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Die
Erfindung betrifft eine Zwischenwirbelprothese zur Verwendung als
Bandscheibenersatz im Skelett des menschlichen Körpers,
mit einer ersten Prothesenplatte und einer zweiten Prothesenplatte,
wobei auf der ersten und zweiten Prothesenplatte jeweils Kopplungselemente
mit zueinander konjugierten Flächenelementen ausgebildet
sind, wobei die Kopplungselemente im gekoppelten Zustand eine Rotation
sowie eine Neigungsbewegung in lateraler wie auch in posteriorer
und anteriorer Richtung in Bezug auf eine zur Ausdehnung der ersten
und zweiten Platte im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Achse
erlauben.
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Eine
Zwischenwirbel- oder auch Bandscheibenprothese ist z. B. aus der
EP 1 642 553 A1 bekannt.
Die dort beschriebene Bandscheibenprothese besteht aus einer ersten
Prothesenplatte und einer zweiten Prothesenplatte, sowie einem zwischen
der ersten Prothesenplatte und der zweiten Prothesenplatte angeordneten
und getrennt davon ausgebildeten Prothesenkern. Eine der Prothesenplatten
weist eine kugelschalenförmige Vertiefung auf, in die ein Kugelsegment
des Prothesenkerns eingreift. Die zweite Prothesenplatte weist eine
im Wesentlichen ebene Vertiefung auf, in die ein dem Kugelsegment gegenüberliegender
im wesentlichen flacher Abschnitt des Prothesenkerns eingreift,
wobei der flache Abschnitt des Prothesenkerns in einer Vertiefung der
zweiten Prothesenplatte verschiebbar ist. Der Prothesenkern kann
nach dem Anbringen der ersten und zweiten Prothesenplatte an den
jeweiligen an den Zwischenwirbelbereich angrenzenden Wirbelflächen
separat eingefügt werden. Bei Neigung der Prothesenplatten
zueinander ist eine laterale Verschiebung des Prothesenkerns in
der Vertiefung der zweiten Prothesenplatte möglich. Aufgrund
der kugelförmigen Ausbildung des Prothesenkerns ist eine
uneingeschränkte Rotationsbewegung der ersten Prothesenplatte
zur zweiten Prothesenplatte um eine im Wesentlichen zu den Flächen
der Prothesenplatte senkrecht stehenden Drehachse möglich.
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Körperimplantate,
die als Ersatzelemente für defekte oder pathogene körpereigene
Elemente oder Organe dienen, sollten die den Austauschelementen oder
-organen inhärenten Eigenschaften physiologisch möglichst
exakt nachbilden. Bei einem Zwischenwirbelimplantat, das als Bandscheibenersatz dienen
soll, ist daher die Funktion und Ausbildung der Bandscheibe auf
möglichst naturgetreue Art und Weise nachzubilden, so dass
durch das Implantat die körperinhärenten Funktionen
optimal nachgebildet und durch das Implantat keine unphysiologischen Prozesse
initiiert werden, die in der Regel dem Wohlbefinden des Patienten
abträglich sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, eine Zwischenwirbelprothese
bereitzustellen, die der physiologischen Funktion und Beschaffenheit einer
Bandscheibe möglichst nahe kommt und keine unphysiologischen
Prozesse zur Vermeidung von durch das Implantat induzierten neuen
Beschwerden schafft.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch eine Zwischenwirbelprothese
zur Verwendung als Bandscheibenersatz im Skelett des menschlichen Körpers,
mit einer ersten Prothesenplatte und einer zweiten Prothesenplatte,
wobei auf der ersten und zweiten Prothesenplatte jeweils Kopplungselemente mit
zueinander konjugierten Flächenelementen ausgebildet sind,
wobei die Kopplungselemente im gekoppelten Zustand eine Rotation
sowie eine Neigungsbewegung in lateraler wie auch in posteriorer und
anteriorer Richtung in Bezug auf eine zur Ausdehnung der ersten
und zweiten Platte im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Achse
erlauben, wobei die Zwischenwirbelprothese dadurch gekennzeichnet
ist, dass Bewegungsbegrenzungsmittel vorhanden sind, die die Rotationsbewegung
auf einen vorbestimmten maximalen Wert begrenzen.
