weniger drastisch reduziert. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, dass ein degenerativ verändertes Gelenk sich erholen kann, indem fehlender Hyaliner-Gelenksknorpel zumindest theoretisch durch fibrösen Knorpel ersetzt wird (Passive Motion Principle von Salter). Voraussetzung für eine Erholung ist aber, dass das System spannungsfrei eingesetzt werden kann.
2. Schmerzquelle „posteriorer Anulus" der Bandscheibe, Lordose und Bandscheibenhöhe erhalten: Im posterioren Anulus können aufgrund von traumatischen Entwicklungen oder degenerativen Veränderungen Risse auftreten. Diese Risse starten oft nukleusseitig und dringen immer weiter gegen den äußeren, innervierten Rand des Anulus vor. Ein Magnet Resonance Imaging (MRI) erlaubt, Flüssigkeitstaschen im Bereich der vorgenannten Risse zu identifizieren. Diese sog. „hot spots" können eine Indikation für einen Entzündungsprozeß im Bereich des posterioren Anulus sein. Entzündungen können u.a. in dem Bereich auftreten, wo von außen einwachsendes Granulationsgewebe und/oder Nervendungen auch von innen her durch Risse im Anulus drückendes Nukleusmaterial treffen (physiologischer Schmerz). Dieser Entzündungsprozeß wird durch das ständige Nachfließen von Nukleusmaterial permanent gefördert. Theoretisch braucht es aber nicht unbedingt eine Entzündung, um Schmerzen zu erzeugen; sondern der mechanische Druck einer Flüssigkeitstasche auf afferente Nervendungen alleine kann schon Schmerz verursachen. Eine geeignete Stabilisierung kann den Entzündungsprozeß stoppen und sogar Heilung auslösen. Dabei ergeben sich folgende Überlegungen: Durch die posteriore Verschiebung des Drehpunktes des Wirbelsäulensegmentes wird dessen Bewegungsbereich in Flexion und Extension drastisch reduziert und die auf die Bandscheibe wirkende Axialkraft wird gleichmäßig über die ganze Bandscheibe verteilt. Dadurch wird bei „globaler" Flexion/Extension des Patienten das Nukleusmaterial nicht mehr hin- und hergewalkt, d.h. es wird weniger, den Entzündungsprozeß anregendes Nukleusmaterial durch Risse im posterioren Anulus gegen den Entzündungsherd gedrückt. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, dass die Entzündung abheilt und ein Reparaturprozeß einsetzen kann.
3. Problem „primäre Diskushernie": Bei einer Diskushernie besteht eine Verbindung zwischen dem Nukleus und der Umgebung des Anulus. Damit kann Nukleusmaterial durch anulare Risse ständig nachfließen. Bei einer Nukleotomie wird das ausgetretene Material wie auch Material aus dem Nukleus entfernt, letztere um sekundäre Diskushernie zu vermeiden. Damit wird die Läsion des posterioren Anulus operativ vergrößert. Auch hier reduziert eine posteriore Verschiebung des Drehpunktes des Wirbelsäulensegments ein Nachfließen von Nukleusmaterial. Die Diskushernie kann nicht mehr zunehmen und austretendes Material, wenn es nicht schon operativ entfernt wurde, wird eingekapselt und vom Körper resorbiert. Es kann ein Reparaturprozeß am posterioren Anulus stattfinden. Somit hat ein dynamisches System bei einer primären Diskushernie zumindest theoretisch den Vorteil, dass der operative Eingriff minimal gestaltet werden kann (es ist keine Öffnung des Epiduralraumes und keine zusätzliche Schädigung des Anulus erforderlich). Damit können optimale Bedingungen für eine Heilung und Wiederherstellung der Funktion der Bandscheibe geschaffen werden.
4. Schmerzquelle „posteriorer Anulus der Bandscheibe" (Bandscheibe zusammengefallen): Der Schmerz im posterioren Anulus kann durch ein Delaminieren des Anulus hervorgerufen werden. Ein Delaminieren des posterioren Anulus tritt auf, wenn der Nukleus dehydriert und die Bandscheibe entsprechend zusammengefallen ist. Durch die posteriore Verschiebung des Drehpunktes in dem Bereich hinter die posterioren Fazettengelenke wird der Druck im Bereich des posterioren Anulus reduziert, was ein weiteres Delaminieren des posterioren Anulus verhindert. Damit sind die Voraussetzungen für eine Heilung/Vernarbung des Anulus geschaffen, natürlich vorausgesetzt, dass der Anulus ein entsprechendes Heilungspotential aufweist.
