WO2004089257A1 - Zwischenwirbelimplantat - Google Patents

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WO2004089257A1
WO2004089257A1 PCT/CH2003/000247 CH0300247W WO2004089257A1 WO 2004089257 A1 WO2004089257 A1 WO 2004089257A1 CH 0300247 W CH0300247 W CH 0300247W WO 2004089257 A1 WO2004089257 A1 WO 2004089257A1
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WO
WIPO (PCT)
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intervertebral implant
fiber system
central axis
cover plates
fibers
Prior art date
Application number
PCT/CH2003/000247
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Baumgartner
Martin Wymann
Mario Gago Ho
Adrian Burri
Original Assignee
Mathys Medizinaltechnik Ag
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Publication date
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    • A61F2250/0028—Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof having different values of a given property or geometrical feature, e.g. mechanical property or material property, at different locations within the same prosthesis differing in fibre orientations
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    • A61F2310/00005—The prosthesis being constructed from a particular material
    • A61F2310/00011—Metals or alloys
    • A61F2310/00023—Titanium or titanium-based alloys, e.g. Ti-Ni alloys

Definitions

  • the invention relates to intervertebral implant, according to the preamble of patent claim 1.
  • a generic disc prosthesis is known from US 4,911, 718 LEE.
  • This known disc prosthesis consists of a central core, which is formed from a biocompatible elastomer to approximately correspond to the nucleus pulposus a natural disc, and from a arranged around the core multilayer laminate of bound in an elastomer fibers.
  • Each of the laminate layers has its own thread system, so that there are a plurality of fiber groups.
  • the individual layers have a different orientation of the fibers, wherein the angles of the fibers relative to the central axis of the intervertebral disc prosthesis in a range between ⁇ 20 ° and ⁇ 50 ° are preferably 0 °, + 45 ° and -45 °.
  • a hip endoprosthesis whose shaft consists of a tubular braid, i. a structure which consists of at least two mutually crossed series of fibers.
  • the interior of the tubular braid remains empty in this application as a femoral stem component.
  • the individual fibers in LEE only have a length from the lower to the upper cover plate, which corresponds to the mantle height or a diagonal of the projected lateral surface.
  • the forces occurring can thus be reduced only along these lengths due to shearing force transmission of the fiber to the elastomer. Places of increased stresses thus result in the stresses, ie at the fiber ends.
  • the prosthesis disclosed in WO 90/00374 KLAUE comprises a fiber system whose individual fibers are not fixed at both ends, and no deformable core. With axial compression of the prosthesis, therefore, the occurring axial compressive forces can not be transferred into tensile forces on the fibers.
  • a generic disc prosthesis which has an elastomeric sandwich structure with a fiber system.
  • a disadvantage of this known prosthesis is that the fibrous system connected to the cover plates is either not embedded in a sheath body or, in another embodiment, embedded in a multilayer laminate of an elastomer.
  • the invention aims to remedy this situation.
  • the invention has for its object to provide an intervertebral implant comprising a fiber system connected to the cover plates, whereby a middle part enclosing, consisting of a homogeneous material jacket body is reinforced.
  • the invention solves the problem with an intervertebral implant, which has the features of claim 1.
  • the fiber system can first be wound around the middle part and then can be poured into an elastic casing body forming elastomer, so that the middle part enclosing coat is easy to produce; - By attaching the elastic material to the fiber system after the winding, the anchoring of the fiber system in various ways, for example, on the mutually facing inner surfaces of the cover plates is possible;
  • the middle part allows movement of the two adjacent vertebral bodies in the event of compression, flexion or extension, lateral bending and torsion;
  • the instantaneous center of rotation or the current axes of rotation are not specified by the intervertebral implant itself, and these can be set according to the law of minimally occurring forces or moments;
  • the behavior of the intervertebral implant is adjustable so that the movements in response to different loads occurring behaves as in the natural disc;
  • the intervertebral implant certain movement restrictions can be set and that from a certain deformation, a boundary area occurs, where despite further increasing forces no deformation or moments occurring no further tilting of the implant.
  • the axial compression forces which occur during a load on the spinal column are transmitted to the central part via the two end plates.
  • This expansion of the middle part is restricted by the fiber system enclosing the middle part, and the occurring, radially directed compressive forces can be absorbed by the fiber system as a tensile force.
  • Another, disadvantageous bulging of the middle part can thus be set limits.
