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Die
Erfindung betrifft ein elastisches Element zur Verwendung in Stabilisierungseinrichtungen
für Knochen
oder Wirbel, ein Knochenverankerungselement, ein stabförmiges Element
und eine Stabilisierungseinrichtung jeweils mit einem solchen elastischen
Element, sowie ein Herstellungsverfahren für ein solches elastisches Element.
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Zur
Fixierung von Knochenfrakturen oder zur Stabilisierung der Wirbelsäule sind
Fixations- und Stabilisierungseinrichtungen bekannt, die aus wenigstens
zwei im Knochen bzw. Wirbel verankerten und über eine Platte oder über einem
Stab verbundenen Knochenschrauben bestehen. Derartige starre Systeme
erlauben keine Bewegung der relativ zueinander fixierten Knochenteile
oder Wirbel.
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Für bestimmte
Indikationen ist jedoch eine dynamische Stabilisierung wünschenswert,
bei der die zu stabilisierenden Knochenteile und Wirbel eine kontrollierte
begrenzte Bewegung zu einander ausführen können. Eine Möglichkeit
für die
Realisie rung der dynamischen Stabilisierungseinrichtung besteht in
der Verwendung eines elastischen Elementes anstelle eines die Knochenverankerungselemente
verbindenden starren Stabes.
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Aus
der US 2003/0109880 A1 ist eine dynamische Stabilisierungseinrichtung
für Wirbel
bekannt, die eine erste und eine zweite im Wirbel zu verankernde
Schraube jeweils mit einem Aufnahmeteil zum Einlegen einer die Schrauben
verbindenden Feder und eine solche Feder umfaßt. Die Feder selbst ist als
Ganzes in Form einer Schraubenfeder mit dicht benachbarten Windungen
nach Art einer Zugfeder ausgebildet und wird über Klemmschrauben in den Aufnahmeteilen
fixiert. Es besteht hierbei jedoch die Gefahr, dass die Feder auf
Grund ihrer Elastizität dem
Druck der Klemmschraube ausweicht und somit die Fixierung zwischen
der Knochenschraube und der Feder gelockert wird. Ein weiterer Nachteil
der Vorrichtung besteht darin, dass die Elastizität der Feder
bei ansonsten gleichen Federeigenschaften von der Länge der
Feder abhängt.
Ferner ist die Biegesteifigkeit der Feder insbesondere bei kurzen
Baulängen
relativ gering.
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Aus
der
US 6,162,223 ist
eine Fixationseinrichtung für
ein Gelenk, z.B. für
ein Handgelenk oder ein Kniegelenk, bekannt, bei der ein an seinen
Enden mit Knochenverankerungselementen verbundener Fixationsstab
zweiteilig ausgebildet ist, wobei die zwei Teile des Fixationsstabs über ein
flexibles Kupplungsteil miteinander verbunden sind und wobei die Fixationsstäbe um das
Kupplungsteil außerhalb
des Körpers
angebracht sind. Die beiden Teile des Fixationsstabs sind mit dem
Kupplungsteil nicht fest verbunden, sondern können sich entlang einer Bohrung in
dem Kupplungsteil frei bewegen. Der Durchmesser des Kupplungsteil
ist auf Grund der Art der Verbindung mit dem zweiteiligen Fixationsstab
immer größer als der
Durchmesser des Fixationsstabs. Diese bekannte Fixationseinrichtung
ist auf Grund ihres komplizierten und voluminösen Aufbaus zum körperinternen
Einsatz an der Wirbelsäule
oder anderen Knochen nicht geeignet. Insbesondere die Realisierung
eines solchen flexiblen Kupplungsteils mit hoher Biegesteifigkeit
erfordert ein großes
Bauvolumen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein elastisches Element bereit zu stellen,
das eine hohe Biegesteifigkeit bei geringer Baulänge hat, sowie leicht zu handhaben
ist bei gleichzeitig hoher Sicherheit im Einsatz, und welches mit
anderen Elementen in möglichst vielfältiger Weise
zu einer dynamischen Stabilisierungseinrichtung für Wirbel
oder Knochen kombiniert werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein
Herstellungsverfahren für
das elastische Element bereit zu stellen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein elastisches Element nach dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren
zum Herstellen eines solchen elastischen Elements nach dem Patentanspruch
12.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein elastisches Element zugleich
kompakt und mit hoher Biegesteifigkeit ausgebildet ist. Dies ist
insbesondere für
Anwendungen an der Wirbelsäule
und dort insbesondere an der Halswirbelsäule von Bedeutung, wo der zu
Verfügung
stehende Platz im Vergleich zu Anwendungen an der Lendenwirbelsäule deutlich
geringer ist.
