DE60003302T2

DE60003302T2 - Verbindungsgerät mit formgedächtnistechnikverwendung

Info

Publication number: DE60003302T2
Application number: DE60003302T
Authority: DE
Inventors: R. Jeff JUSTIS; C. Michael SHERMAN
Original assignee: SDGI Holdings Inc
Current assignee: SDGI Holdings Inc
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2003525070A; ES2198299T3; JP4349751B2; ATE242615T1; AU4021300A; CA2368250C; US6210413B1; DE60003302D1; WO2000064362A1; EP1171048A1; CA2368250A1; EP1171048B1; AU762883B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im breitesten Sinn eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei oder mehreren Elementen unter Verwendung einer Formgedächtnistechnik. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden eines Spinalstabs und eines Knochenankers zur Verwendung in einem Spinalfixierungssystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mehrere Techniken und Systeme sind entwickelt worden, um das Rückgrat zu korrigieren und zu stabilisieren und eine Fusion an verschiedenen Ebenen des Rückgrats zu ermöglichen. In einem Typ von System wird ein biegbarer Stab longitudinal entlang der Länge des Rückgrats oder der Wirbelsäule angeordnet. Der Stab ist vorzugsweise gebogen, so dass er der normalen Krümmung des Rückgrats in dem bestimmten Bereich, der gerade behandelt wird, entspricht. Zum Beispiel kann der Stab gebogen sein, um eine normale kyphotische Krümmung für den Thoraxbereich des Rückgrats oder eine lordotische Krümmung für den Lumbar-Bereich zu bilden. In Übereinstimmung mit einem derartigen System ist der Stab an verschiedenen Wirbeln entlang der Länge der Wirbelsäule mit Hilfe einer Anzahl von Fixierungselementen angebracht. Eine Vielzahl von Fixierungselementen können bereitgestellt werden, die konfiguriert sind, um an spezifischen Abschnitten der Wirbelsäule anzugreifen. Beispielsweise ist ein derartiges Fixierungselement ein Haken, der konfiguriert ist, um an den Lamellen des Wirbels anzugreifen. Andere vorherrschende Fixierungselemente umfassen Spinalschrauben oder -bolzen, die in verschiedene Abschnitte des Wirbelknochens eingeschraubt werden können.
In einer typischen Prozedur, die einen biegbaren Spinalstab verwendet, wird der Stab auf gegenüberliegenden Seiten des Rückgrats oder von rückgratartigen Prozessen angeordnet. Eine Vielzahl von Fixierungselementen wird an einen Abschnitt von mehreren Wirbelkörpern angebracht. Die Stäbe werden dann an der Vielzahl von Fixierungselementen befestigt, um korrigierende und stabilisierende Kräfte auf das Rückgrat auszuüben.
Ein Beispiel eines Spinalfixierungssystems des Stab-Typs ist das TSRH^® Spinal System, welches von Danek Medical, Inc., verkauft wird. Das TSRH^® System umfasst längsgestrickte Stäbe und eine Vielzahl von Haken, Schrauben und Bolzen, die alle konfiguriert sind, um eine segmentierte Konstruktion überall an dem Rückgrat zu schaffen. In einem Aspekt des TSRH^® Systems ist der Spinalstab mit den verschiedenen Wirbelfixierungselementen mit Hilfe einer Augenschraube verbunden. In dieser Konfiguration werden die Fixierungselemente an dein Spinalstab lateral angrenzend zu dem Stab angebracht. In einem anderen Aspekt des TSRH^® Systems greift eine Schraube mit variablem Winkel an dem Spinalstab mit Hilfe eine Augenschraube an. Die Schraube mit dem variablen Winkel ermöglicht eine Verschwenkung der Knochenschraube in einer einzelnen Ebene parallel zu der Ebene des Spinalstabs. Einzelheiten von dieser Schraube mit variablem Winkel sind in dem U.S.-Patent Nr. 5,261,909 von Sutterlin et al. und dein Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen offenbart. Ein Ziel, welches von dem TSRH^® System erreicht wird, besteht darin, dass der Chirurg Wirbelfixierungselemente, beispielsweise Spinalhaken oder Knochenschrauben, an dein Rückgrat an geeigneten anatomischen Positionen anbringen kann. Das TSRH^® System ermöglicht dem Chirurgen auch einen gebogenen Spinalstab an jedem der Fixierungselemente für ein abschließendes Festziehen anzubringen.
In Spinalfixierungssystemen des Stab-Typs der Vergangenheit sind Feststellschrauben typischer Weise verwendet worden, um den Ort und die Orientierung von Haken oder Spinalschrauben entlang der Länge eines Spinalstabs zu fixieren. Jedoch ist von Feststellschrauben bekannt, dass sie eine Tendenz aufweisen, bei in vivo Situationen herauszukommen. Dies könnte unter Umständen bewirken, dass sich die Einrichtung lockert, so dass zusätzliche chirurgische Eingriffe erforderlich sind. Ferner können sich die Feststellschrauben abstreifen oder können durch Reibung abgenutzt werden und ihre Installation kann mühsam sein wegen des begrenzten verfügbaren Platzes zur Handhabung der Werkzeuge, die erforderlich sind, um die Feststellschrauben an ihre eingerückte Position zu bringen. Es besteht deshalb ein Bedarf, eine Verbindungsvorrichtung bereitzustellen, die die Abhängigkeit von Feststellschrauben oder anderen ähnlichen Einrichtungen zum Befestigen von Haken, Bolzen oder Spinalschrauben an einem Spinalstab beseitigt. Dieser Bedarf umfasst auch das Ziel zum Minimieren des Profils und der Masse der Komponenten, die zum Verbinden der Haken, Bolzen oder Schrauben an der Wirbelsäule verwendet werden. Ferner wird gewünscht, die Anzahl von Komponenten zu verringern, die von dem Chirurgen während eines chirurgischen Eingriffs bedient werden müssen.
In den vergangenen Jahren ist bei der Konstruktion von verschiedenen mechanischen Einrichtungen ein spezielles Material verwendet worden, welches als "Formgedächtnislegierung" bekannt ist. Dieser Typ von Material ist eine Legierung aus bekannten Metallen, beispielsweise Kupfer und Zink, Nickel und Titan, Silber und Kadmium, und anderen, von denen bekannt ist, dass sie ein "Formgedächtnis" aufzeigen, bei dem eine bestimmte Komponente, die aus einer Formgedächtnislegierung (Shape-Memory Alloy, SMA) gebildet ist, in der Lage ist, sich bei bestimmten Temperaturen erneut auf eine "gespeicherte" Form zurückzubilden. Diese Formgedächtnischarakteristik tritt auf, wenn sich die SMA-Legierung von einer Martensit-Kristallphase auf eine Austenit-Kristallphase ändert. In der Martensit-Stufe ist die SMA relativ weich und biegsam. Wenn die Temperatur der SMA-Komponente über ihren Transformationstemperaturbereich erhöht wird, transformiert sich die SMA auf eine Austenit-Stufe und das Material wird relativ fest mit superelastischen Eigenschaften. Allgemein neigen die Festigkeit und die superelastischen Eigenschaften eines Formgedächtnismaterials dazu, in Richtung auf das Hochtemperaturende des Transformationstemperaturbereichs zuzunehmen und in Richtung auf das Niedrigtemperatwende abzunehmen. Während viele Legierungen vorhanden sind, die Formgedächtnischarakteristiken aufzeigen, ist eine der gebräuchlichsten SMAs eine Legierung aus Nickel und Titan. Eine derartige bekannte Legierung ist Nitinol^®, welches sich als höchst effektiv für Einrichtungen erwiesen hat, die innerhalb des menschlichen Körpers angebracht werden sollen, und zwar deshalb, weil dessen Transformationstemperaturbereich zwischen die Raumtemperatur und der normalen menschlichen Körpertemperatur fällt.
Ein Beispiel eines Spinalfixierungssystems, welches ein Element aus einer Formgedächtnislegierung verwendet, ist in dem U.S.-Patent Nr. 5,728,098 von Sherman et al. offenbart, das ebenfalls dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Dieses System verwendet einen Spinalstab, eine Knochenschraube, ein zylindrisch ausgeformtes Aufnehmerelement und zwei Verriegelungsringe, die aus einer Formgedächtnislegierung gebildet sind. Das Aufnehmerelement umfasst eine Ausnehmung zum Aufnehmen eines kugelförmig ausgebildeten Kopfs der Knochenschraube darin und einen Kanal, der quer zu der Ausnehmung angeordnet und bemessen ist, um den Spinalstab darin aufzunehmnen. Die SMA-Veniegelungsringe sind um den Umfang des Aufnehmerelements angeordnet und kontrahieren sich dort herum auf eine Änderung in der Temperatur hin. Die Kontraktion der SMA-Veniegelungsringe klemmt das Aufnehmerelement sowohl um die Knochenschraube als auch den Spinalstab, um die Knochenschraube starr an dem Spinalstab anzubringen. Vor der starren Fixierung der Knochenschraube an dem Spinalstab wird der Knochenschraube ermöglicht, sich relativ zu dem Spinalstab an einer Vielzahl von dreidimensionalen Winkelorientierungen relativ zu dem Spinalstab zu verschwenken. Jedoch ermöglicht das Aufnehmerelement der Knochenschraube nicht, sich relativ zu dem Spinalstab an Orten zu verschwenken, die lateral angrenzend zu dem Spinalstab sind. Das Aufnehmerelement ermöglicht auch nicht, dass sich die Knochenschraube und der Spinalstab lateral relativ zueinander drehen.
Während frühere Versuche durchgeführt worden sind, um die voranstehend erwähnten Unzulänglichkeiten von herkömmlichen Spinalfixierungssystemen des Stab-Typs zu beseitigen, besteht ein in der Industrie verbleibendes Bedürfnis für eine verbesserte Verbindungsvorrichtung, die an zwei Elementen angreift und diese unter Verwendung einer Formgedächtnistechnik verbindet. Die vorliegende Erfindung erfüllt dieses Bedürfnis und stellt andere Nutzen und Vorteile in einer neuartigen und nicht offensichtlichen Weise bereit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden von zwei oder mehreren Elementen unter Verwendung einer Formgedächtnistechnik. Während die tatsächliche Art der Erfindung, die hier abgedeckt wird, nur unter Bezugnahme auf die hier angeführten Ansprüche bestimmt werden können, werden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung, die charakteristisch für die bevorzugten Ausführungsformen sind, die hier beschrieben werden, nachstehend kurz beschrieben.
In jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verbindungsvorrichtung ein erstes Modul mit einem Verbinderabschnitt, der für eine Verbindung mit einem ersten Element ausgelegt ist, und ein zweites Modul mit einem Verbinderabschnitt, der für eine Verbindung mit einem zweiten Element ausgelegt ist. Zusätzlich verwendet jede Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Formgedächtnistechnik zum Verbinden des ersten Elements mit dem zweiten Element.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jedes Modul einen Flansch auf, der sich davon erstreckt und der angrenzend zu einem Abschnitt des Verbinderabschnitts des anderen Moduls angeordnet ist und diesen Abschnitt überlappt. Ein Kompressionselement, welches wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, ist angrenzend zu den Flanschen angeordnet und weist eine erste Konfiguration bei einer Temperatur, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen erlaubt, und eine zweite Konfiguration bei einer anderen Temperatur, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen begrenzt, auf.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jedes Modul ein Paar von Flanschen, die sich davon erstrecken, auf, wobei wenigstens ein Flansch von jedem Paar von Flanschen wenigstens teilweise aus einem Fonngedächtnismaterial gebildet ist. Jedes Paar von Flanschen ist angrenzend zu einem Abschnitt des Verbinderabschnitts des anderen Moduls angeordnet und überlappt diesen Abschnitt. Jedes Paar von Flanschen weist eine erste Konfiguration bei einer Temperatur, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen erlaubt, und eine zweite Konfiguration bei einer anderen Temperatur, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen begrenzt, auf.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jedes Modul einen Fixierungsabschnitt auf, der sich davon erstreckt und benachbart zu einem Abschnitt des Verbinderabschnitts des anderen Moduls angeordnet ist und diesen Abschnitt überlappt. Ferner enthalten ist eine Formgedächtniseinrichtung, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen bei einer Temperatur erlaubt und eine relative Bewegung zwischen den Modulen bei einer anderen Temperatur begrenzt.
In einer zusätzlichen Ausbildung der vorliegenden Erfindung weist nur eines der Module ein Paar von Flanschen auf, die sich davon erstrecken. Das Paar von Flanschen ist angrenzend zu einem Abschnitt des Verbinderabschnitts des anderen Moduls angeordnet und überlappt diesen. Ein Kompressionselement, welches wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, ist um wenigstens einen Abschnitt der Flansche herum angeordnet und weist eine erste Konfiguration bei einer Temperatur, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen erlaubt, und eine zweite Konfiguration bei einer anderen Temperatur, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen begrenzt, auf. Ferner enthalten ist ein Verriegelungselement, welches wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, und wenigstens einer der Verbinderabschnitte umfasst einen Klemmabschnitt. Das Verriegelungselement ist um wenigstens einen Abschnitt des Klemmabschnitts herum angeordnet und erlaubt eine relative Bewegung zwischen dem Klemmabschnitt und dem entsprechenden einen der ersten und zweiten Elemente, wenn es sich auf einer Temperatur befindet, während es eine relative Bewegung zwischen dem Klemmabschnitt und dem entsprechenden der ersten und zweiten Elemente begrenzt, wenn es sich auf einer anderen Temperatur befindet.
In noch einer anderen Ausbildung der vorliegenden Erfindung weist nur eines der Module ein Paar von Paar von Flanschen auf, die sich davon erstrecken. Wenigstens ein Paar von Flanschen ist wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet. Das Paar von Paar von Flanschen ist benachbart zu einem Abschnitt des Verbinderabschnitts des anderen Moduls angeordnet und überlappt diesen Abschnitt und weist eine erste Konfiguration bei einer Temperatur, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen erlaubt, und eine zweite Konfiguration bei emer anderen Temperatur, die eine relative Bewegung zwischen den Modulen begrenzt, auf. Wenigstens einer der Verbinderabschnitte umfasst einen Klemmabschnitt, welcher wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist. Der Klemmabschnitt erlaubt eine relative Bewegung zwischen dem Klemmabschnitt und dem entsprechenden emen der ersten und zweiten Elemente bei einer Temperatur und begrenzt eine relative Bewegung zwischen dem Klemmnabschnitt und dem entsprechenden einen der ersten und zweiten Elemente bei einer anderen Temperatur.
Andere Ausbildungen der vorliegenden Erfindung umfassen den Einbau einer Lippe auf einem der Module und eine Schulter auf dem anderen der Module. Die Lippe und die Schulter arbeiten zusammen, um vorläufig die ersten und zweiten Module in einer teleskopischen Beziehung zu halten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden von zwei oder mehreren Elementen unter Verwendung einer Formgedächtnistechnik bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsvorrichtung zur Verwendung in einem Spinalfixierungssystem zum Verbinden eines Spinalstabs mit einer Vielzahl von Knochenankern bereitzustellen.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsvorrichtung bereitzustellen, die an zwei Elementen angreifen und diese verbinden kann, während den Elementen erlaubt wird, sich während eines nicht gesicherten Zustands relativ zueinander zu bewegen.
Weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile, Nutzen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich näher aus den Zeichnungen und der Beschreibung, die hier enthalten sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine hintere Ansicht einer Wirbelsäule, die ein Spinalfixierungssystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches daran angebracht ist, zeigt;
2 eine vergrößerte Ansicht einer Verbindungsvorrichtung des in 1 gezeigten Systems;
3 eine Querschnittsansicht der in 2 dargestellten Verbindungsvorrichtung;
4 eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung zur Verwendung mit dem in 1 dargestellten System;
5 einen Seitenaufriss eines Verbindungsmoduls zur Verwendung mit der in 4 dargestellten Verbindungsvorrichtung;
6 eme Querschnittsansicht des Verbindungsmoduls, das in 5 dargestellt ist, entlang der Schnittlinie 6-6 in 5;
7 eine Ansicht von oben auf das Verbindungsmodul, das in 5 dargestellt ist;
8 einen Seitenaufriss einer Spinalfixierungssystem-Verbindungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine Querschnittsansicht der Verbindungsvorrichtung, die in 8 dargestellt ist, wobei eine erste Betriebskonfiguration der Verbindungsvorrichtung dargestellt ist; und
10 eine Querschnittsansicht der Verbindungsvorrichtung, die in 8 dargestellt ist, wobei eine zweite Betriebskonfiguration der Verbindungsvorrichtung gezeigt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um ein Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die Ausführungsform Bezug genommen, die in den Zeichnungen dargestellt ist, und eine spezifische Sprache wird verwendet, um diese zu beschreiben.
1 zeigt ein Spinalfixierungssystem 10 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 10 ist so dargestellt, wie es an einer Wirbelsäule 12 angebracht ist, die aus einer Vielzahl von Wirbeln V besteht. Das System 10 umfasst allgemein ein Paar von Spinalstäben 14, die auf gegenüberliegenden Seiten der Wirbelsäule 12 angeordnet sind, und eine Vielzahl von Knochenankern 16, die jeweils an einem Abschnitt eines Wirbels V angebracht und entlang der Länge der Spinalstäbe 14 befestigt sind. Obwohl die Anbringung im Zusammenhang mit drei Wirbeln gezeigt ist, sei darauf hingewiesen, dass die Größe und die Konfiguration des Systems 10 verändert werden kann, so dass irgendeine Anzahl von Wirbeln V relativ zueinander an einer Stelle gehalten werden können. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass das System 10 einen einzelnen Spinalstab 14 umfassen kann, der an einer Seite der Wirbelsäule 12 angebracht ist, obwohl vorzugsweise ein Spinalstab 14 an jeder Seite der Wirbelsäule 12 angebracht wird. Zusätzlich kann das System 10 in einer Vielzahl von Anwendungen im Zusammenhang mit dem Rückgrat verwendet werden, um einen breiten Bereich von Spinalpathologien abzudecken. Zum Beispiel kann die Anwendung des Systems 10 auf den Lumbar-Bereich des Rückgrats zur Fixierung nach einer Diskektomie beschränkt sein. Alternativ kann sich das System 10 im wesentlichen entlang der gesamten Länge der Thorax- und Lumbar-Bereiche des Rückgrats erstrecken, um eine Deformation wie Scoliose (Scoliosis) zu korrigieren. Bei anderen Anwendungen kann das System 10 eine Fixierung und Stabilisation des zervikalen Rückgrats bereitstellen, so wie dies unter Umständen nach einem Bruch oder einer Ausrenkung der Fall sein kann. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet verstehen natürlich, dass sich die Konfiguration der Komponenten des Systems 10 in Abhängigkeit von dem Bereich des Rückgrats, der behandelt werden soll, und dem Typ einer Behandlung, die durchgeführt werden soll, verändern wird.
Die 2–4 stellen zusätzliche Einzelheiten bezüglich des Aufbaus und des Betriebs des Systems 10 bereit. Wie in den 2–3 gezeigt, ist der Knochenanker 16 mit einem Spinalstab 14 mit Hilfe einer Verbindungsvorrichtung 20 verbunden. Wie sich am deutlichsten der 4 entnehmen lässt, umfasst die Verbindungsvorrichtung 20 erste und zweite Module 22a, 22b, erste und zweite Kompressionselemente 24a, 24b und erste und zweite Verriegelungselemente 26a, 26b. Die Verbindungsvorrichtung 20 definiert auch eine longitudinale Achse L.
Bezugnehmend insbesondere auf 2 umfasst ein Knochenanker 16 einen Gewindeschaft 30, der Gewindewindungen trägt, die konfiguriert sind, um in einen Knochen getrieben zu werden. In einer spezifischen Ausführungsform sind die Gewindewindungen aufhebende Gewindewindungen, die konfiguriert sind, um in einen Wirbelsäulenknochen, beispielsweise einen Wirbel V, eingetrieben zu werden. Der Knochenanker 16 umfasst auch einen oberen Abschnitt 32. Der obere Abschnitt 32 umfasst vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, eine Werkzeugaufnahmeausnehmung 36. Die Werkzeugaufnahmeausnehmung 36 kann konfiguriert sein, um irgendeine Art von Eintreibwerkzeug aufzunehmen. In einer spezifischen Ausführungsform ist die Werkzeugaufnahmeausnehmung 36 eine hexagonale Ausnehmung, deren Größe so bemessen ist, dass sie das hexagonale Ende eines Eintreibwerkzeugs aufnimmt, um das Eindrehen des Knochenankers 16 in einen Abschnitt des Wirbels V zu ermöglichen. Der obere Abschnitt 32 definiert eine allgemein kreisförmige äußere Oberfläche 38. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die äußere Oberfläche 38 eine Vielzahl von Formen annehmen kann, beispielsweise quadratisch, eine Ellipse oder eine Anzahl von anderen polygonalen Konfigurationen. In ähnlicher Weise sei darauf hingewiesen, dass der Spinalstab 14 ebenfalls eine Vielzahl von alternativen Formen und Konfigurationen annehmen kann, obwohl der Spinalstab 14 so gezeigt ist, dass er einen allgemein kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Bezugnehmend nun auf die 5–7 sind dort verschiedene strukturelle Emzelheiten des ersten Moduls 22a gezeigt. Weil die ersten und zweiten Module 22a und 22b im wesentlichen identische Konfigurationen aufweisen, beziehen sich die 5–7 zur Vereinfachung nur auf die Konfiguration des ersten Moduls 22a. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Module 22a, 22b andere Konfigurationen in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung annehmen können. Das erste Modul 22a umfasst einen Verbinderabschnitt 40 und ein Paar von allgemein gegenüberliegenden Flanschen 22a, 22b, die sich davon erstrecken und allgemein parallel zu der longitudinalen Achse L ausgerichtet sind. Der Verbinderabschnitt 40 weist eine im wesentlichen kreisförmige Form auf und umfasst einen oberen Abschnitt 44, einen mittleren Abschnitt 46 und einen unteren Abschnitt 48. Der Verbinderabschnitt 40 umfasst einen Klemmabschnitt 50, der wenigstens teilweise durch den oberen Abschnitt 44 und dem mittleren Abschnitt 46 definiert wird.
