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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Instrument zum Relativpositionieren und/oder Führen und/oder Einführen eines Stabs in eine Aufnahme eines Implantats, insbesondere einer Pedikelschraube, umfassend eine Kopplungseinheit zum Koppeln des Instruments mit dem Implantat, insbesondere mit einem Kopf der Pedikelschraube, eine mit einem Außengewinde versehene und zur Kopplungseinheit in axialer Richtung positionierbare Gewindestange und zumindest ein zur Kopplungseinheit axialfest angeordnetes Innengewindesegment, das gegenüber der Gewindestange in radialer Richtung positionierbar ist und durch ein eine Radialkraft aufbringendes Vorspannelement in Richtung der Gewindestange vorgespannt ist, wobei das Innengewindesegment durch Radialpositionierung mit dem Außengewinde der Gewindestange in Eingriff bzw. außer Eingriff bringbar ist.
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Derartige Instrumente werden zum Beispiel bei offenen Wirbelsäulen-Operationen eingesetzt, um mittels eines Stabs eine feste oder rigide Verbindung zwischen in verschiedene Wirbel eingeschraubte Pedikelschrauben zu erstellen. Das Instrument dient dazu, Stäbe, über die benachbarte Pedikelschrauben zueinander fixiert werden, in deren jeweilige Tulpe einzuführen und in dieser Position zu halten, damit der Stab dort mit einer Set-Screw gesichert werden kann.
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In Fällen, bei denen die Distanz des Stabs zur Tulpe gering ist, wird in der Regel mit einem Rod Pusher, einem einfachen Hebelinstrument, gearbeitet, um den Stab in die Tulpe zu drücken. In Fällen, bei denen der Stab weit über der Tulpe platziert und von dieser beabstandet ist, z.B. bedingt durch eine Spondylolisthese (Wirbelgleiten), sind unter Umständen große Kräfte erforderlich, um den Stab in die Tulpe zu zwingen bzw. einen abgeglittenen Wirbelkörper in die gewünschte Position zu ziehen. Hierfür werden in der Regel Rod Persuader verwendet.
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Bekannt ist ein Instrument mit Pistolengriff und Ratschenmechanismus, bei dem die Ratsche zum Fixieren eines beim Einführen des Stabs zurückgelegten Weges dient.
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Mit diesem Instrument können Kräfte von mittlerer Größe übertragen werden. Es ist aber von Nachteil, dass bedingt durch den Ratschenmechanismus keine stufenlose Verstellung möglich ist.
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Bei einem weiteren bekannten Instrument erfolgt ein Positionieren des Stabs in Richtung eines Pedikelschraubenkopfs ausschließlich durch eine Schraubbetätigung des Instruments, das so in der Lage ist, durch sein Gewinde enorm hohe Kräfte aufzubringen. Des Weiteren ist eine stufenlose Verstellung möglich. Im Falle, dass das Gewinde eines Rod Persuaders selbsthemmend ausgebildet ist, kann jede beliebige Position gehalten werden. Nachteilig hierbei ist eine aufwendige und mühevolle Verstellung über weiter Zustellstrecken.
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Schließlich ist ein Rod Persuader mit Zangendesign bekannt. Dieses Instrument kann aufgrund seiner mehrfachen Übersetzung beim Einführen des Stabs einen großen Weg zurücklegen, ist jedoch nicht in der Lage, derart hohe Kräfte wie ein vorstehend beschriebener Rod Persuader zu übertragen.
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Das Funktionsprinzip der drei vorstehend genannten Typen ist ähnlich. Ein Teil des Instruments greift den Kopf einer Pedikelschraube und ein anderer Teil des Instruments stützt sich auf einen in den Kopf einzudrückenden Stab ab. Die beiden Teile werden über einen der vorstehend beschriebenen Mechanismen einander angenähert, so dass der Stab in die Tulpe des Pedikelschraubenkopfs gedrückt wird bzw. die Schraube zum Stab hin gezogen wird.
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Ein bekanntes Instrument mit Schraubbetätigung besitzt eine Implantataufnahme, eine Gewindehülse und einen vorderen Handgriff. Implantataufnahme, Gewindehülse und Handgriff sind dreh- und axialfest zueinander angeordnet oder ausgebildet. Das Instrument weist des Weiteren einen Stabdrücker und eine Gewindestange auf, die ebenfalls axialfest aber zueinander drehbar miteinander gekoppelt sind. Beide Bauteile sind im Instrument relativ zur Implantataufnahme verschiebbar gelagert. Die Gewindestange ist an ihrem distalen, vom Stabdrücker abgewandten Ende mit einem Handgriff versehen und steht mit der Gewindehülse in Eingriff. Durch eine Drehbewegung des Handgriffs kann sie daher in die Gewindehülse hinein- und aus dieser herausgeschraubt werden. Eine dabei ausgeführte Translation wird infolge der vorstehend beschriebenen Kopplung mit dem Stabdrücker auf diesen übertragen, wobei der Stabdrücker jedoch nicht rotiert. Im Resultat erfolgt durch Ein- und Ausschrauben der Gewindestange in bzw. aus der Gewindehülse eine Axialpositionierung von Implantataufnahme und Stabdrücker relativ zueinander.
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Die mögliche relative Axialpositionierung von Implantataufnahme und Stabdrücker bestimmt die Distanz, über die mittels des Instruments ein Stab in eine Pedikelschraubentulpe gedrückt werden kann. Üblicherweise ist diese Distanz größer als 25mm, z.B. 45mm. Je nach Gewindesteigung ist eine entsprechende Anzahl an Umdrehungen erforderlich, um den Stab in die Tulpe zu drücken. Es ist von Nachteil, dass das dazu erforderliche Drehen, Umgreifen und Weiterdrehen ermüdend und zeitraubend ist und den Ablauf einer Operation verzögert, zumal dieses Vorgehen u.U. bei mehreren Pedikelschrauben wiederholt werden muss.