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Ferner
weist die Erfindung den Vorteil auf, dass ein elastisches Element
wahlweise mit starren stabförmigen
Elementen verschiedener Länge
zu einem elastischen stabförmigen
Element kombinierbar ist oder mit verschiedenen Schäften und/oder
Köpfen zu
einer Knochenschraube mit elastischen Eigenschaften kombinierbar
ist. Das elastische stabförmige
Element bzw. die Knochenschraube weisen dann in Abhängigkeit
von dem verwendetem elastischen Element vorgegebene elastische Eigenschaften
wie eine bestimmte Kompressions- und Extensionsfähigkeit in axialer Richtung,
sowie eine bestimmte Biege- und Torsionssteifigkeit auf.
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Insbesondere
kann das elastisches Element mit stabförmigen Bauteilen verschiedener
Dicke oder mit in der Wirbelsäulen- und/oder Unfallchirurgie
zu verwendenden Platten unterschiedlicher Form und Länge verbunden
werden.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben
sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren.
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Von
den Figuren zeigen:
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1 ein
elastisches Element mit einer Doppelschraubenfeder nach einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung der Doppelschraubenfeder des elastischen
Elements aus 1;
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3 ein
elastisches Element mit einer Doppelschraubenfeder nach einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung
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4 ein
elastisches Element mit einer Doppelschraubenfeder nach einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung;
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5a ein
stabförmiges
Element mit dem erfindungsgemäßen elastischen
Element;
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5b eine
teilgeschnittene Explosionsdarstellung einer Polyxialknochenschraube
mit dem erfindungsgemäßen elastischen
Element;
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5c eine
teilgeschnittene Darstellung einer Monoaxialschraube mit dem erfindungsgemäßen elastischen
Element;
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5d eine
Ansicht von oben auf einen aus einer Platte, dem erfindungsgemäßen elastischen Element
und einen Stababschnitt bestehenden Teil einer Stabilisierungsvorrichtung
für Knochen
oder Wirbel, sowie einen Querschnitt durch die Platte;
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6 eine
Anwendung des erfindungsgemäßen elastischen
Elementes in einer Stabilisierungseinrichtung für die Wirbelsäule;
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7a–c Schritte
einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen elastischen
Elementes; und
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8 ein
erfindungsgemäßes elastisches Element
mit einem halbkreisförmigen
Auslauf an beiden Enden der Doppelschraubenfeder.
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In 1 ist
ein elastisches Element 1 nach einer ersten Ausführungsform
dargestellt.
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Das
elastische Element 1 ist als hohlzylindrisches Element
mit einer durchgehenden koaxialen Bohrung 2 und einer spiralförmig mit
einer vorbestimmten Steigung und über eine vorbestimmte Länge in Richtung
der Zylinderachse in der Wandung verlaufenden ersten Ausnehmung 3,
die in radialer Richtung in die Bohrung 2 mündet, ausgebildet.
Weiter ist spiralförmig
mit der gleichen Steigung wie die erste Ausnehmung 3 über die
gleiche Länge
in Richtung der Zylinderachse M in der Wandung zwischen den Windungen
der ersten Ausnehmung 3 eine zweite Ausnehmung 4 vorgesehen,
die in radialer Richtung in die Bohrung 2 mündet. Dadurch
ist eine Doppelschraubenfeder aus zwei Schraubenfedern gebildet,
wobei die Windungen der einen Schraubenfeder zwischen den Windungen
der zweiten Schraubenfeder verlaufen. Bevorzugt sind die Windungen
der einen Schraubenfeder relativ zu den Windungen der anderen Schraubenfeder
um ihre gemeinsame Mittenachse um 180° gedreht, sodass sich die erste
und die zweite Ausnehmung genau gegenüberliegen.