  • the entire fiber system is embedded in the elastic sheath body so that the fiber system need not necessarily be made of a biocompatible material.
  • the fiber system is only partially embedded in the elastic sheath body, wherein the fiber system has a radial thickness ⁇ with respect to the central axis and the elastic sheath body has a radial thickness d, and the ratio of ⁇ / dx 100% in a range between 80% and 350%.
  • the fiber system is movable relative to the elastic material of the sheath body
  • the fiber system is immovable relative to the elastic material of the sheath body.
  • the entire fiber system is anchored to the cover plates, so that larger tensile forces can be taken over by the fiber system and the intervertebral implant thereby receives a high torsional rigidity.
  • the sheath body receiving the fiber system is made of an elastic, biocompatible material, preferably an elastomer, in particular based on polyurethane (PUR). But it can also silicone rubber, polyethylene, polycarbonate urethane (PCU) or polyethylene terephthalate (PET) can be used.
  • PUR polyurethane
  • silicone rubber, polyethylene, polycarbonate urethane (PCU) or polyethylene terephthalate (PET) can be used.
  • the central part is at least partially filled with an incompressible medium, preferably a liquid.
  • the middle part comprises an incompressible liquid core and an elastic molded body arranged around it, wherein the liquid can be received, for example, in a cavity arranged in the molded body.
  • the anchoring of the fibers to the cover plates can be done, for example, in the following ways:
  • the fiber system is anchored to the cover plates so that when the tensile forces acting on the fibers no slippage of the fibers on the side surfaces is possible because the fibers can only absorb tensile forces; b) mechanically by wedge-shaped configuration of the grooves, so that the extending from cover plate to cover plate fibers are clamped in the grooves; and / or c) by gluing the fiber system to the cover plates.
  • inventive intervertebral implant comprises each cover plate at its periphery a side surface and distributed on the circumference, radially penetrating into the side surfaces grooves. The fibers belonging to the fiber system are guided through these grooves.
  • the middle part and the fiber system is positively connected to the cover plates.
  • the fiber system is guided over the outer surfaces of the two cover plates so that it encloses the middle part and the cover plates.
  • the fiber system is formed in the form of a knitted fabric, woven or knitted fabric.
  • channels for receiving the fiber system are embedded in the outer surfaces of the cover plates.
  • the central part is formed substantially hollow cylindrical, hollow prismatic or a shape of a body of revolution, an ellipsoid, a partial sphere or a barrel shape with the central axis coaxial rotation axis.
  • the fiber system can for example consist of UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) or PET (polyethylene terephthalate).
  • UHMWPE Ultra High Molecular Weight Polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • an end plate intended for bearing against the base plate or cover plate of the adjacent vertebral bodies is fastened to each cover plate, each of which has an outer surface arranged transversely to the central axis having macroscopic structuring.
  • the structuring can be realized, for example, in the form of teeth.
  • the macroscopic patterning allows primary stabilization of the intervertebral implant immediately after surgery.
  • the web is formed of first and second fibers, the first fibers enclosing an angle ⁇ with the central axis and the second fibers enclosing an angle ⁇ with the central axis.
  • the angles ⁇ and ß between 15 ° and 60 °.
  • first and second fibers are intertwined.
  • the elastic molded body has a cross-sectional area FF orthogonal to the central axis, while the central portion has a cross-sectional area FM orthogonal to the central axis and the ratio FF / FM of these two cross-sectional areas is between 30% and 65%.
  • the elastic molded body is enclosed by a semipermeable membrane, wherein preferably physiological saline solution is present in the interior of the elastic molded body.
  • the fiber system can be arranged with one or more layers, preferably two to six layers, with respect to the central axis. Furthermore, the fiber system can be wound on the elastic molded body. The winding on the elastic molded body can be done in two different directions, preferably in rotationally symmetrical arrangement.
  • a cover plate can be fastened to each cover plate, which is an outer, transversely to the central axis arranged surface having a macroscopic structuring, preferably in the form of teeth.
  • the fibers have a diameter in a range between 0.005 mm and 0.025 mm.
  • a yarn is produced from a plurality of fibers (roving), wherein, for example, 500-2000 fibers form a yarn with a cross-sectional area of 0.5 mm 2 to 2 mm 2 .
