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Die Erfindung umfasst eine Schraube zur Anordnung in einem Wirbelkörper einer Wirbelsäule.
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Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Schraubensysteme für die Wirbelsäulenchirurgie und den entsprechenden Zubehörteilen.
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Die Bevölkerung in Deutschland und Europa wie auch in Amerika wird älter als vor 100 Jahren. Diese Aussage wird durch die Statistiken belegt. Die Alterspyramide kehrte sich von einer Pyramide zu einem Baum um. Auch die Krankheitsbilder verändern sich. So haben die Osteopenie und Osteoporose nunmehr Hochkonjunktur. Und das nicht nur bei Frauen, die wegen der hormoninduzierten Osteoporose davon am häufigsten betroffen sind. Auch Männer und auch zunehmend jüngere Frauen leiden an diesem Krankheitsbild. Zudem nimmt die Zahl der degenerativen Wirbelsäulenveränderung auch wegen des zunehmenden Alters und der hervorragenden medizinischen Betreuung in Deutschland und Europa rasant zu. Die Engstellen in den Wirbelsäulenabschnitten ist in der HWS und vor allem in der unteren BWS und LWS führend. Der wachsende motorisierte als auch der nicht motorisierte Verkehr, wie Fahrräder, E-Bikes, elektrisch angetriebene Roller, Rollerskater und Rollschuhfahrer, trugen in den vergangenen Jahrzehnten dazu bei, dass Unfälle zu einem großen Teil auch die Wirbelkörperfrakturen betroffen haben.
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Insgesamt ist die Therapie der Wahl der Frakturen, seien diese traumatisch oder atraumatisch bedingt, oder degenerativen Wirbelsäulenerkrankungen mit Wirbelgleiten ein Schrauben-Stab-System. Dieses soll helfen, beispielsweise die Fraktur oder das Wirbelgleiten ruhigzustellen um den Heilungsvorgang zu begünstigen. Dabei spielt es eine besondere Rolle wie der Knochen und seine Matrix beschaffen sind. Im Vorfeld der Operationen werden in vielen Kliniken zusätzliche Informationen bezüglich der Knochenmatrix und Blutparameter eingeholt. So wird zum Beispiel die Knochendichte über eine DXA (Dual-Röntgen-Absorptiometrie), ein Q-CT (quantitative CT-Osteodensitometrie) und die laborchemischen Parameter, die zur Calciumaufnahme führen, bestimmt. Daran koppelt sich die Erweiterung der Diagnose, ob die Schrauben mit oder ohne Zement im Wirbelkörper fixiert werden müssen. Ist dieser Prozess abgeschlossen, erfolgt die Operation mit dem bereits oben erwähnten Schrauben-Stab-System.
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Das operative Einbringen erfolgt auf verschiedene Art und Weise. Klassisch wird die Schraube, wenn die anatomischen Bedingungen physiologisch sind, mit Hilfe zweier Röntgenbildwandler eingebracht. Wenn die anatomischen Bedingungen erschwert oder gar röntgenologisch unmöglich erscheinen jedoch diese medizinisch notwendig sind eingebracht zu werden, wird die Navigation als Unterstützung angewandt.
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Die aktuell eingesetzten Schrauben basieren auf einem metrischen Sondergewinde mit und ohne Kanülierung. Durch den Kanal wird nach sicherem Setzen der Schraube ein Führungsdraht eingebracht. Über diesen Draht, der der kanülierten Schraube als Trajektorie für den „sicheren Weg“ durch den Wirbelkörper dient, wird diese im Wirbelkörper durch Drehbewegungen sicher positioniert.