Der Klemmabschnitt 50 definiert eine Öffnung 52, die sich dadurch erstreckt und allgemein senkrecht zu der longitudinalen Achse L ausgerichtet ist. In einer spezifischen Ausführungsform weist die Öffnung 52 eine erste Querschnittsfläche 52a und eine zweite Querschnittsfläche 52 auf, wie sich am deutlichsten der 6 entnehmen lässt. In dieser spezifischen Ausführungsform weist die erste Querschnittsfläche 52a einen Durchmesser auf, der im wesentlichen gleich zu entweder dem Durchmesser des Spinalstabs 14 oder des oberen Abschnitts 32 des Knochenankers 16 ist. Die zweite Querschnittsfläche 52b weist einen Durchmesser auf, der etwas größer als der Durchmesser der ersten Querschnittsfläche 52a ist, wobei der Vorteil davon nachstehend noch diskutiert wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Öffnung 52 konfiguriert werden kann, um eme einzelne gleichförmige Querschnittsfläche zu definieren. Der Klemmabschnitt 50 definiert ebenfalls einen Schlitz 56, der die Öffnung 52 schneidet. Der Schlitz 56 erstreckt sich durch den oberen Abschnitt 44 und durch einen Abschnitt des mittleren Abschnitts 46. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Schlitz 56 über die gesamte Breite des mittleren Abschnitts 46 und ist allgemein entlang der longitudinalen Achse L ausgerichtet. Die Öffnung 52 und der Schlitz 56 arbeiten somit zusammen, um eine C-förmige Ausnehmung zu definieren, die durch ein Paar von allgemein gegenüberliegenden Seitenwänden 58a, 58b begrenzt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Öffnung 52 und der Schlitz 56 genauso anders ausgeformte Ausnehmungen definieren können. Zum Beispiel wird auch eine U-förmige Ausnehmung in Erwägung gezogen.
Der obere Abschnitt 44 weist einen Durchmesser D₁ auf. Der Durchmesser des mittleren Abschnitts 46 ist größer als der Durchmesser D₁, so dass eine ringförmige Schulter 60 definiert wird, die sich kontinuierlich um den Verbinderabschnitt 40 herum erstreckt. Der untere Abschnitt 48 weist einen Durchmesser D₂ auf, der geringfügig größer als der Durchmesser des mittleren Abschnitts 46 ist, so dass eine ringförmige Schulter 62 definiert wird, die sich kontinuierlich um den Verbinderabschnitt 40 herum erstreckt. Die ringförmige Schulter 62 ist vorzugsweise nach innen abgerundet, um einen kreisförmigen Reif zu definieren. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die ringförmige Schulter 62 auch andere Konfigurationen annehmen kann, beispielsweise einen angewinkelten Übergang zwischen dem oberen Abschnitt 46 und dem unteren Abschnitt 48.
Gegenüberliegende Flansche 42a, 42b definieren allgemein einen Teilzylinder und sind allgemein um die longitudinale Achse L herum angeordnet. Die Flansche 42a, 42b sind auf gegenüberliegenden Seiten des Verbinderabschnitts 40 positioniert und definieren einen inneren Durchmesser D₃ zwischen der inneren Oberfläche 63a des Flansches 62a und der inneren Oberfläche 63b des Flansches 62b. Die Flansche 42a, 42b definieren auch einen äußeren Durchmesser D₄ zwischen der äußeren Oberfläche 65a des Flansches 42a und der äußeren Oberfläche 65b des Flansches 42b. Der innere Durchmesser D₃ ist im wesentlichen gleich zu dem Durchmesser D₂ des unteren Abschnitts 48. Die Flansche 42a, 42b definieren vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, eine sich nach innen erstreckende Lippe 64a, 64b. Die Lippen 64a, 64b weisen eine teilweise kreisförmige Form auf, so dass eine kreisförmige Rundung definiert wird, die allgemein dem kreisförmigen Reif entspricht, der von der ringförmigen Schulter 62 definiert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Lippen 64a, 64b auch andere Konfigurationen annehmen können, beispielsweise derartige, die eine angewinkelte Oberfläche aufweisen, die allgemein einem angewinkelten Übergang zwischen dem oberen Abschnitt 46 und dem unteren Abschnitt 48 entspricht. Die Enden der Flansche 42a, 42b, die angrenzend zu dem Verbinderabschnitt 40 positioniert sind, definieren vorzugsweise einen gerundeten Endabschnitt 66, um spitze Kanten zu beseitigen, die während der Installation des Systems 10 von Nachteil sein können. Wie in 7 gezeigt, erstreckt sich jeder Flansch 42a, 42 unter einem Winkel α₁ und die Flansche sind voneinander durch einen Winkel α₂ getrennt. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel α₁ ungefähr 60° und der Winkel α₂ beträgt ungefähr 120°. Jedoch sei darauf hmgewiesen, dass diese Winkel nur beispielhaft sind und es nicht beabsichtigt ist, den Schutzumfang in irgendeiner Weise zu beschränken.
Obwohl das erste Modul 22a in den 5–7 so dargestellt ist, dass es ein Paar von allgemein gegenüberliegenden Flanschen 42a, 42b aufweist, können in einer anderen Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 20 das erste Modul 22a und das zweite Modul 22b jeweils einen einzelnen Flansch aufweisen, der sich davon erstreckt. In noch einer anderen Ausführungsform kann eines der Module 22a, 22b ein Paar von Flanschen 42a, 42b einschließen, während das andere der Module entweder einen einzelnen Flansch oder keine Flansche einschließt. In einer spezifischen Ausführungsform sind die Flansche 42a, 42b an dem Verbinderabschnitt 40 zum Beispiel durch einen Schweißvorgang angebracht. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Flansche 42a, 42b auch als ein integraler Teil des Verbinderabschnitts 40 gebildet werden können.
Wiederum Bezug nehmend auf die 2–3 lässt sich ersehen, dass erste und zweite Kompressionselemente 24a, 24b um einen Abschnitt der ersten und zweiten Module 22a, 22b herum angeordnet sind. Insbesondere sind Kompressionselemente 24a, 24b entlang der longitudinalen Achse L angeordnet und nicht um einen Abschnitt der Flansche 42a, 42b der Module 22a, 22b. In einem Merkmal der vorliegenden Erfindung weist jedes Kompressionselement 24a, 24b eine im wesentlichen ähnliche Konfiguration auf. Jedoch wird auch in Erwägung gezogen, dass Kompressionselemente 24a, 24b andere Konfigurationen in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung annehmen können. Obwohl die spezifische Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 20 so gezeigt ist, dass sie Kompressionselemente 24a, 24b aufweist, sei darauf hingewiesen, dass die Verbindungsvorrichtung 20 nur ein einzelnes Kompressionselement besitzen muss.
Die Kompressionselemente 24a, 24b sind wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet, beispielsweise Nitinol^®, eine bikompatible Formgedächtnismetall-Legierung aus Nickel und Titan. In dem technischen Gebiet ist altbekannt, dass Gegenstände, die aus Formgedächtnismaterialien hergestellt sind, biegsam sind und typischer Weise bei Temperaturen unterhalb von ihrem Transformationstemperaturbereich leicht neu ausgestaltet werden können. Derartigen Gegenstände können trainiert werden, so dass sie eine vorprogrammierte Form aufweisen, in die sich der Gegenstand ändern wird, wenn das Material eine Temperatur über seinem Transformationstemperaturbereich erreicht. Nachdem er aus seinem ursprünglichen Zustand deformiert worden ist, wird der Gegenstand bzw. der Artikel somit versuchen, auf seine vorprogrammierte Form zurückzukehren, wenn er auf eine Temperatur über seinen Transformationstemperaturbereich erwärmt wird. Damit wandelt der Gegenstand eine Wärmeenergie in mechanische Arbeit um. Es gibt eine breite Vielfalt von Formgedächtnismaterialien, einschließlich von Formgedächtnismetall-Legierungen (z.B. auf Titan basierende Legierungen und auf Eisen basierende Legierungen) und Formgedächtnispolymeren, die einen breiten Bereich von möglichen Transformationstemperaturbereichen aufweisen. Eine Auswahl eines geeigneten Formgedächtnismaterials wird größtenteils von den geforderten Materialeigenschaften für die bestimmte Anwendung und der Arbeitsumgebung der Einrichtung abhängen. Nitinol^® eignet sich gut für die besondere Anwendung der vorliegenden Erfindung, weil es einen Transformationstemperaturbereich zwischen der Raumtemperatur und der normalen menschlichen Körpertemperatur bereitstellt. Ferner weist Nitinol^® eine sehr geringe Korrosionsrate auf, was einen Vorteil bei der Verwendung innerhalb des menschlichen Körpers bereitstellt. Zusätzlich haben Implantierungsstudien bei Tieren minimale Elevationen von Nickel in den Geweben in Kontakt mit dem Nitinol^®-Material gezeigt. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass andere für medizinische Anwendungen geeignete Formgedächtnismaterialien anstelle von Nitinol^® alternativ verwendet werden könnten.
Wie sich am besten der 4 entnehmen lässt, sind die Kompressionselemente 24a, 24b allgemein ringförmig und definieren einen inneren Durchmesser D₅. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Formen und Konfigurationen ebenfalls in Erwägung gezogen werden, so wie diese einem Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet nahe liegen würden, während die Kompressionselemente 24a, 24b als kreisförmige Rmge dargestellt sind. Wenn das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit- oder Raumtemperaturzustand ist, ist der innere Durchmesser D₅ geringfügig größer als der äußere Durchmesser D₄ der Flansche 42a, 42b. Mit anderen Worten umfasst jedes Kompressionselement 24a, 24b eine innere Oberfläche 70, die allgemein den äußeren Oberflächen 65a, 65b der Flansche 42a, 42b entspricht, so dass die Kompressionselemente 24a, 24b verschiebbar über den Flanschen 42a, 42b der ersten und zweiten Module 22a, 22b aufgenommen werden können, wenn das Formgedächtnismaterial auf einer Temperatur unterhalb seines Transformationstemperaturbereichs ist.
Wiederum bezugnehmend auf die 2–3 lässt sich ersehen, dass erste und zweite Verriegelungselemente 26a, 26b um einen Abschnitt der ersten und zweiten Module 22a, 22b herum angeordnet sind. Insbesondere sind Verriegelungselemente 26a, 26b entlang der longitudinalen Achse L und um einen oberen Abschnitt 44 des Verbinderabschnitts 40 herum angeordnet. In einem Merkmal der vorliegenden Erfindung weist jedes Verriegelungselement 26a, 26b eine im wesentlichen ähnliche Konfiguration auf. Jedoch wird auch in Erwägung gezogen, dass Verriegelungselemente 26a, 26b unterschiedliche Konfigurationen annehmen, und zwar in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung. Die Verriegelungselemente 26a, 26b sind wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet, beispielsweise aus Nitinol^®.