  • the fiber system has mutually crossed fiber sections
  • the one fiber sections are tensioned on one side and, when shearing, the fiber sections running tangentially to the shear direction absorb the forces.
  • Fig. 1 is a side view of an embodiment of the inventive intervertebral implant
  • FIG. 2 shows a plan view of the embodiment of the intervertebral implant according to the invention shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a side view of another embodiment of the inventive intervertebral implant
  • FIG. 4 shows a section through the embodiment of the inventive intervertebral implant shown in FIG. 3;
  • FIG. 5a is a perspective view of the fiber system of one embodiment of the inventive intervertebral implant
  • Fig. 5b is a plan view of the fiber system shown in Fig. 5a;
  • 6a is a perspective view of the fiber system of one embodiment of the inventive intervertebral implant
  • Fig. 6b is a plan view of the fiber system shown in Fig. 6a.
  • FIG. 7 shows a section through a further embodiment of the inventive intervertebral implant.
  • an embodiment of the inventive intervertebral implant 1 which comprises an upper cover plate 3 and a lower cover plate 4, each with an outwardly extending, transversely to the central axis 2 extending surface 7, 8 and peripherally each have a side surface 21, 22.
  • a central part 10 with a central cavity 11 and a jacket 12 is arranged, which comprises the fiber system 5.
  • an elastically deformable shaped body 9 with an incompressible core preferably a liquid core 13 is arranged in the central cavity 11. Due to the incompressibility of the liquid core 13, for example, in the case of a compression of the cover plates 3, 4 parallel to the longitudinal axis 2, the elastic molded body 9 and the jacket 12 with the fiber system 5 become radial, i. bulged transversely to the longitudinal axis 2, whereby the fibers 6 are subjected to train.
  • FIGS. 3 and 4 An embodiment of the intervertebral implant 1 according to the invention is shown in FIGS. 3 and 4, which comprises two cover plates 3, 4 arranged transversely to the central axis 2 and an elastically deformable central part 10 located therebetween.
  • the middle part 10 comprises a hollow cylindrical jacket 12 which is coaxial to the central axis 2 and a central cavity 11.
  • An elastic shaped body 9 with an incompressible core, preferably a liquid core 13, is arranged in the central cavity 11.
  • the molded body 9 is provided with a enclosed in the semipermeable membrane, while the sheath 12, which comprises the fiber system 5 and an elastic, traversed by the fiber system 5 jacket body 25 is made of a plastic.
  • the end plates 14; 15 are fixedly connected to the cover plates 3, 4 and have axially outwardly facing surfaces 16; 17, which can be brought to the end plates of two adjacent vertebral bodies to plant.
  • the fiber system 5 is anchored to the cover plates 3, 4 and integrated into the shell 12 and serves to absorb the forces on the central part 10 which are exerted on the intervertebral implant 1 by the vertebral bodies adjacent to the end plates 14, 15, ie torsional forces Twisting the vertebral bodies about the central axis 2 relative to each other or bending moments by lateral flexion and / or flexion / extension of the spine.
  • a compression force parallel to the central axis 2 is applied to the intervertebral implant 1 by the two end plates 14; 15 transmitted via the two cover plates 3, 4 on the central part 10, wherein in the sequence of elastic molded body 9 is trailed transverse to the central axis 2.
  • This expansion movement of the elastic molded body 9 is transferred to the jacket 12 with the fiber system 5 and limited by this. Since the fiber system 5 is anchored to the cover plates 3, 4, the compressive force acting transversely to the central axis 2 causes tensile forces on the fibers of the fiber system 5.
  • the fiber system 5 consists here of synthetic fibers, preferably of UHMWPE fibers (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) or made of PET (polyethylene terephthalate) and comprises a mesh of first and second fibers 6a, 6b which are intertwined with each other.
  • the first fibers 6a enclose an angle ⁇ and the second fibers 6b form an angle ⁇ with the central axis 2.
  • the angles ⁇ and ⁇ are the same and are between 15 ° and 60 °.
  • the fibers 6a, 6b are anchored to the cover plates 3, 4 by means of grooves 18 which are arranged parallel to the central axis 2 on the circumference of the cover plates 3, 4, so that the fibers 6a, 6b are passed through the grooves 18 and can extend over the surfaces 7 8 are guided in a channel 19 to the next groove 18.
  • the cover plates 3, 4 are made of a plastic, while the outer arranged end plates 14; 15 are made of titanium or a titanium alloy.
