DE69908012T2

DE69908012T2 - Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese, welche an der Stellung eines Pedikelschraube anpassbar ist

Info

Publication number: DE69908012T2
Application number: DE69908012T
Authority: DE
Inventors: Guy Viart
Original assignee: Eurosurgical SA
Current assignee: Eurosurgical SA
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: US5879351A; FR2776915B1; EP0947175A1; EP0947175B1; ES2200478T3; DE69908012D1; JP3015368B2; FR2776915A1; JPH11318932A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese mit zumindest einer Wirbelstange, gestielten Schrauben und Verbindungselementen zur Verbindung der Stange und der Schrauben, die zwei Teile umfassen, die von der Schraube beziehungsweise der Stange durchquert werden.
Ein durch die Platzierung derartiger Wirbelsäuleninstrumente aufgeworfenes Problem besteht darin, sie an verschiedene Ausrichtungs-, Winkelstellungs- und Einsenktiefenunterschiede der gestielten Schrauben anzupassen. Der Großteil der Wirbelsäuleninstrumente dieser derzeit bekannten Art sind sehr schwer an diese Unterschiede der Implantierung anpassbar. Wenn sie es sind, sind sie es nur teilweise und umfassen folglich nicht alle Variationen dieser Parameter. Die existierenden Instrumente sind im Allgemeinen wegen ihrer hohen Zahl von Teilen zudem komplex und erfordern von den Chirurgen für ihre Anpassung an Fehlausrichtungen der gestielten Schrauben die Auswahl von geeigneten Verbindungselementen. Wenn die gestielten Schrauben zudem untereinander Unterschiede in der Verankerungstiefe aufweisen, ist die Anpassung daran schwierig; der Chirurg zieht die Schrauben an, wodurch sie Gefahr laufen, auszureißen. Die Arretierung bestimmter Schrauben auf ihren Verbindungselementen ist wegen dieser Fehlausrichtungen und Verankerungstiefenunterschiede, die durch die von den Chirurgen durchgeführten Maßnahmen nicht immer kompensiert werden können, manchmal definitiv unzureichend.
Die Platzierung der existierenden Wirbelsäuleninstrumente ist auch wegen der Technik der gestielten Verschraubung heikel: dieser zufolge zieht der Chirurg eine fiktive Linie, die die verschiedenen theoretischen Implantationspunkte der Schrauben verbindet, die die Stiele verbinden, und bestimmt dann in jedem der Sektoren die Orte der Schrauben. Tatsächlich wählen manche nicht auf die Chirurgie der Wirbelsäule spezialisierte Chirurgen die Mitte jedes Sektors, was nicht unbedingt der besten Ausrichtung der Schrauben entspricht.
Außerdem sind sogenannte "polyaxiale" gestielte Schrauben bekannt, die zwar eine Anpassung an Unterschiede der Winkelstellung von gestielten Schrauben, aber nur schwer hinsichtlich der Ausrichtung und, mehr noch, der Tiefe, gestatten.
Es sind auch Wirbelsäuleninstrumente mit Verbindungselementen bekannt, die eine längliche Öffnung für die Aufnahme von gestielten Schrauben aufweisen, die sich quer zu der Stange erstrecken. Diese Verbindungselemente gestatten zwar die Anpassung der Schrauben hinsichtlich der Ausrichtung, nicht aber hinsichtlich der Winkellage und der Einsenktiefe ohne eine Verwendung spezieller Unterlegscheiben. Eine derartige Vorrichtung erfordert die Messung, die Auswahl und die Positionierung von Unterlegscheiben, also im Großen und Ganzen heikle Operationen. Außerdem erhöht die Vielzahl eingeschobener Elemente die Gefahr eines Versagens der Befestigung.
Die US-A-5 628 740 zeigt eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der Erfindung. Die verwendeten Materialien sind starr. Die Verbindungselemente sind mit einem Schlitz versehen, um eine gewisse Komprimierbarkeit zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der oben genannten Art vorzuschlagen, die Verbindungselemente Schraube-Stange umfassen, die eine automatische Anpassbarkeit und einen automatischen Ausgleich von Positionierungsunterschieden der gestielten Schrauben sowohl hinsichtlich der Ausrichtung, der Winkellage als auch der Einsenktiefe gestatten.
