WO1994008527A1 - Verankerungselement - Google Patents

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WO1994008527A1
WO1994008527A1 PCT/EP1993/002756 EP9302756W WO9408527A1 WO 1994008527 A1 WO1994008527 A1 WO 1994008527A1 EP 9302756 W EP9302756 W EP 9302756W WO 9408527 A1 WO9408527 A1 WO 9408527A1
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Jürgen Harms
Harry L. Shufflebarger
Lutz Biedermann
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Biedermann Motech Gmbh
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    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
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    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/70—Spinal positioners or stabilisers ; Bone stabilisers comprising fluid filler in an implant
    • A61B17/7001—Screws or hooks combined with longitudinal elements which do not contact vertebrae
    • A61B17/7032—Screws or hooks with U-shaped head or back through which longitudinal rods pass
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    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor

Definitions

  • the invention relates to an anchoring element with a shaft intended for bone anchoring and a head which can be connected to a rod and which has a substantially U-shaped cross section, which is connected at its base to the shaft and has two free legs which form a channel for receiving the rod the legs have an internal thread and an external thread, and with an element comprising the outside of the element, having an internal thread interacting with the external thread and a fixing element having a thread interacting with the internal thread of the leg.
  • Such anchoring element is known from EP-A-048783.
  • the rod has a triangular cross-section and serves to brace against torsional movement.
  • plates are provided which are bent according to the shape correction to be carried out. The plates naturally take up a relatively large amount of space.
  • the base between the two legs is flat in the longitudinal direction of the slot.
  • there is a considerable permanent vibration load due to the forces exerted on the rod. As a result, the rods tend to tear in the area of the edges of the slot base after a certain time.
  • the object of the invention is to form the anchoring element so that the dimensioning of the anchoring can be reduced and the anchoring withstands a higher permanent load. This plays a role in particular, knows such anchoring elements with the rods to be connected as part of corrective implants for di human spine are used and therefore small dimensions and unlimited resilience should be aimed for.
  • the base of the U-shaped recess has an arched section in its direction perpendicular to the U-shaped cross section. It is thereby achieved that instead of the plate elements for the actual shape correction, round rods can be used which are bent according to the shape correction, since it is also possible to fix curved rods perfectly in the anchoring elements. In addition, even with straight bars, but especially with curved bars, the durability is increased significantly under permanent load.
  • Figure 1 is a side view of a first embodiment of the anchoring element.
  • FIG. 2 shows a front view of the device shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a section along the line III - III in Fig. I.
  • Fig. 5 is a side view of a second embodiment
  • FIG. 6 shows a section along the plane of symmetry of a modified embodiment in an exploded view
  • 8 shows the representation according to FIG. 7 with a fixed straight rod
  • Fig. 10 the same embodiment with a concave curved rod.
  • the anchoring element shown in FIG. 1 comprises a screw 1, which is actually to be inserted into a spine, with a threaded shaft 2 and a head 3.
  • the head 3 has a U-shaped recess 4, which is arranged symmetrically to the central axis of the threaded shaft 2, the base of which 5 is directed towards the threaded shaft 2.
  • the side wall of the head delimiting the U-shaped recess 4 is formed by free legs 6, 7.
  • a bore with an internal thread 8 is provided in the interior of the channel which is concentric with the central axis of the threaded shaft 2.
  • the head 3 itself is cylindrical and, as can best be seen from FIG. 4, has an external thread 9 in the region of the free legs 6, 7.
  • a fixing element 11 designed as a threaded bolt is provided.
  • the fixing element 11 has an external thread cooperating with the internal thread 8 for screwing into the U-shaped recess 4.
  • the fixing element On its surface facing away from the base 5, the fixing element has a slot or a correspondingly different recess for engagement by means of a screwdriver.
  • an element which surrounds the two U-shaped legs 6, 7 from the outside is provided in the form of a union nut 12, the thread of which cooperates with the external thread 9.
  • the direction of rotation of the internal thread 8 and the associated fixing element 11 on the one hand and of the external thread 9 and the union nut 12 on the other hand is directed in the opposite direction. As can best be seen from FIG.
  • the base 5 of the U-shaped recess has a radius which is only so much larger than the radius of the Increasing rod 10 is that the rod can be easily inserted into or removed from the U-shaped recess.