5. Schmerzquelle „Deckplatte/subchondraler Knochen": Mit dem MRI ist es möglich, Änderungen im Flüssigkeitshaushalt im subchondralen Knochen der Wirbelkörper zu erfassen. Insbesondere kann auch eine sklerotische Veränderung der knöchernen Deckplatte festgestellt werden, die auf einen Engpaß bzw. Stopp der Ernährung der Bandscheibe hindeutet. Eine sklerotische Veränderung der Deckplatte ist kaum reversibel. Der degenerative „Untergang" der Bandscheibe ist vorprogrammiert. Denkbar ist auch ein erhöhter Flüssigkeitsgehalt. Dafür gibt es zwei Erklärungen: a) Entzündung im subchondralen Bereich, die zu einem Entzündungsschmerz führt. b) Rückstau aufgrund „Verstopfung" der Verbindungskanäle in der knöchernen Deckplatte des Wirbelkörpers (bedingt durch sklerotische Veränderungen, etc.). Die erstgenannte Entzündung kann durch geeignete Maßnahmen behoben werden, sofern das entsprechende Gewebe nicht permanent geschädigt ist. Im letztgenannten Fall kann zumindest theoretisch der aufgrund des Rückstaus erhöhte Druck im subchondralen Knochen zu einer mechanischen Reizung der afferenten Nervendungen führen (mechanischer Schmerz). Maßnahmen, die eine Reduktion des Druckes im subchondralen Bereich bewirken, können zumindest den mechanischen Schmerz reduzieren, wenn nicht gar zum Verschwinden bringen. Die Ursache des Problems kann aber auch beim letztgenannten Fall nur schwer behoben werden. Die posteriore Verschiebung des Drehpunktes in dem Bereich hinter die posterioren Fazettengelenke führen nicht nur zu einer Entlastung der Bandscheibe, sondern auch des darunter liegenden subchondralen Knochens. Damit sind mit einer geeigneten dynamischen Fixation die Voraussetzungen zur Schmerzlinderung und im Fall einer Entzündung im Bereich des subchondralen Knochens gar zur Heilung geschaffen.
6. Schmerzquelle „Nervenwurzel": Mechanischer Druck auf die Nervenwurzel führt zu einer in die unteren Extremitäten ausstrahlende Taubheit und Muskelschwäche, nicht aber zu Schmerzen. Schmerzen (Ischias, etc.) entstehen erst, wenn entzündungsauslösendes Nukleusmaterial durch Risse im posterioren Anulus austritt und auf die Nervenwurzeln drückt. Auch hier reduziert eine posteriore Verschiebung des Drehpunktes des Wirbelsäulensegmentes das Nachfließen von dem den Entzündungsprozeß anregendem Nukleusmaterial. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, dass die Entzündung abheilt und ein gewisser Reparaturprozeß beim posterioren Anulus einsetzen kann. Es ist sogar denkbar, eine Diskushernie abzubauen, wenn kein neues Nukleusmaterial nachfließt.
7. Problem „Wirbelsäulenfraktur": Bei einer Wirbelsäulenfraktur sind meistens der kraniale Wirbelkörper des betroffenen Segmentes und die dazugehörige Bandscheibe betroffen. Dank guter Durchblutung stellt die knöcherne Heilung des Wirbelkörpers mit den heutigen und eingangs beschriebenen Fixationstechniken kein Problem mehr da. Im Gegensatz zum Wirbelkörper basiert eine Heilung der Bandscheibe aufgrund der fehlenden Durchblutung auf anderen Gesetzmäßigkeiten und bedauert bedeutet länger. Eine Umstellung nach ca. 6 Monaten von einer steifen posterioren Fixation auf eine flexible posteriore Fixation bewirkt eine Entlastung der Bandscheibe und lässt gewisse Bewegungskomponenten zu. Je nach Größe der Entlastung und dem verbleibenden Bewegungsumfang sind die Voraussetzungen für eine Heilung der Bandscheibe geschaffen, vorausgesetzt, die Versorgung der Bandscheibe aus dem subchondralen Bereich der angrenzenden Wirbel ist nicht gestört (zum Beispiel durch Kallusbildung im Bereich des subchondralen Knochens). Die bei einem posterior eingesetzten dynamischen System bewirkte posteriore Verschiebung des Drehpunktes des betreffenden Wirbelsäulensegmentes bewirkt, wie bereits oben beschrieben, eine Entlastung der traumatisierten Bandscheibe, und lässt darüber hinaus eine für die Ernährung der Bandscheibe wichtige axiale Deformation zu. Im Lichte der vorgenannten Überlegungen ist es also auch noch Ziel der vorliegenden Erfindung, durch posteriore Verlagerung des Drehpunktes eines betroffenen Wirbelsäulensegmentes den posterioren Anulus der betroffenen Bandscheibe ruhig zu stellen mit der Folge, dass posteriorer Austritt von Nukleusmaterial entsprechend reduziert wird, wobei gleichzeitig eine für die Ernährung der Bandscheibe wichtige axiale Deformation möglich sein soll, und zwar so, dass die Bandscheibe und die zugeordneten Deckplatten weitgehend homogen druckbelastet sind. Dementsprechend ist es also auch Aufgabe, ein ausreichend dynamisches Stabilisierungssystem zur Verfügung zu stellen, durch das der Drehpunkt des betroffenen Wirbelsäulensegmentes in vorbestimmter Weise nach posterior verlegt wird.

Das erfindungsgemäße System soll sich also auch zum einen durch eine äußerst elegante Konstruktion und Operationstechnik sowie die Vorteile eines dynamischen Systems einerseits und die Möglichkeit einer optimalen Bestimmung des posterioren Drehpunktes eines vorbestimmten Wirbelsäulensegmentes andererseits auszeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie Längsträger-Verbindungsmittel umfasst, mittels deren wenigstens zwei Längsträger-Abschnitte miteinander verbindbar sind.

Es kann aus medizinischer Sicht also durchaus vorteilhaft sein, wenn die Knochenverankerungsmittel, zum Beispiel Pedikelschrauben, Längsträger-Aufnahmeöffnungen oder -schlitze aufweisen, deren axialer Abstand vom gegenüberliegenden distalen Ende variabel ist, insbesondere einstellbar ist, so dass ein entsprechend unterschiedlicher Abstand des Längsträgers vom Wirbelkörper eingestellt werden kann. Damit kann zum Beispiel der posteriore Drehpunkt individuell eingestellt werden. Die einfachste Ausführungsform dieser Überlegungen besteht darin, Pedikelschrauben mit unterschiedlich hohen Schraubköpfen, in denen die Längsträger-Aufnahmeschlitze ausgebildet sind, vorzuhalten. Eine Alternativausführung umfaßt gegenüber dem Pedikelschraubenschaft axial veränderliche Schraubköpfe, wobei zum Beispiel die Schraubköpfe auf den Schraubschäften aufgeschraubt und mittels Konterschrauben individuell hoch fixierbar sind.