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Durch
die Bewegungsbegrenzungsmittel zur Begrenzung der Rotationsbewegung
wird ein der menschlichen Bandscheibe angenähertes Zwischenwirbelimplantat
geschaffen. Durch die Einschränkung der Rotationsbewegung
in der erfindungsgemäßen Zwischenwirbelprothese
werden Überlastungen der Wirbelgelenke im menschlichen
Skelett, die bei konventionellen Bandscheibenersatzelementen auftreten,
vermieden. Damit wird eine deutliche Verbesserung der Stabilität
des gesamten Bewegungssegments erreicht, und letztendlich das Wohlbefinden des
mit dem erfindungsgemäßen Zwischenwirbelimplantat
ausgestatteten Patienten deutlich verbessert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der maximale vorbestimmte
Wert für die Rotationsbewegung ein Winkel von 5 Grad, vorzugsweise
von 3 Grad. Durch diese deutliche Einschränkung der Bewegungsbegrenzung
in der Rotation durch das erfindungsgemäße Zwischenwirbelimplantat
wird erreicht, dass bei Rumpftorsionsbewegung des mit dem Zwischenwirbelimplantat
ausgestatteten Patienten die in der Wirbelsäule dabei auftretende
Verwindung auf eine größere Anzahl von Zwischenwirbelbereichen
verteilt wird, und nicht lediglich durch einen, in der Rotation
uneingeschränkten Zwischenwirbelbereich, haupt sächlich
aufgenommen wird, so dass eine Überlastung des Band-, Muskel-
und Gelenkapparats in diesem Bereich vermieden werden kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zueinander
konjugiert ausgebildeten Flächenelemente der Kopplungselemente
einerseits eine Kugelkalotte, die auf der ersten Prothesenplatte
vorgesehen ist, sowie eine dazu passende Hohlkugelschalenfläche,
die auf der zweiten Prothesenplatte angebracht ist. Durch diese
Ausbildung der Kopplungselemente, die vorzugsweise integral an den
jeweiligen Prothesenplatten angeformt sind, wird eine über
den vorgesehenen maximalen Bewegungsbereich optimale Kopplung geschaffen,
die sowohl Rotation als auch Neigungsbewegungen in allen Richtungen
durch ein einziges Kopplungselement auf einfachste Weise realisiert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform werden bei dieser Ausbildung
der Kopplungselemente die Bewegungsbegrenzungsmittel als stegförmiger Überstand
an der Kugelkalotte, sowie als entsprechend vorbestimmte, einen
maximalen Wert des Rotationswinkels erlaubende, in der Hohlkugelschalenfläche
ausgebildete Ausnehmung ausgebildet. Bei Rotationsbewegung der beiden
Prothesenplatten zueinander begrenzt der an der Kugelkalotte ausgebildete
stegförmige Überstand die mögliche. Drehbewegung
im gekoppelten Zustand der beiden Prothesenplatten dadurch, dass
der stegförmige Überstand in der entsprechenden
dazupassenden, jedoch größer ausgebildeten Ausnehmung
am Ende des erlaubten vorbestimmten maximalen Rotationsbereichs
an der Ausnehmung anschlägt. Durch geeignete Wahl der Breite
des stegförmigen Überstands, bzw. geeignete Wahl
der Breite der Ausnehmung lässt sich in Abhängigkeit
von der Größe der Kugelkalotte die maximale Auslenkung
der Rotation auf einen vorbestimmten Wert begrenzen. Durch die Wahl der
Ausbildung der Höhe des stegförmigen Überstands,
sowie eine geeignete entsprechende Auswahl der Tiefe der in der
Hohlkugelschalenfläche ausgebildeten Ausnehmung lässt
sich zudem die maximale Neigung der beiden Prothesenplatten zueinander
in gekoppeltem Zustand in der Richtung, in der der stegförmige Überstand
in Bezug auf den Mittelpunkt der Kugelkalotte angeordnet ist, ebenfalls auf
einen vorbestimmten Wert begrenzen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwei einander
gegenüberliegende Überstände vorgesehen,
die in zwei einander gegenüberliegende entsprechende Ausnehmungen
in die Hohlkugelschalenfläche im gekoppelten Zustand eingreifen.
Dadurch wird eine besonders zuverlässige mechanische Begrenzung
der Bewegung erreicht, die auch dann noch mit hoher Sicherheit die
Begrenzung der Rotationsbewegung gewährleistet, zu sätzlich
zur Rotation eine Neigungsbewegung der beiden Prothesenplatten zueinander
in Form einer Beugung oder Streckung des Wirbelgelenks auftritt.
Damit wird auch bei den im physiologischen Bewegungsablauf möglichen
sehr komplizierten Bewegungen, die vom Zwischenwirbelbereich aufgenommen
werden müssen, eine sichere Begrenzung der Bewegungsaufnahme
gewährleistet und dadurch werden unphysiologische Bewegungsabläufe
auf zuverlässige Weise vermieden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bewegungsbegrenzungsmittel
derart ausgebildet, dass eine Neigungsbewegung im gekoppelten Zustand
auf maximale Werte begrenzt wird, die bei der Neigung in posteriorer
und anteriorer Richtung jeweils einem Wert von 15 Grad entsprechen.
Vorzugsweise beträgt der maximale Wert der Begrenzung der lateralen
Neigungsbewegung 6 Grad.