Wie sich am besten der 4 entnehmen lässt, sind die Verriegelungselemente 26a, 26b allgemein ringförmig und definieren einen inneren Durchmesser D₆. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Formen und Konfigurationen ebenfalls in Erwägung gezogen werden, so wie diese einem Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet nahe liegen würden, während die Verriegelungselemente 26a, 26b als kreisförmige Ringe dargestellt sind. Wenn das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit- oder Raumtemperaturzustand ist, ist der innere Durchmesser D₆ geringfügig größer als der äußere Durchmesser D₁ des oberen Abschnitts 44 des Verbinderabschnitts 40. Mit anderen Worten, jedes Verriegelungselement 26a, 26b umfasst eine innere Oberfläche 80, die allgemein der äußeren Oberfläche des oberen Abschnitts 44 entspricht, so dass Verriegelungselemente 26a, 26b verschiebbar über dem oberen Abschnitt 44 der ersten und zweiten Module 22a, 22b aufgenommen werden können, wenn das Formgedächtnismaterial auf einer Temperatur unterhalb seines Transformationstemperaturbereichs ist.
Bezugnehmend kollektiv auf die 2–4 wird die Verbindungsvorrichtung 20 durch Positionieren der Flansche 42a, 42b des ersten Moduls 22a angrenzend zu und den Verbinderabschnitt 40 des zweiten Moduls 22b überlappend und entsprechendes Positionieren von Flanschen 42a, 42b des zweiten Moduls 22b angrenzend zu und den Verbinderabschnitt 40 des ersten Moduls 22a überlappend zusammengebaut. Mit anderen Worten, der Verbinderabschnitt 40 des zweiten Moduls 22b wird teleskopisch zwischen den Flanschen 42a, 42b des ersten Moduls 22a angeordnet und der Verbinderabschnitt 40 des ersten Moduls 22a wird teleskopisch zwischen den Flanschen 42a, 42b des zweiten Moduls 22b angeordnet. Somit wird dem ersten Modul 22a und dem zweiten Modul 22b ermöglicht, sich in einer teleskopischen Beziehung relativ zueinander allgemein entlang der longitudinalen Achse L zu bewegen. Um vorübergehend die ersten und zweiten Module 22a, 22b in dieser teleskopischen Beziehung zu halten, wird das erste Modul 22a in Richtung auf das zweite Modul 22b hin vorgerückt, bis die sich nach innen erstreckenden Lippen 64a, 64b des ersten Moduls 22a über den unteren Abschnitt 48 des zweiten Moduls 22b hinaus positioniert sind und die Lippen 64a, 64b des zweiten Moduls 22b entsprechend über den unteren Abschnitt 48 des ersten Moduls 22a hinaus entsprechend positioniert sind. Weil der Abstand zwischen den Lippen 64a und 64b geringfügig kleiner als der Durchmesser des unteren Abschnitts 48 ist, werden die Flansche 42a, 42b nach außen auseinander gespreizt, während die Lippen 64a, 64b über den unteren Abschnitt 48 geschoben werden. Wenn die Lippen 64a, 64b über den unteren Abschnitt 48 und die angrenzende ringförmige Schulter 62 hinaus positioniert sind, wird den Flanschen 42a, 42b ermöglicht, in ihre nicht auseinandergespreizte Konfiguration zurückzuschnappen. Somit arbeiten die Lippen 64a, 64b mit der ringförmigen Schulter 62 zusammen, um vorübergehend die ersten und zweiten Module 22a, 22b in einem gleitenden Eingriff zu halten.
In der spezifischen Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 20, wie in den 2–4 gezeigt ist, umfassen Flansche 42a, 42b des ersten und zweiten Moduls 22a, 22b jeweils Lippen 64a, 64b. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass Lippen 64a, 64b nicht notwendigerweise auf beiden Paaren von Flanschen vorgesehen werden müssen, um Module 22a, 22b in einem gleitenden Eingriff vorübergehend zu halten. Zum Beispiel könnten Lippen 64a, 64b nur auf Flanschen 42a, 42b des zweiten Moduls 22b vorgesehen sein. In ähnlicher Weise sei darauf hingewiesen, dass jeder Flansch 42a, 42b nicht notwendigerweise eine sich nach innen erstreckende Lippe umfassen muss. Zum Beispiel könnte der Flansch 42a die Lippe 64a umfassen, aber der Flansch 42b muss die Lippe 64b nicht notwendigerweise umfassen. Obwohl die spezifische Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 20 jedes der ersten und zweiten Module 22a, 22b so darstellt, dass sie eine ringförmige Schulter 62 umfassen, sei zusätzlich darauf hingewiesen, dass die ringförmige Schulter 62 nicht notwendigerweise auf beiden Modulen 22a, 22b vorgesehen werden muss.
Wenn zum Beispiel eine sich nach innen erstreckende Lippe auf einem (oder beiden) der Flansche 42a, 42b des ersten Moduls 22a vorgesehen ist, dann muss eine ringförmige Schulter 62 auf dem zweiten Modul 22b vorgesehen werden, aber nicht notwendigerweise auf dem ersten Modul 22a. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die ringförmige Schulter 62 nicht notwendigerweise kontinuierlich um einen Verbinderabschnitt 40 herum definiert werden muss. Zum Beispiel könnte die ringförmige Schulter 62 um nur einen Abschnitt des Verbinderabschnitts 40 herum definiert werden oder könnte um allgemem gegenüberliegende Abschnitte des Verbinderabschnitts 40 zwischen den Flanschen 42a, 42b definiert werden.
Zusätzlich dazu, dass den Modulen 22a, 22b ermöglicht wird, sich in einer teleskopischen Beziehung entlang der longitudinalen Achse L zu bewegen, ermöglicht die Verbindungsvorrichtung 20 den Modulen 22a und 22b auch, sich relativ zueinander allgemein um die Achse L zu drehen. Wie sich am deutlichsten den 2–4 entnehmen lässt, sind die Flansche 42a, 42b des ersten Moduls 22a zwischen den Flanschen 42a, 42b des zweiten Moduls 22b positioniert. Somit wird den Flanschen 42a, 42b des Moduls 22a und den Flanschen 42a, 42b des Moduls 22b erlaubt bzw. ermöglicht, sich zueinander um die Achse L frei zu drehen. Der Grad einer zulässigen relativen Drehung zwischen den Modulen 22a und 22b wird mit dem Winkel α₁ und dem Winkel α₂ vorgegeben, wie in 7 dargestellt. Genauer gesagt, ist der Grad einer zulässigen relativen Drehung zwischen den Modulen 22a und 22b gleich zu α₂-α₁. In einer spezifischen Ausführungsform ist der Winkel α₁ ungefähr 60° und der Winkel α₂ ist ungefähr 120°. In dieser spezifischen Ausführungsform ist der Betrag einer zulässigen relativen Drehung zwischen den Modulen 22a und 22b ungefähr 60°.
Wiederum bezugnehmend auf die 2–4 sind Kompressionselemente 24a, 24b so gezeigt, wie sie um die Flansche 42a, 42b der ersten und zweiten Module 22a, 22b positioniert sind. Kompressionselemente 24a, 24b weisen eine erste Konfiguration auf, in der ihr effektiver innerer Durchmesser D5 geringfügig größer als der effektive äußere Durchmesser D₄ der Flansche 42a, 42b ist, wenn das Formgedächtnismaterial innerhalb der Kompressionselemente 24a, 24b in seinem Martensit-Zustand (d.h. auf einer Temperatur unterhalb des Transformationstemperaturbereichs) ist. Idealerweise wird das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit-Zustand bei Raumtemperatur oder etwas unter der Raumtemperatur bleiben. Während die Kompressionselemente 24a, 24b in ihrer ersten Konfiguration gehalten werden, können somit deren axiale Positionen entlang der Flansche 42a, 42b eingestellt werden und den ersten und zweiten Modulen 22a, 22b wird entsprechend ermöglicht, sich teleskopisch zu bewegen und relativ zueinander zu drehen.
Der Spinalstab 14 ist innerhalb der Öffnung 52 des ersten Moduls 22a aufgenommen und der obere Abschnitt 32 des Knochenankers 16 ist innerhalb der Öffnung 52 des zweiten Moduls 22b aufgenommen. Der Knochenanker 16 kann mit einem Abschnitt eines Wirbels V in Eingriff gebracht werden, indem ein Eintreibwerkzeug (nicht gezeigt) in eine Werkzeugaufnahmeausnehmung 36 gebracht wird und der Gewindeschaft 30 in den Wirbelknochen eingetrieben wird. Vorzugsweise wird der Knochenanker 16 in den Wirbel V auf eine empfohlene Tiefe für eine ausreichende Fixierung eingetrieben, aber vorzugsweise nicht so tief, dass die Verbindungsvorrichtung 20 den Wirbelknochen kontaktieren oder an diesen drücken wird, wenn sie an dem Knochenanker 16 angebracht ist. Es sei auch darauf hingewiesen, dass der Knochenanker 16 alternativ in einen Abschnitt eines Wirbels V eingetrieben werden kann, bevor der obere Abschnitt 32 in der Öffnung 52 aufgenommen wird. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Spinalstab 14 und der Knochenanker 16 jeweils innerhalb der Öffnung 52 der ersten und zweiten Module 22a und 22b vor dem Zusammenbau der Verbindungsvorrichtung 20 aufgenommen werden können. Mit anderen Worten, die ersten und zweiten Module 22a und 22b können nach der Einfügung des Spinalstabs 14 und des oberen Abschnitts 32 des Knochenankers 16 in die Öffnungen 52 zusammengebaut werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Spinalstab 14 in der Öffnung 52 entweder des ersten Moduls 22a oder des zweiten Moduls 22b aufgenommen werden kann. Der Knochenanker 16 kann dann innerhalb der anderen der Öffnungen 52 aufgenommen werden.
Die Verriegelungselemente 26a und 26b sind um einen oberen Abschnitt 44 der ersten und zweiten Module 24a, 24b und angrenzend zu der ringförmigen Schulter 60 positioniert. Die Verriegelungselemente 26a, 26b weisen eine erste Konfiguration auf, bei der ihr effektiver innerer Durchmesser D6 geringfügig größer als der effektive äußere Durchmesser D₁ des oberen Abschnitts 44 ist, wenn das Formgedächtnismaterial innerhalb der Verriegelungselemente 26a, 26b in seinem Martensit-Zustand ist. Idealerweise wird das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit-Zustand bei Raumtemperatur oder etwas unterhalb der Raumtemperatur bleiben. Während die Verriegelungselemente 26a, 26b in ihrer ersten Konfiguration gehalten werden, können sie somit um einen oberen Abschnitt 44 des Verbinderabschnitts 40 herum positioniert werden. Dem Spinalstab 14 und dem Knochenanker 16 wird entsprechend ermöglicht, sich innerhalb der Öffnung 52 relativ zu dem Klemmabschnitt 50 gleitbar bzw. verschiebbar zu bewegen. Mit anderen Worten, der Verbindungsvorrichtung 20 wird ermöglicht, sich entlang der Länge des Spinalstabs 14 zu verschieben und sich um den Spinalstab 14 herum zu verschwenken. Genauso wird der Verbindungsvorrichtung ermöglicht, sich entlang der Länge des oberen Abschnitts 32 des Knochenankers 16 zu verschieben und um den oberen Abschnitt 32 herum zu verschwenken.
