DE4315757C1 - Wirbelkörperimplantat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelkörperimplantat gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiges Wirbelkörperim­ plantat ist allgemein bekannt. Es wird diesbezüglich auf einen Sonderdruck "Wirbelsäulenchirurgie II - Operative Be­ handlung chronischer Kreuzschmerzen, Symposium Augsburg 1991, herausgegeben von Klaus A. Matzen, Georg-Thieme-Verlag Stutt­ gart, New York 1992" verwiesen. Dieser Sonderdruck stellt die Entwicklung künstlicher Bandscheiben und den gegenwärtigen Stand der Entwicklung zusammenfassend dar. Demnach ist der gegenwärtige Stand der Technik eine dreiteilige modulare Bandscheibenprothese bestehend aus zwei konkav gemuldeten me­ tallischen Abschlußplatten aus einer Chrom-Kobalt-Legierung und einem zwischengelagerten zentralen linsenförmigen Poly­ ethylen-(Chirulen)-Gleitkern. Mit der Materialpaarung Me­ tall/Polyethylen soll eine geringe Gleitreibung der Bewe­ gungselemente gewährleistet sein. Die Verankerung der Ab­ schluß- bzw. oberen und unteren Deckplatten erfolgt über ring- bzw. reihenförmig angeordnete Dorne an den knöchernen Wirbelkörperendplatten. Durch die konstruktive Gestaltung des bikonvexen Gleitkernes mit einem zirkulären Ringwall sollen sowohl segmentale Bewegungen in der Extensions-Flexions- Ebene, Seitwärtsneigung und Rotation ermöglicht werden. Gleichzeitig sollen jedoch über 10 bis 15° hinausgehende Be­ wegungsausschläge und eine Luxation der Polyethylenlinse in extremen Bewegungspositionen verhindert werden. Die vorge­ nannte Bandscheibenprothese ist unter anderem in der EP- 0 176 728 B1 beschrieben. Problematisch ist bei dieser be­ kannten Konstruktion die begrenzte und durch Kaltfluß und Versprödung mit der Zeit abnehmende Elastizität des Polyethy­ len-Gleitkerns. Außerdem hat sich in der Praxis gezeigt, das der Polyethylen-Gleitkern nach relativ kurzer Zeit zur Un­ brauchbarkeit zerstört wird, insbesondere randseitig. Dies wiederum führt zu einer Nachoperation, die möglichst vermie­ den werden soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik konstruktiv wesentlich ver­ einfachtes Wirbelkörperimplantat zu schaffen, welches hin­ sichtlich der Funktion der natürlichen Bandscheibe möglichst nahekommt und demgegenüber noch den Vorteil besitzt, ver­ schleißfrei und damit entsprechend langlebig zu sein. Ver­ schleißbedingte Nachoperationen sollen also mit dem erfin­ dungsgemäßen Wirbelkörperimplantat vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst.

Dementsprechend ist das erfindungsgemäße Wirbelkörperimplan­ tat im wesentlichen reduziert auf ein einziges wesentliches Bauteil, nämlich auf ein speziell geformtes Federelement. Im Extremfall, nämlich entsprechend Anspruch 2 besteht das Wir­ belkörperimplantat praktisch ausschließlich aus dem erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Federelement. Dieses ist verschleiß­ frei. Es besteht aus nur einem einzigen, d. h. einheitlichen, biokompatiblen Werkstoff. Die erfindungsgemäße Konstruktion zeichnet sich also durch die extreme Reduzierung von Bautei­ len, ihre äußerst einfache Konstruktion und damit Herstellung sowie durch ihre äußerst einfache Handhabung bei der Implan­ tation aus.

Die operative Handhabung des erfindungsgemäßen Implantats läßt sich zusätzlich ganz erheblich erleichtern durch die Maßnahmen nach einem der Ansprüche 8 bis 10.

Versuche haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Wirbelkör­ perimplantat überraschenderweise eine Wiederkennlinie auf­ weist, die weitgehend derjenigen natürlichen Bandscheibe ent­ spricht. Dies gilt sowohl in der Extensions-Flexions-Ebene als auch für die Seitwärtsneigung. Eine Rotation erlaubt die erfindungsgemäße Konstruktion dagegen nicht. Dieser geringfü­ gige Nachteil stellt sich in der Praxis als Nachteil nicht dar, da auch bei intakter Bandscheibe die Rotationsausschläge nur geringfügig sind, so daß sich die erfindungsgemäß be­ dingte Beschränkung nicht als tatsächlicher Nachteil bemerk­ bar macht.