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Eine bekannte Lösung für dieses Problem stellt ein zum Beispiel in der
US 2015/0100097 A1 oder ein in der
US 2015/0100098 A1 offenbarter Rastmechanismus dar. Dort greift eine Gewindestange in eine in radialer Richtung relativpositionierbare und gefederte Gewindeschale bzw. einen Gewindeabschnitt ein. Bei axialem Druck auf die Gewindestange verschiebt sich die Gewindeschale / der Gewindeabschnitt gegen die Federvorspannung in radiale Richtung (federt ein), so dass die Gewindestange ohne Schraubbewegung in axialer Richtung vorgeschoben werden kann, bis ein durch den Stab ausgeübter Gegendruck zu groß wird. Ab diesem Punkt kann eine weitere Axialpositionierung durch Schrauben erfolgen, wobei hohe Kräfte auf den Stab übertragen werden können. Sobald der Stab die gewünschte Endposition erreicht hat, wird eine Set-Screw in die Tulpe geschraubt und der Stab derart fixiert. Durch Druck auf einen Entriegelungsknopf, der mit der Gewindeschale bzw. dem Gewindeabschnitt wirkverbunden ist, werden die Gewinde voneinander gelöst und außer Eingriff gebracht. Die Gewindestange wird so freigeben und kann zurückgezogen werden. Vorteile dieses Mechanismus sind ein weitgehend ermüdungsfreies Arbeiten und Zeitersparnis, da nicht die gesamte Axialpositionierung durch Schrauben erfolgen muss. Da diese Instrumente aber in der Lage sind, Druckkräfte von mehreren 1000N auszuüben, stellt ein Entkoppeln von Gewindestange und Gewindeschale unter Druck in nachteiliger Weise eine Gefahr dar, umliegende Strukturen oder OP-Personal zu verletzten.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Instrument zum Relativpositionieren, Führen und Einführen eines Stabs in eine Aufnahme eines Implantats, insbesondere einer Pedikelschraube bereitzustellen, mit dem hohe Druckkräfte zwischen Stab und Implantat übertragen werden können, und das auch für große Anfangsabstände von Stab und Implantat geeignet ist. Das Instrument soll eine einfach zu betätigende und sichere Schnellverstellung sowohl beim Zustellen als auch beim Lösen ermöglichen, so dass eine Gefährdung und Verletzung von an das Instrument angrenzenden Strukturen sowie von OP-Personal ausgeschlossen oder zumindest minimiert ist.
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Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Instrument zum Relativpositionieren und/oder Führen und/oder Einführen eines Stabs, zum Beispiel einer Wirbelstange, in eine Aufnahme eines Implantats, insbesondere einer Pedikelschraube, zum Beispiel in einen Kopf einer Pedikelschraube, umfassend eine Kopplungseinheit zum (axialfesten) Koppeln des Instruments mit dem Implantat bzw. mit einer Implantataufnahme bzw. mit der Pedikelschraube bzw. mit deren Kopf, eine mit einem Außengewinde versehene und zur Kopplungseinheit in axialer Richtung positionierbare Gewindestange und zumindest ein zur Kopplungseinheit axialfest angeordnetes Innengewindesegment, das gegenüber der Gewindestange in radialer Richtung positionierbar ist und durch ein eine Radialkraft aufbringendes Vorspannelement in Richtung der Gewindestange vorgespannt ist, wobei das Innengewindesegment durch Radialpositionierung mit dem Außengewinde der Gewindestange in Eingriff bzw. außer Eingriff bringbar ist, welches Instrument dadurch gekennzeichnet ist, dass Gewindeflanken der Gewindestange und Gewindeflanken des Innengewindesegments, die einander zugewandt sind, jeweils einen Hinterschnitt aufweisend ausgebildet sind.
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Bei der Beschreibung der Erfindung verwendete Richtungsangaben, wie axial, radial und tangential, sind auf die Gewindestange und deren Orientierung bezogen. Die Bezeichnungen „proximal“ und „distal“ sind auf den Arbeitsbereich des Instruments, also den Rumpf eines Patenten, bezogen. In diesem Sinne bedeutet distal „vom Rumpf des Patienten entfernt“, während proximal „zum Rumpf des Patienten hin gelegen“ oder „zum Rumpf des Patienten hin verlaufen“ bedeutet. Bei bestimmungsgemäßer Nutzung des Instruments ist dessen Längsachse, d.h. auch die Längsachse der Gewindestange, im Wesentlichen in Richtung der Längsachse einer Pedikelschraube ausgerichtet. Man kann daher sagen, dass das Instrument wie auch die Gewindestange jeweils ein proximales und ein distales Ende aufweisen.
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Bei in radialer Richtung zur Gewindestange positioniertem Innengewindesegment, im Folgenden auch erste Position bezeichnet, stehen das Außengewinde der Gewindestange und das Innengewinde des Innengewindesegments miteinander in Eingriff. Bei in radialer Richtung von der Gewindestange fort positioniertem Innengewindesegment, im Folgenden auch als zweite Position bezeichnet, sind sie außer Eingriff gebracht. In der zweiten Position ist daher die Gewindestange relativ zum Innengewindesegment frei axialpositionierbar, das heißt axial sowohl in proximaler als auch in distaler Richtung positionierbar, insbesondere durch nutzerseitige Einwirkung verschiebbar. In der ersten Position ist die Gewindestange relativ zum Innengewindesegment zumindest in eine axiale Richtung nicht frei axialpositionierbar, da erfindungsgemäß Gewindeflanken der Gewindestange und Gewindeflanken des Innengewindesegments, die einander zugewandt sind, jeweils einen Hinterschnitt aufweisend ausgebildet sind. Die jeweils gegenüberliegenden Gewindeflanken von Gewindestange und Innengewindesegment sind vorzugsweise mit einem üblichen positiven Flankenwinkel und ohne Hinterschnitt ausgebildet.