Sobald das erste Modul 22a an einer gewünschten axialen und rotationsmäßigen Position relativ zu dem zweiten Modul 22b positioniert ist, werden die Kompressionselemente 24a, 24b aufgewärmt. Wenn die Temperatur der Kompressionselemente 24a, 24b über den Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials erhöht wird, dann verschiebt sich das Formgedächtnismaterial von seinem Martensit-Zustand auf seinen Austenit-Zustand. In dem Austenit-Zustand werden die Kompressionselemente 24a, 24b wieder in eine zweite Konfiguration umgeformt, in der ihr innerer Durchmesser D₅ verringert ist. Wenn die Kompressionselemente 24a, 24b in ihre zweite Konfiguration bei einer Temperatur über dem Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials wieder ausgebildet werden, werden somit die Kompressionselemente 24a, 24b sich um den Flansch 42a, 42b des ersten und zweiten Moduls 22a und 22b zusammenziehen. Wenn die Kompressionselemente 24a, 24b an den Flanschen 42a, 42b der Module 22a, 22b angreifen und sich um diese herum zusammenziehen, werden sich jedes Paar von Flanschen 42a, 42b entsprechend eng an den Verbinderabschnitt 40 komprimieren und insbesondere an den unteren Abschnitt 48. Die superelastischen Eigenschaften des Formgedächtnismaterials ermöglicht, das von den Kompressionselementen 24a, 24b beträchtliche mechanische Rückstellspannungen und deshalb Kompressionskräfte entwickelt werden. Diese Kräfte werden an die Flansche 42a, 42b übertragen, die wiederum eng an dem unteren Abschnitt 48 des Verbinderabschnitts 40 angreifen, wodurch eine Bewegung des ersten Moduls 22a relativ zu den zweiten Modulen 22b eingeschränkt wird. Nachdem die Kompressionselemente 24a, 24b wieder in ihre zweite Konfiguration umgeformt sind, wird somit dem ersten Modul 22a und dem zweiten Modul 22b nicht mehr ermöglicht, sich entlang der Achse L frei zu bewegen und sich um die Achse L relativ zueinander frei zu drehen.
Obwohl verschiedene Vorgehensweisen möglich sind, mit denen die Temperatur des Formgedächtnismaterials über dessen Transformationstemperaturbereich angehoben werden kann, werden in einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Verbindungsvorrichtung 20 und insbesondere die Kompressionselemente 24a, 24b innerhalb eines Patienten angeordnet sind, die Körpertemperatur des Patienten die Temperatur des Formgedächtnismaterials erhöhen und dieses veranlassen, sich von dessen Martensit-Zustand auf dessen Austenit-Zustand zu bewegen. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Temperatur des Formgedächtnismaterials über seinen Transformationstemperaturbereich erhöht werden kann, indem ein elektrischer Strom durch die Kompressionselemente 24a, 24b geführt und deren Temperatur durch eine Widerstandserwärmung erhöht wird. Alternativ kann die Temperatur der Kompressionselemente 24a, 24b mit Hilfe einer magnetischen Induktion erhöht werden, wobei die Anwendung davon Durchschnittsfachleuten offensichtlich sein wird.
Sobald die Verbindungsvorrichtung 20 an einem gewünschten axialen Ort entlang des Spinalstabs 14 positioniert und auf eine gewünschte Winkelausrichtung um den Spinalstab 14 herum geschwenkt ist, wird das Verriegelungselement 26a aufgewärmt. Sobald die Verbindungsvorrichtung 20 an einem gewünschten axialen Ort entlang des oberen Abschnitts 32 des Knochenankers 16 positioniert und auf eine gewünschte Winkelausrichtung um den oberen Abschnitt 32 herum geschwenkt ist, wird genauso das Verriegelungselement 26b aufgewärmt. Vorzugsweise werden die Verriegelungselemente 26a und 26b im wesentlichen gleichzeitig aufgewärmt. Idealerweise werden die Verriegelungselemente 26a und 26b im wesentlichen gleichzeitig mit den Kompressionselementen 24a, 24b aufgewärmt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verriegelungselemente 26a, 26b vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, aus einem Fonngedächtnismaterial mit dem gleichen Transformationstemperaturbereich wie derjenige der Kompressionselemente 24a, 24b gebildet sind. Wenn die Temperatur der Verriegelungselemente 26a, 26b über dem Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials erhöht wird, verschiebt sich das Fonngedächtnismaterial von seinem Martensit-Zustand auf seinen Austenit-Zustand. In dem Austenit-Zustand werden die Verriegelungselemente 26a, 26b in eine zweite Konfiguration umgeformt, in der ihr innerer Durchmesser D₆ auf eine vorprogrammierte Größe geringfügig kleiner als der äußere Durchmesser aus D₁ des oberen Abschnitts 44 verringert ist. Wenn die Verriegelungselemente 26a, 26b in ihre zweite Konfiguration bei einer Temperatur über dem Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials umgeformt sind, werden somit die Verriegelungselemente 26a, 26b sich um den oberen Abschnitt 44 des ersten bzw. zweiten Moduls 22a, 22b zusammenziehen. Wenn die Verriegelungselemente 26a, 26b an dem oberen Abschnitt 44 der Module 22a, 22b angreifen und sich um diesen herum zusammenziehen, werden Seitenwände 58a, 58b sich entsprechend eng an den Spinalstab 14 und den Knochenanker 16 komprimieren. Beträchtliche Kompressionskräfte werden von den Verriegelungselementen 26a, 26b entwickelt. Diese Kräfte werden an den Klemmabschnitt 50 der Module 22a und 22b übertragen, die wiederum eng an dem Spinalstab 14 und dem Knochenanker 16 angreifen, wodurch eine Bewegung des ersten Moduls 22a relativ zu dem Spinalstab 14 und des zweiten Moduls 22b relativ zu dem Knochenanker 16 begrenzt wird. Somit wird der Verbindungsvorrichtung 20 nicht mehr ermöglicht, sich entlang der Länge frei zu verschieben und sich um den Spinalstab 14 und den oberen Abschnitt 32 des Knochenankers 16 herum zu verschwenken. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Verbindungsvorrichtung 20 und insbesondere die Verriegelungselemente 26a, 26b innerhalb eines Patienten angeordnet sind, wird die Körpertemperatur des Patienten die Temperatur des Formgedächtnismaterials erhöhen und dieses veranlassen, sich von dessen Martensit-Zustand auf dessen Austenit-Zustand zu bewegen.
Der Klemmabschnitt 50 des ersten Moduls 22a ist konfiguriert, um dem Spinalstab 14 zu ermöglichen, sich innerhalb der Öffnung 52 zu verbiegen. Wie sich am deutlichsten der 6 entnehmen lässt, weist die zweite Querschnittfläche 52b einen Durchmesser auf, der etwas größer als die erste Querschnittsfläche 52a ist. Wiederum weist die erste Querschnittsfläche 52a einen Durchmesser auf, der im wesentlichen gleich zu dem Durchmesser des Spinalstabs 14 ist. Wenn sich der Spinalstab 14 biegen muss, um enger der Krümmung der Wirbelsäule angepasst zu sein, stellt die zweite Querschnittsfläche 52b einen ausreichenden Platz bereit, damit sich der Spinalstab 14 deformieren und innerhalb der Öffnung 52 verbiegen kann. Es sei darauf hingewiesen, dass die zweite Querschnittsfläche 52b nicht notwendigerweise in dem Klemmabschnitt des zweiten Moduls 22b enthalten sein muss, außer, wenn der obere Abschnitt 32 des Knochenankers 16 sich ebenfalls innerhalb der Öffnung 52 verbiegen muss.
In einer alternativen Ausführungsform des Klemmabschnitts 50 des ersten und zweiten Moduls 22a, 22b ist der Schlitz 56 verbreitert auf ungefähr die Breite der ersten Querschnittsfläche 52a der Öffnung 52. Somit kann der Klemmabschnitt 50 eine offene U-förmige Ausnehmung definieren. In dieser Ausführungsform könnten der Spinalstab 14 und der obere Abschnitt 32 des Knochenankers 16 von oben in den Klemmnabschnitt 50 der Module 22a, 22b geladen werden. Die Seitenwände 58a, 58b würden somit ein Paar von Ergreifungszacken bilden, die dann, wenn sie auf eme Temperatur über dem Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials erwärmt werden, sich um einen Abschnitt des Spinalstabs 14 oder des oberen Abschnitts 32 des Knochenankers 16 kontrahieren bzw. zusammenziehen würden. Eine relative Bewegung zwischen der Verbindungsvorrichtung 20 und dem Spinalstab 14 und dem Knochenanker 16 würde somit beschränkt werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 20 könnte der Verbinderabschnitt 40 des ersten und zweiten Moduls 22a, 22b eine kreisförmige Nut definieren, die allgemein um die longitudinale Achse L positioniert und bemessen ist, um Flansche 42a, 42b des gegenüberliegenden Moduls darin aufzunehmen. Anstelle einer Positionierung von Kompressionselementen 24a, 24b um die Flansche 42a, 42b der Module 22a, 22b herum, könnten Kompressionselemente 24a, 24b alternativ zwischen Flanschen 42a, 42b der Module 22a, 22b positioniert werden. In dieser alternativen Ausführungsform würden Kompressionselemente 24a, 24b eine erste Konfiguration aufweisen, bei der deren äußerer Durchmesser eine Größe aufweisen würde, die geringfügig klemer als der innere Durchmesser D₃ der Flansche 42a, 42b ist, wenn das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit-Zustand ist. Während die Kompressionselemente 24a, 24b in dieser ersten Konfiguration gehalten werden, würden somit die ersten und zweiten Module 22a, 22b in die Lage versetzt, sich relativ zueinander teleskopisch zu bewegen und zu drehen. Sobald das Modul 22a an einer gewünschten axialen und rotationsmäßigen Position relativ zu dem zweiten Modul 22b positioniert ist, können die Kompressionselemente 24a, 24b erwärmt werden. Wenn die Temperatur über dem Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials ansteigt, wird sich das Formgedächtnismaterial von seinem Martensit-Zustand auf seinen Austenit-Zustand verschieben. In dem Austenit-Zustand werden die Kompressionselemente 24a, 24b in eine zweite Konfiguration umgeformt, in der ihr äußerer Durchmesser auf eine vorprogrammierte Größe erhöht ist, die geringfügig größer als der innere Durchmesser D₃ der Flansche 42a, 42b ist. Wenn die Kompressionselemente 24a, 24b in ihre zweite Konfiguration bei einer Temperatur über den Transformationstemperaturbereich heraus umgeformt sind, werden sich die Kompressionselemente 24a, 24b ausdehnen und fest an die inneren Oberflächen 63a, 63b der Flansche 42a, 42b drücken. Die Flansche 42a, 42b werden entsprechend eng an die äußere Oberfläche der kreisförmigen Nut drücken, die in dem Verbinderabschnitt 40 des gegenüberliegenden Moduls definiert ist. Somit wird dem ersten Modul 22a und dem zweiten Modul 22b nicht mehr ermöglicht, sich entlang der Achse L frei zu bewegen und sich um die Achse L relativ zueinander frei zu drehen. In dieser alternativen Ausführungsform könnte die Verbindungsvorrichtung 20 auch konfiguriert sein, um die ersten und zweiten Module 22a, 22b in einer teleskopischen Beziehung vorübergehend zu halten, ähnlich zu der teleskopischen Beziehung, die voranstehend beschrieben wurde. Jedoch müssen die Lippen 64a, 64b entsprechend repositioniert werden, um sich von den Flanschen 42a, 42b nach außen zu erstrecken. In ähnlicher Weise muss die ringförmige Schulter 62 durch die äußere Oberfläche der kreisförmigen Nut, die in dem Verbinderabschnitt 40 definiert ist, definiert werden.