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Die
Länge L
der spiralförmigen
Ausnehmungen 3, 4 in Richtung der Zylinderachse,
die Höhe
H der Ausnehmungen, die Steigung α der
Schraubenlinien, entlang denen die Ausnehmungen 3, 4 ausgebildet
sind, und der Durchmesser D1 der koaxialen Bohrung 2 sind
so gewählt,
dass eine gewünschte Steifigkeit
des elastischen Elements gegenüber
axialen Kräften
Fax, Biegekräften FB und
Torsionskräften FT, die auf das elastische Element wirken,
gegeben ist. Angrenzend an seine beiden freien Enden weist das elastische
Element 1 jeweils einen Abschnitt mit einem sich über eine
vorbestimmte Länge
erstreckenden Innengewinde 5, 5' auf. Die Innengewindeabschnitte überlappen
in axialer Richtung nicht mit dem Abschnitt, in dem die Ausnehmungen
in der Wandung ausgebildet sind. Der Außendurchmesser des elastischen
Elements 1 ist der jeweiligen Anwendung entsprechend gewählt.
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Das
elastische Element ist aus einem körperfreundlichen Material wie
z.B. Titan ausgebildet.
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2 veranschaulicht
den Aufbau einer Doppelschraubenfeder 6 wie sie durch die
Ausnehmungen 3, 4 in dem elastischen Element in 1 gebildet
wird.
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Die
Doppelschraubenfeder 6 setzt sich zusammen aus zwei Schraubenfedern 7 und 8.
Die beiden Schraubenfedern 7 und 8 sind identisch
ausgebildet und besitzen insbesondere eine identische Steigung α, jedoch
ist die erste Schraubenfeder 7 in der Doppelschraubenfeder 6 gegenüber der
zweiten Schraubenfeder 8 um ihre gemeinsame Mittenachse um
180° gedreht.
Die Windungen der ersten Schraubenfeder 7 verlaufen bei
der Doppelschraubenfeder 6 daher in der Mitte zwischen
den Windungen der zweiten Schraubenfeder 8 und umgekehrt.
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Bei
einer vorgegebenen Baulänge
eines elastischen Elementes ist die Steigung der Schraubenfeder
dadurch begrenzt, dass mindestens eine ganze Windung vorhanden sein
muss, um gute Elastizitätseigenschaften
zu erhalten. Bei einer Doppelschraubenfeder ist für jeden
der Schraubenfedern weniger als eine ganze Windung notwendig, um
gute Elastizitätseigenschaften
zu erhalten. Daher kann bei gleicher Baulänge die Steigung der Schraubenfeder im
Vergleich zu einer Einfachschraubenfeder erhöht werden. Eine Erhöhung der
Steigung der Schraubenfeder ergibt bei gleicher Baulänge und
gleichen sonstigen Eigenschaften eine Erhöhung der Biegesteifigkeit.
Daher ist es mit einer Doppelschraubenfeder gegenüber einer
Einfachschraubenfeder möglich
bei gleichen Abmessungen eine höhere
Biegesteifigkeit zu erreichen.
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In 3 ist
ein elastisches Element 11 nach einer zweiten Ausführungsform
dargestellt.
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Das
elastische Element 11 nach einer zweiten Ausführungsform
unterscheidet sich von dem elastischen Element 1 nach einer
ersten Ausführungsform
dadurch, dass anstelle einer sich von dem ersten bis zu dem zweiten
Ende 17' des
elastischen Elementes erstreckenden Bohrung 2 eine an das
erste Ende 17 des elastischen Elements angrenzende Sackbohrung 12 vorgesehen
ist. Die Sackbohrung erstreckt sich dabei über die gesamte Länge L der Doppelschraubenfeder,
die wie bei der ersten Ausführungsform
durch eine erste und eine zweite Ausnehmung 13 und 14 in
der Wandung eines hohlzylindrischen Abschnittes gebildet wird. An
das erste Ende 17 angrenzend ist in der Sackbohrung ein
Innengewinde 15 vorgesehen. An dem dem ersten Ende 17 gegenüberliegenden
zweiten Ende 17' weist das
elastische Element einen zylinderförmigen Ansatz 16 mit
einem Außengewinde
auf.
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In 4 ist
ein elastisches Element nach einer dritten Ausführungsform dargestellt.