Weitere vorteilhafte konstruktive Details des erfindungsgemä­ ßen Wirbelkörperimplantats sind in den Unteransprüchen be­ schrieben. Dabei sei noch die konstruktive Lösung nach An­ spruch 6 hervorgehoben. Bei dieser ist das erfindungsgemäße Federelement allseitig gekapselt. Das Implantat stellt also ein nach außen geschlossenes System dar.

Die Dimensionierung des erfindungsgemäßen Implantats ist so gewählt, daß bei einer Bandscheibendicke von etwa 12 mm eine segmentale Beweglichkeit von etwa 5° erreicht wird. Bei dickeren Bandscheiben kann die segmentale Beweglichkeit noch erhöht werden.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen des erfin­ dungsgemäßen Wirbelkörperimplantats anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wirbelkörperimplantats in perspekti­ vischer Ansicht;

Fig. 2 das Implantat gemäß Fig. 1 in Vorderansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1;

Fig. 3 das Implantat gemäß Fig. 1 in Seitenansicht in Richtung des Pfeiles III in Fig. 1;

Fig. 4 ein modifiziertes Wirbelkörperimplantat entsprechend der Ansicht gemäß Fig. 3;

Fig. 5 das Implantat gemäß den Fig. 1-3 in zusammenge­ drücktem Zustand vor dem Einsetzen zwischen zwei benachbarte Wirbelkörper und in Seitenansicht;

Fig. 6 das Implantat gemäß den Fig. 1-3 in zusammenge­ drücktem Zustand vor dem Einsetzen zwischen zwei benachbarten Wirbelkörpern in perspektivischer An­ sicht;

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wirbelkörperimplantats im schemati­ schen Längsschnitt, wobei das elastische Zwischen­ element mit gestrichelter Linie angedeutet ist; und

Fig. 8 eine Kapsel für das Implantat gemäß Fig. 7 in stark vergrößertem Maßstab unter Darstellung der relati­ ven Beweglichkeit von Ober- und Unterschale der Im­ plantatkapsel.

Das in den Fig. 1-3 dargestellte Wirbelkörperimplantat be­ steht aus einem zwischen benachbarten und hier nicht näher dargestellten Wirbelkörpern einsetzbaren Abstandskörper 10, der eine obere Deckplatte 11 und eine untere Deckplatte 12 sowie ein zwischen diesen beiden Deckplatten angeordnetes fe­ derelastisches Zwischenelement 13 umfaßt. An den Außen- bzw. an den den Wirbelkörpern zugewandten Seiten der Deckplatten 11 und 12 sind spikeartige Wirbelkörper-Verankerungselemente 14, 15 und 16 angeordnet. Diese dringen nach dem Einsetzen des Wirbelkörperimplantats zwischen zwei benachbarten Wirbel­ körpern in den Wirbelkörperknochen ein. Dadurch wird eine fe­ ste Verankerung des Implantats zwischen zwei benachbarten Wirbelkörpern erreicht. Das federelastische Zwischenelement 13 ist durch eine S-förmig gebogene Platte 17 aus biokompati­ blem Werkstoff, insbesondere Titan, einer titanbeschichteten Kobalt-Chrom-Molybdän-, Kobalt-Chrom- oder rostfreien Feder­ stahl-Legierung oder dgl. gebildet. Die Wandstärke der Feder­ platte beträgt etwa 0,2-0,6, insbesondere etwa 0,35 mm. Die obere und untere Deckplatte 11 und 12 sowie das dazwischen angeordnete Federelement 13 sind in Draufsicht etwa oval aus­ gebildet. Auch eine nierenförmige Kontur ist denkbar. Des weiteren ist bei der Ausführungsform nach den Fig. 1-3 so­ wie bei der unten noch näher beschriebenen Ausführungsform nach den Fig. 4-6 die obere und untere Deckplatte 11 und 12 integraler Bestandteil des federelastischen Zwischenelements 13 bzw. der S-förmig gebogenen Platte 17. Das heißt, die obere und untere Deckplatte 11 und 12 sind durch die beiden freien Schenkel der S-förmig gebogenen Platte 17 gebildet.

Alternativ kann entsprechend Fig. 4 das federelastische Zwi­ schenelement 13 durch eine W-förmig gebogene Platte 17 gebil­ det sein. Die einfachste Ausführungsform ist eine U-förmig gebogene Federplatte.