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Dazu erfolgt im Weiteren das Erläutern der operativen Technik des Einbringens der Schraube beispielsweise auf dem klassischen und navigationsunterstützen Weg:
- Der klassische Weg mit Röntgenbildwandler in biplanarer Technik (a.p. und seitlicher Strahlengang) am Beispiel der minimalinvasiven perkutanen Variante
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Der Patient wird auf dem Bauch gelagert. Die Stichinzisionen werden auf dem Hautniveau markiert. Dann erfolgen die Stichinzisionen unter Bildwandlerkontrolle. Anschließend wird eine sogenannte Yamshidi-Gosh Nadel so positioniert das der Eintrittspunkt in a.p. und seitlichem Strahlengang kongruent sind. Dann wird mit dem Hammer die Nadel, wie ein Nagel der in die Wand vorgetrieben wird, eingeschlagen. Dies erfolgt unter ständiger Bildwandlerkontrolle. Dann wird ein dünner Draht (Kirschnerdraht) über die Nadel, die eine Bohrung hat, in den Wirbelkörper vorgeschoben. Die Nadel wird entfernt. Dann erfolgt als Zwischenschritt das Schneiden eines Gewindes zur sicheren Führung der Schraube im Pedikel. Dann wird die zuvor ausgemessene Schraube (Länge und Durchmesser) über den Führungsdraht eingeschraubt. Das Ergebnis wird biplanar kontrolliert. Der Vorgang ist dann beendet.
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Der navigationsunterstütze Weg
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Der Patient wird auf dem Bauch gelagert. Der Hautschnitt wird auf dem Hautniveau markiert. Die Länge des Hautschnittes wird mit dem Bildwandler eingegrenzt, d.h. es wird nur so viel Haut eingeschnitten wie notwendig ist. Dies ist einerseits für die Wundheilung und anderseits für die Infektionsgefahr während und postoperativ essentiell. Es erfolgt dann die Präparation das Einbringen und sichere fixieren der Navigationshalterung an einem Processus spinosus. Dann wird der Situs abgedeckt und der Navigationsscan mittels CT durchgeführt. Die Daten werden in die Navigationseinheit vom System selbst übertragen und ein virtuelles 3 d Bild generiert. Dann werde die zur Navigation notwendigen Instrumente in das System eingelesen und geprüft, ob die Genauigkeit virtuell und real übereinstimmt. Dann erfolgt über die Navigation Das Bohren eines Kanals für den Führungsdraht. Die sogenannte navigierte Bohrhülse wird unter Fixierung des Drahtes entfernt. Anschließend wird die Schraubenlänge und der Durchmesser über die Visualisierung am Navigationssystem genau bestimmt. Dann wird mit dem Gewindeschneider der Weg für die Schraube gebahnt. Diese wird dann eingebracht und das Ergebnis mit dem Röntgenbildwandler kontrolliert und dokumentiert. Anzumerken ist, dass dies nicht bei jeder Schraube gemacht wird, sondern wenn alle Schrauben gesetzt worden sind.
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Bei allen Operationen an der Wirbelsäule mit so einem System wird am Ende der Operation ein Stab jeweils links und rechts in die Tulpen, die auf dem Schraubenkopf sitzen, eingelegt. Die Stäbe werden meistens vorgebogen. Dann wird der Stab mittels einer Innieschraube fest im Schraubenkopf in der „Tulpe“ fixiert und diese mit einem Drehmomentschlüssel angezogen damit der Stab bei Belastung nicht verschoben werden kann. Somit wird ein sicherer Kraftschluss zur Umleitung der Energie erreicht und damit kann beispielsweise die Fraktur in den Heilungsprozess übergehen.
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Bei der operativen Behandlung der degenerativen Erkrankungen mittels Schrauben - Stabsystem von hinten muss noch zusätzlich die Bandscheibe des Segmentes teilweise entfernt und durch einen Bandscheibenersatz ersetzt werden, damit das System insgesamt Ruhe hat zur Heilung und keine Lockerungen oder Stabbrüche des Systems auftreten. Das Entfernen der Bandscheibe erfolgt von hinten, der Seite oder von vorn.
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Immer wieder werden Lockerungen oder Brüche der Schraube oder des Stabes und Pseudoarthrosen der Abstandshalter in den Bandscheibenfächern beobachtet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schraube zur Anordnung in einem Wirbelkörper einer Wirbelsäule anzugeben, die sich nicht lockert und bei der es nicht zu einem Materialbruch kommt.