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Unter einem Hinterschnitt einer Gewindeflanke im Sinne der Erfindung ist eine Ausbildung einer Gewindeflanke zu verstehen, bei der eine Gewindeflanke einen in radialer Richtung äußeren Bereich aufweist, der gegenüber einem in radialer inneren Bereich der gleichen Gewindeflanke in axialer Richtung vorsteht. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn in eine Gewindeflanke eine Hintergreifung oder Nut eingebracht ist, oder der Neigungswinkel α einer Flanke negativ ist (bei einem üblichen metrischen Gewinde ist der Neigungswinkel jeder Flanke positiv).
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Infolge des Hinterschnitts sind das Außengewinde der Gewindestange und das Innengewinde des Innengewindesegments bei Eingriff ineinander miteinander verhakt. Bei einem auf die Gewindestange ausgeübten Druck, der so in axialer Richtung wirkt, dass die mit Hinterschnitt versehenen Gewindeflanken von Gewindestange und Innengewindesegment gegeneinander gedrückt werden, ist eine Verlagerung des Innengewindesegments infolgedessen in radialer Richtung nicht möglich. Das Gewinde ist quasi gesichert und gehemmt.
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Die jeweils den mit Hinterschnitt versehenen Gewindeflanken gegenüberliegenden „normalen“ Gewindeflanken der Gewindestange und des Innengewindesegments können im Sinne der Erfindung bei einem auf die Gewindestange wirkenden Axialdruck entsprechender Höhe wie eine schiefe Ebene oder ein Umlenkgetriebe wirken. Ist ein Axialdruck, der so in axialer Richtung wirkt, dass die ohne Hinterschnitt ausgebildeten Gewindeflanken von Gewindestange und Innengewindesegment gegeneinander gedrückt werden, ausreichend hoch, wird infolge der schräg zur Axialrichtung ausgerichteten Gewindeflanken das Innengewindesegment in radiale Richtung nach außen verlagert oder positioniert. Das Außengewinde der Gewindestange und das Innengewinde des Innengewindesegments gelangen so außer Eingriff und die Gewindestange kann in axialer Richtung durchrutschen. Auf diese Weise ist eine Schnellpositionierung der Gewindestange in axialer Richtung möglich.
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Insgesamt ist durch die Erfindung eine Schnellpositionierung der Gewindestange in die eine axiale Richtung möglich, während eine reine Axialverschiebung in die andere, entgegen gerichtete axiale Richtung durch den Hinterschnitt gehemmt ist und die Gewindestange in diese Richtung nur durch Schrauben bewegt werden kann. Die Gewindestange kann durch die Erfindung ohne Schraubbewegung in axialer Richtung vorgeschoben werden kann, bis ein durch den Stab ausgeübter Gegendruck zu groß wird. Ab diesem Punkt kann eine weitere Axialpositionierung durch Schrauben erfolgen, wobei hohe Kräfte auf den Stab übertragen werden können. Dabei ist ein Lösen der Gewinde von Gewindestange und Innengewindesegment durch den Hinterschnitt in vorteilhafter Weise nicht möglich und das Instrument gesichert.
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Sobald der Stab die gewünschte Endposition erreicht hat, kann dieser mittels einer Set-Screw oder Ähnlichem am Implantat gesichert werden. Zum Entfernen des Instruments ist dann zunächst die Gewindestange durch Herausschrauben aus dem Innengewindesegment soweit zu lösen, bis sie druckentlastet ist. Durch Betätigung einer bei einer besonderen Ausführungsform vorliegenden Entriegelungseinrichtung können dann, also bei druckentlasteter Gewindestange, die Gewinde von Gewindestange und Innengewindesegment trotz des Hinterschnitts außer Eingriff gebracht werden. Die Gewindestange kann dann mittels einer reinen Axialpositionierung zurückgezogen werden. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass neben einem weitgehend ermüdungsfreiem Arbeiten und einer Zeitersparnis, da nicht die gesamte Axialpositionierung durch Schrauben erfolgen muss, ein Entkoppeln der beiden Gewinde unter hoher axialer Drucklast nicht möglich ist, so dass Verletzungen umliegender Strukturen oder von OP-Personal vermieden und verhindert werden können.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Die Kopplungseinheit ist dazu eingerichtet, eine Kopplung des Instruments mit dem Implantat zu bewirken. Bei dem Implantat handelt es sich vorzugsweise um eine Pedikelschraube, die in einen Wirbel einer Wirbelsäule eingeschraubt ist. Vorzugsweise wird die Kopplungseinheit mit einem Pedikelschraubenkopf gekoppelt. Zum Koppeln des Instruments mit dem Implantat kann die Kopplungseinheit eine Implantataufnahme ausbilden oder aufweisen. Eine solche Implantataufnahme kann insbesondere zwei oder drei einander gegenüberliegende Koppelarme umfassen. Diese sind an ihrem jeweiligen proximalen Ende mit einer Koppelstruktur versehen. Zumindest die proximalen Enden der Koppelarme sind in radiale Richtung voneinander beabstandbar oder spreizbar, können im beabstandeten Zustand an einem Implantat angeordnet und durch Schließen der proximalen Enden der Koppelarme mit diesen gekoppelt und daran fest angeordnet werden.
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Die Gewindestange kann zur direkten oder indirekten Anlage an einem in ein Implantat einzudrückenden Stab ausgebildet sein. Im letzten Fall kann sie mit einer Stabdrückereinheit oder einem Stabdrückerelement verbunden sein und über diese den Stab kontaktieren und positionieren/verlagern. Vorzugsweise sind die Gewindestange und der Stabdrücker zueinander um die Längsachse drehbar miteinander gekoppelt, so dass Drehungen der Gewindestange um ihre Längsachse beim Schrauben nicht auf den Stab übertragen werden.