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Das
elastische Element 20 nach der dritten Ausführungsform
unterscheidet sich dadurch von den anderen Ausführungsformen, dass keine Bohrung
koaxial zur Mittenachse M des elastischen Elementes 20 vorgesehen
ist. Des weiteren ist sowohl an das erste Ende 22, als
auch an das zweite Ende 22' angrenzend
ein zylindrischer Ansatz 23, 23' mit einem Außengewinde vorgesehen. Wie
bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
werden durch zwei Ausnehmungen 24, 25 zwei Schraubenfedern 26, 27 gebildet.
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Abwandlungen
des elastischen Elementes von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind
möglich.
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So
kann das elastische Element mehr als zwei Schraubenfedern beinhalten,
wobei die Windungen einer Schraubenfeder jeweils zwischen den Windungen
der anderen Schraubenfedern verlaufen.
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In
einer weiteren Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist anstelle der
Sackbohrung 12 eine sich über die gesamte Länge des
elastischen Elementes erstreckende Bohrung vorgesehen, deren Durchmesser
kleiner als der Außendurchmesser
des zylindrischen Ansatzes 16 ist.
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Alle
Ausführungsformen
wurden so beschrieben, dass das elastische Element die Form eines
Zylinders bzw. Hohlzylinders aufweist, jedoch kann die äußere Form
auch von der exakten Form eines Zylinders abweichen und z.B. eine
ovale Querschnittsfläche
haben oder tailliert ausgebildet sein. Das elastische Element hat
damit eine richtungsabhängige
Biegeelastizität.
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In
einem ersten, in 5a gezeigten Anwendungsbeispiel
ist das elastische Element 51 Bestandteil eines elastischen
stabförmigen
Elements 50. Das elastische stabförmige Element 50 besteht
aus dem Federelement 1 und zwei zylindrischen Stabschnitten 51, 51', die an ihrem
Ende jeweils einen nicht dargestellten zylindrischen Ansatz mit
einem Außengewinde
aufweisen, das jeweils mit einem Innengewinde 5 bzw. 5' des Federelements 1 zusammenwirkt. Die
Stababschnitte 51, 51' und das Federelement 1 weisen
in diesem Ausführungsbeispiel
im wesentlichen denselben Außendurchmesser
auf. Die Länge der
Stababschnitte 51, 51' und des Federelements 1 sind
unabhängig
voneinander im Hinblick auf eine gewünschte Anwendung wählbar. Das
elastische stabförmige
Element 50 dient beispielsweise zur Verbindung von Pedikelschrauben
an der Wirbelsäule. Das
so gebildete stabförmige
Element 30 nimmt durch die elastischen Ei genschaften des
Federelementes 1 in vorbestimmten Umfang Kompressions-, Extensions-,
Biege- und Torsionskräfte
auf.
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5b zeigt
ein zweites Anwendungsbeispiel des elastischen Elementes 1.
Das elastischen Element 1 ist hier Bestandteil eines Knochenverankerungselements,
das als Polyaxial-Knochenschraube 60 ausgebildet
ist.
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Die
Polyaxialknochenschraube 60 weist ein Schraubenelement 61 auf,
welches aus dem elastischen Element 1, einem Gewindeschaft 62 in
diesem Ausführungsbeispiel
mit einer nicht dargestellten Spitze und einem Schraubenkopf 63 besteht.
Der Gewindeschaft 62 weist ein Knochengewinde 64 zum
Einschrauben in den Knochen und einen nicht dargestellten zylinderförmigen Ansatz
mit einem Außengewinde
auf, das mit dem Innengewinde 5 des Federelementes 1 zusammenwirkt.
Der Schraubenkopf 63 weist einen zylinderförmigen Abschnitt 65 und
daran angrenzend wie der Gewindeschaft 62 einen nicht dargestellten
zylinderförmigen
Ansatz mit einem Außengewinde
auf, das mit dem Innengewinde 5' des Federelementes 1 zusammenwirkt.
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Das
Schraubenelement 61 ist in einem Aufnahmeteil 66 in
unbelastetem Zustand schwenkbar gehalten. Das Aufnahmeteil 66 ist
im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist an seinem einen Ende
eine axialsymmetrisch ausgerichtete erste Bohrung 67 auf,
deren Durchmesser größer als
der des Gewindeschafts 62 und kleiner als der des Schraubenkopfs 63 ist.