Wie den Fig. 2 und 3 noch entnommen werden kann, sind die beiden Deckplatten 11 und 12 außenseitig jeweils konvex ge­ formt, und zwar sowohl in ihrer Längsrichtung als auch quer dazu. Dadurch wird eine bessere Einbettung bzw. Verankerung am jeweils zugeordneten Wirbelknochen erreicht.

Entsprechend den Fig. 3 und 4 schließen die beiden Deckplat­ ten 11, 12 im entspannten Zustand des federelastischen Zwi­ schenelements 13 in einer Ebene senkrecht zu ihrer Längser­ streckung einen Winkel α von etwa 3 bis 25°, insbesondere etwa 8° ein. Das Implantat wird zwischen zwei benachbarten Wirbelkörpern dann so eingesetzt, daß die höhere Seite vorne liegt. Dann werden die gewünschten Elastizitäts- und Dämp­ fungseigenschaften sowohl in der Extensions-Flexions-Ebene als auch bei Seitwärtsneigung gewährleistet.

Entsprechend den Fig. 7 und 8 kann bei einer alternativen Ausführungsform das federelastische Zwischenelement, z. B. entsprechend den Fig. 1-3 innerhalb einer durch eine Ober­ schale 18 und eine Unterschale 19 gebildeten Kapsel 20 gekap­ selt bzw. eingeschlossen sein, wobei die obere und untere Deckplatte dann Teil der Ober- und Unterschale 18 bzw. 19 sind. Dementsprechend sind auch an den Außenseiten von Ober- und Unterschale die oben erwähnten Spikes 14, 15 und 16 ange­ ordnet.

Die Oberschale 18 und Unterschale 19 bestehen aus biokompati­ blem Material, insbesondere Titanblech. Sie sind so miteinan­ der verbunden, insbesondere entsprechend den Fig. 7 und 8 randseitig miteinander verhakt, daß sie spielfrei der Bewe­ gung des federelastischen Zwischenelements 13 folgen können. In Fig. 8 ist die relative Beweglichkeit zwischen Ober- und Unterschale schematisch dargestellt. Dementsprechend soll die segmentale Beweglichkeit etwa 5° betragen. Dies entspricht einer Implantathöhe von etwa 12 mm.

Gemäß Fig. 7 sind Ober- und Unterschale 18, 19 jeweils konvex gewölbt. Durch diese Wölbung erhalten die Halbschalen 18, 19 eine zusätzliche Eigenstabilität mit der Folge, daß sie aus dünnerem Blech hergestellt werden können, ohne daß die Gefahr eines Bruchs besteht. Vor allem ist es bei dieser Ausfüh­ rungsform möglich, den Zentralbereich von Ober- und Unter­ schale extrem dünnwandig auszubilden, während im Bereich des Umfangsrandes von Ober- und Unterschale die Wandstärke der­ selben größer gewählt ist. Im Zentralbereich von Ober- und Unterschale beträgt bei Verwendung eines Titanblechs die Wandstärke maximal etwa 0,05 bis 0,25 mm, insbesondere etwa 0,10 mm. Zum Umfangsrand hin nimmt dann die Wandstärke vor­ zugsweise kontinuierlich um etwa 25-50% zu.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 beträgt die Wandstärke von Ober- und Unterschale 18 bzw. 19 etwa 0,10-0,30 mm, insbesondere etwa 0,15 mm.

Die Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 8 stellen ein ge­ schlossenes System dar. Innerhalb der Kapsel 20 kann auch ein anderes Federelement als das gemäß den Fig. 1-3 bzw. gemäß Fig. 4 angeordnet sein. Grundsätzlich ist auch die Anordnung eines Schraubenfederpaketes denkbar. Vor allem Kegeldruckfe­ dern haben sich als vorteilhaft hinsichtlich ihrer Federkenn­ linie erwiesen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei sämtlichen Ausfüh­ rungsformen die Länge der im eingesetzten Zustand vorne lie­ genden Spikes 14 und 15 größer ist als die Länge des oder der hinteren Spikes 16. Dies hängt mit den Platzverhältnissen zwischen zwei benachbarten Wirbelkörpern zusammen.