Auch ist es denkbar, Pedikelschrauben mit auf den Gewindeschaft aufsteck- und/oder aufrastbaren Schraubköpfen mit unterschiedlich hoher Längsträger-Aufnahmeöffnungen bereitzuhalten. Dabei ist zu bedenken, dass dann der Operateur nach Platzierung einer Pedikelschraube diese nachträglich nicht mehr tiefer oder höher (mit der Gefahr einer Lockerung) setzen muß, um den Längsträger in vorgegebenem Abstand vom Wirbelkörper anzuordnen. Er braucht lediglich den Schraubenkopf auszutauschen oder in der Höhe zu verstellen.

Eine besonders elegante Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger aus einem Kunststoffstab besteht, um den ein Metalldraht, insbesondere jedoch ein flaches Metallband schraubenförmig gewickelt ist. Vorzugsweise ist das Metallband im Kunststoff eingebettet. Bei einer konkreten Ausführungsform erfolgt die Einbettung des Metallbandes im Kunststoff derart, dass es mit dem Kunststoff eine durchgehend glatte Oberfläche bildet. Das Metallband kann durch Brechungen, z.B. Lochreihen aufweisen, die mit Kunststoff ausgefüllt sind.

Die Klemmung des derart ausgebildeten Leistungsträgers erfolgt stets an durch das Metallband verstärkte bzw. abgedeckte Stellen. Vorzugsweise ist der Längsträger als Voll-Kunststoffstab ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, den Längsträger als Hohlstab bzw. röhrchenförmig auszubilden.

Die Metallband-Wicklung wirkt wie eine äußere Schraubenfeder, die dem Längsträger die erforderliche Elastizität im jeweils verformten Zustand verleiht, und zwar über die dem Kunststoffstab eigene Elastizität hinaus.

Bei einem Längsträger-Durchmesser von etwa 6,0 bis 8,0 mm beträgt die Breite des Metallbands etwa 4,0 bis 6,0 mm. Die vorerwähnten Durchbrechungen weisen dann einen Durchmesser von etwa 2,0 bis 3,0 mm auf.

Sofern der Längsträger als Hohlstab bzw. röhrchenförmig ausgebildet ist, beträgt die Wandstärke etwa 1,5 bis 2,0 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm.

Das Metallband wird bei einer konkreten Ausführungsform derart eng um den Kunststoffstab gewickelt, dass der axiale Abstand zwischen benachbarten Metallband-Windungen nur etwa 1,5 bis 3,0 mm beträgt. Die Wicklung des Metallbandes erfolgt unter einem Winkel von etwa 15° bis 30° relativ zur sich senkrecht zur Längserstreckung des Längsträgers erstreckenden Ebene bzw. Querschnittsebene. Das Metallband besteht aus Titan oder Titanlegierung und weist eine Dicke von etwa 0,2 bis 0,4 mm auf. Letztlich hängt dies natürlich von der Gesamtdimension des Längsträgers ab.

Die stirnseitigen Enden des Längsträgers sind vorzugsweise durch Metallkappen oder -scheiben begrenzt. Diese stirnseitigen Metallkappen oder -scheiben können noch durch einen sich zentral durch den Längsträger hindurcherstreckenden Draht miteinander verbunden sein, und zwar derart, dass die stirnseitigen Metallkappen oder -scheiben in axialer Richtung gegenseitig gespannt werden können. Zu diesem Zweck erstreckt sich der zentrale Metalldraht durch die Metallkappen oder -scheiben hindurch, und zwar stirnseitig nach außen vorstehend, wobei diese vorstehenden Abschnitte jeweils ein Schraubgewinde aufweisen, so dass von außen her Spannmuttern auf den zentralen Metalldraht aufgeschraubt werden können.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Längsträger ebenfalls ein Kunststoffstab, in den eine Metallarmierung eingebettet ist. Diese Metallarmierung kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Diesbezüglich wird auf die Ansprüche 13, 14 ff., 18 ff., 22 ff. und 27 ff. verwiesen.

Nachstehend werden entsprechende Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Stabilisierungssystems anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
1 ein vier Wirbelkörper umfassendes Wirbelsegment mit posteriorer Stabilisierung dieses Segments in Ansicht von posterior;
2 die Anordnung gemäß 1 in Seitenansicht Längslinie 2-2 in 1;
3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Längsträgers in schematischer Seitenansicht;
4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Längsträgers in schematischer Seitenansicht;
5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Längsträgers in Seitenansicht;
6 einen stirnseitigen Endabschnitt einer Metallarmierung des Längsträgers gemäß 5 in perspektivischer Ansicht;
7 einen Teil einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Längsträgers im Längsschnitt;
8 die Ausführungsform gemäß 7 in schematischem Querschnitt;
9 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Längsträgers im schematischen Längsschnitt; und
10 eine Modellbetrachtung für das erfindungsgemäße Stabilisierungssystem gemäß 3, die entsprechend auch für die anderen Ausführungsformen gilt.