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Damit
Bewegungen sowohl in lateraler als auch in posteriorer und anteriorer
Richtung, bezogen auf die Körperachse bei der in das menschliche
Skelett eingefügten Zwischenwirbelprothese mit dem erfindungsgemäßen
einfachen Aufbau ermöglicht werden, ist die Kugelkalotte
größer ausgebildet als die entsprechende Hohlkugelschalenfläche,
so dass die der Prothesenplatte angeformte Kugelkalotte sich über
den vorbestimmten Neigungswinkel gegen die auf der gegenüberliegenden
Prothesenplatte angeformte Hohlkugelschalenfläche verkippen
lässt, bevor der Rand der Hohlkugelschale gegen die gegenüberliegende
Prothesenplatte anstößt. Vorzugsweise sind die
Stirnflächen der Hohlkugelschale entsprechend abgeschrägt
ausgebildet, so dass bei Anschlag der Stirnflächen der
Hohlkugelschale ein flächiger Anschlag gegen die gegenüberliegenden
Prothesenplatte erfolgt. Vorzugsweise bestimmt der stirnseitige
Rand der Hohlkugelschale eine ebene Fläche. Der laterale
Neigungsanschlag wird dabei durch den Rand der Hohlkugelschale bestimmt,
wogegen der Neigungsanschlag in anteriorer/posteriorer Richtung
durch die Höhe des stegförmigen Überstands
in der entsprechenden Ausnehmung bestimmt wird. In dieser Ausgestaltung
sind somit unterschiedliche maximale Neigungswinkel in lateraler
wie auch in anteriorer/posteriorer Richtung möglich.
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Vorzugsweise
ist zwischen der ersten und zweiten Prothesenplatte noch ein elastisches
Element vorgesehen, das eine Dämpfung der Bewegung der
beiden Prothesenplatten zueinander bewirkt. Dabei ist es insbesondere
bevorzugt, das elastische Element im Wesentlichen die Kopplungselemente
umhüllend auszubilden, so dass eine Dämpfung der
Neigungsbewegungen der beiden Prothesenplatten zueinander in allen
Richtungen auftritt.
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Das
das Kopplungselement umhüllende elastische Dämpfungselement
wird dabei jeweils in Bereichen, in denen durch eine Neigungsbewegung der
beiden Prothesenplatten eine Verringerung des Abstands der Prothesenplatten
zueinander auftritt, auf Druck beansprucht. Das elastische Element
kann nur an einer Prothesenplatte befestigt sein, so dass nur eine
Druck- jedoch keine Zugbelastung des elastischen Elements auftritt.
Vorzugsweise ist das elastische Element jedoch an beiden Prothesenplatten befestigt,
wodurch einerseits eine Druck- und Zugbelastung zur optimalen Dämpfungswirkung
auftritt und zugleich auch eine Dämpfung der Rotationsbewegung
dadurch erfolgt. Schließlich besteht bei dieser Ausführungsform
auch die Möglichkeit, das Kopplungselement gegen die Umgebung
abzudichten. Auch wenn dies aus physiologischen Gründen
nicht dringend notwendig erscheint, da der Zwischenwirbelbereich
weitgehend frei von Körpermaterial und -flüssigkeiten
ist, so ließe sich dadurch dennoch eine noch weitergehende
Verbesserung und Zuverlässigkeit des Kopplungssystems erreichen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jeweils
in den Bereichen, in denen bei Neigungsbewegung sowohl in lateraler
als auch in posteriorer und anteriorer Richtung Elemente der ersten Prothesenplatte
oder der daran angeformten Kopplungselemente gegen Bereiche der
zweiten Prothesenplatte oder der daran angeformten entsprechenden
Kopplungselemente bei Maximalneigung anschlagen, mit jeweiligen
Anschlagsdämpfungsmitteln ausgestattet, die in vorzugshafter
Weise aus einem schichtförmigen elastischen Material hergestellt
sind. Dadurch werden sowohl mechanische Überbeanspruchungen
des Materials der Prothesenplatten und der Kopplungselemente, die
gegebenenfalls zu Beschädigung oder Absplitterungen führen
können, vermieden, als auch bei Anschlag auftretende eventuelle
Geräusche, die sich beim Patienten als störend
erweisen könnten, ausgeschlossen.
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Vorteilhafterweise
werden die ersten und zweiten Prothesenplatten aus Kobaltchromlegierung, aus
Titan oder aus Implantatstahl hergestellt. Durch Beschichtung der
knochenzugewandten Seiten der Prohesenplatten mit Titanplasma und/oder
Hydroxylapatitvergütung wird eine verbesserte knöcherne
Integration der Prothesenplatten sichergestellt. Zur Reduzierung
des Abriebs der Kopplungselemente lassen sich diese auch aus Keramik
herstellen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Prothesenplatten
derart gefertigt, dass an den jeweils den Kopplungselementen abgewandten
Seiten eine konvexe Form oder Krümmung vorgesehen ist.
Damit lässt sich das Zwischenwirbelimplantat operations technisch
besonders einfach in den Zwischenwirbelspalt einfügen.
