Zur Fixation von Knochenteilen oder speziell auch bei Wirbel- säulenfixationen werden die Knochenteile oder Wirbelkörper mittels Knochenschrauben, Pedikelschrauben oder anderen Knochenverankerungselementen an internen Platten oder Stäben fixiert.

Ein Implantat zur relativen Fixierung von Knochenteilen oder auch zur Wirbelsäulenfixation ist in der DE 297 10 979 AESCULAP offenbart. Das Implantat umfasst in jedes Knochenteil einsetzbare Verankerungselemente, Verbindungselemente, woran die Verankerungselemente mittels einer lösbaren Kugelklemm- verbindung befestigbar sind, und Längsträger, die ebenfalls an den Verbindungselementen festgeklemmt werden und mittels welcher mehrere Verankerungselemente, die in verschiedenen Knochenteile oder auch Wirbelkörper eingesetzt sind, starr verbindbar sind.

Die Verankerungselemente sind als hohlzylindrische Knochen- schrauben ausgebildet und weisen auf dem Aussenmantel ein Gewinde sowie zwischen den Gewindegängen liegende radiale Durchgangsöffnungen auf. Vor dem Einsetzen dieser hohlzylin- drischen Verankerungselemente muss in den Knochen ein Aufnahme- kanal gebohrt oder gefräst werden.

Ein anderes Implantat, welches eine hohlzylindrische Knochen- schraube umfasst, ist in der US 5, 015, 247 MICHELSON offenbart.

Wie das oben erwähnte Verankerungselement besteht diese Knochenschraube, welche vor allem zum Einsetzen in den Zwischenwirbelraum gestaltet ist, aus einem Hohlzylinder mit einem Aussengewinde und zwischen den Gewindegängen angeordneten radialen Durchgangsöffnungen. Dieses Implantat wird entweder in einen ebenfalls ausgebohrten oder ausgefräste Knochenkanal oder in eine Bohrung im Knochen eingeschraubt. Im letzteren Fall wird der Hohlraum in der Knochenschraube mit körpereigenen Knochen- spänen aufgefüllt, so dass die Fusion zwischen den benachbarten Wirbelkörpern selbst und zwischen Wirbelkörpern und Implantat gefördert wird.

Beide erwähnte Implantate weisen den Nachteil auf, dass vor- gängig zum Einschrauben der hohlzylindrischen Knochenschraube oder des Verankerungselementes ein Kanal oder eine Bohrung in den Knochen gefräst oder gebohrt werden muss.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstschneidendes Verankerungselement zu schaffen. Durch diese selbstschneidende Eigenschaft des Knochenverankerungselementes ergibt sich eine wesentlich kürzere Implantationsdauer.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Knochenverankerungselement, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie mit einer Vorrichtung zur Knochenfixation, welche die Merkmale des Anspruchs 11 aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Knochenverankerungselementes besteht dieses aus einem kreis- zylindrischen Verankerungsteil, welches am einen Ende stirnseitig tangential angeordnete Schneidezähne aufweist. Das Verankerungselement ist hohlzylindrisch ausgebildet und auf der äusseren Mantelfläche mit einem selbstformenden Gewinde versehen. Mittels der Schneide- oder Sägezähne und lässt sich das Verankerungsteil ohne vorgängige Bohrung oder Ausfräsung eines Knochenkanals direkt in den Knochen einbringen. Die Knochenspäne werden in die Bohrung des Hohlzylinders abgeführt.

Die Anzahl der Schneidezähne beträgt zwischen 10 bis 40, vorzugsweise zwischen 20 bis 30 Zähnen.

Zudem weisen die Schneidezähne einen Spanwinkel von 10 bis 40 , vorzugsweise von 25 bis 35 auf. Wobei als Spanwinkel derjenige Winkel verstanden wird, der zwischen der Längsachse des hohlzylindrischen Verankerungselementes und der Schnittfläche eines Schneidezahnes liegt. Der Freiwinkel beträgt sinnvollerweise zwischen 5° und 40 , vorzugsweise zwischen 18 und 28°.

Zudem schliesst die Schnittkante mit dem Lot zur Längsachse einen Winkel zwischen 30° und 60 , vorzugsweise zwischen 40° und 50 ein, wobei sich die Schneidenecke am äusseren Umfang des Verankerungselementes befindet.

Am anderen Ende ist das Verankerungselement mit einem Verbindungselement zur Kupplung an ein anderes implantierbares Element, beispielsweise an eine Verbindungsplatte, eine Verstellplatte oder an Längsträgern, versehen. In der einfachsten Ausführungsform kann dieses Verbindungselement aus einem Zylinder, welcher in eine entsprechende Bohrung in der Platte einsteckbar ist, bestehen. Vorteilhafterweise ist das Verbindungselement jedoch so ausgebildet, dass das Verankerungselement in einem Winkelbereich schwenkbar in der Platte fixierbar ist. Diese Schwenkbarkeit lässt sich beispielsweise durch eine kugelförmige Ausführung des Verbindungselementes mit entsprechenden Ausnehmungen in der Platte herstellen.

