Schraubenelemente

Stand der Technik

Zum effizienten Operieren zählt vor allem das Einsparen von Zeit, was durch unterschiedliche Vereinfachungen der Anwendung erzielt werden kann. Hierzu zählt insbesondere das Zusammenfügen einer Schraube mit einem Schraubendreherinstrument, da dies einer der häufigsten Schritte in einer OP ist. Ein wesentlicher Schritt beim Ansetzen eines Schraubendreherinstruments mit einer Schraube ist es, dass der Werkzeugantrieb des Schraubendreherinstruments genau zur rotatorischen Ausrichtung der Werkzeugansatzstelle der Schraube passen muss. Dies gelingt nicht immer auf Anhieb und ist für den

Anwender nicht intuitiv. Dadurch kann dieser Schritt, auch durch die hohe Anzahl von Wiederholungen in einer OP, enorm zeitraubend sein. Sollte eine OP unter schweren Sichtbedingungen bzw. als minimal invasiver Eingriff durchgeführt werden, kann sich das Andocken des Schraubendreherinstruments an die Schraube teilweise auch fehlerbehaftet sein.

Aus EP2932929A1 ist ein Schraubenelement bekannt, welches einen Torx®-ähnlichen Vielzahnrund als Werkzeugansatzstelle zum Antreiben einer Schraube besitzt. Damit ein Schraubendreherinstrument in einer beliebigen rotatorischen Position mit dem Schraubenelement zusammengefügt werden kann, befinden sich am distalen Bereich der Werkzeugansatzstelle an jedem Zahnprofil symmetrisch angeordnete kegelartige Führungsnuten. Nachteilig ist allerdings, dass durch diese Führungsnuten die Kontaktflächen der ineinandergreifenden Zähne zwischen Schraubendreherinstrument und Schraube verkleinert sind, denn dort wo die Führungsnuten vorgesehen sind, fehlt der Kontakt zum Schraubendreher. Damit sind im Vergleich zu einer

Werkzeugansatzstelle ohne Führungsnuten und gleicher Bauhöhe deutlich geringere Drehmomente übertragbar. Dies ist für orthopädische Schraubenelemente von großem Nachteil, da häufig hohe Drehmomente übertragen werden müssen.

Mit der hier dargestellten Erfindung ist es möglich genauso hohe Einschraub-Drehmomente, wie sie mit einem Vielzahnrund ohne Ausrichthilfe möglich sind, zu erzielen. Dies wird dadurch erreicht, indem die Ausrichthilfe unsymmetrisch im Zahnprofil vorgesehen ist.

Aus den Grundlagen der Mechanik ist bekannt, dass das Drehmoment zum

Einschrauben einer Schraube immer höher ist, als das Drehmoment zum Ausschrauben einer Schraube. Deshalb ist es notwendig, die Kontaktflächen einer Werkzeugansatzstelle zu einem Schraubendreher in Eindreh-Richtung zu maximieren, wobei gleichzeitig die gegenüberliegenden Kontaktflächen in Ausdreh-Richtung kleiner vorgesehen sein können. Die verkleinerten Kontaktflächen in Ausdreh- Richtung ermöglichen Bauraum für eine entsprechende Ausrichthilfe für das Schraubendreherinstrument. Darstellung der Erfindung

Für das erfindungsgemäße Schraubenelement (10), sind raumzuweisende Koordinatenreferenzen definiert, wie zum Beispiel die proximale Richtung (101), die distale Richtung (102), die sich entlang einer Zentralachse (103) ausdehnen. Von der Zentralachse (103) nach außen abgehend definiert sich die radiale Ausbreitung (104). Die umfängliche Ausbreitung ist durch einen konstanten Radius und entlang eines variablen Umfangswinkels definiert (Fig. la).

Verwendet wird das erfindungsgemäße Schraubenelement (10) für die Fixation von Knochenkomponenten und Knochenfragmenten. Es besteht dabei aus einem Schaft (13) mit einem Außengewinde (17) und eine von radial innen ausgehend Werkzeugansatzstelle (20). Das Außengewinde gibt dabei einen Drehsinn für das Einschrauben und Ausschrauben des Schraubenelements (10) vor. In Abhängigkeit dieses Drehsinns sind zwei weitere Raumrichtungen definiert; die Einschraub-Richtung (110) und die Ausschraub-Richtung (120) (Fig. lb). Das Schraubenelement kann eine Knochenschraube mit einem Kopf sein, der einen Antriebsabschnitt umfasst, welcher hier als

Werkzeugansatzstelle (20) definiert ist. Es kann sich jedoch auch um eine Madenschraube handeln, die als Verriegelungselement im Aufnahmeteil einer polyaxialen Pedikelschraube oder in einer