Im Vergleich zu den bei Zwischenwirbelimplantaten nach dem Stand der
Technik meist sehr weit vorstehenden Pins oder Graten, die tief
in den jeweils benachbarten Wirbelkörper eingreifen, schafft
die nur als konvexe Form oder Krümmung ausgebildete Verankerung
der Prothesenplatte an dem Wirbelkörper zwar immer noch eine
ausreichende Sicherheit der Befestigung der Prothesenplatte im Skelett,
ermöglicht jedoch einen wesentlichen leichteren Einbau
und gestattet auch eine Revisionsoperation, bei der das Zwischenwirbelimplantat
entnommen und durch ein Ersatzprodukt ersetzt werden kann. In einer
besonders bevorzugt Ausführungsform ist die konvex geformte
Oberfläche der jeweiligen Prothesenplatte an die innere
Kontur des Wirbelkörpers im Zwischenwirbelbereich angepasst.
Operationstechnisch lässt sich das Zwischenwirbelimplantat
gemäß der Erfindung somit sehr einfach einfügen,
indem die Wirbelsäule des Patienten im Operationsverlauf
im entsprechenden Bereich stark gekrümmt wird, wodurch
sich in dem relevanten Zwischenwirbelbereich ein sich nach außen öffnender
Spalt bildet, in den sich das erfindungsgemäße Zwischenwirbelimplantat
mit der konvex gestalteten Außenoberfläche der
jeweiligen Prothesenplatte für den Operateur leicht einfügen
lässt, wogegen Prothesenplatten nach dem Stand der Technik
einzeln eingefügt werden mussten, und die Kopplungselemente
anschließend separat zwischen die beiden bereits in dem
Wirbelkörper verankerten Prothesenplatten anschließend
eingebaut werden mussten. Die erfindungsgemäße
Ausgestaltung der Prothesenplatten in dieser Ausführungsform
erlaubt daher eine einstückige Anformung der Kopplungselemente
an die jeweiligen Prothesenplatten, so dass dadurch auch wiederum
eine Vereinfachung des Zwischenwirbelimplantats möglich
ist, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des
Implantats und zu einer Verringerung in den Herstellungskosten des
Implantats beiträgt.
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Gemäss
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zueinander
konjugierten Flächenelemente der Kopplungselemente geeignet
ausgebildet, dass bei einer Neigung der ersten und zweiten Prothesenplatte
zueinander zugleich eine entsprechende translatorische Bewegung
auftritt. Insbesondere beinhaltet diese Ausbildung der konjugierten Flächenelemente
der Kopplungselemente die Verwendung einer Kugelkalotte, die nur
teilweise in einer entsprechenden Hohlkugelschalenfläche
aufgenommen ist. Bei Neigung der beiden Prothesenplatten zueinander
wandert dabei die Hohlkugelschalenfläche über
der Kugelkalotte entlang der Oberfläche der Kugelkalotte,
wobei zugleich eine gewisse translatorische Bewegung der an der
Hohlkugelschalenoberfläche angeformten Prothesenplatte
gegenüber der gegenüberliegenden Prothesenplatte
unter gleichzeitiger Verkippung auftritt.
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Die
translatorische Bewegung lässt sich durch die Wahl des
Radius der Kugelkalotte auf das physiologisch geeignete Maß einstellen.
Vorzugsweise ist der Radius der Kugelkalotte das 0,5- bis 0,8-fache
der anterioren/posterioren Erstreckung der ersten Prothesenplatte.
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Schließlich
ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eine
Auskleidung zwischen der Kugelkalotte und dem Sitz in der Hohlkugelschalenfläche
vorgesehen, die wiederum aus einem dünnen schichtförmigen
elastischen Material bestehen kann.
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Die
vorgenannten vorzugsweise beschriebenen Merkmale können
jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander in dem
erfindungsgemäßen Zwischenwirbelimplantat, wie
es in Patentanspruch 1 spezifiziert ist, vorgesehen sein.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert und beschrieben. In den die Erfindung beispielhaft
veranschaulichenden Zeichnungen zeigen:
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1 eine
dreidimensionale Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen
Zwischenwirbelimplantats,
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2 eine
Sprengdarstellung des in der 1 gezeigten
Zwischenwirbelimplantats,
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3 das
erfindungsgemäße Zwischenwirbelimplantat in aufgeklapptem
Zustand,
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4 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV von 1,
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5 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie V-V von 1 bei
anteriorer Verkippung,
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6 eine
vergrößerte Darstellung des Teilbereichs X in 4,
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7 eine
Seitenansicht aus anteriorer Richtung des erfindungsgemäßen
Zwischenwirbelimplantats, sowie
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8 die
Seitenansicht aus posteriorer Richtung bei Verkippung und Rotation
des Zwischenwirbelimplantats.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand der vorstehend bezeichneten Figuren näher
erläutert und beschrieben werden. Einleitend sei zunächst
der physiologische Hintergrund für das Zwischenwirbelimplantat
erläutert.