Ferner weist das Aufnahmeteil 66 eine koaxiale zweite Bohrung 68 auf,
die auf dem der ersten Bohrung 67 gegenüberliegenden Ende offen ist
und deren Durchmesser so groß ist, dass
das Schraubenelement 61 durch das offene Ende mit dem Gewindeschaft 62 durch
die erste Bohrung 67 hindurchführbar ist, bis der Schraubenkopf 63
am Rand der ersten Bohrung 67 anliegt. Das Aufnahme teil 66 weist
eine sich vom freien Ende in Richtung der ersten Bohrung 67 erstreckende
U-förmige Ausnehmung 69 auf,
durch die zwei freie Schenkel 70, 70' gebildet sind.
In einem Bereich angrenzend an ihr freies Ende weisen die Schenkel 70, 70' ein Innengewinde
auf, welches mit einem entsprechenden Außengewinde einer Innenschraube 71 zum
Fixieren eines Stabs 72 zusammenwirkt.
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Es
ist ferner ein Druckelement 73 zum Fixieren des Schraubenkopfs 63 in
dem Aufnahmeteil 66 vorgesehen, das so ausgebildet ist,
dass es an seiner dem Schraubenkopf 63 zugewandten Seite
eine sphärische
Ausnehmung 74 aufweist, deren Radius im wesentlichen gleich
dem Radius des kugelsegmentförmigen
Abschnitts des Schraubenkopfes 63 ist. Der Außendurchmesser
des Druckelements 73 ist so gewählt, dass es in dem Aufnahmeteil 66 zu dem
Schraubenkopf 63 hin verschiebbar ist. Das Druckelement 73 weist
ferner eine koaxiale Bohrung 75 für den Zugriff auf eine nicht
dargestellte Ausnehmung in dem Schraubenkopf 63 zum Ineingriffbringen
mit einem Einschraubwerkzeug auf.
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Im
Betrieb wird in das Innengewinde 5 des elastischen Elementes 1 der
Gewindeschaft 62 mit seinem nicht dargestellten zylinderförmigen Ansatz und
in das Innengewinde 5' der
Schraubenkopf 63 mit seinem nicht dargestellten zylinderförmigen Ansatz
eingeschraubt, um das Schraubenelement 61 zu bilden. Danach
wird das so gebildete Schraubenelement 61 mit dem Gewindeschaft 62 voran
durch die zweite Bohrung 68 in das Aufnahmeteil 66 eingeführt, bis
der Schraubenkopf 63 am Rand der ersten Bohrung 67 anliegt.
Anschließend
wird das Druckelement 73 mit der sphärischen Ausnehmung voran durch
die zweite Bohrung 68 in das Aufnahmeteil 66 eingeführt. Dann
wird das Schraubenelement 61 in den Knochen bzw. Wirbel
eingeschraubt. Schließlich wird
der Stab 72 in das Aufnahmeteil 66 zwischen die bei den
freien Schenkel 70, 70' eingelegt, die Winkelstellung
des Aufnahmeteils relativ zu dem Schraubenelement justiert und mit
der Innenschraube 71 fixiert. Durch das elastische Element
werden Bewegungen um die Ruhelage in begrenzter Weise ermöglicht.
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Wenn
das elastische Element 1 wenigstens teilweise mit seinem
durch die Schraubenfedern gebildeten elastischen Abschnitt über die
Knochenoberfläche
hervorsteht kann das Federelement 1 Biegekräfte, sowie
Zug- und Druckkräfte
aufnehmen. Steht das elastische Element mit seinem durch die Schraubenfedern
gebildeten elastischen Abschnitt nicht mehr über die Knochenoberfläche hervor,
kann das Schraubenelement 61 trotzdem bei einer Bewegung
des Knochens bzw. Wirbels etwas nachgeben. Damit wird verhindert,
dass ungünstige
Spannungen auftreten.
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Die
Polyaxialschraube ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann auch jede beliebige andere Polyaxialschraube mit einem
wie oben beschriebenen dreiteiligen Schraubenelement sein.