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Bei einer Ausführungsform kann die Stabdrückereinheit mit den Koppelarmen der Kopplungseinheit zusammenwirken, beispielsweise indem die Koppelarme durch Öffnungen in der Stabdrückereinheit geführt sind, so dass die Koppelarme bei einer Positionierung der Stabdrückereinheit in proximale Richtung automatisch geschlossen oder in im geschlossenen Zustand am Implantat gesichert werden.
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Das Innengewindesegment ist vorzugsweise in Form einer Gewindeschale mit einem zur Gewindestange weisenden Innengewinde oder Innengewindeabschnitt ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung weist das Instrument zumindest ein Innengewindesegment auf. Es ist jedoch von Vorteil, wenn es zwei beiderseits der Gewindestange einander gegenüberliegende Innengewindesegmente, die in umfänglicher Richtung um einen Winkel von 180° voneinander beabstandet sind, aufweist. Es ist außerdem im Rahmen, wenn das Instrument drei oder vier Innengewindesegmente in umfänglicher Richtung gleichmäßig voneinander beabstandete Innengewindesegmente aufweist (im Falle von drei Innengewindesegmenten betragen die Winkel jeweils 120°, im Falle von vier Innengewindesegmenten jeweils 90°).
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Bei einer Ausführungsform kann eine mit Hinterschnitt ausgebildete Gewindeflanke einen gegenüber einer Normalen zur jeweiligen Gewindeachse geneigten negativen Flankenwinkel α aufweisen, der vorzugsweise in einem Bereich von ca. –10° bis ca. –1°, bevorzugter von ca. –8° bis ca. –2°, bevorzugter von ca. –6° bis ca. –3° noch bevorzugter von ca. –5° bis ca. –4° liegt. Es liegt auf der Hand, dass die Flankenwinkel der Gewindestange auf die des Innengewindesegments abgestimmt sind.
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Von besonderem Vorteil ist, wenn die mit Hinterschnitt ausgebildeten Flankenwinkel der Gewindestange distalseitig und die mit einem Hinterschnitt ausgebildeten Flankenwinkel der Gewindehülse proximalseitig angeordnet sind. In diesem Fall ist ein Positionieren der Gewindestange in distale axiale Richtung bei in Eingriff stehenden Gewinden von Gewindestange und Innengewindesegment nicht möglich. Ein Lösen des Gewindeeingriffs durch eine Verlagerung des Innengewindesegments in radialer Richtung nach außen ist bei unter einer Druckbelastung stehenden Gewindestange nicht möglich, da der Hinterschnitt eine solche Bewegung sperrt. Die in Eingriff stehenden Gewinde sind gesichert. Wird jedoch die Gewindestange durch teilweises Lösen und Herausschrauben druckentlastet, kann der Gewindeeingriff trotz Hinterschnitt gelöst werden, wobei es zu einer geringen Verlagerung der Gewindestange in die proximale axiale Richtung kommt.
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Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die einer Flanke mit Hinterschnitt jeweils gegenüberliegenden Gewindeflanken mit einem positiven Flankenwinkel β ausgebildet. Auf diese Weise ist ein Positionieren der Gewindestange in proximaler axialer Richtung auch bei in Eingriff stehenden Gewinden möglich, indem auf die Gewindestange ein ausreichend hoher axialer Druck aufgebracht wird, bei dem das Innengewindesegment über den positiven Flankenwinkel der proximalseitigen Flanken der Gewindestange sowie der distalseitigen Flanken des Innengewindesegments, die nach Art einer schiefen Ebene wirken, in radialer Richtung gegen die auf es wirkende Vorspannung nach außen gedrängt wird.
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Bei einer Ausführungsform ist das Innengewindesegment in einem Gehäuse aufgenommen. Es kann insbesondere mittels einer Feder in Richtung der Gewindestange vorgespannt sein, welche Feder am oder im Gehäuse geführt und in radialer Richtung nach außen abgestützt ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das Instrument des Weiteren eine Entriegelungseinrichtung, vorzugsweise in Form von zwei Entriegelungselementen auf. Diese können insbesondere in tangentialer Richtung beiderseits des Innengewindesegments angeordnet sein. Sie können des Weiteren in radialer Richtung durch nutzerseitige Betätigung positionierbar sein. Die Entriegelungselemente stehen vorzugsweise jeweils über eine schiefe Ebene mit einem Innengewindesegment in Anlage. Sie sind wie die Innengewindesegmente gegenüber der Gewindestange in radialer Richtung positionierbar. Infolge der radial nach innen, also in Richtung der Gewindestange gerichteten Vorspannung der Innengewindesegmente und ihrer Anlage daran sind die Entriegelungselemente in radialer Richtung nach außen vorgespannt. Durch eine Positionierung der Entriegelungseinheit radialer Richtung nach innen, also in Richtung der Gewindestange, gegen die auf die Innengewindesegmente wirkende Vorspannung, zum Beispiel durch eine nutzerseitige Betätigung, können die Gewinde von Gewindestange und Innengewindesegment außer Eingriff gebracht werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die vorstehend beschriebene Gewindeverriegelung durch den Hinterschnitt durch Druckentlastung der Gewindestange entriegelbar ist.