  • the internal thread 8 and the external thread 9 each extend so far downwards, that is to say in the direction of the base 5, that the projection on the axis of symmetry is at a distance from the base 5 which is smaller than the diameter of the rod 10 to be received.
  • the head is not connected to a threaded shaft, but to a shaft designed as a hook 16. This serves in the same way for connection to a spinal column element, the hook being introduced into the vertebral arch.
  • the base of the U-shaped recess has a recess 17 in the form of a counterbore, which is concentric with the central axis of the inner thread 8.
  • the two outer edges 18, 19 of the bottom are curved to the outside towards the shaft. It is thereby achieved that when picking up a curved rod not only a punctiform support on the base of the U-shaped recess 4, but also a larger contact surface is formed.
  • the curvature towards the shaft serves to ensure a better positive fit in the case of a rod which is bent towards the shaft.
  • FIG. 7 to 10 each show the head of a further embodiment with a rod to be connected to it.
  • the shaft connected to the head can be designed both as a threaded shaft 2 and as a hook 16.
  • the base of the respective U-shaped recess is curved.
  • the curvature has an inner concave section 20 and two upwardly projecting curved areas 21, 22 arranged symmetrically to the central axis of the screw.
  • the distance of the highest point of the bead-shaped elevation 21 or 22 from the central axis of the screw is essentially equal to the distance the middle 23 between the radius of the internal thread 8 and the radius of the external thread 9 from the axis of symmetry of the screw.
  • the head 3 has two recesses 13, 14 which are mutually offset by 180 °, which are essentially each offset by 90 ° against the U-shaped recess and the serve for engagement by means of a handling tool, for example gripping pliers.
  • screw 1 is first screwed into the spine. Then the rod 10 or 15, 15 'is inserted into the U-shaped recess 4 and fixed by screwing the fixing element 11 into the thread 8. Then the union nut 12 is screwed on. The fixing element and the union nut 12 are now each separately rotated in the direction of the base 5 until each of the two parts exerts a desired holding force on the rod 10, 15, 15 '.
  • This has the advantage that the fixing of the fixing element 11 and the union nut 12 can be adjusted independently of one another relative to the rod. In addition, there is a final fixation and screw locking by jamming.
  • each rod to be fixed Regardless of whether it is designed as a straight rod 10 or as a convex or concave curved rod 15, 15 ', it rests on two planar areas 21, 22.
  • the lower edges 24, 25 of the fixing element 11 and the union nut 12 facing the rod are additionally rounded or convexly curved. It is thereby achieved that all points of attack which act on the rod to be gripped during the fixing act on the rod without sharp edges.
  • the position described ensures that the areas of attack of the two raised areas 21, 22 of the ground are precisely between the two areas of attack of the fixing element 11 and the union nut 12. A particularly good fixation and a particularly low stress load are thereby achieved. As can best be seen from FIGS. 8 to 10, the good fixation is achieved for each type of bending of the rods 10, 15, 15 '.
  • the head 3 is in each case firmly connected to the threaded shaft or the hook-shaped shaft. According to a modified embodiment, the respective shaft and the head are connected to one another in an articulated manner.

Abstract

Es wird ein Verankerungselement mit einem zur Knochenverankerung bestimmten Schaft (2) und einem mit einer Stange (10) verbindbaren Kopf (3) mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, der an seinem Grund (5) mit dem Schaft (2) verbunden ist, und zwei einen Kanal (4) zur Aufnahme der Stange (10) bildende freie Schenkel (6, 7) hat, geschaffen. Die freien Schenkel (6, 7) weisen ein sich in Richtung der Schenkel erstreckendes Innengewinde (8) auf. Ein Fixierelement (11) und ein die Schenkel von außen umfassendes Element (12) sind vorgesehen. Damit eine Aufnahme nicht nur gerader Stangen, sondern auch gebogener Stangen und somit eine individuelle Anpassung an die Gegebenheit der zu behandelnden Wirbelsäule möglich wird, weisen die freien Schenkel ein Aussengewinde (9) und das Element (12) ein mit diesem zusammenwirkendes Innengewinde auf. Das Fixierelement (11) weist ein mit dem Innengewinde (8) zusammenwirkendes Gewinde zum Einschrauben in dieses auf. Der Grund (5) der U-förmigen Ausnehmung (4) weist einen gewölbten Abschnitt (20) auf.