Knochenplatte verwendet wird. Allgemeiner kann das Schraubenelement in Fällen mit schlechter oder fehlender Sicht auf die Einsatzstelle verwendet werden, in denen die Position einer bereits platzierten Schraube angepasst werden muss. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Schraubenelement (10) einen Kopf (11), welcher sphärisch ausgeformt ist, einen Halsbereich (12) und einen Schaft-Bereich (13) mit Knochengewinde (18) und die Werkzeugansatzstelle (20) wird im Kopf (11) bereitgestellt (Fig. la). Die Werkzeugansatzstelle (20) ist in proximaler Richtung (101) offen und mündet optional in einer konzentrischen kegelartigen Ausnehmung (15). Der Kopf (11) ist vorzugsweise als Linse, Schrägkopf oder als Kugelkopf ausgebildet. Es sind aber auch eine Zusammensetzung aus unterschiedlichen Rundungen und Flächen denkbar. Hauptmerkmal des Kopfes ist es, dass der Kopf (11) einen größeren Außendurchmesser als der Halsbereich (12) aufweist. Zur minimal-invasiven Versorgung ist es vorteilhaft, wenn der Knochenanker eine vollständig durchquerende Kanülierungsöffnung (16) besitzt, durch die ein chirurgischer Führungsdraht geführt werden kann. Vorzugsweise ist die Werkzeugansatzstelle (20) als Sacklock ausgebildet und nach distaler Richtung (102) von einer Wandung (14) begrenzt ist. Optional kann diese Wandung (14) als

Schräge ausgebildet sein, die kegelartig in zunehmender distaler

Richtung (102) nach radial innen verläuft. Ergänzend ist zu erwähnen, dass das Schraubenelement (10) eine von radial innen ausgehende Werkzeugansatzstelle (20) besitzt und darin eine zentrale Öffnung (27) vorgesehen ist. In der Wand dieser Öffnung (27) sind mindestens fünf nach radial außen (104) und hauptsächlich parallel zur Schraubenachse (103) gerichtete Zahnprofile (z.B. 21,

22, 23, 24, 25, 26) ausgebildet (Fig. 2). Vorzugsweise sind die Zahnprofile als konkave Wandungen gestaltet, so dass sich ein Torx®- ähnliches oder genormtes Torx®-Profil ergibt. Optimalerweise befinden sich Übergangsradien (56, 41) zwischen den Zahnprofilen (z.B. 21) und der zentralen Öffnung (27). Für jedes Zahnprofil kann die Zahnprofilfläche (z.B. 21) eine Eindreh-Wandung (40) in Eindreh- Richtung (110) und eine Ausdreh-Wandung (50) in Ausdreh-Richtung (120) unterteilen werden. Zur Unterteilung dieser Wandungen (40 und 50) dient eine gedachte Trennlinie (42) in Fig. 3. Ein wesentliches

Merkmal der Erfindung ist, dass die Fläche der Eindreh-Wandung (40) größer ist als die Fläche der Ausdreh-Wandung (50). Somit hat ein Schraubendreher (60) mit einem komplementären Zahnprofil die volle Eingriff-Höhe in Eindreh-Richtung. In die weniger belastete Ausdreh- Richtung ist die Kontaktfläche zwischen Schraubendreherinstrument und Schraubenelement kleiner.

In Fig. 3 sind die erfindungsgemäßen Merkmale dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Werkzeugansatzstelle (20) entlang der longitudinalen Achse (103) in mindestens zwei Abschnitte (53, 57) einteilbar ist, wobei von distaler Richtung kommend ein erster

Abschnitt (53) ausgebildet ist und bis zur Höhe einer Abschnittstrennebene (54) die Flächen der Eindreh- und Ausdreh- Wandungen (40, 50) von jedem Zahnprofil (z.B. 21...26) in etwa gleich groß sind. Des Weiteren verläuft die Eindreh-Wandung (40) auf gesamter Höhe beider Abschnitte (43, 53 und 57) hauptsächlich parallel zur Schraubenachse (103). Im zweiten Abschnitt (57) ist eine Führungs-Wandung (51) ausgehend von der Abschnittstrennebene (54) ausgebildet, wobei die Führungs-Wandung (51) an die Ausdreh-Wandung

(50) des ersten Abschnitts (53) ansetzt und diese Führungs-Wandung

(51) in proximaler Richtung (101) von der Eindreh-Wandung (40) zunehmend beabstandet ist. Die zunehmende Beabstandung zwischen der

Führungs-Wandung (51) und Eindreh-Wandung (40) verläuft hauptsächlich entlang des Umfangs in Ausdreh-Richtung (120) und dadurch ergibt sich eine in Umfangsrichtung erstreckende Wandung (52). Zusammengefasst heißt dies, dass im ersten Abschnitt (53) eine herkömmliche Werkzeugansatzstelle vorgesehen ist, die symmetrische und hauptsächlich parallel zur Schraubenachse (103) ausgerichtete Zahnprofile besitzt (z.B. 21...26). Im zweiten Abschnitt (57) sind die Wandungen so angeordnet, dass sie die Ausrichthilfe für das Schraubendreherinstrument (60) bereitstellen. Die Ausrichtunghilfe ist in Fig. 2 im Schnitt quer zur Schraubachse (103) auf Höhe des zweiten Abschnitts (57) dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass die Wandungen (51, 52 und 40) eine Schnitt-Kontur erzeugen, die näherungsweise einem rotatorischen Langloch (58) entspricht und durch einen Öffnungswinkel (55) definierbar ist. Der Öffnungswinkel (55) besitzt einen maximalen Winkel zwischen 10° bis 60°, vorzugsweise jedoch 20° bis 50°. Dieser Winkel (55) verkleinert sich von proximaler Richtung (101) nach distaler Richtung (102), wobei dieser Winkel (55) im ersten Abschnitt (53) konstant bleibt. Diese Merkmale sind anhand der unterschiedlichen Schnittebenen in Fig. 2 illustriert.