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Bei einer besonderen Ausführungsform kann einem Nutzer des Instruments akustisch mitgeteilt werden, dass die Gewindestange druckentlastet ist. Dazu ist die Gewindestange bei einer Axialbewegung in proximaler Richtung reibgehemmt. Dies kann insbesondere durch Anlage der Gewindestange oder eines mit dieser axialgekoppelten Einheit, wie zum Beispiel der Kopplungseinheit, mit einem axialfesten Gehäuse geschehen. Vorzugsweise ist die Reibhemmung derart bemessen, dass beim Herausschrauben der Gewindestange aus dem Innengewindesegment deren Axialverschiebung verhindert wird, so dass das Innengewindesegment gegen seine Vorspannung in radialer Richtung nach außen deplatziert wird. Ist die Gewindestange ausreichend gelöst und wird nicht durch von der in das Implantat gedrückten Stange in axialer Richtung verschoben, schnappen die Gewindegänge des Innengewindesegments nach etwa einer Umdrehung der Gewindestange in den nächsten Gewindegang deren Außengewindes ein, wodurch ein akustisch wahrnehmbares Klicken dem Nutzer anzeigt, dass die Gewindestange druckentlastet ist.
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Es ist von Vorteil zum Einschrauben einer Set-Screw in das Implantat bzw. die Pedikelschraube, wenn die Gewindestange hohl mit einem in axialer Richtung durchgehenden Durchgangskanal ausgebildet ist. Der Durchgangskanal ist derart dimensioniert, dass die Set-Screw wie auch ein Instrument zum Einschrauben der Set-Screw hindurch passen.
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Man kann auch sagen, dass die Erfindung ein eingangs genanntes Instrument mit einem Rastmechanismus in verbesserter Form mit weiteren Sicherheitsfeatures betrifft. In einer Ausgangslage können Vorspannelemente, zum Beispiel in Form von Federn, zwei beispielsweise als Gewindeschalen ausgebildete Innengewindesegmente zusammendrücken. Diese können mit einer seitlichen Schräge an einer Entriegelungseinrichtung, zum Beispiel in Form von Drucktasten, anliegen und diese auseinanderschieben. Gewindeschalen und Drucktasten können seitlich in einem Gehäuse geführt sein. Nach oben und unten können sie durch Begrenzungsflächen beispielsweise des Gehäuses geführt sein.
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Beim Einschieben der Gewindestange können die Gewindeschalen zurückfedern und sie danach sofort wieder umgreifen. Die Gewindeform besitzt einen Hinterschnitt. Das bewirkt, dass das Gewinde in eine Richtung durchgeschoben werden kann, während es sich in die andere Richtung verhakt. Das bewirkt den Vorteil, dass die mit dem Stabdrücker verbundene Gewindestange soweit von Hand eingeschoben werden kann, bis die vom Stab ausgeübte Gegenkraft zu groß wird. Ab diesem Zeitpunkt kann geschraubt werden, da sich die Gewindeflanken verhaken.
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Nachdem das Instrument auf das Implantat aufgesetzt wurde, kann die Gewindestange (wie eben beschrieben) soweit per Hand nach unten geschoben werden, bis die Gegenkraft durch den Stab zu groß wird. Die Gewindestange kann wegen des verwendeten Hinterschnittgewindes und der Selbsthemmung des Gewindes in jeder beliebigen Lage losgelassen werden und hält trotzdem die Position. Dann kann weiter geschraubt und der Stab vollends in die Tulpe gedrückt werden.
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Da der Rastmechanismus nach der Erfindung ein Hinterschnittgewinde besitzt, ist ein Auskoppeln (Ausfedern) der Gewinde, insbesondere unter axialem Druck, ausgeschlossen, denn eine höhere axiale Gegenkraft (des Stabes) resultiert in einem stärkeren Ineinandergreifen der Gewindeflanken. Des Weiteren sind die Drucktasten blockiert, da ein Bewegen aufgrund des blockierten, unter Last stehenden Hinterschnittgewindes nicht möglich ist. Die Drucktasten können so nicht aus Versehen betätigt werden.
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Eine Set Screw kann durch den Rod Persuader hindurch im Schraubenbody festgeschraubt werden. Sie kann den Stab in der Schraube bzw. Tulpe halten, so dass der Rod Persuader gelöst und abgekoppelt werden kann. Um den blockierten Mechanismus zu lösen, genügt es, die Gewindestange wenige Umdrehungen entgegen der Einschraubrichtung zu drehen. Ein akustisches Signal, zum Beispiel in Form eines Klickens, kann den Operateur darauf hinweisen, dass das Instrument nicht mehr unter Last steht und er die Gewindestange durch Zusammendrücken der beiden Drucktasten gefahrlos zurückziehen kann. Das akustische Signal ist als zusätzliches Sicherheitsfeature vorgesehen sein. Es kann zum Beispiel dadurch erzeugt werden, dass eine Reibungskraft zum axialen Zurückziehen der Gewindestange im Instrument größer ist als eine durch Reibung im Gewinde entgegen gerichtete Reibkraft, wodurch sich die in Richtung der Gewindestange vorgespannten, insbesondere von Federn angedrückten, Gewindeschalen gegen die Vorspannung nach außen bewegen und das Gewinde durchrutscht kann. Erneutes Einrasten des Gewindes ist als Klicken wahrnehmbar.
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Der konstruktiven Auslegung des akustischen Signals kann geschuldet sein, dass im Falle von zwei Entriegelungseinrichtungen der Operateur zwingend beide zu betätigen haben kann, um die Gewindestange zurückziehen zu können. Durch Betätigen der Drucktasten können Schrägen der Entriegelungseinrichtungen und der Gewindeschalen aneinander stoßen und die Gewindeschalen auseinander schieben, so dass das Gewinde außer Eingriff ist. Nun kann die Gewindestange wieder in die Ausgangsposition, insbesondere nach hinten oder in die distale Richtung, gezogen werden. Falls der Operateur die Gewindestange nicht zurückziehen, sondern lieber kontrolliert zurückschrauben möchte, kann er das tun, indem er die Gewindeschale mittelbar oder unmittelbar manuell betätigt und radial in Richtung der Gewindestange drückt. Diese Betätigung muss dann so lange erfolgen, wie er zurück schrauben möchte.