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Das
erfindungsgemäße Zwischenwirbelimplantat dient
als Ersatz für eine Bandscheibe. Die körpereigene
Bandscheibe stellt ein Gebilde mit einem Gallertkern und einem Faserring
dar, die zwischen zwei Endplatten vorhanden sind. Die Bandscheibe liegt
zwischen zwei Wirbelkörpern und ist damit ein Teil eines
Bewegungssegments, das physiologisch als Grundelement des Bewegungs-
und Stabilitätssystems der Wirbelsäule wirkt.
Die Bandscheibe, sofern sie intakt ist, besitzt die Funktion einer
Stabilisierung der Wirbelsäule, einer Kontrolle der Beweglichkeit
des Bewegungssegments, was durch den besonderen Aufbau des Faserrings
hervorgerufen wird, einer Abstandshaltung zwischen den Wirbelkörpern, wobei
diese Funktion auch die Kontrolle der Beweglichkeit bewirkt, und
einer Dämpfung bei axialen Belastungen der Wirbelsäule.
Die natürliche Bandscheibe vermittelt somit zwischen zwei
Wirbelkörpern eine eingeschränkte und gedämpfte
Relativbewegung in Bezug auf Verkippung wie auch axiale Rotation.
Die Beweglichkeit des Bewegungssystems ändert sich jedoch
im Laufe des Lebens. Während die Beugung, Streckung und
die Seitenbewegung im Laufe einer Bandscheibendegeneration eingeschränkt
wird, nimmt die Rotationsbewegung im Laufe des Degenerationsprozesses
der Bandscheibe zu.
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Bei
der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass insbesondere
die Rotationsbewegung besondere Bedeutung für die anatomisch
und physiologisch korrekte Beweglichkeit des Bewegungssystems besitzt.
Die physiologische Kontrolle der Bewegungsmöglichkeiten
des Bewegungssegments in Kombination aus Bandscheiben und Wirbelgelenk
und Bandapparat sowie der Muskulatur, ist daher auch im Hinblick
auf ein künstliches Implantat einer Zwischenwirbelprothese
notwendig.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Zwischenwirbelprothesen schaffen
noch keine ausreichende Kontrolle über das Bewegungssegment
in der Wirbelsäule. Insbesondere besteht die Problematik,
dass die vorhandenen Zwischenwirbelimplantate zuviel Beweglichkeit
erlauben und somit eine Überlastung der eventuell aufgrund
der Operation bereits verringerten Anzahl und möglicherweise
bereits durch Verschleiß veränderten Bänder
verursachen.
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Der
erfindungsgemäße Ansatz besteht nun darin, eine
Zwischenwirbelprothese als Bandscheibenersatz im Skelett des menschlichen
Körpers bereitzustellen, bei dem eine kontrollierte Beweglichkeit zur
Schonung des Bandsystems sowohl des betroffenen Zwischenwirbelbereichs
als auch der bei physiologischen Bewegungsabläufen beteiligten
Band-, Skelett- und Muskelsystemen geschaffen wird. Daher ist die
Kontrolle der Beweglichkeit bei der Konstruktion eines Bandscheibenersatzes
von großer Wichtigkeit, insbesondere da eine Zwischenwirbelprothese als
Bandscheibenersatz bei degenerativen Veränderungen verwendet
wird. Somit wird durch die erfindungsgemäße Zwischenwirbelprothese
als Bandscheibenersatz ein deutlich verbessertes Implantat geschaffen,
da eine deutlich eingeschränkte Drehbeweglichkeit in dem
mit dem erfindungsgemäßen Zwischenwirbelimplantat
versehenen Bewegungssegment geschaffen wird. Dies führt
zu einer Entlastung der beteiligten Bänder und einer Unterstützung
der Wirbelgelenke, welche bei aus dem Stand der Technik bekannten
Modellen mit vollständiger Rotationsbeweglichkeit deutlich überfordert
waren. Dies führt letztendlich zu einer besseren dauerhaften
Stabilität des gesamten Bewegungssegments. Die erfindungsgemäße
Zwischenwirbelprothese als Bandscheibenersatz besitzt die Fähigkeit,
am Zwischenspiel mit den Wirbelgelenken teilzunehmen, um einen harmonischen
Bewegungsablauf zu sichern. Die erfindungsgemäße
Zwischenwirbelprothese schafft sowohl den physiologischen Bewegungsablauf
als auch eine Dämpfungsfunktion axialer Bewegungen in der
Wirbelsäure unter zusätzlicher Verwendung eines
Dämpfungsinlays in dem Kopplungssystem. Durch die Ausbildung
des Kopplungselements als eine Kugelkalotte, die in eine Hohlkugelschalenfläche
ohne vollständige Umgreifung der Kugelkalotte eingreift,
wird neben einer Kipp-/Neigungsbewegung auch eine translatorische
Bewegung geschaffen.
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In
der 1 ist die erfindungsgemäße Zwischenwirbelprothese
im zusammengesetzten Zustand gezeigt. Die Zwischenwirbelprothese 1 umfasst
eine erste Prothesenplatte 10 und eine zweite Prothesenplatte 20.