In den 1 und 2 ist ein Teil einer Wirbelsäule dargestellt, wobei die einzelnen Wirbelkörper mit dem Bezugsbuchstaben „V" gekennzeichnet sind. Die Wirbelsäule ist mit dem Bezugsbuchstaben „S" gekennzeichnet.
Die einzelnen Wirbelkörper „V" sind posterior stabilisiert, und zwar sind zu diesem Zweck von posterior Pedikelschrauben in vier Wirbelkörper „V" eingeschraubt. Die Schraubköpfe weisen jeweils Aufnahmeöffnungen bzw. -schlitze zur Aufnahme eines stabförmigen Längsträgers 11 auf. Der Längsträger ist, wie insbesondere die weiteren Figuren noch erkennen lassen, rundstabartig ausgebildet und wird in den Köpfen der Pedikelschrauben 10 klemmend fixiert. Auf diese Art und Weise lässt sich ein Wirbelsäulensegment mit vier Wirbelkörpern „V" stabilisieren. Der bzw. die Längsträger sind so konzipiert, dass sie durch Aufbringung einer vorbestimmten Biegekraft von einem ersten stabilen Formzustand in einen zweiten alternativen stabilen Formzustand entsprechend den 1 und 2 plastisch verformbar sind. Innerhalb dieses Implantations-Zustandes sollen die Längsträger 11 jedoch elastisch biegbar sein, und zwar innerhalb vorbestimmter Grenzen, wie einleitend dargestellt ist. Damit wird eine dynamische Stabilisation eines vorbestimmten Wirbelsäulensegmentes erreicht mit all den Vorteilen, wie sie oben ausgeführt sind. Die erwähnte Biegeelastizität des bzw. der Längsträger 11 ist in 2 mit einem Doppelpfeil 14 angedeutet. Sie ist derart bemessen, dass bei Einspannung des Längsträgers 11 an einem Ende dieser innerhalb eines formstabilen Zustandes um einen Winkel von etwa 8° elastisch auslenkbar ist (Doppelpfeil 14).
Es sei an dieser Stelle nochmals erwähnt, dass die beschriebene Vorrichtung Längsträger-Verbindungsmittel umfassen kann, mittels denen wenigstens zwei Längsträgerabschnitte miteinander verbindbar sind. Die Längsträger-Verbindungsmittel können z.B. zwei gegenüberliegende Längsträger-Aufnahmeöffnungen oder -schlitze aufweisen, in die jeweils ein Längsträger-Endabschnitt einfügbar und mittels einer Klemmschraube od. dgl. fixierbar ist.
Die Längsträger-Verbindungsmittel können entweder starr oder vorzugsweise auch biegeelastisch ausgebildet sein. Sie erlauben eine segmentweise Implantation von Längsträgern und äußerst individuelle Stabilisierung eines Wirbelsäulenabschnittes.
Den 1 und 2 kann im übrigen noch entnommen werden, dass die Stabilisation eines Wirbelsäulenabschnitts mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung stets so erfolgt, dass eine Flexibilität nur im Rahmen einer Flexion und Extension vorliegt. Damit wird Druck auf Deckplatte und Bandscheibe erheblich reduziert, ohne dass die für die Ernährung der Bandscheibe wichtige axiale Deformation derselben verloren geht. Der beschriebene Längsträger muß natürlich auch so gestaltet sein, dass er sich mit einer vorbestimmten Kraft, die oberhalb anatomischer bzw. in vivo Spitzenkräfte liegt, dauerhaft verformen lässt. Diese Verformung erfolgt außerhalb der Implantation, wobei sie vorzugsweise ohne gesonderte Hilfsvorrichtungen möglich sein soll. Die Verformung erfolgt somit „vor Ort" durch den Operateur.
Sowohl in Längsträger-Längsrichtung als auch quer dazu soll der Längsträger gegenüber anatomisch üblichen Schubkräften stabil, d.h. unnachgiebig sein. Darüber hinaus ist es sehr häufig wünschenswert, wenn der Längsträger torsionsfest gestaltet ist, um sicherzustellen, dass das betroffene Wirbelkörpersegment im wesentlichen nur um einen nach posterior verschobenen Drehpunkt sich in der Regel etwa horizontal erstreckt. Wie bereits oben erwähnt, kann der Längsträger flachbandartig bzw. streifenförmig ausgebildet sein. Bei den beschriebenen Ausführungsformen sind rundstabartige Längsträger implantiert bzw. vorgeschlagen.
Bezüglich der Biegeelastizität sei noch erwähnt, dass der eingangs genannte Winkelbereich sich auf eine Länge des Längsträgers 11 bezieht, die dem Abstand zwischen zwei benachbarten Wirbelkörpern, also einem Abstand von etwa 2–6 cm, insbesondere etwa 4–5 cm entspricht.
Mit der Bezugsziffer 15 ist das in den 1 und 2 dargestellte Gesamt-Stabilisationssystem gekennzeichnet.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 besteht der Längsträger 11 aus einem Kunststoffstab 12, um den ein flaches Metallband 13 schraubenförmig gewickelt ist. Das Metallband 13 ist im Kunststoff des Stabes 12 eingebettet, und zwar derart, dass es mit dem Kunststoff eine durchgehend glatte Oberfläche bildet. Das Metallband weist des weiteren kreisförmige oder langlochartige Durchbrechungen 16 auf, die ebenfalls mit Kunststoff ausgefüllt sind, so dass eine im wesentlichen glatte Oberfläche des stabartigen Längsträgers 11 entsteht. Bezüglich einer bevorzugten Dimensionierung eines derartigen Längsträgers wird auf die vorstehenden Angaben verwiesen.