Um die Konstruktion der Verbindungsvorrichtung 20 besser zu illustrieren, werden nachstehend die Abmessungen einer hergestellten Ausführungsform aufgelistet. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Dimensionen jedoch beispielhaft sind und nicht beabsichtigt ist, dass sie den nachgesuchten Schutzumfang begrenzen. Die Verwendung von anderen Dimensionen und Toleranzen als diejenigen, die aufgelistet sind, werden als innerhalb des Umfangs der Erfindung angesehen. Zur Vereinfachung wird nur auf das erste Modul 22a Bezug genommen. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass das erste und zweite Modul 22a, 22b im wesentlichen identische Konfigurationen aufweisen können oder unterschiedliche Konfigurationen aufweisen können.
Bezugnehmend auf die 5-7 definiert ein erstes Modul 22a eine longitudinale Achse L, um die es allgemein symmetrisch ist. Der Verbinderabschnitt 40 weist eine Gesamthöhe von ungefähr 10 mm auf, gemessen von der oberen Oberfläche des oberen Abschnitts 44 zu der unteren Oberfläche des unteren Abschnitts 48. Insbesondere weist der obere Abschnitt 44 eine Höhe von ungefähr 2,023 mm auf, der mittlere Abschnitt 46 weist eine Höhe von ungefähr 5,477 mm auf und der untere Abschnitt 48 weist eine Höhe von ungefähr 2,5 mm auf. Der Durchmesser D₁ des oberen Abschnitts 44 ist vorzugsweise ungefähr 9 mm und der Durchmesser D₂ des unteren Abschnitts 48 ist vorzugsweise ungefähr 14 mm. Der mittlere Abschnitt 46 weist einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner als der Durchmesser D₂ des unteren Abschnitts 48 ist, und ist vorzugsweise ungefähr 13 mm. Wie voranstehend beschrieben, erstrecken sich die Flansche 42a, 42b über einen Winkel α₁. Vorzugsweise beträgt der Winkel α₁ ungefähr 60°. Wie auch voranstehend beschrieben, sind die Flansche 42a, 42b voneinander durch einen Winkel α₂ getrennt. Vorzugsweise beträgt der Winkel α₂ ungefähr 120°. Der innere Durchmesser D₃, wie zwischen den inneren Oberflächen 63a, 63b gemessen, ist im wesentlichen gleich zu dem äußeren Durchmesser D₂ des unteren Abschnitts 48. Insbesondere beträgt der Durchmesser D₃ ungefähr 14 mm. Der äußere Durchmesser D₄, wie zwischen äußeren Oberflächen 65a, 65b gemessen, beträgt vorzugsweise ungefähr 16 mm. Deshalb beträgt die Dicke von jedem der Flansche 42a, 42b ungefähr 1 mm. Die sich nach innen erstreckenden Lippen 64a, 64b sind vorzugsweise auf einen Radius von 0,5 mm gerundet. Entsprechend definiert die ringförmige Schulter 62 vorzugsweise einen gerundeten Reif von ungefähr 0,5 mm. Die Gesamtlänge des Moduls 22a, wie zwischen der oberen Oberfläche des oberen Abschnitts 44 und dem unteren Ende der Flansche 42a, 42b gemessen, ist ungefähr 20 min. Die Mittellinie der Öffnung 52, die die erste Querschnittsfläche 52a und die zweite Querschnittsfläche 52b einschließt, ist ungefähr 4,74 min von der unteren Oberfläche des unteren Abschnitts 48 angeordnet. Die erste Querschnittsfläche 52a weist vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 6,477 mm auf und die zweite Querschnittsfläche 52b weist vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 6,985 mm auf. Die zweite Querschnittsfläche 52b ist allgemein entlang der Achse L zentriert und weist eine Gesamtlänge von ungefähr 8 mm auf.
Bezugnehmend auf 3 weisen die Kompressionselemente 24a, 24b einen inneren Durchmesser D₅ auf, wenn sie sich auf einer Temperatur unterhalb des Transformationstemperaturbereichs (d.h. wenn das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit-Zustand ist) befinden. In diesem Zustand ist der innere Durchmesser D₅ geringfügig größer als der äußere Durchmesser D₄ der Flansche 42a, 42b, und ist vorzugsweise ungefähr 16,5 mm. Wenn die Kompressionselemente 24a, 24b auf eine Temperatur über dem Transformationstemperaturbereich angehoben werden (d.h. wenn das Formgedächtnismaterial in seinem Austenit-Zustand ist), wird der innere Durchmesser D₅ verringert, so dass die innere Oberfläche 70 an den Flanschen 42a, 42b anliegen und die Flansche 42a, 42b fest gegen den Verbinderabschnitt 40 des gegenüberliegenden Moduls komprimieren können. Der äußere Durchmesser der Kompressionselemente 24a, 24b ist vorzugsweise ungefähr 18 mm. Die Dicke der Kompressionselemente 24a, 24b ist vorzugsweise ungefähr 3 mm.
Die Verriegelungselemente 26a, 26b weisen einen inneren Durchmesser D₆ auf, wenn sie sich auf einer Temperatur unterhalb des Transformationstemperaturbereichs befinden. In diesem Zustand ist der innere Durchmesser D5 geringfügig größer als der äußere Durchmesser D₁ des oberen Abschnitts 44 des Verbinderabschnitts 40 und ist vorzugsweise ungefähr 9,5 mm. Wenn die Verriegelungselemente 26a, 26b auf eine Temperatur oberhalb des Transformationstemperaturbereichs angehoben werden, wird der innere Durchmesser D₅ verringert, so dass die innere Oberfläche 80 an dem oberen Abschnitt 44 anliegen und die Seitenwände 58a, 58b an den entsprechenden Spinalstab 14 oder das Knochenanker 16 eng andrücken kann. Der äußere Durchmesser der Verriegelungselemente 26a, 26b ist vorzugsweise gleich zu oder geringfügig kleiner als der Durchmesser des mittleren Abschnitts 46 und ist vorzugsweise ungefähr 13 mm. Die Dicke der Verriegelungselemente 26a, 26b ist vorzugsweise geringfügig kleiner als oder gleich zu der Höhe des oberen Abschnitts 44 und ist ungefähr vorzugsweise 2 min. Wie voranstehend erwähnt, werden Veränderungen in diesen Entwurfsparametern, die einem Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet nahe liegen werden, als innerhalb des Umfangs der Erfindung angesehen und es ist deshalb nicht beabsichtigt, dass sie den Schutzumfang begrenzen.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das System 100 so vorgesehen, wie in den 8–10 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist ein Knochenanker 16 mit einem Spinalstab 14 mit Hilfe einer Verbindungsvorrichtung 20' verbunden. Die Verbindungsvorrichtung 20' umfasst erste und zweite Module 22a', 22b'. Im Gegensatz zu der Verbindungsvorrichtung 20 umfasst jedoch die Verbindungsvorrichtung 20' keme Kompressionselemente 24a, 24b oder Verriegelungselemente 26a, 26b. Das erste und das zweite Modul 22a', 22b' sind dimensionsmäßig identisch zu den ersten und zweiten Modulen 22a, 22b konfiguriert. Deshalb wird auf gleiche strukturelle Elemente, die voranstehend in den 5–7 bezeichnet und voranstehend ausführlich diskutiert wurden, Bezug genommen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die ersten und zweiten Module 22a', 22b' Konfigurationen annehmen können, die sich von denjenigen der Module 22a, 22b unterscheiden.
Die ersten und die zweiten Module 22a', 22b' sind so dargestellt, dass sie im wesentlichen identisch wie die ersten und zweiten Module 22a, 22b zusammengebaut sind, wie in 2 dargestellt und voranstehend ausführlich diskutiert. Insbesondere wird die Verbindungsvorrichtung 20' dadurch zusammengebaut, dass Flansche 42a, 42b des ersten Moduls 22a' angrenzend zu dem Verbinderabschnitt 40 des zweiten Moduls 22b' und diesen überlappend positioniert werden und entsprechend Flansche 42a, 42b des zweiten Moduls 22b' angrenzend zu dem Verbinderabschnitt 40 des ersten Moduls 22a' und diesen überlappend positioniert werden. Somit werden die Module 22a' und 22b', ähnlich wie die Module 22a und 22b, in die Lage versetzt, sich in einer teleskopischen Beziehung relativ zueinander allgemein der longitudinalen Achse L zu bewegen, und werden vorübergehend in dieser teleskopischen Beziehung mit Hilfe der Zusammenwirkung zwischen den Lippen 64a, 64b und der ringförmigen Schulter 62 gehalten. Genauso wird den Modulen 22a' und 22b' ermöglicht, sich relativ zueinander allgemein um die Achse L zu drehen.
Anstelle einer Verwendung von Kompressionselementen 24a, 24b zum Begrenzen einer Bewegung des ersten Moduls 22a' relativ zu dem zweiten Modul 22b', wird ein Abschnitt von jedem Paar von Flanschen 42a, 42b aus einem Formgedächtnismaterial gebildet. Insbesondere wird wenigstens einer der Flansche 42a, 42b wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet, beispielsweise aus Nitinol^®.
Bezugnehmend nun auf 9 ist dort eine erste Betriebskonfiguration der Verbindungsvorrichtung 20' dargestellt. Die Flansche 42a, 42b der ersten und zweiten Module 24a', 24b' weisen eine erste Konfiguration auf, bei der der innere Durchmesser D₃ im wesentlichen gleich zu dem äußeren Durchmesser D₂ des unteren Abschnitts 48 ist, wenn das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit-Zustand ist (d.h. auf emer Temperatur unterhalb des Transformationstemperaturbereichs). Es sei darauf hingewiesen, dass für Illustrationszwecke 9 einen übertriebenen Grad eines Freiraums zwischen den Flanschen 42a, 42b und dem unteren Abschnitt 48 darstellt. Idealerweise wird das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit-Zustand bei Raumtemperatur oder etwas unterhalb der Raumtemperatur bleiben. Während die Flansche 42a, 42b somit in ihrer ersten Konfiguration gehalten werden, wird den ersten und zweiten Modulen 22a' und 22b' ermöglicht, sich entlang der Achse L teleskopisch zu bewegen und sich um die Achse L relativ zueinander zu drehen.