Zwischen der ersten und zweiten Prothesenplatte ist ein elastisches
Dämpfungselement 30 vorgesehen. Im nicht gekippten
Zustand sind die erste Prothesenschale 10, die zweite Prothesenschale 20 und
das elastische Dämpfungselement 30 im gekoppelten
Zustand spaltfrei zusammengefügt. Das elastische Dämpfungselement 30 bildet
mit den Seitenflächen der ersten und zweiten Prothesenplatte 10 und 20 jeweils
im Wesentlichen glatt übergehende Abschlusskanten.
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In
der Sprengdarstellung der 2 ist ein erster
Teil eines an die Prothesenplatte 10 angeformten Kopplungselements
gezeigt. Dieser Teil des Kopplungselements umfasst eine Kugelkalotte 51,
an der zwei seitliche stegartige Überstände 52 und 53 ausgebildet
sind. An der zweiten Prothesenplatte 20 ist ein weiterer
Teil des Kopplungselements angeformt, der eine Hohlkugelschale 54 aufweist,
in der Ausnehmungen 55 und 56 zur Aufnahme der
stegförmigen Überstände 52 und 53 ausgebildet
sind. Die Ausnehmungen 55, 56 sind von der Größe
so an die stegförmigen Überstände 52 und 53 angepasst,
dass im gekoppelten Zustand die stegförmigen Überstände 52 und 53 Spiel
aufweisen, das eine Rotationsverdrehung einer Prothesenplatte gegenüber
der anderen um einen vorbestimmten Winkel erlaubt, bis die Seitenfläche
eines stegartigen Überstands an der Innenseitenfläche
der entsprechenden Ausnehmung anstößt. Die Ausnehmungen
sind im Vergleich zu der Größe der stegartigen Überstände
so gestaltet, dass im gekoppelten Zustand der ersten und zweiten
Prothesenplatte eine maximale Rotationsbewegung von 3 Grad um eine
zur Fläche der Prothesenplatte 10 oder 20 senkrecht
verlaufende Achse möglich ist. Die äussere feie
Fläche der Kugelkalotte 51 ist größer bemessen
als die entsprechende Aushöhlung, die durch die Hohlkugelschale 54 geschaffen
wird.
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Das
elastische Dämpfungselement 30 weist eine im Wesentlichen
gleiche Dicke über sein seitliche Erstreckung auf und besitzt
in einem mittleren Bereich eine Ausnehmung 31, die eine
Aufnahme der an der ersten und zweiten Prothesenplatte angeformten
Kupplungselemente ermöglicht. Die Dicke des elastischen
Dämpfungselements 30 ist derart gewählt,
dass bei zueinander parallelen ersten und zweiten Prothesenplatten
das Dämpfungselement spaltfrei an den Innenflächen 11 und 21 der
ersten und zweiten Grundplatte 10 und 20 anliegt.
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Das
elastische Dämpfungselement kann durch spezielle Formgebung,
z. B. einknöpfbare Noppen, in der ersten und/oder zweiten
Prothesenplatte befestigt sein. Eine Befestigung des elastischen
Dämpfungselements an der ersten und/oder zweiten Prothesenplatte
kann auch durch geeignete Vorsprünge auf den Innenfläche 11 und 21 der
ersten und zweiten Prothesenplatte geschaffen werden, z. B. durch
schwalbenschwanzförmige Ausbildungen, pilzförmige
Ausbildungen oder Ähnliches, die in entsprechend geeignete
Vertiefungen in dem elastischen Element fixierbar sind (in den Figuren
nicht gezeigt).
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In
der Darstellung der 3 sind zusätzliche Dämpfungselemente
im Bereich der Anschlagflächen der Bewegungsbegrenzungsmittel
gezeigt. An der ersten Prothesenplatte 10 ist an den Seitenflächen
der stegförmigen Überstände 52 und 53 jeweils flächige
elastische Dämpfungsauflagen 71 und 72, sowie 73 und 74 vorgesehen,
die zur Begrenzung der Rotationsbewegung als Rotationsanschlag dienen. In
gleicher Weise kann in den Seiteninnenflächen der Ausnehmungen 55 und 56 der
an der zweiten Prothesenplatte 20 ausgebildeten Hohlkugelschale 54 jeweils
ein flächiger elastischer Dämpfungsbelag 75, 76, 77, 78 vorgesehen
sein. Am stirnseitigen Rand 57 der Hohlkugelschale 54 ist
weiter eine flächige elastische Dämpfungsauflage 79 vorgesehen.
Zusätzlich kann auf der ersten Prothe senplatte 10 seitlich
an die Kugelkalotte 51 anschließend eine flächige
elastische Dämpfungsauflage 80 vorhanden sein.
Die elastischen Dämpfungsauflagen 79 und 80 dämpfen die
Anschlagflächen beim Neigungsanschlag elastisch ab.
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In
der Querschnittsansicht der 4 wird veranschaulicht,
dass die Hohlkugelschale 54 die Kugelkalotte 51 nur
teilweise aufnimmt, so dass ein Spalt zwischen der stirnseitigen
Randfläche 57 der Hohlkugelschale und der inneren
Fläche 11 der ersten Prothesenplatte verbleibt.