Die stirnseitigen Enden des Längsträgers 11 können und werden vorzugsweise durch Metallkappen oder -scheiben begrenzt. Bei der Ausführungsform nach 3 ist die stirnseitige Begrenzung durch Metallkappen 17 definiert, aus denen heraus dann die schraubenförmige Ummantelung des aus Kunststoff bestehenden Stabes 12 entwickelt ist.
Der Kunststoffstab 12 kann auch rohr- bzw. röhrchenförmig ausgebildet sein, d.h. hohl. Die Stirnseiten sind durch metallische Scheiben oder Pfropfen verschlossen. Letztlich hängt die Ausführungsform des Kunststoffstabes von dem Anwendungsgebiet und auch der erforderlichen Formstabilität sowie Flexibilität des Längsträgers ab.
Die Klemmstellen des Längsträgers 11 in 3 sind mit der Bezugsziffer 18 gekennzeichnet. Dementsprechend erfolgt die Klemmung des Längsträgers 11 im Bereich der metallischen Ummantelung. Damit kann vermieden werden, dass der Kunststoff unter dem Druck einer Klemmschraube nach längerer Gebrauchsdauer ausweicht bzw. „wegkriecht". Da die Umwicklung des Kunststoffstabes 12 mit dem Metallband 13 sehr eng ist, kann der Längsträger 11 gemäß 3 praktisch an jeder Stelle geklemmt werden.
Die anhand der 4–9 noch zu beschreibenden Ausführungsformen sind allesamt dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger aus einem Kunststoffstab 12 besteht, in den eine Metallarmierung eingebettet ist. Diese kann zum Beispiel in Form eines meanderförmig gebogenen Rund- oder Flachprofils ausgebildet sein, wobei die Meanderbögen sich vorzugsweise bis zur Umfangsfläche des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Längsträgers 11 erstrecken. Bei der Ausführungsform nach 4 ist die Metallarmierung durch ein Flachprofil 19 gebildet, welches durch Aneinanderreihung von abwechselnd um 180° gedrehte ω-Profilelemente 20 definiert ist. Die ω-Profilelemente 20 erstrecken sich jeweils bis zur Umfangsfläche des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Längsträgers 11, wobei in Anpassung an die Umfangsfläche des Längsträgers 11 die jeweils an die Oberfläche gelangenden Teile der Armierung entsprechend dem Querschnittsumfang des Längsträgers gerundet sind.
Die Mittelstege 21 der ω-Profilelemente 20 sind sowohl in Längs- als auch in Querrichtung verbreitert unter Ausbildung von in Richtung quer zur Längserstreckung des Längsträgers abgerundeter Stützflächen 22, die bündig in die Umfangsfläche des Längsträgers 11 integriert sind. Die Außenflächen 23 der Verbindungsstege 24 der ω-Profilelemente 20 sind in Richtung quer zur Längserstreckung des Längsträgers 11 ebenfalls jeweils abgerundet, so dass sie bündig in die Umfangsfläche des Längsträgers 11 integrierbar sind. Die Klemmung bzw. Fixierung des Längsträgers 11 gemäß 4 erfolgt an den mit der Umfangsfläche des Längsträgers 11 bündigen Metallflächen von Mittelsteg 21 und Verbindungssteg 24. In 4 ist diesbezüglich der sog. „best case = Bestfall" einerseits und „worst case = schlechtester Fall" andererseits schematisch dargestellt. Die „best case"-Situation ist in 4 mit den Klemmen 25 angedeutet. Die „worst case"-Situation entspricht der Relativlage der Klemmen 25' in 4.
Im übrigen ist das Flachprofil 19 im Querschnitt tailliert ausgebildet.
In der Zeichenblattebene ist die Metallarmierung 19 gemäß 4 relativ flexibel, bzw. biegeelastisch. In der Ebene senkrecht zur Zeichenblattebene ist das Flachprofil 19 relativ steif. In entsprechender Weise gibt es daher eine bevorzugte Verformungsebene, die bei der Implantation berücksichtigt werden muß.
Bei der Ausführungsform gemäß 5 und 6 umfaßt die Metallarmierung drei sich parallel zur Längsrichtung des Längsträgers 11 und im gleichen Winkelabstand voneinander (siehe 6) erstreckende Metalldrähte 26, die endseitig durch sternförmige Scheiben 27 fixiert sind, insbesondere in entsprechende Durchgangsbohrungen eingeschrumpft sind. Diese Durchgangsbohrungen sind in 6 mit der Bezugsziffer 28 gekennzeichnet.
Zwischen den drei Metallstäben 26 sind mehrere scheibenförmige Stützelemente 29 gehalten, die sich jeweils bis zur Umfangsfläche des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Längsträgers 11 erstrecken. Die Stützelemente 29 sind in Axialrichtung voneinander beabstandet, und zwar vorzugsweise mit gleichen Abstand voneinander. Der Zwischenraum ist durch Kunststoff ausgefüllt. Der Längsträger 11 ist ein Rundstab aus biokompatiblen Hochleistungskunststoff wie zum Beispiel PCU mit einer Armierung gemäß 5 und 6. Die scheibenförmigen Stützelemente 29 weisen randseitig drei Ausnehmungen 30 auf, durch die sich die Metallstäbe 26 hindurcherstrecken. Die drei Ausnehmungen sind jeweils gleichförmig über den Umfang der Stützscheiben 29 verteilt angeordnet.