Description

Verankerungse1ement
Die Erfindung betrifft ein Verankerungselement mit einem zu Knochenverankerung bestimmten Schaft und einem mit einer Stang verbindbaren Kopf mit einem im wesentlichen U-förmige Querschnitt, der an seinem Grund mit dem Schaft verbunden is und zwei einen Kanal zur Aufnahme der Stange bildende frei Schenkel hat, wobei die Schenkel ein Innengewinde und ei Außengewinde aufweisen, und mit einem die Schenkel von auße umfassenden, ein mit dem Außengewinde zusammenwirkende Innengewinde aufweisenden Element und einem ein mit de Innengewinde der Schenkel zusammenwirkendes Gewinde aufweisende Fixierelement.
Ein derartiges Verankerungselement ist aus der EP-A-048783 bekannt. Die Stange weist einen dreieckförmigen Querschnitt au und dient zur Verspannung gegen Torsionsbewegung. Zu eigentlichen Längsstabilisierung sind Platten vorgesehen, di der vorzunehmenden Formkorrektur entsprechend gebogen werden Die Platten beanspruchen naturgemäß verhältnismäßig viel Platz Darüber hinaus ist der Grund zwischen den beiden Schenkeln i Längsrichtung des Schlitzes eben ausgebildet. Im praktische Gebrauch erfolgt eine erhebliche Dauerschwingbelastung durch di auf den Stab ausgeübten Kräfte. Die Stäbe neigen dadurch dazu nach einer gewissen Zeit im Bereich der Kanten de Schlitzgrundes zu reißen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verankerungselement so auszu bilden, daß die Dimensionierung der Verankerung verkleiner werden kann und die Verankerung einer höheren Dauerbelastun standhält. Das spielt insbesondere deshalb eine Rolle, wei derartige Verankerungselemente mit den damit zu verbindende Stangen als Bestandteil von Korrekturimplantaten für di menschliche Wirbelsäule verwendet werden und deshalb kleine Dimensionen und eine unbegrenzte Belastbarkeit anzustreben sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Grund der U-förmigen Ausnehmung in seiner Richtung senkrecht zum U-förmigen Querschnitt einen gewölten Abschnitt aufweist. Dadurch wird erreicht, daß anstelle der Plattenelemente zur eigentlichen Formkorrektur runde Stangen verwendet werden können, die der Formkorrektur entsprechend gebogen sind, da eine einwandfreie Fixierung auch gebogener Stangen in den Verankerungselementen möglich ist. Darüber hinaus wird auch bei geraden Stäben, besonders aber auch bei gebogenen Stäben die Haltbarkeit bei Dauerbelastung erheblich vergrößert.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeiεpielen anhand der Figu¬ ren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Verankerungselementes;
Fig. 2 eine Frontansicht auf die in Fig. 1 gezeigte Vor¬ richtung;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III - III in Fig. i;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV - IV in Fig. 2;
Fig. 5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Symmetrieebene einer ab¬ gewandelten Ausführungsform in Explosionsdarstel¬ lung; Fig. 8 die Darstellung gemäß Fig. 7 mit fixierter gerader Stange;
Fig. 9 dieselbe Ausführungsform mit konvex gebogener Stange; und
Fig. 10 dieselbe Ausführungsform mit konkav gebogener Stange.
Das in Fig. 1 gezeigt Verankerungselement umfaßt eine eigentlich in eine Wirbelsäule einzubringende Schraube 1 mit einem Gewinde¬ schaft 2 und einem Kopf 3. Der Kopf 3 weist eine zur Mittenachse des Gewindeschaftes 2 symmetrisch angeordnete U-förmige Ausneh¬ mung 4 auf, deren Grund 5 zu dem Gewindeschaft 2 hin gerichtet ist. Die Seitenwandung des die U-förmige Ausnehmung 4 begrenzen¬ den Kopfes wird durch freie Schenkel 6, 7 gebildet. Wie am be¬ sten aus den Fig. 3, 4, und 5 zu ersehen ist, ist im Inneren des Kanales eine konzentrisch zur Mittenachse des Gewindeschaftes 2 ausgebildete Bohrung mit einem Innengewinde 8 vorgesehen. Der Kopf 3 selbst ist zylindrisch ausgebildet und weist, wie am be¬ sten aus Fig. 4 ersichtlich ist, im Bereich der freien Schenkel 6, 7 ein Außengewinde 9 auf.