Erfindungsgemäß weisen die Verbindungselemente jeweils eine längliche Öffnung, die sich transversal zur Stange erstreckt und dafür ausgelegt ist, von der zugehörigen Schraube durchquert zu werden, und zumindest ein Verbindungselement auf, das aus einem streckbaren Material hergestellt ist und das in seinem von der Schraube durchquerten Teil unter der Wirkung des Festziehens einer Mutter auf dieser Schraube bei ihrer Positionierung plastisch verformbar ist, und unter der Einwirkung von Biegemomenten, die von dem Rückgrat in vivo übertragen werden und deren Werte kleiner als etwa 4,5 Nm sind, unverformbar ist.
Das ausgewählte Material weist daher eine große Plastizität auf, die einer Dehnfähigkeit von zumindest etwa 20% ab einer Beanspruchung von 275 MPa entspricht. Dies gestattet es, durch einfaches Anziehen der Befestigungsmuttern der gestielten Schrauben auf den Verbindungselementen die plastische Verformung zu erzeugen, die für die Anpassung der Verbindungselemente an verschiedene gestielte Schrauben und die sie verbindende Stange notwendig ist. Die Operationshandgriffe für die Platzierung des Osteosynthesematerials bei der Wirbelsäulenversteifung durch den Chirurgen sind somit beträchtlich vereinfacht.
Ohne eine Einschränkung darzustellen, kann das Verbindungselement beispielseise aus reinem Titan gemäß der Norm ISO 5832-2 sein, das ab einer Beanspruchung von 53 daN, die durch das Anspannwerkzeug für die Befestigungsmutter der Schraube an dem entsprechenden Verbindungselement ausgeübt wird, streckbar und plastisch verformbar wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nur die Zwischenverbindungselemente aus einem plastisch verformbaren Material hergestellt, während die Verbindungselemente der Enden unter den Beanspruchungen, denen sie bei ihrer Platzierung und später durch die Bewegung des Patienten unterliegen, unverformbar sind.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung offenbar werden, die unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, die eine Ausführungsform im Sinne eines keine Einschränkung darstellenden Beispiels wiedergeben.
1 ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verbindungselements der Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese im vergrößerten Massstab.
2 ist eine perspektivische Teilansicht einer Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese im vergrößerten Massstab, die mit einem Verbindungselement gemäß 1 ausgestattet ist, das sich durch plastische Deformation anpasst, um die Stange wirksam mit der gestielten Schraube zu verbinden.
3 ist eine perspektivische Teilansicht der Vorrichtung von 2 unter einem anderen Winkel.
4 ist eine seitliche Aufrissansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese im reduzierten Massstab, die an einem entsprechenden Wirbelsäulensegment platziert ist.
5 ist eine hintere Aufrissansicht der Vorrichtung von 4.
6 ist eine teilweise seitliche Aufrissansicht einer Vorrichtung nach den 2 und 3 am Beginn der Phase des Anziehens der Mutter auf der Schraube und dem Verbindungselement.
In den 1 bis 3 ist ein Verbindungselement 1 zur Verbindung einer Wirbelsäulenstange 2 mit einer gestielten Schraube 3 zur Knochenverankerung einer Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese zu sehen.
Das Verbindungselement 1 weist ein im Wesentlichen L-förmiges Profil auf, in dessen großem Arm 4 eine längliche Öffnung 5 vorgesehen ist, die dafür ausgebildet ist, von einer zugehörigen Schraube 3 durchquert zu werden, die in dieser Öffnung 5 in Richtung quer zur Stange 2 frei positioniert werden kann.
In dem kleinen Arm 6 des Verbindungselements 1 ist ein Durchgangsloch 7 für die Stange 2 ausgebildet. Die gestielte Schraube 3 kann in der gewünschten Position auf dem Verbindungselement 1 mittels einer Mutter 8 mit zylindrischer Basis 8A arretiert werden, die auf das mit einem Gewinde versehene Ende der Schraube 3 aufgeschraubt wird, das von dem Verbindungselement 1 vorsteht. Der Arm 4 des Verbindungselements 1 ist zwischen den hexagonalen Kopf 3a und der zylindrischen Basis 8a der Mutter 8 eingeschoben, die auf die Stange aufgezogen ist. Die Stange 2 kann in dem Arm 6 mittels einer Schraube 12 arretiert werden, die eine innere Aussparung 13 für ein Schraubwerkzeug aufweist und die in einer mit einem Innengewinde versehenen Bohrung des Arms 6 einschraubt wird.
Das Verbindungselement 1 ist aus einem streckbaren, plastisch verformbaren Material hergestellt, das eine Dehnfähigkeit von zumindest etwa 20% aufweist. Das Material wird so ausgewählt, dass es ab einer Belastung F von 53 daN plastisch verformbar ist, was einem Biegemoment von 4,5 Nm entspricht, das zur Knochenverankerung auf die Schraube 3 ausgeübt wird.