  • the outer end plates 14, 15 are either form or frictionally connected to the cover plates 3; In particular, they can be glued or welded together.
  • 5a and 5b show a fiber system 5 according to an embodiment of the intervertebral implant 1 according to the invention, where the fibers 6 extending over the end plates 3, 4 form tendons on the circular surfaces 7, 8 of the cover plates 3, 4.
  • 6a and 6b show a fiber system 5 according to an embodiment of the intervertebral implant 1 according to the invention, where the fibers 6 passing over the end plates 3, 4 intersect at the point of penetration of the central axis 2 and end plate 3, 4.
  • the fiber system 5 can be produced symmetrically with the aid of a winding technique to the central axis 2, wherein the intervertebral implant 1 can be clamped in the intersections between the central axis 2 and the cover plates 3, 4.
  • FIG. 7 Shown in FIG. 7 is an embodiment which differs from the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 only in that the sheath 12 arranged peripherally on the middle part 10 comprises an elastic sheath body 25 which is only partially crossed by the fiber system 5 and whose thickness d is smaller than the radial thickness ⁇ of the fiber system 5.

Abstract

Das Zwischenwirbelimplantat (1) mit einer Zentralachse (2) umfasst eine untere Deckplatte (3) und eine obere Deckplatte (4), welche je eine aussenstehende, quer zur Zentralachse (2) verlaufende Oberfläche (7; 8) aufweisen und ein zwischen den Deckplatten (3; 4) angeordnetes Mittelteil (10) mit einem Mantel (12), welcher ein Fasersystem (5) umfasst, wobei das Fasersystem (5) mit den Deckplatten (3; 4), verbunden ist und in einen Mantelkörper (25) aus einem homogenen Material eingebettet ist. Dieses Zwischenwirbelimplantat (1) kann analog zum anatomischen Aufbau der natürlichen Bandscheibe auftretende Kompressionskräfte auf seine Deckplatten (3, 4) als Zugkräfte auf die einzelnen Fasern seines Fasersystems (5) übertragen.

Description

Zwischenwirbelimplantat
Die Erfindung bezieht sich auf Zwischenwirbelimplantat, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemässe Bandscheibenprothese ist aus der US 4,911 ,718 LEE bekannt. Diese bekannte Bandscheibenprothese besteht aus einem zentralen Kern, welcher aus einem biokompatiblen Elastomer so geformt ist, dass er annähernd dem Nucleus pulposus einer natürlichen Bandscheibe entspricht, sowie aus einem um den Kern angeordneten mehrschichtigen Laminat aus in einem Elastomer gebundenen Fibern. Jede der Laminatschichten verfügt über ein eigenes Fadensystem, so dass eine Mehrzahl von Fiber-Gruppen vorliegt. Die einzelnen Schichten weisen eine verschiedene Orientierung der Fibern auf, wobei die Winkel der Fibern relativ zur Zentralachse der Bandscheibenprothese in einem Bereich zwischen ±20° und ±50° vorzugsweise 0°, +45° und -45° betragen.
Aus der WO90/00374 KLAUE ist im weiteren eine Hüftendoprothese bekannt, deren Schaft aus einem rohrförmigen Geflecht besteht, d.h. einem Gebilde, welches aus mindestens zwei gegeneinander gekreuzten Serien von Fasern besteht. Das Innere des rohrförmigen Geflechtes bleibt bei dieser Anwendung als Femurschaft-Komponente leer.
Bei der in der US 4,911 ,718 LEE offenbarten Prothese sind die einzelnen Fasern zwar im Laminat, welches aus einem Elastomer oder einer anderen Art von Kunststoff besteht, integriert, sind aber an ihren Enden nur an den Endplatten angeklebt, so dass sie den Kern nicht umschliessen und deshalb, bei einer radialen Ausdehnung des Kerns keine Zugkräfte aufnehmen können. Beim Ankleben der aus dem Matrix-Faserverbund ausgeschnittenen Seitenwände an die Endplatte ist eine Fixation der integrierten Faser selber an der Endplatte recht schwierig, bietet doch nur der Querschnitt der Faser eine Kontaktfläche für den chemischen Verbund. Speziell an diesen Verbindungsstellen der Fasern an die Endplatten treten deshalb erhöhte Spannungswerte auf. Im weiteren haben die einzelnen Fasern bei LEE nur eine Länge von der unteren zur oberen Deckplatte, was der Mantelhöhe oder einer Diagonalen der projizierten Mantelfläche entspricht. Die auftretenden Kräfte können somit nur entlang dieser Längen infolge Scherkraftübertragung der Faser an das Elastomer abgebaut werden. Orte erhöhter Spannungen resultieren so an den Einspannungen, also an den Faserenden.