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Der Druck auf die Gewindeschale kann zum Beispiel über einen Knopf einer Sicherheitsentriegelung erfolgen, was ein Ausrasten der Gewindeschale verhindert. Das kann entweder dadurch geschehen, dass die Federkraft, die gegen die Gewindeschale wirkt, erhöht wird, oder der Knopf gegen die Gewindeschale gedrückt wird. Da in beiden Fällen ein Ausrasten verhindert wird, kann das Gewinde nicht durchrutschen, und das Instrument kann zurück geschraubt werden. Wichtig ist, dass anders als beim Ausschrauben (nach hinten oder in distale Richtung bewegen) der Operateur beim Einschrauben (nach vorne oder in proximale Richtung bewegen), sobald der Stab genügend Gegenkraft bietet, jederzeit ohne Betätigung der Sicherheitsentriegelung zurückschrauben kann, da die Gegenkraft des Stabes die Gewindeflanken ineinander drückt und diese nicht auskoppeln können.
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Durch die Erfindung können insbesondere die folgenden Vorteile erzielt werden: Zwei Drucktasten, zum bewussten Bedienen Hinterschnittgewinde, selbstsicherndes Gewinde Je höher die Kraft, desto sicherer wirkt der Mechanismus gegen Lösen Blockierte Drucktasten bei Last, kein versehentliches Lösen möglich Akustisches Signal (Klicken] bei Lastfreiheit während des Zurückdrehens Umschaltmöglichkeit um bei Lastfreiheit weiter zurückschrauben zu können
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften und nicht beschränkenden Beschreibung der Erfindung anhand von Figuren. Diese sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Dabei zeigen:
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1 ein Instrument nach der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Rastmechanismus des Instruments der 1,
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3 eine Schnittansicht des Rastmechanismus der 2 quer zur Axialrichtung,
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4 einen Ausschnitt des Rastmechanismus der 2 in einer Schittansicht in axialer Richtung,
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5 eine teilweise freigeschnittene perspektivische Ansicht des Rastmechanismus der 2,
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6 eine Darstellung des Instruments beim Einsetzen eines Stabs in eine Pedikelschraube im Rahmen einer Wirbelsäulenoperation zu einem ersten Zeitpunkt und
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7 eine Darstellung des Instruments beim Einsetzen eines Stabs in eine Pedikelschraube im Rahmen einer Wirbelsäulenoperation zu einem zweiten Zeitpunkt.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Instrument 1 zum Relativpositionieren und/oder Führen und/oder Einführen eines Stabs 2 in eine Aufnahme eines Implantats 3, hier in einen Kopf 4 einer Pedikelschraube 3 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Das Instrument umfasst im Wesentlichen eine Kopplungseinheit 5, eine mit einem Außengewinde 6 versehene und zur Kopplungseinheit 5 in axialer Richtung positionierbare Gewindestange 7 und einen zur Kopplungseinheit 5 axialfest angeordneten Rastmechanismus 8.
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Der Rastmechanismus 8 ist zusammen mit einem Abschnitt der Gewindestange 7 in den 2, 3, 4 und 5 dargestellt. Er weist im Wesentlichen ein Gehäuse 9, einen Gehäuseboden 10, einen Gehäusedeckel 11, ein erstes Innengewindesegment 12, ein zweites Innengewindesegment 13, ein erstes Entriegelungselement 14 und ein zweites Entriegelungselement 15 auf.
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Das erste wie auch das zweite Innengewindesegment 12, 13 ist jeweils gegenüber der Gewindestange 7 in radialer Richtung positionierbar und jeweils durch ein eine Radialkraft aufbringendes Vorspannelement 29, 30 in Form einer Druckfeder 29, 30 in Richtung der Gewindestange 7 vorgespannt. Infolge der radialen Positionierbarkeit kann jedes der beiden Innengewindesegmente 12, 13 durch Verschieben oder Platzieren in radialer Richtung mit dem Außengewinde 6 der Gewindestange 7 in Eingriff bzw. außer Eingriff gebracht werden.
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Insbesondere in 4 ist dargestellt, dass Gewindeflanken 16 der Gewindestange 7 und Gewindeflanken 17 jedes Innengewindesegments 12, 13, die einander zugewandt sind, jeweils einen Hinterschnitt aufweisend ausgebildet sind. Zur Verdeutlichung des Hinterschnitts ist in 4 eine Normale 18 zur Längsachse der Gewindestange 7 eingezeichnet. Ebenfalls eingezeichnet ist eine Linie 19, die sich mit den Gewindeflanken 16, 17 überdeckt. Zwischen der Normalen 18 und der Linie 19 erstreckt sich ein negativer Flankenwinkel α. Jede einer mit Hinterschnitt versehenen Gewindeflanke 16 des Außengewindes 6 der Gewindestange 7 gegenüberliegende Gewindeflanke 20 ist mit einem positiven Flankenwinkel β ausgebildet. Ebenfalls ist jede einer mit Hinterschnitt versehenen Gewindeflanke 17 jedes Innengewindesegments 12, 13 gegenüberliegende Gewindeflanke 21 mit einem positiven Flankenwinkel β ausgebildet.
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1 zeigt, dass die Kopplungseinheit 5 zwei einander gegenüberliegende Koppelarme 22 aufweist, die jeweils an ihrem proximalen Ende mit einer Koppelstruktur 23 versehen sind, zur zumindest axialfesten Ankopplung des Instruments 1 am Kopf 4 einer Pedikelschraube 3. Die Kopplungseinheit 5 ist mittels Schrauben oder Nieten 24 drehfest und axialfest mit einem proximalen Griffelement 25 verbunden. Das Griffelement 25 wiederum ist drehfest und axialfest mit dem Gehäuse 9 des Rastmechanismus 8 verbunden.