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Die Aufgabe wird durch eine Schraube zur Anordnung in einem Wirbelkörper einer Wirbelsäule mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Die Erfindung umfasst eine Schraube zur Anordnung in einem Wirbelkörper einer Wirbelsäule. Die Schraube umfasst einen Schraubenkopf, einen unmittelbar an den Schraubenkopf anschließenden ersten Gewindeabschnitt mit einem Trapezgewinde und einen an den ersten Gewindeabschnitt anschließenden zweiten Gewindeabschnitt mit einem metrischen Gewinde oder einem Schneckengewinde. Die dickeren Gewindegänge sind geeignet, größere axiale Kräfte zu übertragen, bevor sie durch Abscheren versagen, dies stellt sicher, dass sich die Schraubverbindung nicht lockert oder es aufgrund ungünstiger Kraftverteilung zu einem Materialbruch kommt.
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Ein vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass die Schraube ferner einen an den zweiten Gewindeabschnitt anschließenden dritten Gewindeabschnitt mit einem Bohrgewinde zum Einbringen einer Ausnehmung in den Wirbelkörper umfasst. Damit entfällt der intraoperative Arbeitsschritt des Vorbohrens, womit gleichzeitig zeitaufwendige Neupositionieren der Schraube entfällt.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn der zweite Gewindeabschnitt und/oder der dritte Gewindeabschnitt wenigstens eine Öffnung zum Einbringen von Material zur zusätzlichen Fixierung der Schraube umfasst. Dadurch kann die Schraube in Abhängigkeit von der Diagnose zusätzlich mit Zement fixiert werden.
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Nach einem bevorzugten Aspekt umfasst die Schraube ferner einen sich vom Schraubenkopf in Richtung des dritten Gewindeabschnittes erstreckenden axialen Kanal zum Einführen eines Drahtes. Durch den Kanal wird nach sicherem Setzen der Schraube ein Führungsdraht eingebracht. Über diesen Draht, der der kanülierten Schraube als Trajektorie für den „sicheren Weg“ durch den Wirbelkörper dient, wird diese im Wirbelkörper durch Drehbewegungen sicher positioniert.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt umfasst die Schraube ferner einen zwischen dem ersten Gewindeabschnitt und zweiten Gewindeabschnitt angeordneten vierten Gewindeabschnitt mit einem Feingewinde. Dies ermöglicht einen fließenden Übergang vom Trapezgewinde zum metrischen Gewinde. Besonders vorteilhaft ist, wenn der zweite Gewindeabschnitt ein Schneckengewinde ist. Dadurch wird ein zügiges Einbringen der Schraube ohne viele Umdrehungen am Schraubendreher ermöglicht, Zeit spart und die Auflagefläche im Inneren des Wirbelkörpers erhöht.
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Vorteilhaft ist im ersten Gewindeabschnitt das Trapezgewinde zu einem Sägengewinde entartet. Dabei kann das Sägengewinde vom Schraubenkopf gesehen ein schmaler werdendes Plateau aufweisen. Dadurch eröffnet sich eine weitere zweckmäßige Modifikation der Schraube, indem nach einer gewindefreien Bohrspitze beginnend das Sägengewinde anfänglich ohne oder mit geringem Plateau zunächst als Bohrgewinde wirkt und zum Schraubenkopf hin ein zunehmend breiteres Plateau aufweist.
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Vorteilhafterweise umfasst eine Anordnung zur Verbindung und Fixierung der Schrauben am Wirbelkörper wenigstens zwei Schrauben und wenigstens einen Stab, wobei der Stab jeweils am Schraubenkopf der Schraube eingreifend anordenbar ist. Dadurch kann eine optimale Ruhigstellung einer Fraktur erreicht werden, um den Heilungsvorgang zu begünstigen.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Stab einen kreisrunden Abschnitt mit einem innenliegenden Kern mit einer Festigkeit f1 und eine um den Kern herum angeordnete Hülle mit einer Festigkeit f2, eine Kupplung für eine Vorrichtung zur Anordnung des Stabes und einen der Kupplung gegenüberliegend angeordneten kegelförmigen Endabschnitt zum Führen des Stabes durch den Schraubenkopf umfasst. Dies stellt sicher, dass auftretende Kraftspitzen durch den äußeren Kern abgefangen und der innere Kern die notwendige Biegefestigkeit bei maximaler Dynamik des Stabes gewährleistet, was insgesamt der eine längere Haltbarkeit des Stabes gewährleistet und die immer wieder zu beobachtenden Brüchen der Stäbe vermieden werden um letztendlich weitere Operationen dem Patienten und dem Krankenkassensystem zu ersparen.