Ein solches Material mit großer Plastizität gestattet es, durch einfaches Anziehen der Befestigungsmuttern 8 der Schrauben 3 auf den Befestigungen, die aus Verbindungselementen 1 bestehen, in den von den Schrauben 3 durchquerten Armen 4 die plastische Verformung zu erzeugen, die für die Anpassung der verschiedenen gestielten Schrauben und der sie verbindenden Stange 2 an die spezielle Anatomie des betreffenden Wirbelsäulenabschnitts notwendig ist. Diese Möglichkeit der plastischen Verformung in dem Bereich der Anzieh- und Torsionsbeanspruchungen F ( 6), die durch den Chirurgen auf das Verbindungselement 1 ausgeübt werden, gestattet es in der Tat, dieses auf geeignete Weise zu deformieren, wie es beispielsweise in den 2 und 3 sichtbar ist, um es an die Unterschiede in der Ausrichtung, der Winkelstellung und der Einsenktiefe der Schrauben zur Knochenverankerung 3 anzupassen. Der Arm 4 des Verbindungselements 1 ist durch das Anziehen der Mutter 8 auf der Schraube 3 bei seiner Platzierung plastisch verformbar und unverformbar unter der Wirkung von Biegemomenten, die von der Wirbelsäule in vivo übertragen werden, deren Werte kleiner als etwa 4.5 Nm sind.
Reines Titan gemäß der Norm ISO 5832-2, aus dem das Verbindungselement 1 besteht, weist nach der Deformation nicht das Phänomen der Überkaltverfestigung, der Auslösung von Rissen auf. Dieses Material ist sehr duktil und kann Torsionen aushalten.
Ein zweites mögliches Material ist "geglühter" implantierbarer, rostfreier Stahl 316L, der Eigenschaften einer erhöhten Duktilität aufweist.
Die Konzeption des Verbindungselements 1 wurde durch die Beobachtung und biomechanische Analyse der mehrsegmentigen, gestielten Befestigugen bei der Behandlung von pathologischen Zuständen der Wirbelsäule möglich. Das biomechanische Verhalten der Wirbelsäule, die durch Multisegmentfixierung mittels gestielten Schrauben behandelt wird, wurde an einem dreidimensionalen, mathematischen Modell durch finite Elemente analysiert. Diese Analyse gestattete es, wichtige Unterschiede auf Höhe jedes Wirbels bezüglich Beanspruchungen nachzuweisen. Diese biomechanische Analyse, die mit Wirbelsäuleninstrumenten wie denjenigen der 4 und 5 durchgeführt wird, gestattet es in der Tat, die Beanspruchungen zu messen, denen die Knochenverankerungselemente auf unterschiedlichen Höhen des Segments unterliegen.
Die Instrumente der 4 und 5 umfassen zwei Lenden-Kreuzbein-Wirbelsäulenstangen 2, die sich über die drei Lendenwirbel L3, L4, L5 und das Kreuzbein S1 erstrecken. Jede Stange 2 ist mit drei gestielten Schrauben 13, 14, 15 verbunden, die jeweils in den Lendenwirbeln L3, L4, L5 verankert sind, während zwei Schrauben 16, 17 im Kreuzbein S1 verankert sind. Diese unterschiedlichen Schrauben 13 ... 17 unterliegen Schwankungen der Ausrichtung, die den Linien 30, 31 entsprechen, die die jeweiligen Schrauben jeder Stange 2 verbinden. Die biomechanische Analyse einer Biegebelastung der Wirbelsäule mit 10 Nm erlaubte es, die Biegemomente M zu messen, die auf die entsprechenden Schrauben ausgeübt wurden: Bei L3 betrug dieses Moment M1 Nm, bei L4 0, 08 Nm, bei L5 0, 3 Nm und bei S1 0,6 Nm.
Es zeigt sich somit, dass die Beanspruchungen der Zwischenverankerungen 14, 15 sehr deutlich kleiner als diejenigen der Enden 13, 16, 17 sind. Daraus ergibt sich, dass die gestielten Zwischenschrauben 14, 15 sowie ihre Systeme zur Verbindung 1 mit der Stange 2 an den Zwischenwirbeln L4, L5 weniger beansprucht werden.