Die Mantelfläche des Verankerungselementes kann in einer weiteren Ausführungsform vom unteren, mit den Schneidezähnen versehenen Ende her auf einer Teillänge eine glatte Oberfläche aufweisen. Vorteile bietet diese Ausführungsform dadurch, dass die Seitenwand des hohlzylindrischen Verankerungsteiles auf dieser Teillage mit radialen Durchgangsbohrungen ausgestattet werden kann, welche eine Fusion des aussen am Verankerungsteil liegenden Knochens mit dem innerhalb des Verankerungsteils liegenden Kerns des Knochens ermöglichen. Zudem wird durch die Durchgangsbohrungen Material eingespart, wodurch das Gewicht des Implantates erheblich abgesenkt werden kann. Diese Teillänge L beträgt sinnvollerweise zwischen 60% und 85%, vorzugsweise zwischen 70% und 80% der Höhe H der Verankerungsteils.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst diese mindestens zwei Knochenver- ankerungselemente, mindestens eine Platte mit einer Zentralachse, wobei diese mindestens eine Platte mit Mitteln zur Aufnahme der Verbindungselemente der beiden Knochenver- ankerungselemente versehen ist. Die Mittel zur Aufnahme dieser Verbindungsmittel bestehen im wesentlichen aus Bohrungen mit geeigneten Längsquerschnitten in der Platte, welche gestatten, dass die an den Verankerungselementen angebrachten Verbindungsmittel darin gelagert werden und mit Mitteln zur Fixierung der Knochenverankerungselemente in der oder den Platten lösbar befestigt werden. Die Mittel zur Fixierung der Knochenverankerungselemente bestehen in bevorzugten Aus- führungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung aus Schrauben oder Muttern, die in oder über die Verbindungselemente schraubbar sind. Zudem sind die Mittel zur Aufnahme der Verbindungsmittel, beispielsweise in Form von entlang der Zentralachse der Platte verlaufenden Längslöchern so gestaltet, dass die beiden Knochenverankerungselemente in Richtung der Zentralachse um einen Abstand Z, welcher 10 und 80 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 60 mm beträgt, gegeneinander verschiebbar sind.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung zwei in Richtung der Zentralachse verschiebbare Platten, wobei jede der beiden Platten mit Mitteln zur Aufnahme eines Verbindungselementes versehen ist, und ein Feststellmittel zur relativen Fixierung der beiden Platten umfasst. Dieses Feststellmittel ist in den verschiedenen Varianten als Schraube, welche die eine der Platten durch eine Bohrung durchdringt und in die andere Platte eingeschraubt ist, ausgeführt.

Durch die geeignete Gestaltung der Verbindungselemente, z. B. in der Ausführung als kugelförmige Verbindungselemente wird ermöglicht, dass zwischen der Zentralachse der mindestens einen Platte und jeder der Längsachsen der Verankerungsteile ein Winkel zwischen 60° und 120°, vorzugsweise zwischen 70 und 110 einstellbar ist.

Ebenfalls ist eine Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung vorgesehen, bei der die beiden Platten an den mit einander in Kontakt stehenden Flächen mit einer Verzahnung versehen sind.

Dadurch wird die Vorrichtung gegen Verrutschen der beiden Platten gegeneinander gesichert und stabiler. Zudem werden die beiden Platten durch Nasen oder Führungsbacken auf der Seite gegen Verdrehen gesichert.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass anstelle einer zweiten Platte zwei kreisringförmige Scheiben vorgesehen sind, deren eine unterhalb der Platte zu liegen kommt und zur Aufnahme der Verbin- dungsmittel des Verankerungselementes dient und deren andere zusammen mit einer in diese einbringbaren Schraube zur Herstellung einer klemmbaren Fixierung des ersten Verankerungselementes gegenüber der Platte dient. Das zweite Verankerungselement wird in der Platte fixiert. Zur Herstellung des variablen Abstandes zwischen den Verankerungselementen ist mindestens eine der Bohrungen zur Aufnahme der Verbindungselemente als Langloch ausgebildet. Die unterhalb der Platte liegende Scheibe und die Platte selbst können auf den Berührungsflächen ebenfalls mit einer Rasterung versehen sein.