Damit mit dieser Schraube eine Stange verankert werden kann, ist ein als Gewindebolzen ausgebildetes Fixierelement 11 vorgesehen. Das Fixierelement 11 weist ein mit dem Innengewinde 8 zusammen¬ wirkendes Außengewinde zum Einschrauben in die U-förmige Ausneh¬ mung 4 auf. Auf seiner dem Grund 5 abgewandten Fläche weist das Fixierelement einen Schlitz oder eine entsprechend andere Aus¬ nehmung zum Eingreifen mittels eines Schraubendrehers auf. Fer¬ ner ist ein die beiden U-förmigen Schenkel 6, 7 von außen umfas¬ sendes Element in Form einer Überwurfmutter 12 vorgesehen, deren Gewinde mit dem Außengewinde 9 zusammenwirkt. Die Drehrichtung des Innengewindes 8 und des zugehörigen Fixierelementes 11 ei¬ nerseits und des Außengewindes 9 und der Überwurfmutter 12 ande¬ rerseits ist entgegengesetzt gerichtet. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist der Grund 5 der U-förmigen Ausnehmung einen Radius auf, der nur soviel größer als der Radius der auf- zunehmenden Stange 10 ist, daß die Stange in die U-förmige Aus¬ nehmung leicht einsetzbar bzw. leicht aus dieser herausnehmbar ist. Das Innengewinde 8 und das Außengewinde 9 erstrecken sich jeweils so weit nach unten, also in Richtung des Grundes 5, daß die Projetion auf die Symmetrieachse einen Abstand vom Grund 5 aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der aufzunehmenden Stange 10.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist der Kopf nicht mit einem Gewindeschaft, sondern mit einem als Haken 16 ausge¬ bildeten Schaft verbunden. Dieser dient in gleicher Weise zur Verbindung mit einem Wirbelsäulenelement, wobei der Haken in die Wirbelbogen eingebracht wird.
Bei der in Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform weist der Grund der U-förmigen Ausnehmung eine zu der Mittenachse des Innenge¬ windes 8 konzentrische Ausnehmung 17 in Form einer Senkbohrung auf. Die beiden äußeren Ränder 18, 19 des Grundes sind nach außen zum Schaft hin abfallend gewölbt. Dadurch wird erreicht, daß beim Aufnehmen einer gebogenen Stange nicht nur eirie punkt- förmige Auflage auf dem Grund der U-förmigen Ausnehmung 4, son¬ dern eine größere Auflagefläche gebildet wird. Die Wölbung zum Schaft hin dient dazu, bei einer Stange, die zum Schaft hin ge¬ bogen ist, einen besseren Formschluß zu gewährleisten.
In den Fig. 7 bis 10 ist jeweils der Kopf einer weiteren Ausfüh¬ rungsform mit einer damit zu verbindenden Stange gezeigt. Der mit dem Kopf verbundene Schaft kann sowohl als Gewindeschaft 2 als auch als Haken 16 ausgebildet sein.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist der Grund der jeweili¬ gen U-förmigen Ausnehmung gewölbt ausgebildet. Die Wölbung weist einen inneren konkaven Abschnitt 20 und zwei symmetrisch zur Mittenachse der Schraube angeordnete nach oben erhaben hervor¬ stehende gewölbte Bereiche 21, 22 auf. Der Abstand der jeweils höchsten Stelle der wulstförmigen Erhebung 21 bzw. 22 von der Mittenachse der Schraube ist im wesentlichen gleich dem Abstand der Mitte 23 zwischen dem Radius des Innengewindes 8 und dem Ra¬ dius des Außengewindes 9 von der Symmetrieachse der Schraube.
Wie am besten aus den Fig. 1, 3 und 5 entnehmbar ist, weist der Kopf 3 zwei gegenseitig um 180° versetzte Ausnehmungen 13, 14 auf, die im wesentlichen jeweils um 90° gegen die U-förmige Aus¬ nehmung versetzt sind und die zum Eingreifen mittels eines Hand¬ habungswerkzeuges, beispielsweise einer Greifzange dienen.