Deshalb wurde das erfindungsgemäße Verbindungselement 1 unter Berücksichtigung geringer Beanspruchungen für die Zwischenverankerung entwickelt, um den Chirurgen neue Möglichkeiten für eine größere Vielseitigkeit und erhöhte Einfachheit bei der Platzierung der Befestigungen von Wirbelsäulenversteifungen zur Verfügung zu stellen. Das durch die vorliegende Erfindung vorgesehene streckbare und plastisch verformbare Verbindungselement 1 weist in der Tat die Besonderheit auf, dass es in der Lage ist, an eine beliebige Positionierung der gestielten Schrauben anpassbar zu sein, während es eine wirksame Befestigung ohne Verschlechterung der Knochenverankerung gestattet.
Die erfindungsgemäßen Verbindungselemente 1 werden nur für die Zwischenverankerungen eines Instruments, zum Beispiel der Schrauben 14, 15 bei der Montage der 4 und 5, verwendet. Die Endverankerungen (Schrauben 13, 16, 17) sind dahingegen mit Verbindungselementen 10 verbunden, die den gleichen Aufbau wie die Verbindungselemente 1, insbesondere die längliche Öffnung 5, aufweisen, aber unverformbar sind im Bereich der Biege- und der Klemmbeanspruchungen, die von dem Chirurgen ausgeübt werden, und der Biegebeanspruchungen, denen diese Verankerungselemente unterliegen, sobald sie am Patienten platziert sind, das heißt Beanspruchungen größer als 8 Nm. Die Verbindungselemente 10 können zum Beispiel aus einer Titanlegierung bestehen.
Die Zwischenverbindungselemente 1 passen sich plastisch an unterschiedliche Winkellagen und Höhen der gestielten Schrauben sowohl ohne Biege- als auch Ausreißbeanspruchung der Knochenverankerungselemente an. Daraus ergibt sich eine Vereinfachung und eine einfache Platzierung der Instrumente, die von Chirurgen im Vergleich zu den bekannten früheren Instrumenten sehr geschätzt werden kann. Es genügt nämlich, dass die Chirurgen für diese die erwünschten Torsionen Zwischenverankerungen auf die Verbindungselemente 1 ausüben, um sie an jede lokale Anatomie anzupassen. Sobald diese plastische Deformation erfolgt ist, unterliegen die Zwischenverbindungselemente 1 keinen weiteren Deformationen, denn die geringen Beanspruchungen an diesen unterschiedlichen Orten reichen nicht aus, um ihre spätere Deformation hervorzurufen.
Die von der Erfindung beanspruchte Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese ist allgemein mit zumindest einem streckbaren und plastisch verformbaren Verbindungselement (1) versehen.

Claims

Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese mit zumindest einer Wirbelstange (2), gestielten Schrauben (3, 13), Verbindungselementen (1, 10) zur Verbindung der Stange und der Schrauben, wobei jedes Verbindungselement zwei Teile (4, 6) umfasst, die von der Schraube beziehungsweise der Stange durchquert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (1, 10) jeweils eine längliche Öffnung (5) aufweisen, die sich transversal zur Stange erstreckt und dafür ausgelegt ist, von der zugehörigen Schraube durchquert zu werden, und dass zumindest ein Verbindungselement (1) aus einem streckbaren Material hergestellt ist, das in seinem von der Schraube (3) durchquerten Teil (4) unter der Wirkung des Festziehens einer Mutter (8) auf dieser Schraube bei ihrer Positionierung plastisch verformbar ist, und dass dieses Verbindungselement unter der Einwirkung von Biegemomenten, die von dem Rückgrat in vivo übertragen werden und deren Werte kleiner. als etwa 4,5 Nm sind, unverformbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das streckbare Material, das das plastisch verformbare Verbindungselement bildet, eine Dehnfähigkeit von zumindest 20% besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenverbindungselemente (1) zwischen an den Enden der Stange (2) befestigten Verbindungselementen (10) aus dem streckbaren, plastisch verformbaren Material hergestellt sind, während die Verbindungselemente der Enden (10) aus einem unverformbaren Material sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das verformbare Verbindungselement (1) aus reinem Titan oder aus rostfreiem, geglühtem Stahl 316L ist, der Eigenschaften erhöhter Duktilität aufweist.
Verbindungselement für eine Vorrichtung zur Wirbelsäulenosteosynthese gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem streckbaren Material hergestellt ist, das in seinem von der Schraube (3) durchquerten Teil (4) unter der Wirkung des Festziehens einer Mutter (8) auf der Schraube bei ihrer Positionierung plastisch verformbar ist, und dass dieses Verbindungselement unter der Einwirkung von Biegemomenten, die von dem Rückgrat in vivo übertragen werden und deren Werte kleiner als etwa 4,5 Nm sind, unverformbar ist.