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2 zeigt, dass das Gehäuse 9, der Gehäuseboden 10 und der Gehäusedeckel 11 jeweils mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet sind, in der die Gewindestange 7 angeordnet ist. Die Gewindestange 7 ist an ihrem distalen Ende mit einem distalen Griffelement 26 versehen und ihrerseits im Wesentlichen hohlzylinderförmig mit einem in Axialrichtung durchgehenden Durchgangskanal 27 versehen. An ihrem proximalen Ende ist die Gewindestange 7 axialfest mit einem Stabdrücker 28 verbunden. Die Gewindestange 7 und der Stabdrücker 28 sind relativ zueinander um die Längsachse der Gewindestange 7 drehbar.
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Insgesamt kann man sagen, dass die Kopplungseinheit 5, das proximale Griffelement 25 und das Gehäuse 9, 10, 11 mit den darin aufgenommenen Innengewindesegmenten 12, 13 und Entriegelungselementen 13, 14 eine erste Einheit des Instruments 1 bilden. In ähnlicher Weise bilden die Gewindestange 7, der Stabdrücker 28 und das distale Griffelement 26 eine zweite Einheit des Instruments 1. Die erste Einheit und die zweite Einheit des Instruments sind über einen Eingriff des Außengewindes 6 der Gewindestange 7 in die Innengewinde der Innengewindesegmente 12, 13 miteinander gekoppelt.
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Die 3, 4 und 5 zeigen, dass beide Innengewindesegmente 12, 13 mittels jeweils einer Feder 29 bzw. 30 in radialer Richtung nach innen, also in Richtung der Gewindestange 7 vorgespannt sind. Die Feder 29 ist über ein Betätigungselement 31 abgestützt, das eine Durchgangsöffnung im Gehäuse 9 durchgreifend in diesem aufgenommen und in radialer Richtung nach außen abgestützt ist. In ähnlicher Weise sind die Entriegelungselemente 14, 15 in Durchgangsöffnungen im Gehäuse 9 angeordnet und gehalten.
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In umfänglicher Richtung ist das Innengewindesegment 12 beidseitig mit einer Anlagefläche 33, 34 versehen. Beide sind im Wesentlichen in radialer Richtung liegend ausgebildet. Die Anlagefläche 33 steht mit einer am Entriegelungselement 14 ausgebildeten entsprechenden Anlagefläche 35 in Anlage. Die Anlagefläche 34 steht mit einer am Entriegelungselement 15 ausgebildeten entsprechenden Anlagefläche 36 in Anlage. Infolge der umfänglichen Erstreckung des Innengewindesegments 12 sind die Anlageflächen 33, 34 in einem Winkel γ schräg zur Bewegungsrichtung des Innengewindesegments 12 ausgerichtet. In ähnlicher Weise sind die Anlageflächen 35, 36 schräg zur Bewegungsrichtung des jeweiligen Entriegelungselements 14, 15 ausgerichtet. Man kann also sagen, dass die Anlageflächen 33, 34, 35, 36 zwei schiefe Ebenen bilden, über die das Innengewindesegment 12 mit den Entriegelungselementen 14, 15 in Wirkverbindung steht. Das Innengewindesegment 13 ist in entsprechender Weise ausgebildet und steht in entsprechender Weise mit den Entriegelungselementen 14, 15 in Wirkverbindung.
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Das Instrument 1 wird wie folgt verwendet: Zu Beginn eines Vorgangs zum Andrücken eines Stabs 2 an eine Pedikelschraube 3 ist die zweite Einheit bestehend aus distalem Griffelement 26, Gewindestange 7 und Stabdrücker 28 in distaler Richtung aus der bereits beschriebenen ersten Einheit herausgezogen. Das Instrument 1 wird in diesem Zustand mit der Koppelstruktur 23 am Kopf 4 der Pedikelschraube 3 angeordnet und gekoppelt, wobei der einzudrückende Stab 2 zwischen den beiden Koppelarmen 22 platziert ist.
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Nachfolgend wird die Gewindestange 7 in proximal axiale Richtung in das Instrument 1 eingeschoben. Dies kann mit einer reinen Axialbewegung ohne Rotation der Gewindestange 7 um ihre Längsachse erfolgen. Dabei federn die Innengewindesegmente 12, 13 in radialer Richtung nach außen zurück, da die sich gegenseitig kontaktierenden Gewindeflanken 20, 21 ohne Hinterschnitt jeweils wie eine schiefe Ebene wirken. Infolge der radialen Vorspannung rutschen das Außengewinde 6 und das Innengewinde der Innengewindesegmente 12, 13 wieder ineinander, wenn eine axiale Position erreicht wird, in der Gewindegänge des Außengewindes 6 sich mit Gewindespitzen der Innengewinde überdecken.
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Bei wieder ineinander greifenden Gewinden „verhaken“ sich diese infolge des Hinterschnitts. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gewinde bewirkt, dass die Gewindestange 7 in eine Richtung, nämlich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in die proximale Richtung, ohne Schraubbewegung durch die Innengewindesegmente 12, 13 geschoben werden kann, während eine reine Axialbewegung in die andere Richtung (distal) verhindert wird. Das bewirkt den Vorteil, dass die mit dem Stabdrücker 28 verbundene Gewindestange 7 soweit von Hand in proximaler Richtung eingeschoben werden kann, bis die vom Stab 2 auf den Stabdrücker 28 ausgeübte Gegenkraft zu groß wird. Dann erfolgt eine weitere Zustellung in proximaler Richtung durch Einschrauben der Gewindestange 7 in die Innengewindesegmente 12, 13. Bei den vorstehend beschriebenen Vorgängen kann die Gewindestange 7 wegen des Hinterschnittgewindes und der dadurch bewirkten Selbsthemmung in jeder beliebigen Lage losgelassen werden und hält trotzdem die Position.