Um ein kompliziertes Werkzeug zum Implantieren zu vermeiden, ist es von Vorteil, daß die beschriebenen Wirbelkörperimplan­ tate vor dem Einsetzen zwischen zwei benachbarten Wirbelkör­ pern durch ein nach dem Einsetzen entfernbares Kompressions­ band 21, einen Kompressionsdraht, eine Kompressionsklammer oder dgl. in Wirkrichtung des federelastischen Zwischenele­ ments zusammengedrückt ist. Es wird diesbezüglich auf die Fig. 5 und 6 verwiesen. Mittels des Kompressionsbandes 21 läßt sich das Implantat vor dem Einsetzen zwischen zwei be­ nachbarten Wirbelkörpern um etwa ¼ seiner maximalen Höhe plus Höhe der Wirbelkörper-Verankerungselemente (Spikes 14, 15, 16) zusammendrücken. Damit ist das Implantat ohne Spreiz­ werkzeug oder Zange zwischen zwei benachbarten Wirbelkörpern einsetzbar. Anschließend wird das Kompressionsband geöffnet und entfernt. Das Implantat dehnt sich unter der Vorspannung des federelastischen Zwischenelements in Axialrichtung der Wirbelsäule aus. Dabei dringen die Spikes 14, 15 und 16 in den Knochen der zugeordneten Wirbelkörper ein. Das Implantat verankert sich dementsprechend von selbst.

Vorzugsweise ist das Kompressionsband 21 entsprechend Fig. 6 innerhalb einer sich um das Implantat 10 herum erstreckenden, insbesondere innerhalb einer außenseitig an oberer und un­ terer Deckplatte 11, 12 ausgebildeten Nut 22 angeordnet. Die Tiefe und Breite dieser Nut 22 entspricht etwa der Dicke und Breite des Kompressionsbandes 21. Statt eines Kompressions­ bandes kann auch ein Kompressionsdraht oder dgl. verwendet werden. Im vorliegenden Fall sind die beiden Enden des Kom­ pressionsbandes 21 an der Vorderseite des Implantats 10 an­ einandergeheftet (Lötverbindung oder dgl.). Diese Verbindung wird nach dem Einsetzen des Implantats gelöst, z. B. mittels eines Seitenschneiders geöffnet. Bei Verwendung eines Kom­ pressionsdrahtes kann dieser an der Vorderseite des Implan­ tats 10 verzwirnt sein. Nach dem Einsetzen des Implantats wird die Verzwirnung gelöst und der Draht um das Implantat herum nach vorne herausgezogen.

Grundsätzlich ist es auch möglich, an der Ober- und Unter­ seite des Implantats Vertiefungen oder Öffnungen vorzusehen, in denen die Zinken einer Zange einführbar sind, um das Im­ plantat zum Einsetzen zwischen zwei benachbarten Wirbelkör­ pern zusammenzudrücken. Die vorgenannte Lösung mit einem Kom­ pressionsband oder dgl. ist jedoch insofern eleganter, als der relativ hohe Kompressionsdruck bereits bei der Herstel­ lung des Implantats aufgebracht werden kann. Dieser Kompres­ sionsdruck braucht dann nach dem Einsetzen des Implantats nur noch gelöst zu werden durch Öffnung des Kompressionsbandes oder dgl. Selbstverständlich ist auch das Kompressionsband aus biokompatiblem Material hergestellt.

Statt die obere und untere Deckplatte 11 und 12 bei der Aus­ führungsform nach den Fig. 1-3 konvex zu wölben, ist es auch denkbar, auf die randflächig ausgebildeten Schenkel des Federelements 13 konvex gewölbte und mit Spikes versehene Deckplatten anzubringen, z. B. anzuschrauben. Diese Ausfüh­ rungsform hat den Vorteil, daß patientenindividuell die Wöl­ bung der Deckplatten 11 und 12 gewählt werden kann.

Bei den dargestellten Ausführungsformen ist die Seitenflexi­ bilität des Implantats etwas geringer als in der Ebene senk­ recht zur Längserstreckung des Implantats. Dementsprechend wird auch das Implantat so eingesetzt, daß sich die Ebene quer zur Längserstreckung parallel zur Extensions-Flexions- Ebene des Patienten erstreckt. In dieser Ebene ist das Im­ plantat dementsprechend hochflexibel. In Richtung zur Seite, d. h. für die Seitwärtsneigung ist das Implantat härter. Insofern nähert sich das Implantat der Wirkung der natürli­ chen Bandscheibe. Für die Rechts- bzw. Linksseitwärtsbewegung ist nämlich maximal etwa die Hälfte der Beweglichkeit nach vorne und hinten zu veranschlagen. Dieser Forderung werden die beschriebenen Implantate gerecht.