Die Metallstäbe 26 erstrecken sich im Kunststoff eingebettet jeweils nahe der Umfangsfläche des Längsträgers 11. Auch hier dienen die Metallstäbe zur Sicherstellung der Biegeelastizität in einem vorbestimmten stabilen Formzustand des Längsträgers 11. Zur besseren Verankerung zwischen Kunststoff und Metall ist es noch denkbar, dass die Oberfläche der Metallstäbe 26 aufgeraut ist.
Die Ausführungsform gemäß den 7 und 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metallarmierung wenigstens einen zentralen, sich parallel zur Längsrichtung des Längsträgers 11 erstreckenden Metallstab 31 umfaßt, auf dem Metallhülsen 32 aufgesteckt sind, wobei die Metallhülsen 32 an den jeweils einander zugekehrten Stirnseiten zwei, hier drei, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Längsausnehmungen 33 aufweisen, in die jeweils dazwischen ausgebildete Längsstege 34 einer unmittelbar benachbarten Metallhülse 32 einfügbar sind, so dass benachbarte Metallhülsen 32 winkelversetzt zueinander auf dem wenigstens einen Metallstab 31 bei Bedarf ineinandersteckbar sind, so wie dies in 7 dargestellt ist. Der Winkelversatz zwischen benachbarten Metallhülsen ist aus 8 sehr gut erkennbar.
Die Längsstege 34 sind zwischen den stirnseitigen Längsausnehmungen 33 der Metallhülsen 32 im Abstand vom freien Ende durch ein zentrales, insbesondere sternartiges Verbindungselement 35 miteinander verbunden, wobei das Verbindungselement 35 eine zentrale Längsbohrung 36 zur Aufnahme des zentralen Mittelstabes 31 aufweist, auf den das oder die Metallhülsen 32 aufsteckbar ist bzw. sind. Die Metallhülsen 32 bilden demnach im Bereich ineinander gesteckter Stirnseiten eine Art Gelenkverbindung 37, die eine Biegung des Längsträgers 11 innerhalb vorbestimmter Grenzen erlaubt.
Der Außendurchmesser der Metallhülsen 32 entspricht im übrigen dem Außendurchmesser des Kunststoffanteils des Längsträgers 11. Die Hülsen 32 sind im Kunststoff eingebettet. Vorzugsweise entspricht jedoch der Außendurchmesser der Metallhülsen 32 dem Außendurchmesser des aus Kunststoff bestehenden Längsträgers 11, so dass die äußere Umfangsfläche der Metallhülsen 32 sowie Längsstege 34 integraler Bestandteil der Umfangsfläche des Längsträgers 11 sind. Im Bereich dieser Metallhülsen, vorzugsweise unmittelbar neben einer Gelenkverbindung lässt sich der Längsträger 11 gemäß den 7 und 8 dauerhaft fixieren, d.h. festklemmen.
9 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Metallarmierung aus drei sich parallel zur Längsrichtung des Längsträgers 11 erstreckenden Metallstäben 38, wobei die einen Enden von zwei Metallstäben an einem der beiden stirnseitigen Endkappen 38, und zwar in 9 rechten Endkappe 38 fixiert, insbesondere verschweißt sind, während die jeweils anderen, dann freien Enden im Kunststoff 39 eingebettet sind. Der dritte Stab 38, nämlich der in 9 mittlere Stab, ist an der anderen, nämlich in 9 linken Endkappe 38 fixiert. Das rechte freie Ende dieses Metallstabes ist demgegenüber im Kunststoff 39 schwimmend gelagert. Die freien Enden der Metallstäbe 38 weisen jeweils eine Verdickung 40 auf, wobei die Verdickung der in 9 oberen und unteren Metallstäbe 38 zu einer Verbindung der freien Enden dieser beiden Metallstäbe geformt ist. Die Verdickung 40 fördert die Einbettung im Kunststoff sowie die dämpfende Wirkung desselben bei elastischer Verformung des Längsträgers 11. Dabei ist zu bedenken, dass der erfindungsgemäße Längsträger nach dem sog. Kelvin-Voigt-Modell ausgebildet ist. Die dargestellten Längsträger 11 stellen ein modifiziertes Kelvin-Voigt-Modell dar, und zwar mit einem seriell angehängten elastischen Element (Federelement).
Im übrigen lässt 9 noch erkennen, dass die jeweils freien Enden der Metallstäbe 38 innerhalb von hülsenartigen Abschnitten 41 der stirnseitigen Endkappen 38 des Längsträgers 11 im Kunststoff 39 eingebettet sind.
Schließlich sei noch erwähnt, dass die stirnseitigen Endkappen 38 in 9 oder 27 in 6 des Längsträgers 11 in axialer Richtung gegenseitig verspannbar sein können. In 9 ist dies ebenso wenig dargestellt wie in 6. Es soll jedoch an dieser Stelle erwähnt sein, dass diese mechanische Alternative denkbar ist.
Bei den dargestellten Ausführungsformen weisen die Metallstäbe 26, 31, 38 über die Länge jeweils einen konstanten Durchmesser auf. Es ist jedoch denkbar, dass der Durchmesser über die Länge variiert, zum Beispiel zur Mitte des Längsträgers 11 hin kontinuierlich oder stufenförmig zu- oder abnimmt bzw. umgekehrt.