Bezugnehmend auf 10 ist eine zweite Betriebskonfiguration der Verbmdungsvorrichtung 20' gezeigt. Sobald die ersten und zweiten Module 22a', 22b' an einer gewünschten axialen und rotationsmäßigen Position relativ zueinander positioniert werden, wird jedes Paar von Flanschen 42a, 42b aufgewärmt. Wenn die Temperatur über den Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials hinaus ansteigt, verschiebt sich das Formgedächtnismaterial von seinem Martensit-Zustand auf seinen Austenit-Zustand. In dem Austenit-Zustand wird jedes Paar von Flanschen 42a, 42b in eine zweite Konfiguration umgeformt, bei der der innere Durchmesser D₃ verringert ist. Wenn die Flansche 42a, 42b in ihre zweite Konfiguration bei emer Temperatur über dem Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials umgeformt werden, werden sich somit die Flansche 42a, 42b um einen unteren Abschnitt 48 des gegenüberliegenden Moduls zusammenziehen. In dieser zweiten Konfiguration werden die Flansche 42a, 42b fest an den unteren Abschnitt 48 des Verbinderabschnitts 40 komprimiert, wodurch eine Bewegung des ersten Moduls 22a' relativ zu dem zweiten Modul 22b' beschränkt wird. Demzufolge wird den ersten und zweiten Modulen 22a', 22b' nicht mehr ermöglicht, sich entlang der Achse L frei zu bewegen und sich um die Achse L relativ zueinander frei zu drehen.
Ähnlich wie die Verbindungsvorrichtung 20 kann die Verbindungsvorrichtung 20' eine alternative Ausführungsform aufweisen, bei der der Verbinderabschnitt 40 der ersten und zweiten Module 22a', 22b' eine kreisförmige Nut definiert, die allgemein um die Achse L positioniert und bemessen ist, um die Flansche 42a, 42b des gegenüberliegenden Moduls darin aufzunehmen. Die Flansche 42a, 42b der ersten und zweiten Module 24a', 24b' weisen eine erste Konfiguration auf, bei der der äußere Durchmesser D₄ so bemessen sein würde, dass er geringfügig kleiner als der äußere Durchmesser der kreisförmigen Nut ist, die in dem Verbinderabschnitt 40 des gegenüberliegenden Moduls definiert ist, wenn das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit-Zustand ist. Während sie in dieser ersten Konfiguration sind, würde den ersten und zweiten Modulen 22a', 22b' ermöglicht werden, sich teleskopisch zu bewegen und relativ zueinander zu drehen. Wenn die Temperatur über den Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials hinaus ansteigt, wird sich das Formgedächtnismaterial von seinem Martensit-Zustand auf seinen Austenit-Zustand bewegen. In dem Austenit-Zustand würde jedes Paar von Flanschen 42a, 42b in eine zweite Konfiguration umgeformt werden, bei der der äußere Durchmesser D₄ vergrößert ist. Wenn die Flansche 42a, 42b in ihre zweite Konfiguration umgeformt sind, werden sie sich somit ausdehnen und sich eng an die äußere Oberfläche der kreisförmigen Nut komprimieren, die in dem Verbinderabschnitt des gegenüberliegenden Moduls gebildet ist. Deshalb wird dem ersten Modul 22a' und dem zweiten Modul 22b' nicht mehr ermöglicht, sich entlang der Achse L frei zu bewegen und sich um die Achse L relativ zueinander frei zu drehen. In dieser alternativen Ausführungsform müssen die Lippen 64a, 64b neu positioniert werden, so dass sie sich von den Flanschen 42a, 42b nach außen erstrecken, und die ringförmige Schulter 62 muss durch die äußere Oberfläche der kreisförmigen Nut definiert werden, die in dem Verbinderabschnitt 40 definiert ist.
Zurückkehrend zur 8 ist ein Abschnitt von jedem der Klemmabschnitte 50 wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet, anstelle dass ein Verriegelungselement 26a zum Begrenzen einer Bewegung des ersten Moduls 22a' relativ zu dem Spinalstab 14 und ein Verriegelungselement 26b zum Begrenzen einer Bewegung des zweiten Moduls 22b' relativ zu dem Knochenanker 16 verwendet wird. Insbesondere ist wenigstens eine der Seitenwände 58a, 58b wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet, beispielsweise Nitinol^®.
Bezugnehmend wiederum auf 9 zeigt die Betriebskonfiguration der Verbindungsvorrichtung 20' den Klemmabschnitt 50 der ersten und zweiten Module 22a', 22b', wie er eine erste Konfiguration aufweist. Diese erste Konfiguration zeigt die Öffnung 52 mit einem Durchmesser, der geringfügig größer als der äußere Durchmesser des Spinalstabs 14 und des oberen Abschnitts 32 des Knochenankers 16 ist, wenn das Formgedächtnismaterial in seinem Martensit-Zustand ist. Während der Klemmabschnitt 50 dieser ersten Konfiguration gehalten wird, wird somit dem ersten Modul 22a' ermöglicht, entlang der des Spinalstabs 14 zu gleiten und sich um den Spinalstab 14 herum zu verschwenken. Entsprechend wird dem zweiten Modul 22b' ermöglicht, sich entlang der Länge des oberen Abschnitts 32 des Knochenankers 16 zu verschieben und sich um diesen oberen Abschnitt 32 zu verschwenken.
Sobald die ersten und zweiten Module 22a', 22b' jeweils an einer gewünschten axialen und verschwenkbaren Position relativ zu dem Spinalstab 14 und dem Knochenanker 16 positioniert sind, bezugnehmend wiederum auf 10, wird der Klemmabschnitt 50 der Module 22a', 22b' aufgewärmt. Wenn die Temperatur des Klemmabschnitts 50 über den Transformationstemperaturbereich des Formgedächtnismaterials angehoben ist, verschiebt sich das Formgedächtnismaterial von seinem Martensit-Zustand auf seinen Austenit-Zustand. In dem Austenit-Zustand wird der Klemmabschnitt 50 in eine zweite Konfiguration umgeformt, bei der der Durchmesser der Öffnung 52 und insbesondere die Querschnittsfläche 52a verkleinert ist. Wenn der Klemmabschnitt 50 der Module 22a', 22b' in seine zweite Konfiguration umgeformt ist, wird er somit jeweils sich um den Spinalstab 14 und um den oberen Abschnitt 32 des Knochenankers 16 zusammenziehen. In dieser zweiten Konfiguration drücken die Seitenwände 58a, 58b fest an den Spinalstab 14 und den oberen Abschnitt 32 des Knochenankers 16, wodurch eine Bewegung des ersten Moduls 22a' relativ zu dem Spinalstab 14 und des zweiten Moduls 22b' relativ zu dem Knochenanker 16 begrenzt wird. Demzufolge wird den ersten und zweiten Modulen 22a', 22b' nicht mehr ermöglicht, sich entlang der Länge des Spinalstabs 14 oder des oberen Abschnitts 32 des Knochenankers 16 frei zu verschieben oder darum zu verschwenken.
In einer alternativen Ausführungsform des Klemmabschnitts 50 der ersten und zweiten Module 22a', 22b' ist der Schlitz 56 aufgeweitet auf ungefähr die Breite der ersten Querschnittsfläche 52a der Öffnung 52. Somit würde der Klemmabschnitt 50 eine offene U-förmige Ausnehmung definieren. In dieser Ausführungsform könnte der Spinalstab 14 und der obere Abschnitt 32 des Knochenankers 16 in den Klemmabschnit 50 der Module 22a', 22b' von oben geladen werden. Die Seitenwände 58a, 58b würden somit ein Paar von Ergreifungszacken bilden, die dann, wenn sie auf eine Temperatur oberhalb des Transformationstemperaturbereichs des Formgedächtnismaterials erwärmt werden, sich um einen Abschnitt des Spmalstabs 14 oder einen oberen Abschnitt 32 des Knochenankers 16 zusammenziehen würden. Eine relative Bewegung zwischen der Verbindungsvorrichtung 20' und dem Spinalstab 14 und dem Knochenanker 16 würde somit begrenzt werden.
Während die bevorzugten Ausführungsformen des Systems 10 und des Systems 100 ein Verbinden des Spinalstabs 14 mit dem Knochenanker 16 in Erwägung ziehen, können die Verbindungsvorrichtung 20 und die Verbindungsvorrichtung 20' alternativ zum Beispiel verwendet werden, um andere Elemente mit verschiedenen Konfigurationen zu verbinden. Zum Beispiel könnte die Verbindungsvorrichtung 20, 20' verwendet werden, um den Spinalstab 14 mit einem transversalen Stab zu verbinden, der wiederumn mit einem anderen Spinalstab 14 verbunden sein kann, der auf der gegenüberliegenden Seite der Wirbelsäule l2 positioniert ist. Während die bevorzugten Ausführungsformen ein Verbinden eines Spinalstabs mit einem Knochenanker in Erwägung ziehen, beispielsweise dem Knochenanker 16, werden zusätzlich auch andere Knochenangreif-Befestigungselemente in Erwägung gezogen. Zum Beispiel könnte die Verbindungsvorrichtung 20, 20' verwendet werden, um einen Spinalstab mit einem Wirbelhaken oder Knochenbolzen zu verbinden. Ferner können die Komponenten der Systeme 10, 100 entsprechend je Übereinstimmung mit dem Abschnitt eines Rückgrats bemessen sein, in dem der bestimmte Auf verwendet werden soll. Zum Beispiel kann eine Behandlung des Lumbar-Bereichs des Rückgrats Komponenten erfordern, die etwas größer als Komponenten bemessen sind, die zum Behandeln der Thorax- und Zervikal-Bereiche des Rückgrats verwendet werden.