Für die Rotation der einzelnen Wirbelkörper gegeneinander liegen die segmentalen Bewegungsausschläge zwischen 2 und 4°. Diese sind demzufolge für die Konstruktion eines Implantats im allgemeinen zu vernachlässigen. Dementsprechend ist bei den beschriebenen Ausführungsformen keine Rotation der Im­ plantate vorgesehen. Dadurch läßt sich die Konstruktion ganz erheblich vereinfachen.

Claims (12)

1. Wirbelkörperimplantat, bestehend aus einem zwischen benachbarten Wirbelkörpern einsetzbaren Abstandskörper (10), der eine obere (11) und eine untere (12) Deck­ platte sowie ein zwischen diesen beiden Deckplatten an­ geordnetes federelastisches Zwischenelement (13) umfaßt, wobei an den Außen- bzw. an den den Wirbelkörpern zuge­ wandten Seiten der Deckplatten Wirbelkörper-Veranke­ rungselemente (14, 15, 16) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Zwischenelement (13) durch eine etwa U-, S- oder W-förmig gebogene Platte (17) aus biokompa­ tiblem Werkstoff, insbesondere Titan, einer titanbe­ schichteten Kobalt-Chrom-Molybdän-, Kobalt-Chrom oder rostfreien Federstahl-Legierung gebildet ist.

2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere Deckplatte (11, 12) integrale Bestandteile der U-, S- oder W-förmig gebogenen Federplatte (17) sind und die obere und untere Deckplatte durch die beiden freien Schenkel der U-, S- oder W-förmig gebogenen Federplatte (17) ge­ bildet sind.

3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere (11, 12) Deckplatte in Draufsicht jeweils oval oder nieren­ förmig ausgebildet ist.

4. Implantat nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Deckplatten (11, 12) außenseitig jeweils konvex geformt oder gewölbt sind.

5. Implantat nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Deckplatten (11, 12) im entspannten Zustand des federelastischen Zwi­ schenelements (13) in einer Ebene senkrecht zu ihrer Längserstreckung (in Extensions-Flexions-Ebene) einen Winkel (α) von etwa 3 bis 25°, insbesondere etwa 8° einschließen.

6. Implantat nach einem der Ansprüche 1 oder 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Zwi­ schenelement innerhalb einer durch Ober- (18) und Unter- (19) -schale gebildeten Kapsel (20) eingeschlossen ist, wobei die obere und untere Deckplatte Teil der Ober- (18) und Unter- (19) -schale sind.

7. Implantat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ober- (18) und Unter- (19) -schale aus biokompatiblem Material, insbesondere Titan­ blech bestehen und so miteinander verbunden, insbeson­ dere randseitig verhakt sind, daß sie spielfrei der Be­ wegung des federelastischen Zwischenelements (13) folgen können.

8. Implantat nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß es vor dem Einsetzen zwi­ schen zwei benachbarten Wirbelkörpern durch ein nach dem Einsetzen entfernbares Kompressionsband (21), einen Kom­ pressionsdraht, eine Kompressionsklammer oder eine ähnliche Kompressions­ einrichtung in Wirkrichtung des federelastischen Zwischenelements (13) zusammengedrückt ist.

9. Implantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es vor dem Einsetzen zwi­ schen zwei benachbarten Wirbelkörpern um etwa ¼ der maximalen Höhe plus Höhe der Wirbelkörper-Verankerungs­ elemente (14, 15, 16) zusammendrückbar ist.

10. Implantat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompressionsband (21) oder die Kompressionseinrichtung innerhalb einer sich um das Implantat (10) herum erstreckenden, insbesondere innerhalb einer außen­ seitig wenigstens an oberer und unterer Deckplatte (11, 12) ausgebildeten Nut (22) liegt, deren Tiefe und Breite etwa der Dicke und Breite des Kompressionsbandes (21) oder der Kompressionseinrichtung entspricht.

11. Implantat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke von Ober- (18) und Unter- (19) -schale etwa 0,10-0,30 mm, insbe­ sondere etwa 0,15 mm beträgt.

12. Implantat nach Anspruch 6 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Umfangsrandes von Ober- (18) und Unter- (19) -schale die Wandstärke derselben größer ist als im Zentralbereich, wobei dort die Wandstärke maximal etwa 0,05-0,25 mm, insbesondere etwa 0,10 mm beträgt.