Anstelle des kugelförmigen Verbindungselementes kann durch eine auf der Seite des Verankerungselementes auf der Platte liegende, einseitig konvex ausgebildete Scheibe und eine dazu korrespondierende konkave Ausbildung des oberen Endes des Verankerungselementes die Schwenkbarkeit des Verankerungs- elementes ergeben.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank des erfindungsgemässen Knochen- verankerungselementes am Knochen vor dem Einbringen des Implantates keine Bohrungen oder Ausfräsungen vorgenommen werden müssen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Knochenver- ankerungselementes ; Fig. 2 einen Ausschnitt eines Schneidezahnes gemäss einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ; Fig. 3 einen Aufriss einer Ausführungsform der erfindungs- gemässen Vorrichtung ; und Fig. 4 eine Aufsicht auf die in Fig. 3 dargestellte Aus- führungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform des erfindungs- gemässen Knochenverankerungselementes 9 dargestellt. Dieses umfasst einen kreiszylinderisches Verankerungselement 1 mit der Höhe H und koaxial zu dessen Längsachse 2 ein konzentrisch angeordnetes Verbindungselement 5, welches in dieser Ausführungsform als einfacher zylindrischer Zapfen dargestellt ist. Anstelle des zylindrischen Zapfens könnte das Verbindungselement 5 auch kugelförmig ausgebildet sein. Das Verbindungselement 5 schliesst in Richtung der Längsachse 2 direkt an das obere Ende 3 des Verankerungselementes 1 an. Vom unteren Ende 4 des Verankerungselementes 1 her dringt konzentrisch eine Bohrung 10 mit einer Tiefe T, welche geringer als die Höhe H ist, in das Verankerungselement 1 ein. Somit ergibt sich auf einer Länge, die der Tiefe T entspricht, ein hohlzylindrischer Querschnitt des Verankerungselementes 1. Am unteren Ende 4 sind auf dem Hohlzylinder stirnseitig Schneide- oder Sägezähne 8 tangential angeordnet. Die Schnittkanten 11 der in dieser Ausführungsform vorgesehenen Schneidezähne 8 verlaufen radial. Auf einer am unteren Ende 4 beginnenden Teillänge L, welche ebenfalls geringer als die Höhe H ist, ist die äussere Mantelfläche 6 der Verankerungselementes 1 glatt, währenddem der übrig bleibenden Teil der Höhe H mit einem Aussengewinde 7 versehen ist. Das Knochenverankerungselement 9 kann an der Stirnfläche des Verbindungsteils 5 mit einem Innensechskant versehen sein, wodurch das Einbringen des Knochenverankerungs- elementes 9 in den Knochen mit einem entsprechenden Werkzeug vereinfacht wird. Anstelle des Innensechskants ist auch ein Aussensechskant am Verbindungsteil 5 oder an dem an das obere Ende 3 anschliessenden Teil des Verankerungselementes 1 möglich.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schneidezahn 8.

Eingezeichnet ist ein dreidimensionales Koordinatensystem, welches eine zur Längsachse 2 parallel z-Achse 24, eine radiale x-Achse 25 und eine zu diesem Radius rechtwinklige, zur äusseren Mantelfläche 6 tangentiale y-Achse 16 aufweist. Die Schneidenecke 27 liegt auf der äusseren Mantelfläche 6 des Verankerungsteils 1. Der Spanwinkel 28, welcher durch die z-Achse 24 und diejenige Schneidezahnfläche 32, auf welcher der Span abläuft, eingeschlossen wird, beträgt 30 . Der Freiwinkel 29 zwischen der sich peripher an der äusseren Mantelfläche 6 befindenden Schneidezahnkante 33 und der durch die x-Achse 25 und die y-Achse 26 aufgespannten Ebene 31 beträgt 22,5 .

Der Winkel 30 zwischen der radial verlaufenden Schnittkante 11 und der durch die x-Achse 25 und die y-Achse 26 aufgespannten Ebene 31 beträgt 45 , so dass die Schneidenecken 27 der Schneidezähne 8 das untere Ende 4 (Fig. 1) des Verankerungsteils 1 bilden und auf dem äusseren Umfang liegen.