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Ein vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass die Festigkeit f1 größer ist als die Festigkeit f2. Dies ermöglicht eine optimale Verteilung der Zug- und Druckkräfte.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Festigkeit f2 größer ist als die Festigkeit f1. Dadurch werden in solchen Zonen, in denen es regelmäßig zu Ermüdungsbrüchen kommt die Zug- und Druckkräfte so neutralisiert, dass keine Ermüdungszonen entstehen und somit Brüche vermieden werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube mit einem Trapezgewinde, einem metrischen Gewinde und einer Bohrspitze;
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube mit einem Schneckengewinde, einem metrischen Gewinde und einer Bohrspitze,
- 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube mit einem Schneckengewinde, einem metrischen Gewinde, einer Bohrspitze und einem Feingewinde im Mittelbereich;
- 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube mit einem Trapezgewinde, einem metrischen Gewinde, einer Bohrspitze und einem Feingewinde im Mittelbereich;
- 5 eine schematische Darstellung eines Stabes mit einer Kupplung und einer Führspitze für eine Anordnung mit zwei erfindungsgemäßen Schrauben;
- 6 eine schematische Darstellung eines Stabes und dem entsprechenden Querschnitt durch die Schichten unterschiedlicher Festigkeit;
- 7a eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Schraube mit einem gleichmäßigen Gewinde über die gesamte Länge der Schraube;
- 7b eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube mit einem zunehmend schmaler werdenden Trapezgewinde, das zu einem Sägengewinde entartet ist, einem metrischen Gewindeabschnitt und einer Bohrspitze; und
- 7c eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube mit einem Sägengewinde im ersten Gewindeabschnitt, das fließend in den dritten Gewindeabschnitt bis zur gewindefreien Bohrspitze übergeht.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube 1 zur Anordnung in einem Wirbelkörper einer Wirbelsäule dargestellt. Die Schraube 1 umfasst einen Schraubenkopf 3, einen unmittelbar an den Schraubenkopf 3 anschließenden ersten Gewindeabschnitt 6 mit einem Trapezgewinde und einen an den ersten Gewindeabschnitt 6 anschließenden zweiten Gewindeabschnitt mit einem metrischen Gewinde 7 oder einem Schneckengewinde 9. Das Trapezgewinde ist aus den Maschinen - und Werkzeugbau bekannt. Trapezgewinde werden zur Übertragung von Bewegungen und Kräften verwendet, zum Beispiel an Leitspindeln in Drehmaschinen oder in Spindelpressen. Die größere Steigung ist dabei von Vorteil. Die dickeren Gewindegänge sind geeignet, größere axiale Kräfte zu übertragen, bevor sie durch Abscheren versagen. Bei den typischen Anwendungen ist die wegen der größeren Steigung mäßigere Selbsthemmung erträglich oder ohne Bedeutung. Darüber hinaus zeigt sich eine größere Auflagefläche sowie eine geringere Steigung. Somit fällt der Schneidemessereffekt weg. Zudem wird durch die größere Auflagefläche der Druck auf die Knochenmatrix vermindert und somit wird die eingebrachte Energie möglicherweise auf ein nicht mehr wahrnehmbares Schwingen reduziert bis aufgelöst.