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Die
Stabfixierung ist nicht auf die in 5b gezeigte
Innenschraube beschränkt,
sondern es kann zusätzlich
eine Außenmutter
vorgesehen sein, oder jede bekannte Art der Stabfixierung kann eingesetzt
werden.
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Als
ein drittes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen elastischen Elements ist
in 5c ein Knochenverankerungselement dargestellt,
das als Monoaxialschraube 80 ausgebildet ist.
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Bei
der Monoaxialschraube 80 ist der Schraubenkopf als Aufnahmeteil 81 ausgebildet.
Zur Aufnahme des Stabes 82 ist an das erste freie Ende des
Aufnahmeteils 81 angrenzend eine U- förmige Ausnehmung 83 vorgesehen.
Die durch die U-förmige
Ausnehmung gebildeten freien Schenkel 84, 84' weisen auf
ihrer Innenseite ein Innengewinde auf, in das das Aussengewinde
einer Innenschraube 85 eingreift. Der Stab 82 wird
im zusammengebauten Zustand der Monoaxialschraube zwischen dem Boden der
U-förmigen
Ausnehmung 83 und der Innenschraube 85 festgeklemmt.
Angrenzend an ein dem ersten freien Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des
Aufnahmeteils 81 ist ein nicht dargestellter zylindrischer
Ansatz mit einem Außengewinde
vorgesehen, der in das an das erste Ende des elastischen Elementes 1 angrenzende
Innengewinde 5 eingreift. Angrenzend an das dem ersten
Ende des elastischen Abschnittes 1 gegenüberliegende
Ende weist die Monoaxialschraube einen Gewindeschaft 86 auf,
der wie der oben beschriebene Gewindeschaft 62 der Polyaxialknochenschraube 60 ausgebildet
ist und mit einem nicht dargestellten zylindrischen Ansatz mit einem
Außengewinde
in das Innengewinde 5' des elastischen
Elements 1 eingreift.
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Im
Betrieb werden zunächst
der Gewindeschaft 86 und das Aufnahmeteil in die beiden
Innengewinde 5, 5' des
elastischen Elements 1 eingeschraubt. Anschließend wird
die Monoaxialschraube 80 in den Knochen oder den Wirbel
eingeschraubt. Dann wird die U-förmige
Ausnehmung 83 ausgerichtet und der Stab 82 eingelegt.
Schließlich
wird der Stab 82 mit der Innenschraube 85 fixiert.
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Als
weiteres Anwendungsbeispiel für
das erfindungsgemäße elastische
Element 1 ist in 5d eine
Draufsicht auf ein Verbindungselement 90 zu sehen, das
aus einem stabförmigen
Abschnitt 91, einem Federelement 1 und einer Platte 92 besteht.
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Der
stabförmige
Abschnitt 91. weist einen nicht dargestellten zylindrischen
Ansatz mit einem Außengewinde
zum Einschrauben in das an das eine Ende des Federelementes 1 angrenzende
Innengewinde 5 auf. Ebenso weist die Platte 92 einen
nicht dargestellten zylindrischen Ansatz mit einem Außengewinde
zum Einschrauben in das an das andere Ende des Federelementes 1 angrenzende
Innengewinde 5' auf.
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Die
Platte besteht aus zwei in der Draufsicht kreisförmigen Abschnitten 93, 93', die über einen Stegabschnitt 94 miteinander
verbunden sind. Die Breite B des Stegabschnittes 94 ist
geringer als der Durchmesser D der kreisförmigen Abschnitte 93, 93'. Koaxial zu
den kreisförmigen
Abschnitten sind zwei Bohrungen 95, 95' für Senkschrauben
durch die Platte vorgesehen.
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Wie
in 5d zu sehen weist die erste Seite 96 der
Platte eine konvexe Krümmung
auf während die
zweite Seite 97 der Platte eine konkave Krümmung zum
Anliegen dieser Seite an einen Knochen aufweist. Durch die unterschiedlichen
Krümmungsradien
der beiden Seiten 96, 97 der Platte 92 verjüngt sich
die Platte 92 zu den seitlichen Rändern 98, 98' hin. Dadurch
kann die Platte stabil und gleichzeitig raumsparend sein. Die Bohrungen 95, 95' sind in ihrer
Form zur Aufnahme von Senkschrauben angepasst.