Die beiden Figuren Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit zwei Knochenverankerungs- elementen 9. Die beiden Knochenverankerungselemente 9 sind auf ihren hohlzylindrischen Teilen mit radialen Durchgangsbohrungen 13 versehen. Verbunden werden die beiden Knochenverankerungsele- mente 9 durch zwei Platten 14 : 15, welche eine gemeinsame Zentralachse 16 aufweisen. Die beiden Platten 14 : 15 überlappen sich auf in Kontakt stehenden Flächen 21;22, welche sich entlang der Zentralachse 16 erstrecken. Diese beiden miteinander in Kontakt stehenden Flächen 21 : 22 sind mit Verzahnungen 23 ausgerüstet, welche ein Verrutschen der beiden Platten 14 : 15 unter Belastung verhindert. Zudem verfügen die beiden Platten 14 : 15 an ihren gegeneinander gerichteten Enden über vorstehende Nasen 43, welche seitlich an den Platten 14 : 15 angebracht sind und sich über die Dicke der jeweils anderen Platte 14 : 15 erstrecken. Durch diese Nasen 43 wird verhindert, dass die Platten 14 : 15 sich gegeneinander verdrehen, wodurch deren Ausrichtung bezüglich der Zentralachse 16 nicht mehr gegeben wäre. Die Mittel 17 zur Aufnahme der Verbindungselemente 5 der Knochenverankerungselemente 9 sind sphärische Bohrungen. Die Verbindungselemente 5 sind als Kugelschichten gestaltet und weisen einen Durchmesser auf, der demjenigen der sphärischen Bohrungen entspricht. Die kugelschichtförmigen Verbindungs- elemente 5 sind mit Bohrungen 37, welche ein Innengewinde 38 und eine konische sich vom oberen Ende 3 weg verjüngende Eindrehung 39 aufweisen, ausgestattet. Die Eindrehungen 39 dienen zur Aufnahme der konischen Schraubenköpfe 40 der Schrauben, die als Mittel 18 zur Fixierung der Knochen- verankerungselemente 9 an den Platten 14 : 15 dienen. Beim Anziehen der Schrauben werden durch die konischen Schraubenköpfe 40 die mit Schlitzen 36 und einer ebenfalls konischen Eindrehung 39 versehenen Verbindungselemente 5 gegen die Wand der als Mittel 17 zur Aufnahme der Verbindungselemente 5 dienenden sphärischen Bohrungen geklemmt. Dazu müssen die Konuswinkel des Schraubenkopfes 40 und derjenige der konischen Eindrehung 39 nicht identisch sein. Dadurch lässt sich das Knochenverankerungselement 9 in einer gegenüber dem Lot zu den Platten 14 : 15 um einen Winkel 44 von innen 16 und aussen 19 ausgeschwenkten Stellung in der Platte 14 : 15 fixieren. Das Feststellmittel 20, mittels welchem die Platten 14 ; 15 relativ zueinander fixiert werden, ist eine Schraube, die in der unteren Platte 14 in eine Bohrung 41 mit Innengewinde eingeschraubt wird und die obere Platte 15 durch das Langloch 42 hindurch durchdringt. Damit die beiden Platten gegeneinander verschiebbar sind, wodurch der Abstand der beiden Knochenverankerungselemente 9 entlang der Zentralachse 16 variabel wird, ist als Durchdringungsöffnung für die Schraube an der oberen Platte 15 das Langloch 42 angebracht. Das Verankerungsteil l ist an seinem oberen Ende 3 mit einem einen grösseren Durchmesser als das Verankerungsteil l aufweisenden Flansch 34 versehen. Dieser Flansch 34 weist sechs in einem Winkel von 60 zueinander stehende, halbkreisförmige Einkerbungen 35 auf. Mittels dieser Einkerbungen 35 und einem dazu passenden Werkzeug kann das Knochenverankerungselement 9 in den Knochen eingedreht werden.

Anstelle der Einkerbungen 35 könnte der Flansch 34 auch mit einem Aussensechskant versehen sein. Der Flansch 34 dient auch als Anschlag, so dass das Knochenverankerungselement 9 nicht zu weit in den Knochen oder Wirbelkörper eingedreht werden kann.

Zum Einsetzen des beschriebenen Implantates ist es nicht notwendig, vorher einen Aufnahmekanal in den Knochen einzuarbeiten. Vor dem Einbringen des Knochenverankerungs- elementes in den Knochen wird zuerst konzentrisch ein Kirschnerdraht in den Knochen eingebracht. Anschliessend wird das Knochenverankerungselement mittels eines Schlüssels, welcher im Kugelkopf des Verbindungsteils einschnappt und aussen in den sechs Einkerbungen einrastet, direkt in den Knochen oder auch Wirbelkörper eingedreht. Der Schlüssel ist durchbohrt und wird so durch den vorher eingebrachten Kirschnerdraht geführt. Der Kanal für die Aufnahme des hohlzylindrischen Verankerungsteils l wird durch die Schneidezähne 8 aus dem Knochen herausgearbeitet.

Die dabei anfallenden Knochenspäne werden in das Innere des hohlzylindrischen Verankerungsteils l abgeführt. Nach dem Einschrauben des Knochenverankerungselementes 9 kann der Kirschnerdraht wieder entfernt werden. In gleicher Weise wird auch das zweite Knochenverankerungselement 9 in den Knochen eingebracht. Nach dem Einbringen der Knochenverankerungselemente 9 in die Knochenteile oder die Wirbelkörper werden die Platten 14 ; 15 auf die Verbindungsteile 5 aufgeklickt. Durch Einschrauben und Anziehen der Schrauben mit den konischen Schraubenköpfen 40 und der Feststellschraube 20 lässt sich das gesamte Implantat in einer gewünschten Stellung blockieren.