Aufgrund dieses Spalts ist eine Neigung der ersten Prothesenplatte 10 zur zweiten
Prothesenplatte 20 um einen vorbestimmten Wert möglich,
der in einer bevorzugten Ausführungsform auf einen Maximalwert
von 10 Grad in lateraler Richtung begrenzt ist.
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In
der 5 ist die erfindungsgemäße Zwischenwirbelprothese
in einem seitlichen Schnitt gezeigt, der die translatorische Verschiebung
und Neigung der ersten und zweiten Prothesenplatte zueinander bei
anteriorer/posteriorer Beugung veranschaulicht. Wie bereits in der 2 zu
erkennen war, ist in der Schnittansicht der 5 nochmals
die wesentlich dünnere Ausgestaltung der durch die Ausnehmung 31 in
dem elastischen Dämpfungselement 30 gebildeten
Wände in der anterioren und posterioren Position im Vergleich
zu den lateralen Wandstärken zu erkennen. Darüber
hinaus ist der Bewegungsanschlag bei maximaler Neigung der ersten
und zweiten Prothesenplatte 10 und 20 zueinander
bei Beugung nach vorne zu erkennen. Aufgrund der auf der Kugelkalotte
nach anterior (in der Fig. rechts) gleitenden Hohlkugelschale findet
insgesamt auch eine Translation der zweiten Prothesenplatte gegenüber
der ersten Prothesenplatte in anteriorer Richtung statt. Die innen
liegenden Stirnflächen der Ausnehmung 55 und 56 in
der Hohlkugelschale 54 sind so abgeschrägt, dass
eine flächige Anlage auf den oben liegenden Deckflächen
der stegförmigen Überstände 52 und 53 stattfindet.
Durch die Auflage der innen liegenden Stirnflächen der
Ausnehmungen 55 und 56 auf den oben liegenden
Deckflächen der stegförmigen Überstände 52 und 53 wird
die maximale Verkippung der ersten und zweiten Prothesenplatte zueinander
in anteriorer und posteriorer Richtung, also Beugung nach vorne
und Streckung nach hinten, bestimmt. Im gezeigten Beispiel beträgt
die maximale Beugung 10 Grad. Abhängig davon, in welchen
Zwischenwirbelbereich in der Wirbelsäule die Zwischenwirbelprothese
eingesetzt werden soll, kann die maximale Beugung zwischen 10 und
15 Grad betragen. Die maximale laterale Beugung, die durch Auflage
des Randes 57 der Hohlkugelschale and der Innefläche
der ersten Prothesenplatte bestimmt wird, kann, ebenfalls abhängig
von dem Einsatzort an der Wirbelsäule, vorzugsweise zwischen
5 und 6 Grad betragen.
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Wie
in der 4 zu erkennen ist, sind die den Kopplungselementen
gegenüberliegenden Außenflächen 12 und 22 der
ersten und zweiten Prothesenplatte 10 und 20 konvex
ausgebildet. Durch diese Konvexität liegt ein Teil des
Volumens der ersten und zweiten Prothesenplatte 10 und 20 innerhalb
des Knochenrands der angrenzenden Wirbel, wenn die Zwischenwirbeiprothese
in das Skelett als Bandscheibenersatz eingesetzt ist. Dadurch wird
eine selbstklemmende Wirkung der erfindungsgemäßen Zwischenwirbeiprothese
erzielt. In vorteilhafter Weise ist die konvexe Form oder Krümmung
der äußeren Oberflächen 12 und 22 der
ersten und zweiten Prothesenplatte an die anatomische Formgebung
der Innenwirbelflächen durch eine komplementäre
Innenflächentopologie angepasst (nicht gezeigt). Damit
ist ein noch besserer Sitz der Prothesenplatten im Zwischenwirbelbereich
gewährleistet.
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In
der 6 ist der in der 4 gezeigte
Abschnitt X, in dem der Spalt zwischen dem Rand 57 der
Hohlkugelschale und der Innenfläche 11 der ersten
Prothesenplatte gezeigt ist, vergrößert dargestellt.
Der stirnseitige Rand 57 der Hohlkugelschale 54 ist
in Richtung zur Innenfläche der zweiten Prothesenplatte
abgeschrägt, so dass bei vollständiger Beugung
und Anschlag der stirnseitigen Randfläche 57 am
Dämpfungselement 80 auf der Innenfläche
der ersten Prothesenplatte 10 eine ganzflächige
Auflage unter lateraler Verdrängung des elastischen Dämpfungselements 30 stattfindet.
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In
der 7 ist eine Seitenansicht der Zwischenwirbeiprothese
von vorne gezeigt. In dieser Darstellung ist auf der oberen Anschlagfläche
des stegförmigen Überstands 52 ein weiterer
flächiger Anschlagdämpfer 84 ausgebildet.