Im Betrieb wird zunächst die Schraube 1 in die Wirbelsäule ein¬ geschraubt. Anschließend wird die Stange 10 bzw. 15, 15' in die U-förmige Ausnehmung 4 eingelegt und durch Einschrauben des Fi¬ xierelementes 11 in das Gewinde 8 fixiert. Dann wird die Über¬ wurfmutter 12 aufgeschraubt. Das Fixierelement und die Überwurf¬ mutter 12 werden nun getrennt jeweils so weit in Richtung des Grundes 5 gedreht, bis jedes der beiden Teile eine gewünschte Haltekraft auf die Stange 10, 15, 15' ausübt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß die Fixierung von Fixierelement 11 und Überwurfmutter 12 relativ zu der Stange unabhängig voneinander einstellbar sind. Darüber hinaus erfolgt eine endgültige Fixa- tion und eine Schraubensicherung durch Verklemmung.
Durch die gewölbte Ausbildung des Grundes der U-förmigen Ausneh¬ mung und insbesondere durch die in den Fig. 7 bis 10 gezeigte Ausbildung mit den einen Abstand voneinander aufweisenden erha¬ benen gewölbten Auflagebereichen und deren oben beschriebene Lage wird erreicht, daß jede zu fixierende Stange, egal, ob sie als gerade Stange 10 oder als konvex oder konkav gebogene Stange 15, 15' ausgebildet ist, auf zwei flächenhaft ausgebildeten Be¬ reichen 21, 22 aufliegt. Wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich ist, sind zusätzlich die der Stange zugewandten unteren Ränder 24, 25 des Fixierelementes 11 und der Überwurfmutter 12 abgerun¬ det beziehungsweise konvex gewölbt. Dadurch wird erreicht, daß alle Angriffsstellen, die bei der Fixierung auf die zu ergrei¬ fende Stange einwirken, ohne scharfe Ränder an die Stange an¬ greifen. Darüber hinaus wird durch die beschriebene Lage er¬ reicht, daß die Angriffsbereiche der beiden erhabenen Stellen 21, 22 des Grundes gerade zwischen den beiden Angriffsstellen des Fixierelementes 11 und der Überwurfmutter 12 liegen. Dadurch wird eine besonders gute Fixierung und eine besonders geringe Streßbelastung erreicht. Wie am besten aus den Fig. 8 bis 10 er¬ sichtlich ist, wird die gute Fixierung für jede Art der Biegung der Stangen 10, 15, 15 ' erreicht. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Kopf 3 jeweils mit dem ein Gewinde aufweisenden Schaft beziehungsweise dem hakenförmigen Schaft fest verbunden. Nach einer abgewandelten Ausführungsform sind der jeweilige Schaft und der Kopf gelenkig miteinander verbun¬ den.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verankerungselement mit einem zur Knochenverankerung be¬ stimmten Schaft (2, 16) und einem mit einer Stange (10, 15) ver¬ bindbaren Kopf (3) mit einem im wesentlichen U-förmigen Quer¬ schnitt, der an seinem Grund (5) mit dem Schaft (2, 16) verbun¬ den ist und zwei einen Kanal zur Aufnahme der Stange (10, 15) bildende freie Schenkel (6, 7) hat, wobei die Schenkel (6, 7) ein Innengewinde (8) und ein Außenge¬ winde (9) aufweisen, und mit einem die Schenkel (6, 7) von außen umfassenden, ein mit dem Außengewinde zusammenwirkendes Innengewinde aufweisenden Element (12) und einem ein mit dem Innengewinde (8) der Schenkel zusammenwirkendes Gewinde aufweisendes Fixierelement (11) , dadurch gekennzeichnet, daß der Grund (5) der U-förmigen Ausneh¬ mung (4) in seiner Richtung senkrecht zum U-förmingen Quer¬ schnitt einen gewölbten Abschnitt aufweist.
2. Verankerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (18, 19) des Grundes (5) nach außen zum Schaft (2, 16) hin abfallend ausgebildet sind.
3. Verankerungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum ersten Innengewinde (8) im Grund (5) des Kanales eine Ausnehmung (17) vorgesehen ist.
4. Verankerungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung einen zur Mitte hin ver¬ tieften Abschnitt aufweist.
5. Verankerungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung jeweils in einem Abstand von der Mitte einen hervorstehend gewölbten Abschnitt (21, 22) aufweist.
6. Verankerungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand eines gewölbten Ab¬ schnittes (21, 22) im wesentlichen gleich der Mitte (23) zwi¬ schen dem Radius des Innengewindes (8) und des Außengewindes (11) ist.
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