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Da der Rastmechanismus 8 ein Hinterschnittgewinde besitzt, ist ein unbeabsichtigtes Auskoppeln des Außengewindes 6 von den Innengewinden der Innengewindesegmente 12, 13, zum Beispiel durch ein ungewolltes Ausfedern gegen die Federvorspannung, ausgeschlossen, denn eine höhere axiale Gegenkraft auf den Stab 2 führt zu einem stärkeren Ineinandergreifen der Gewindeflanken. Des Weiteren sind infolge des Hinterschnitts die Entriegelungselemente 14, 15 (Drucktasten) blockiert, da sie über die Anlageflächen 33, 34, 35, 36 mit den Innengewindesegmenten 12, 13 zusammenwirken, deren Bewegen aufgrund des blockierten, unter Last stehenden Hinterschnittgewindes nicht möglich ist. Eine versehentliche Entriegelung ist somit nicht möglich.
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Hat der Stab 2 im Kopf 4 der Pedikelschraube 3 seine bestimmungsgemäße Position erreicht, wird eine in den Figuren nicht gezeigte Set-Screw durch den Durchgangskanal 27 der Gewindestange 7 hindurch festgeschraubt. Sie hält den Stab 2 in der Schraube 3 bzw. im Kopf 4, so dass das Instrument nach der Erfindung nun gelöst und abgekoppelt werden kann. Dazu muss zunächst die Gewindestange 7 wenige Umdrehungen gegen die Einschraubrichtung gedreht werden.
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Die Gewindestange 7 ist bei einer Axialbewegung in proximaler Richtung reibgehemmt, indem sie selbst und/oder der Stabdrücker 28 mit einem axialfesten Element des Instruments 1, zum Beispiel mit dem proximalen Griffelement 25 in Reibanlage stehen. Die Reibhemmung ist derart bemessen, dass beim Herausschrauben der Gewindestange 7 ohne zusätzliche Druckbelastung durch den Stab 2 aus den Innengewindesegmenten 12, 13 eine Axialverschiebung der Gewindestange 7 verhindert wird. Infolgedessen werden die Innengewindesegmente 12, 13 gegen die Vorspannung der Federn 29, 30 in radialer Richtung nach außen deplatziert. Wenn die Gewindestange 7 ausreichend gelöst ist und wirkt auf sie kein vom Stab 2 ausgeübter Druck mehr (was bei mittels der Set-Screw gesichertem Stab 2 der Fall ist), schnappen die Gewindegänge der Innengewindesegmente 12, 13 nach etwa einer Umdrehung der Gewindestange 7 in den nächsten Gewindegang deren Außengewindes 6 ein, wodurch ein akustisch wahrnehmbares Klicken dem Nutzer anzeigt, dass die Gewindestange 7 druckentlastet ist, und er die Gewindestange 7 durch Zusammendrücken der beiden Entriegelungselemente 14, 15 gefahrlos entriegeln und in axialer Richtung zurückziehen kann.
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Zum Entriegeln muss der Operateur bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zwingend beide Entriegelungselemente 14, 15 betätigen, um die Gewindestange 7 mit einer reinen Axialbewegung zurückziehen zu können. Durch Betätigen der Entriegelungselemente 14, 15 stoßen die Anlageflächen 33, 34, 35, 36 aneinander und schieben die Innengewindesegmente 12, 13 in radialer Richtung nach außen, wodurch die Gewinde außer Eingriff gebracht werden. Nun kann die Gewindestange 7 mittels rein axialer Bewegung in die Ausgangsposition gezogen werden. Falls der Operateur die Gewindestange 7 nicht zurückziehen, sondern lieber kontrolliert zurückschrauben möchte, kann er das tun, indem er das Betätigungselement 31 betätigt. Dieses muss so lange betätigt bleiben, wie er zurück schrauben möchte. Der Druck auf Betätigungselement 31 verhindert eine radial nach außen führende Bewegung der Innengewindesegmente 12, 13, im vorliegenden Beispiel durch Druck auf die Federn 29, 30, was deren Federkraft erhöht. Das Gewinde kann dann nicht durchrutschen und die Gewindestange 7 kann zurück geschraubt werden. Im Unterschied zum Ausschrauben (distal nach hinten bewegen) kann der Operateur beim Einschrauben (proximal nach vorne bewegen) jederzeit ohne Betätigung des Betätigungselements 31 zurückschrauben, da dann der Stab 2 genügend Gegenkraft auf die Gewindestange 7 ausübt, wodurch infolge des Hinterschnitts die Gewindeflanken 16, 17 ineinander gedrückt werden und die Gewindestange 7 nicht von den Innengewindesegmenten 12, 13 entkoppelt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Instrument
- 2
- Stab
- 3
- Implantat, Pedikelschraube
- 4
- Kopf
- 5
- Kopplungseinheit
- 6
- Außengewinde
- 7
- Gewindestange
- 8
- Rastmechanismus
- 9
- Gehäuse
- 10
- Gehäuseboden
- 11
- Gehäusedeckel
- 12
- Innengewindesegment
- 13
- Innengewindesegment
- 14
- Entriegelungselement
- 15
- Entriegelungselement
- 16
- Gewindeflanke
- 17
- Gewindeflanke
- 18
- Normal zur Längsachse
- 19
- Linie
- 20
- Gewindeflanke
- 21
- Gewindeflanke
- 22
- Koppelarme
- 23
- Koppelstruktur
- 24
- Schraube, Niet
- 25
- proximales Griffelement
- 26
- distales Griffelement
- 27
- Durchgangskanal
- 28
- Stabdrücker
- 29
- Feder
- 30
- Feder
- 31
- Betätigungselement
- 33
- Anlagefläche
- 34
- Anlagefläche
- 35
- Anlagefläche
- 36
- Anlagefläche
- α
- negativer Flankenwinkel
- β
- positiver Flankenwinkel
- γ
- Winkel der Anlageflächen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0100097 A1 [0011]
- US 2015/0100098 A1 [0011]