Claims

Verbindungsvorrichtung, umfassend: ein erstes Modul (22a) mit einem ersten Verbinderabschnitt (40) und einem ersten Flansch (42a), der sich davon erstreckt, wobei der erste Verbinderabschnitt (40) für eine Verbindung mit einem ersten Element ausgelegt ist; ein zweites Modul (22b) mit einem zweiten Verbinderabschnitt (40) und einem zweiten Flansch (42a), der sich davon erstreckt, wobei der zweite Verbinderabschnitt (40) für eine Verbindung mit einem zweiten Element ausgelegt ist; wobei der erste Flansch (42a) angrenzend zu einem Abschnitt des zweiten Verbinderabschnitts (40) und diesen überlappend angeordnet ist, wobei der zweite Flansch (42a) angrenzend zu einem Abschnitt des ersten Verbinderabschnitts (40) und diesen überlappend angeordnet ist; ein erstes Kompressionselement (24a), welches wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, wobei das erste Kompressionselement (24a) angrenzend zu dem ersten und zweiten Flansch (42a) angeordnet ist; und wobei das erste Kompressionselement (24a) eine erste Konfiguration bei einer Temperatur und eine zweite Konfiguration bei einer unterschiedlichen Temperatur aufweist, wobei die erste Konfiguration eine Bewegung des ersten Moduls (22a) relativ zu dem zweiten Modul (22b) erlaubt, wobei die zweite Konfiguration eme Bewegung des ersten Moduls (22a) relativ zu dem zweiten Modul (22b) begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Kompressionselement (24a) an wenigstens einem Abschnitt sowohl des ersten als auch des zweiten Flanschs (42a) angeordnet ist und an den ersten und zweiten Flanschen (42a) angreift und die ersten und zweiten Flansche (42a) jeweils gegen die zweiten und ersten Verbinderabschnitte (40) komprimiert, wenn das erste Kompressionselement (24a) in der zweiten Konfiguration ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Modul (22a) einen dritten Flansch (42b), der sich davon erstreckt, an einem Ort allgemein gegenüberliegend zu dem ersten Flansch (42a) aufweist, wobei der erste und dritte Flansch (42a, 42b) ein erstes Paar von Flanschen definieren, wobei das zweite Modul (22b) einen vierten Flansch (42b), der sich davon erstreckt, an einem Ort allgemein gegenüberliegend zu dem zweiten Flansch (42a) aufweist, wobei der zweite und vierte Flansch (42a, 42b) ein zweites Paar von Flanschen definieren.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Verbinderabschnitt (40) teleskopisch zwischen den Flanschen (42a, 42b) des zweiten Paars angeordnet ist, wobei der zweite Verbinderabschnitt (40) teleskopisch zwischen den Flanschen (42a, 42b) des ersten Paars angeordnet ist, und wobei den ersten und zweiten Modulen (22a, 22b) erlaubt wird sich in einer teleskopischen Beziehung relativ zueinander zu bewegen, wenn das erste Kompressionselement (24a) in der ersten Konfiguration ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei wenigstens ein Flansch (42a) des ersten und zweiten Paars von Flanschen eine sich nach innen erstreckende Lippe (64a) definiert, und wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Verbinderabschnitte (40), die zwischen den Flanschen (42a, 42b) des wenigstens einen der ersten und zweiten Paare von Flanschen eme äußere Oberfläche aufweist, die eine Schulter (62) definiert, wobei die Lippe (64a) mit der Schulter (62) zusammenarbeitet, um vorläufig die ersten und zweiten Module (22a, 22b) in der teleskopischen Beziehung zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei beide Flansche (42a, 42b) des wenigstens einen der ersten und zweiten Paare von Flanschen die Lippe (64a) definieren, und wobei die Schulter (62) kontinuierlich an der äußeren Oberfläche definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Flansche (42a, 42b) des ersten Paars zwischen den Flanschen (42a, 42b) des zweiten Paars angeordnet sind, und wobei den ersten und zweiten Modulen (22a, 22b) erlaubt wird sich relativ zueinander zu drehen, wenn das erste Kompressionselement (24a) in der ersten Konfiguration ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Kompressionselement (24a) ein Ring ist, der eine innere ringförmige Oberfläche (70) definiert, wobei die ersten und zweiten Flansche (42a, 42b) jeweils eine gerundete äußere Oberfläche (65a, 65b) definieren, die allgemein der inneren ringförmigen Oberfläche (70) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweites Kompressionselement (24b), welches wenigstens teilweise aus dem Fonngedächtnismaterial gebildet ist, wobei das zweite Kompressionselement (24b) an wenigstens einem Abschnitt sowohl des ersten als auch des zweiten Flanschs (42a) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Verriegelungselement (26a), welches wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, und wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Verbinderabschnitte (40) einen Klemmabschnitt (50) einschließt, der zu einem der ersten und zweiten Elemente gehört, wobei das Verriegelungselement (26a) an wenigstens einem Abschnitt des Klemmabschnitts (50) angeordnet ist, wobei das Verriegelungselement (26a) eine Bewegung des Klemmabschnitts (50) relative zu einem der ersten und zweiten Elemente erlaubt, wenn es sich auf einer Temperatur des Verriegelungselements (26a) befindet, wobei das Verriegelungselement (26a) sich an den Klemmabschnitt (50) kontrahiert, wenn es sich auf einer unterschiedlichen Temperatur des Verriegelungselements (26a) befindet, um eine Bewegung des Klemmabschnitts (50) relativ zu dem einen der ersten und zweiten Elemente zu begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Verriegelungselement (26a) ein Ring ist, der eme innere ringförmige Oberfläche (80) definiert, wobei der Klemmabschnitt (50) eine gerundete äußere Oberfläche definiert, die allgemein der inneren kreisförmigen Oberfläche (80) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Formgedächtnismaterial des ersten Kompressionselements (24a) und das Formgedächtnismaterial des Verriegelungselements (26a) die gleiche Zusammensetzung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Klemmabschnit (50) eine Öffnung (52), die sich dadurch erstreckt, definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Klemmabschnitt (50) ferner einen Schlitz (56), der die Öffnung (52) schneidet, definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Öffnung (52) bemessen ist, um einen Stab (14) aufzunehmen, wobei der Klemmabschnitt (50) konfiguriert ist, um dem Stab (14) zu erlauben sich innerhalb der Öffnung (52) zu biegen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das erste Element einen ersten Teil einer Wirbelsäule umfasst und das zweite Element einen zweiten Teil der Wirbelsäule umfasst, und wobei die Verbindungsvorrichtung Teil eines Spinalfixierungssystems ist, wobei der erste Verbinderabschnitt (40) einen ersten des Klemmabschnitts (50) einschließt, wobei die Öffnung (52) in dem ersten Klemmabschnit (50) bemessen ist, um einen Spinalstab (14) aufzunehmen, wobei der Spinalstab (14) konfiguriert ist, um mit dem ersten Teil der Wirbelsäule verbunden zu sein, wobei der zweite Verbinderabschnitt (40) einen zweiten des Klemmabschnitts (50) einschließt, wobei die Öffnung (52) in dem zweiten Klemmabschnitt (50) bemessen ist, um einen Knochenanker (16) aufzunehmen, wobei der Knochenanker (16) konfiguriert ist, um den zweiten Teil der Wirbelsäule aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Element ein Spinalstab (14) ist und das zweite Element ein Knochenanker (16) ist.
Verbindungsvorrichtung, umfassend: ein erstes Modul (22a') mit einem ersten Verbinderabschnitt (40) und einem ersten Paar von Flanschen (42a, 42b), die sich davon erstrecken, wobei der erste Verbinderabschnitt (40) für eine Verbindung mit einem ersten Element ausgelegt ist; ein zweites Modul (22b') mit einem zweiten Verbinderabschnitt (40) und einem zweiten Paar von Flanschen (42a, 42b), die sich davon erstrecken, wobei der zweite Verbinderabschnitt (40) für eine Verbindung mit einem zweiten Element ausgelegt ist; wobei wenigstens ein Flansch des ersten Paars von Flanschen (42a, 42b) wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, wobei das erste Paar von Flanschen (42a, 42b) angrenzend zu einem Abschnitt des zweiten Verbinderabschnitts (40) und diesen überlappend angeordnet ist; wobei wenigstens ein Flansch des zweiten Paars von Flanschen (42a, 42b) wenigstens teilweise aus einem Fonngedächtnismaterial gebildet ist, wobei das zweite Paar von Flanschen (42a, 42b) angrenzend zu einem Abschnitt des ersten Verbinderabschnitts (40) und diesen überlappend angeordnet ist; und wobei die ersten und zweiten Paare von Flanschen eine erste Konfiguration bei einer Temperatur und eine zweite Konfiguration bei einer unterschiedlichen Temperatur aufweisen, wobei die erste Konfiguration eine Bewegung des ersten Moduls (22a') relativ zu dem zweiten Modul (22b') erlaubt, wobei die zweite Konfiguration eine Bewegung des ersten Moduls (22a') relativ zu dem zweiten Modul (22b') begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die ersten und zweiten Paare von Flanschen (42a, 42b) jeweils gegen die zweiten und ersten Verbinderabschnitte (40) komprimieren, wenn die ersten und zweiten Paare von Flanschen (42a, 42b) in der zweite Konfiguration sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei wenigstens ein Flansch (42a) des ersten und zweiten Paars von Flanschen eine sich nach innen erstreckende Lippe (64a) definiert, und wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Verbinderabschnitte (40), die zwischen den Flanschen (42a, 42b) des wenigstens einen der ersten und zweiten Paare von Flanschen angeordnet sind, eine äußere Oberfläche aufweist, die eine Schulter (62) definiert, wobei die Lippe (64a) mit der Schulter (62) zusammenarbeitet, um vorläufig die ersten und zweiten Module (22a', 22b') in einer teleskopischen Beziehung zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei beide Flansche (42a, 42b) des wenigstens einen des ersten und zweiten Paars von Flanschen die Lippe (64a, 64b) definieren, und wobei die Schulter (62) kontinuierlich an der äußeren Oberfläche definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei beide Flansche (42a, 42b) des ersten Paars zwischen den Flanschen (42a, 42b) des zweiten Paars angeordnet sind, und wobei den ersten und zweiten Module (22a', 22b') erlaubt wird sich relativ zueinander zu drehen, wenn die ersten und zweiten Paare von Flanschen (42a, 42b) in der ersten Konfiguration sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Verbinderabschnitte (40) eine Klemmabschnitt (50) einschließt, der zu einem der ersten und zweiten Elemente gehört, wobei der Klemmabschnitt (50) wenigstens teilweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, wobei der Klemmabschnitt (50) eine Bewegung des Klemmabschnitt (50) relativ zu dem einen der ersten und zweiten Elemente erlaubt, wenn er sich auf einer Temperatur befindet, wobei der Klemmabschnitt (50) sich nach innen kontrahiert, wenn der sich auf einer unterschiedlichen Temperatur befindet, um eine Bewegung des Klemmabschnitts (50) relativ zu dem einen der ersten und zweiten Elemente zu begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das Formgedächtnismaterial der Flansche (42a, 42b) und das Formgedächtnismaterial des Klemmabschnitts (50) die gleiche Zusammensetzung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der Klemmabschnitt (50) eine Öffnung (52), die sich dadurch erstreckt, definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Klemmabschnitt (50) ein Paar von allgemein gegenüberliegenden Seitenwänden (58a, 58b) einschließt, wobei die Seitenwände (58a, 58b) die Öffnung (52) definieren, wobei die Öffnung (52) eine C-förmige Ausnehmung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das erste Element einen ersten Teil einer Wirbelsäule umfasst und das zweite Element einen zweiten Teil der Wirbelsäule umfasst, und wobei die Verbindungsvorrichtung Teil eines Spinalfixierungssystems ist, wobei der erste Verbinderabschnitt (40) einen ersten des Klemmabschnitts (50) einschließt, wobei die Öffnung (52) in dem ersten Klemmabschnit (50) bemessen ist, um einen Spinalstab (14) aufzunehmen, wobei der Spinalstab (14) konfiguriert ist, um mit dem ersten Teil der Wirbelsäule verbunden zu sein, wobei der zweite Verbinderabschnitt (40) einen zweiten des Klemmabschnitts (50) einschließt, wobei die Öffnung (52) in dem zweiten Klemmabschnitt (50) bemessen ist, um einen Knochenanker (16) aufzunehmen, wobei der Knochenanker (16) konfiguriert ist, um an dem zweiten Teil der Wirbelsäule anzugreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das erste Element ein Spinalstab (14) ist und das zweite Element ein Knochenanker (16) ist.