Im übrigen sei noch zur 9 erwähnt, dass auch dort zwischen den beiden Endkappen von den Metallstäben 38 Stützelemente 29 entsprechend denjenigen gemäß 5 bzw. 6 gehalten werden. An diesen Stützelementen 29 kann ebenso wie im Bereich der Endkappen 38 eine Klemmung des Längsträgers 11 erfolgen, ohne dass die Gefahr einer Lockerung dieser Klemmung nach längerer Gebrauchsdauer besteht. Die Stützelemente 29 haben auch die Funktion von Metalldraht-Distanzelementen; d.h. sie halten die Metalldrähte über die Länge in konstantem Abstand voneinander. Dieser Abstand wird auch nach plastischer Verformung des Längsträgers 11 aufrechterhalten. Damit erhält man auch einen definierten „Flex" des Längsträgers nach Verformung desselben.
Der hier verwendete biokompatible Hochleistungskunststoff hat neben seiner viskosen Verformungseigenschaft insbesondere auch noch die Eigenschaft, stoßdämpfend zu wirken.
Schließlich sei auch noch erwähnt, dass es wichtig ist, dass durch den Kunststoff verhindert ist, dass Öffnungen im Längsträger entstehen, in die Gewebe einwachsen könnte. Dies soll vermieden werden. Der Längsträger 11 ist bei allen beschriebenen Ausführungsformen ein an der Oberfläche glatter Rundstab. Vorzugsweise ist der verwendete Kunststoff transparent, so dass die Metallarmierung sichtbar ist. Damit ist auch sichtbar, an welchen Stellen der Längsträger 11 festgeklemmt werden kann.
In 10 ist der grundsätzliche Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen System (in 10 rechte Abbildung) und dem Stand der Technik (in 10 linke und mittlere Abbildung) anhand des sog. Kelvin-Voigt-Modells dargestellt. Beim Stand der Technik gemäß der linken Abbildung in 10 besteht der Längsträger bzw. Verbindungsstab z.B. aus Titan oder einer Titanlegierung. Ein solcher Stab umfasst sowohl eine Flex- bzw. Feder- als auch Dämpfungskomponente, wobei beide Komponenten parallel zueinander geschaltet sind. Wird statt Titan od. dgl. Kunststoff, wie z.B. PCU verwendet, kommt materialbedingt noch eine weitere Flex-Komponente in Reihe zu den beiden vorgenannten Komponenten hinzu (in 10 mittlere Abbildung). Erfindungsgemäß wird auf das zuletzt genannte Modell noch eine weitere Flex-Komponente parallel aufgeschaltet (in 10 rechte Abbildung).
Dieses letztgenannte Modell stellt sehr deutlich den für den erfindungsgemäßen Verbund bedeutenden „recoiling"-Effekt dar. Die in den beiden Kelvin-Voigt-Modellen gemäß 10 linke und mittlere Abbildung jeweils parallel zum Dämpfer geschaltete Feder hat natürlich auch einen gewissen „recoiling"-Effekt zur Folge. Entsprechend mechanischer Tests mit PCU-Material ist dieser Effekt relativ langsam. Die Erholung des PCU-Materials dauert mehrere Stunden. Mit der parallel zum PCU-Material geschalteten Metallkomponente, z.B. Metallspirale gemäß 3, kann der „recoiling"-Effekt des PCU-Materials je nach Auswahl des Materials und je nach Geometrie der Metallkomponente mehr oder weniger stark beschleunigt werden.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

V: Wirbelkörper
S: Wirbelsäule
10: Pedikelschraube
11: Längsträger
12: Kunststoffstab
13: Metallbund
14: Doppelpfeil
15: Stabilisationssystem
16: Durchbrechung
17: Metallkappe
18: Kreisfläche
19: Flachprofil
20: ω-Profilelemente
21: Mittelsteg
22: Stützfläche
23: Außenfläche
24: Verbindungssteg
25: Klemme
25': Klemme
26: Metallstab
27: Metallscheibe
28: Durchgangsbohrung
29: Stütz- bzw. Distanzelement
30: Ausnehmung
31: Metallstab
32: Metallhülse
33: Längsausnehmung
34: Längssteg
35: Verbindungselement
36: Längsbohrung
37: Gelenkverbindung
38: Endkappe
39: Kunststoff
40: Verdickung
41: hülsenartiger Abschnitt

Claims

Vorrichtung zur dynamischen Stabilisierung von Knochen oder Knochenfragmenten, insbesondere Rückenwirbelknochen (V), mit wenigstens einem an den Wirbelkörpern (V) fixierbaren Längsträger (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (11) viskoelastisch verformbar ist und in jedem Formzustand eine vorbestimmte Biegeelastizität aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger eine Compound-Konstruktion aus biokompatiblem Hochleistungs-Kunststoff einerseits und biokompatiblem Metall, insbesondere Titan oder Titanlegierung andererseits ist, wobei der Kunststoff primär für viskose Verformbarkeit und das Metall primär für die biegeelastische Verformbarkeit verantwortlich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an den Klemmstellen des Längsträgers (11) Metall vorgesehen ist derart, dass die Abstützung eines Klemmelements unmittelbar am Metall des Längsträgers erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der biokompatible Kunststoff folgende Eigenschaften besitzt: Zugfestigkeit bei 50% Dehnung ca. 650–5500 psi Zugfestigkeit bei 100% Dehnung ca. 900–6000 psi Ultimative Zugfestigkeit ca. 6500–11000 psi Ultimative Dehngrenze ca. 250%–600% Elastizitätsmodul ca. 4000–270000 psi Biegespannung bei 5% Auslenkung ca. 150–11000 psi