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Abwandlungen
der mit den 5a bis 5d beschriebenen
Anwendungsbeispiele sind möglich.
So wurde das stabförmige
Element 50, die Polyaxialknochenschraube 60, die
Monoaxialschraube 80 und das Verbindungselement 90 so
beschrieben, dass das elastische Element 1 als separates
Teil ausgebildet ist und mit den übrigen Teilen verschraubt ist.
Es ist jedoch auch möglich,
dass das erfindungsgemäße elastische
Element als Abschnitt eines einstückigen stabförmigen Elementes,
eines einstückigen
Schraubenelementes, einer einstückigen Monoaxial schraube
und eines einstückigen
Verbindungselementes mit einem Stab- und einem Plattenabschnitt
ausgebildet ist. Weiter ist es auch möglich das elastische Element
mit Passsitz mit den anderen Elementen wie dem Gewindeschaft 62,
dem Stababschnitt 51, 51', mit der Platte 92 oder
dem Schraubenkopf 63 zu verbinden.
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In 6 ist
eine Stabilisierungsvorrichtung 100 für die Wirbelsäule dargestellt,
wobei zwei Knochenverankerungselemente 101, 101' und ein diese verbindendes
elastisches stabförmiges
Element 103 vorgesehen ist. Die Schraubenelemente 102, 102' der Knochenverankerungselemente 101 bzw. 101' und das elastische
stabförmige
Element 103 weisen jeweils ein erfindungsgemäßes elastisches
Element 1 auf. Die beiden Schraubenelemente 102, 102' sind in Wirbel 103, 103' eingeschraubt,
sodass zwischen diesen Wirbeln über
die Stabilisierungsvorrichtung 100 eine dynamische Stabilisierung
hergestellt wird.
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Durch
die Mehrteiligkeit des elastischen stabförmigen Elementes und der Schraubenelemente
ist es möglich,
durch die Kombination von nur wenigen Grundelementen Stabilisierungsvorrichtungen 100 mit
verschiedenen Eigenschaften zu erhalten. Die Stabilisierungsvorrichtung
muß nicht
notwendigerweise Knochenverankerungselemente mit einem elastischen
Element und ein stabförmiges
Element mit dem elastischen Element beinhalten. Je nach Anwendungsgebiet
ist es auch möglich,
nur ein stabförmiges
Element mit einem elastischem Element und Knochenverankerungselemente
ohne elastisches Element mit starren Schraubenelementen vorzusehen.
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Die
Herstellung eines elastischen Elementes 1 nach der ersten
Ausführungsform
ist in den 7a, 7b, und 7c dargestellt.
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Zur
Herstellung eines elastischen Elements 1 mittels Drahterodieren
wird in einem Vollzylinder aus einem körperverträglichen Material, wie z. B.
Titan, senkrecht durch die Mittenachse des Zylinders eine sich durch
den gesamten Zylinder erstreckende erste Bohrung 110 erzeugt.
Dann wird eine zweite Bohrung 111 koaxial zu der Mittenachse
des Zylinders über
dessen gesamte Länge
gebildet, sodass ein Hohlzylinder 112 entsteht. Die Reihenfolge
des Bildens der ersten und der zweiten Bohrung ist beliebig und
kann auch umgekehrt sein. Anschließend wird durch die erste Bohrung 110 zum
Drahterodieren ein Draht 113 durchgeführt. 7a deutet
diesen Verfahrensschritt durch einen Pfeil P an.
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Im
nächsten
Schritt wird mit dem Draht 113 Drahterodieren durchgeführt, während der
Hohlzylinder 112 entlang der Mittenachse in Richtung X
mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit relativ zum Draht verschoben
und gleichzeitig mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um seine Mittenachse
gedreht wird. Die Drehung ist in 7b durch
einen Pfeil D angedeutet. Dabei kommt es allein auf eine Relativbewegung
zwischen Draht und Hohlzylinder an. So kann entweder der Draht raumfest
sein und der Hohlzylinder bewegt werden oder aber auch umgekehrt.
Auf diese Art und Weise werden durch Drahterodieren gleichzeitig
zwei Schraubenlinien mit gleicher Steigung und zwei Ausnehmungen 114, 115 in der
Wandung des Hohlzylinders gebildet, die in radialer Richtung in
die Bohrung 111 münden. 7c zeigt
das elastische Element kurz vor dem Ende des Schrittes des Drahterodierens.