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Ferner umfasst die Schraube 1 einen an den zweiten Gewindeabschnitt 7, 9 anschließenden dritten Gewindeabschnitt 11 mit einem Bohrgewinde zum Einbringen einer Ausnehmung in den Wirbelkörper. Denkbar ist auch, dass der dritte Gewindeabschnitt 11 ein Gewinde mit Gewindeschneideigenschaften umfasst.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube 1. Der zweite Gewindeabschnitt 7, 9 und/oder der dritte Gewindeabschnitt 11 umfasst wenigstens eine Öffnung 4 zum Einbringen von Material zur zusätzlichen Fixierung der Schraube 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Gewindeabschnitt ein Schneckengewinde 9.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Schraube 1 einen zwischen dem ersten Gewindeabschnitt 6 und zweiten Gewindeabschnitt 7, 9 angeordneten vierten Gewindeabschnitt 8 mit einem Feingewinde.
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In 4 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraube 1, umfassend einen sich vom Schraubenkopf 3 in Richtung des dritten Gewindeabschnittes 11 erstreckenden axialen Kanal 5 zum Einführen eines Drahtes gezeigt. Beispielsweise umfasst der Schraubenkopf 3 einen Schraubenkopfantrieb mit einem Sechseck (Innensechskant).
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Stabes 20 für eine Anordnung an zwei erfindungsgemäßen Schrauben 1. Eine solche Anordnung umfasst wenigstens zwei Schrauben 1 und wenigstens einen Stab 20 zur Verbindung und Fixierung der Schrauben 1. Der Stab 20 ist jeweils eingreifend am Schraubenkopf 3 der Schraube 1 anordenbar. Der Stab 20 umfasst einen kreisrunden Abschnitt 23 mit einem innenliegenden Kern 24 mit einer Festigkeit f1 und eine um den Kern 24 herum angeordnete Hülle 25 mit einer Festigkeit f2, eine Kupplung 21 für eine Vorrichtung zur Anordnung des Stabes 20 und einen der Kupplung 21 gegenüberliegend angeordneten kegelförmigen Endabschnitt 22 zum Führen des Stabes 20 durch den Schraubenkopf 3.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Stabes 20 und dem entsprechenden Querschnitt durch die Schichten unterschiedlicher Festigkeit. Sinnvoll ist die Festigkeit f1 größer als die Festigkeit f2, damit eine optimale Verteilung der Zug- und Druckkräfte in der elastischen dynamischen Hülle 25 erreicht wird.
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Entsprechend ist auch eine umgekehrte Variante sinnvoll, also die Festigkeit f2 größer ist als die Festigkeit f1. Dabei wäre der elastische dynamische Kern 24 im Inneren und die Hülle 25 besteht aus festem steiferem Stahl, um in solchen Zonen, die zu Ermüdungsbrüchen neigen, die Zug- und Druckkräfte so zu neutralisieren, dass keine Ermüdungszonen entstehen und somit Brüche vermieden werden.
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In 7a - c sind Ausführungsformen der Schraube 1 dargestellt. 7a zeigt eine herkömmliche Schraube 1, bei der sich über die gesamte Länge der Schraube ein metrisches Sägengewinde erstreckt. Die Steigung der Gewindeform beträgt 3 mm. In 7b ist der erste Gewindeabschnitt 6 ein Trapezgewinde, das zu einem Sägengewinde modifiziert ist. Der sich daran anschließende zweite Gewindeabschnitt weist beispielsweise ein metrisches Gewinde oder ein Schneckengewinde auf. Der Flankenwinkel beim Sägengewinde beträgt bevorzugt 10 bis 15 Grad, dann folgt ein Plateau, wie es beim Trapezgewinde der Fall ist. Danach ist eine abfallende Flanke ähnlich wie beim Trapezgewinde, die aber auch steiler sein kann, vorhanden. Die Steigung des Sägengewindes beträgt bevorzugt 6 mm. In 7c ist eine weitere modifizierte Form der Schraube 1 mit einem Sägengewinde gezeigt, bei der das Sägengewinde am Schraubenkopf anschließend zunächst ein breites Plateau aufweist, das Plateau entlang der Schraube 1 immer schmaler wird, wobei die Steigung des Sägengewindes über die Gewindelänge konstant bleibt. Dabei geht das Sägengewinde allmählich mit weiter verringertem Plateau als eine Art Bohrgewinde in den dritten Gewindeabschnitt 11 über bis zu einer gewindefreien Bohrspitze.