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff einen Temperatur-Dehnungskoeffizienten (x 10⁶) von 90/°C bis 150/°C aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffanteil aus Polycarbonat-Urethan, Polyether-Urethan, Silikon-Urethan-Copolymer, od. dgl. Material oder einem Gemisch davon besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (11) der Einspannung an einem Ende innerhalb eines vorbestimmten Formzustandes auf einer Länge, die dem Abstand zwischen zwei benachbarten Wirbelkörpern oder etwa 2–5 cm entspricht, um einen Winkel von 5° bis 12°, insbesondere etwa 7° bis 9°, elastisch auslenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (11) aus einem Kunststoffstab (12) besteht, um den ein Metalldraht, insbesondere Metallband (13) schraubenförmig gewickelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (13) im Kunststoff eingebettet ist derart, dass es mit dem Kunststoff eine durchgehend glatte Oberfläche bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband Durchbrechungen (16) aufweist, die mit Kunststoff ausgefüllt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Enden des Längsträgers (11) durch Metallkappen (17) oder Metallscheiben begrenzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (11) aus einem Kunststoffstab (12) besteht, in den eine Metallarmierung eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallarmierung ein meanderförmig gebogenes Rund- oder Flachprofil ist, dessen Meanderbögen sich vorzugsweise bis zur Umfangsfläche des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Längsträgers (11) erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallarmierung durch ein Flachprofil (19) gebildet ist, welches durch Aneinanderreihung von abwechselnd um 180° gedrehte ω-Profilelemente (20) definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ω-Profilelemente (20) sich jeweils bis zur Umfangsfläche des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Längsträgers (11) erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelstege (21) der ω-Profilelemente (20) endseitig verbreitert sind unter Ausbildung von in Richtung quer zur Längserstreckung des Längsträgers (11) abgerundeten Stützflächen (22), die vorzugsweise bündig in die Umfangsfläche des Längsträgers (11) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen (23) der Verbindungsstege (24) der ω-Profilelemente (20) in Richtung quer zur Längserstreckung des Längsträgers (11) jeweils abgerundet sind, so dass sie bündig in die Umfangsfläche des Längsträgers (11) integrierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallarmierung wenigstens einen, insbesondere drei sich parallel zur Längsrichtung des Längsträgers (11) und im gleichen Winkelabstand voneinander erstreckende Metallstäbe (26) umfasst, die endseitig durch kreis- oder sternförmige Scheiben (27) aus Metall fixiert.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass von dem wenigstens einen, insbesondere drei Metallstäben (26) scheibenförmige Stütz- und Distanzelemente (29) gehalten sind, deren Außendurchmesser dem Außendurchmesser des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Längsträgers (11) entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei drei oder mehr Metallstäben (26) die scheibenförmigen Stützelemente (29) randseitig Ausnehmungen (30) aufweisen, durch die sich die Metallstäbe (26) hindurcherstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei drei oder mehr Metallstäben (26) diese im Kunststoff eingebettet sich nahe der Umfangsfläche des Längsträgers (11) erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallarmierung wenigstens einen zentralen, sich parallel zur Längsrichtung des Längsträgers (11) erstreckenden Metallstab (31) umfasst, auf den Metallhülsen (32) aufgesteckt sind, wobei die Metallhülsen (32) an den jeweils einander zugekehrten Stirnseiten zwei oder mehr, insbesondere drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Längsausnehmungen (33) aufweisen, in die jeweils dazwischen ausgebildete Längsstege (34) einer unmittelbar benachbarten Metallhülse (32) einfügbar sind, so dass benachbarte Metallhülsen (32) winkelversetzt zueinander auf dem wenigstens einen Metallstab (31) bei Bedarf ineinander steckbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsstege (34) zwischen den stirnseitigen Längsausnehmungen (33) der Metallhülsen (32) im Abstand vom freien Ende durch ein zentrales, insbesondere sternartiges Verbindungselement (35) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (35) eine zentrale Längsbohrung (36) zur Aufnahme eines zentralen Metallstabes (31) aufweist, auf den das oder die Metallhülsen (32) aufsteckbar ist bzw. sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhülsen (32) im Bereich ineinander gesteckter Stirnseiten eine Art Universal-Gelenkverbindung (37) definieren, die eine Biegung des Längsträgers (11) innerhalb vorbestimmter Grenzen nach allen Seiten hin erlaubt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Metallhülsen (32) dem Außendurchmesser des im übrigen aus Kunststoff bestehenden Längsträgers (11) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallarmierung aus wenigstens zwei, insbesondere drei sich parallel zur Längsrichtung des Längsträgers (11) und in gleichem Winkelabstand voneinander erstreckende Metallstäbe (38) umfasst, wobei die einen Enden derselben wechselseitig an gegenüberliegenden stirnseitigen Endkappen (38) oder -scheiben des Längsträgers (11) fixiert sind, während die anderen, dann jeweils freien Enden ebenfalls wechselseitig im Kunststoff (39) eingebettet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der Metallstäbe (38) jeweils Verdickungen (40) aufweisen oder miteinander verbunden sind unter Ausbildung einer entsprechend vergrößerten Verdickung (40), um eine verbesserte Einbettung im Kunststoff des Längsträgers (11) zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils freien Enden der Metallstäbe (38) innerhalb von hülsenartigen Abschnitten (41) der stirnseitigen Endkappen (38) des Längsträgers (11) im Kunststoff (39) eingebettet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Endkappen oder -scheiben (27; 38) des Längsträgers (11) in axialer Richtung gegenseitig verspannbar sind.