In der gezeigten Ausführungsform findet bei maximaler Neigung
der beiden Prothesenplatten zueinander nach anterior ein Anschlag
sowohl auf der oberen Anschlagfläche 84 des stegförmigen Überstands 52,
als auch auf der inneren Oberfläche der Prothesenplatte 10 seitlich angrenzend
an den stegförmigen Überstand, an dem ebenfalls
Dämpfungselemente 80 vorhanden sind, statt. Der
Anschlag ließe sich jedoch auch allein durch Begrenzung
des Anschlags auf der oberen Stegfläche, an der das Dämpfungselement 84 vorgesehen
ist, erzielen. In diesem Fall bestünde keine Einschränkung
der maximal einstellbaren Anschlagwinkel in verschiedenen Richtungen,
so dass sich zwischen anterior/posterior und lateral links und rechts
jeweils unterschiedliche maximale Neigungswinkel einstellen ließen.
Bei Verwendung der oberen Oberfläche des stegförmigen Überstands
als alleinige Anschlagfläche für die Endbegrenzung
des maximalen Neigungswinkels anterior und posterior ist es vorteilhaft,
die obere Oberfläche des stegförmigen Überstands
wie auch inner Fläche der entsprechenden Ausnehmung entspre chend
gewölbt auszubilden, um weiterhin großflächige
Auflageflächen im Anschlagbereich zu schaffen, wenn gleichzeitig
eine laterale Verkippung auftritt.
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In
der 8 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen
Zwischenwirbelprothese von posterior aus gezeigt. In der dargestellten
Ausführungsform ist zudem die erste Prothesenplatte 10 gegenüber der
zweiten Prothesenplatte 20 um den maximalen Rotationswinkel
um die zu den Prothesenplatten senkrecht stehende Achse 60 verdreht.
Zugleich ist die zweite Prothesenplatte 20 gegenüber
der ersten Prothesenplatte 10 maximal nach posterior verkippt, so
dass der stirnseitige Rand 57 der Hohlkugelschale 54 auf
dem flächigen Anschlagsdämpfer 80 beidseitig
des stegförmigen Überstands 53 aufliegt.
Der flächige Anschlagdämpfer 74 an der
Seite des stegförmigen Überstands 53 liegt
an der Innenfläche der Ausnehmung 56 in der Hohlkugelschale 54 an.
Das Dämpfungselement 30 ist in dieser Konstellation beidseitig
der Kopplungselemente auf Druck beansprucht.
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Während
vorstehend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
beschrieben wurde, so ist für den Fachmann ersichtlich,
dass die Erfindung grundsätzlich nicht auf die gezeigte
mechanische Lösung zur Bewegungsbegrenzung oder zur Kopplung der
beiden Prothesenplatten begrenzt ist. Beispielsweise könnten
die Stege in der Hohlkugelschale angeordnet sein, während
entsprechende Ausnehmungen in der Kugelkalotte vorgesehen sind.
Anstelle von paarweisen randseitigen Ausnehmungen und stegförmigen Überständen
an den jeweiligen Kopplungselementen wären auch einzelne,
dafür zentral an der Kugelkalotte und in der Hohlkugelschalenfläche
angeordnete Ausnehmungen und stegförmige Vorsprünge
möglich. Auch die bezeichnete Form der Stege und Ausnehmungen
als im Wesentlichen quaderförmig ist für den Fachmann
ersichtlich nicht erfindungswesentlich, sondern andere Arten der
Formgebung der Stege und Ausnehmungen sind denkbar, solange eine
Asymmetrie zur Begrenzung der Rotationsbewegung der beiden Prothesenplatten
zueinander vorhanden ist.
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Die
Bewegungsbegrenzungselemente könnten auch getrennt von
den Kopplungselementen an der ersten und zweiten Prothesenplatte
angeformt oder ausgebildet sein.
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- 1
- Zwischenwirbelprothese
- 10
- erste
Prothesenplatte
- 11
- Innenfläche
der ersten Prothesenplatte
- 12,
22
- äußere
Oberfläche der ersten Prothesenplatte
- 20
- zweite
Prothesenplatte
- 21
- Innenfläche
der zweiten Prothesenplatte
- 22
- äußere
Oberfläche der zweiten Prothesenplatte
- 30
- Dämpfungselement
- 51
- Kugelkalotte
- 52,
53
- stegartige Überstände
- 54
- Hohlkugelschale
- 55,
56
- Ausnehmungen
in Hohlkugelschale
- 57
- stirnseitiger
Rand
- 60
- Achse
- 71,
72, 73, 74
- Dämpfungsauflage
auf stegartigen Überständen
- 75,
76, 77, 78
- Dämpfungsauflage
auf Seitenflächen der Ausnehmungen
- 79
- elastische
Dämpfungsauflage auf stirnseitgem Rand
- 80
- elastische
Dämpfungsauflage seitlich der Kugelkalotte
- 82
- Spaltabschnitt
- 84
- Anschlagdämpfer
auf stegartigem Überstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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