Vorzugsweise besitzen die Abschnitte (53 und 57) eine unterschiedliche Höhe. Denkbar sind beispielsweise; dass die Höhe des ersten Abschnitts (53) größer ist als die Höhe für den zweiten Abschnitt (57), oder die Höhe des zweiten Abschnitts (57) größer ist als die Höhe für den ersten Abschnitt (53), oder auch dass die Höhen der beiden Abschnitte (53) und (57) in etwa gleich sind.

In Fig. 4 dargestellt ist ein typisches Schraubendreherinstrument (60) mit einem Schaft (66), welcher eine longitudinale Schraubendreherachse (67) definiert. Am distalen Ende (61) befindet sich eine Antriebseinheit (65) mit Zähnen (64) und einem Kern (63). Die Antriebseinheit (65) mündet in proximaler Richtung in einem kegelartigen Auslauf (62). Die bereits erwähnten Abschnitte (53, 57) der Werkzeugansatzstelle (20) des Schraubenelements (10) können optional in eine kegelartige konzentrische Ausnehmung (15) in proximaler Richtung (101) münden (Fig. 4). Die kegelartige Ausnehmung (15) hat zwei Funktionen. Einerseits werden bei Erstkontakt des Schraubendreherinstruments (60) mit dem Schraubenelement (10) die Schraubenachse (103) mit der Achse (67) des Schraubendreherinstruments (60) orthograd zueinander ausgerichtet indem das distale Ende (61) entlang des Konus (15) zur Zentralachse

(103) des Schraubenelements (10) geführt wird. Anderseits wird bei voll eingeführtem Schraubendreherinstrument (60) ein flächiger Kontakt zwischen der kegelartigen Ausnehmung (14) und dem kegelartigen Auslauf (62) hergestellt, der für eine belastbare orthograde Ausrichtung des Schraubenelement (10) im Bezug zum Schraubendreherinstrument (60) sorgt.

Ein weiteres Merkmal ist, dass das Schraubendreherinstrument (60) eine dem ersten Abschnitt (53) komplementär ausgebildete Antriebseinheit (65) mit Zähnen (64) besitzt (Fig. 5c), welche sich hauptsächlich parallel der Schraubendreher-Zentralachse (67) erstreckt und das Schraubenelement (10) im Bereich des zweiten Abschnitts (57) Führungswandungen (51) besitzt, welche die Zähne (64) des Schraubendreherinstruments (60) rotatorisch um die Schraubendreher-Zentralachse (67) ausrichten (Fig. 5b), so dass für die Zähne (64) des Schraubendreherinstruments (60) eine größere

Kontaktfläche in Eindreh-Richtung (110) als in Ausdreh-Richtung (120) bereitgestellt wird.

Fig. 6 zeigt ein System einer Osteosynthesevorrichtung (1) für die Behandlung von Wirbelsäulendeformitäten und -defekten, welches aus mindestens zwei Schraubenelementen (10) besteht, wobei ein Schraubenelement (10) als Knochenanker mit einem Knochengewinde (18) vorgesehen ist, welcher polyaxial in einem u-förmigen Gabelkopf gelagert ist (3) und ein zweites Schraubenelement (2) als Verschlusselement zur Fixierung eines Verbindungsstab (4) geeignet ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen zeigen

Fig. la eine Schrägansicht des erfindungsgemäßen Schraubenelements. Fig. lb die Draufsicht auf die Werkzeugansatzstelle.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Schraubenelements und drei an unterschiedlicher Position vorgesehene Schnitte durch die Werkzeugansatzstelle.

Fig. 3 illustriert einen Schnitt in der Seitenansicht der Werkzeugansatzstelle.

Fig. 4 stellt das Zusammenspiel aus Schraubenelement und Schraubendreherinstrument dar.

Fig. 5a zeigt eine Seitenansicht gemäß Fig. 4.

Fig. 5b zeigt im Schnitt, wie das Schraubendreherinstrument beim Einsetzen in die Werkzeugansatzstelle in einer beliebigen rotatorischen Position geführt und ausgerichtet wird, und Fig. 5c zeigt den Zustand beim Einsetzen des

Schraubendreherinstruments, sobald die Antriebseinheit des Schraubendreherinstruments den Abschnitt zur Ausrichtung passiert hat und im Eingriff mit dem Vielzahnrund ist.

Fig. 6 illustriert unterschiedliche Schraubenelemente einer Osteosynthesevorrichtung.