Nachdem die Ausnehmungen in axialer Richtung über eine vorbestimmte Länge gebildet
worden sind, wird der Vorschub und die Drehung des Hohlzylinders
gestoppt.
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Wie
in 8 dargestellt können zu Beginn des Drahterodierens
und am Ende des Drahterodierens jeweils ein halbkreisförmiger Auslauf 120, 120' gebildet werde.
Die Form des Auslaufs 120 bzw. 120' hat nicht zwingend die Form eines
Halbkreises, sondern kann auch jede andere beliebige Form, wie die eines
anderen Kreisabschnittes, haben, durch die Belastungsspitzen in
dem Material am Übergang vom
flexiblen Abschnitt zum festen Abschnitt im Betrieb gering gehalten
werden.
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Der
Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens mit Drahterodieren liegt
für die
Erzeugung des Auslaufs darin, dass die Ausläufe der beiden Schraubenfedern
jeweils in einem gemeinsamen Arbeitsschritt hergestellt werden können, ein
zusätzliches Umschalten
zwischen den Achsen der Drahterodiermaschine ist bei dieser Ausführungsform
im Vergleich zur Herstellung einer Einfachschraubenfeder nicht notwendig.
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Schließlich wird
in den zwei an die beiden Enden angrenzenden Endabschnitten der
koaxialen Bohrung entlang der Mittenachse jeweils ein Innengewinde 5, 5' gebildet.
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Alternativ
kann das elastische Element 1 auch mittels Fräsen hergestellt
werde. Dabei geht man wiederum von einem Zylinder mit einem vorbestimmten
Außendurchmesser
aus einem körperverträglichen
Material, wie z.B. Titan, aus und fräst mit einem dünnen Scheibenfräser entlang
einer ersten Schraubenlinie, deren Hauptachse kollinear zu der Hauptachse
des Zylinders ist eine erste Ausnehmung. Dann wird in einem zweiten
Schritt entlang einer zweiten Schraubenlinie, deren Windungen zwischen
den Windungen der ersten Schraubenlinie verlaufen eine weitere Ausnehmung
gebildet. Anschließend
wird entlang der Hauptachse des Zylinders über die gesamte Länge des
Zylinders eine Bohrung derart gebildet, dass die Ausnehmungen in
diese Bohrung münden.
Der Auslauf der Spirale am Übergang
zwischen dem Spiralabschnitt und dem endseitigen Abschnitt des elastischen
E lementes hat einen großen
Einfluss auf die Stabilität
des elastischen Elements 1. Daher wird mit einem Fingerfräser der
Auslauf der Spirale an beiden Enden der Spirale derart nachbearbeitet,
dass die scharfe Kante an der Innenseite der Bohrung entfernt wird.
Dazu wird der Auslauf mit einem Fingerfräser in einem Winkel tangential
zur Spiralkontur gefräst.
Im Anschluss daran wird das Bauteil innen und außen entgratet.
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Schließlich wird
wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren in den zwei Endabschnitten
der koaxialen Bohrung entlang der Mittenachse jeweils ein Innengewinde 5, 5' gebildet.
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Weitere
alternative Herstellungsverfahren für das elastische Element sind
die Laserbearbeitung oder die Wasserstrahlbearbeitung, wobei die
Herstellung analog dem Drahterodieren erfolgt, jedoch anstelle des
gleichzeitigen Bildens von zwei Ausnehmungen durch einen durch die
erste Bohrung durchgeführten
Draht durch einen durch die erste Bohrung geführten Laserstrahl oder Wasserstrahl
erfolgt.
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In
einer Abwandlung wird bei den obigen Verfahren anstelle zumindest
eines der Innengewinde 5, 5' zu Beginn des Verfahrens durch
Drehen ein zylinderförmiger
Ansatz mit einem Außengewinde gebildet.
In diesem Fall muss der Durchmesser der Bohrung 111 kleiner
als der Durchmesser des zylinderförmigen Ansatzes sein.
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In
einer weiteren Abwandlung des Herstellungsverfahrens wird das Federelement
entsprechend der sechsten und siebten Ausführungsform ohne eine durchgehende
Bohrung 111 hergestellt.