Die in der WO 90/00374 KLAUE offenbarte Prothese umfasst ein Fasersystem, dessen einzelne Fasern nicht an beiden Enden fixiert sind, sowie keinen deformierbaren Kern. Bei einer axialen Kompression der Prothese lassen sich daher die auftretenden axialen Druckkräfte nicht in Zugkräfte auf die Fasern übertragen.
Aus der US-A 3,867,728 STUBSTAD ET AL. ist eine gattungsgemässe Bandscheibenprothese bekannt, weiche eine elastomere Sandwich-Struktur mit einem Fasersystem aufweist. Nachteilig bei dieser bekannten Prothese ist, dass das mit den Deckplatten verbundene Fasersystem entweder nicht in einen Mantelkörper eingebettet ist oder in einer anderen Ausführungsform in einem mehrschichtigen Laminat aus einem Elastomer eingebettet ist.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zwischenwirbelimplantat zu schaffen, welches ein mit den Deckplatten verbundenes Fasersystem umfasst, wodurch ein das Mittelteil umschliessender, aus einem homogenen Material bestehender Mantelkörper verstärkt wird.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Zwischenwirbelimplantat, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates
- das Fasersystem zuerst um das Mittelteil gewickelt werden kann und anschliessend in ein den elastischen Mantelkörper bildendes Elastomer eingegossen werden kann, so dass der das Mittelteil umschliessende Mantel einfach herstellbar ist; - durch das Anbringen des elastischen Materials um das Fasersystem nach dessen Wicklung die Verankerung des Fasersystemes auf verschiedene Arten, beispielsweise auch an den gegeneinander gerichteten, inneren Oberflächen der Deckplatten möglich ist;
- das Mittelteil eine Bewegung der beiden angrenzenden Wirbelkörper im Falle einer Kompression, einer Flexion respektive Extension, einer lateralen Biegung und einer Torsion zulässt;
- das momentane Rotationszentrum oder die momentanen Drehachsen nicht vom Zwischenwirbelimplantat selbst vorgegeben werden, und sich diese nach dem Gesetz der minimal auftretenden Kräfte oder Momente einstellen können;
- durch die Variation der Anzahl Fasern in Umfangsrichtung, des Querschnitts der Fasern und der Materialwahl das Verhalten des Zwischenwirbelimplantates so einstellbar ist, dass die Bewegungen in Abhängigkeit unterschiedlich auftretender Lasten sich wie bei der natürlichen Bandscheibe verhält; und
- durch Variation der Anordnung und Ausführungsform des Fasersystemes dem Zwischenwirbelimplantat gewisse Bewegungseinschränkungen gesetzt werden können und dass ab einer gewissen Deformation ein Grenzbereich auftritt, wo trotz weiter ansteigenden Kräften keine Deformation oder bei auftretenden Momenten kein weiteres Abkippen des Implantates erfolgt.
Die bei einer Belastung der Wirbelsäule auftretenden axialen Kompressionskräfte werden über die beiden Endplatten auf das Mittelteil übertragen. Diese deformieren das zwischen den beiden Endplatten liegende Mittelteil, insbesondere einen allfällig darin vorhandenen elastischen Formkörper derart, dass sich das Mittelteil radial ausbeult. Diese Expansion des Mittelteils wird durch das das Mittelteil umschliessende Fasersystem eingeschränkt und die auftretenden, radial gerichteten Druckkräfte können vom Fasersystem als Zugkraft aufgenommen werden. Einem weiteren, nachteiligen Ausbeulen des Mittelteils kann somit Grenzen gesetzt werden. Durch die Verankerung des Fasersystems in den beiden Deckplatten bleibt das Zwischenwirbelimplantat auch bei grössten Belastungen stabil und das Fasersystem ist in der Lage, auch erheblichen Zugkräften standzuhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das gesamte Fasersystem in den elastischen Mantelkörper eingebettet, so dass das Fasersystem nicht notwendigerweise aus einem biokompatiblen Material bestehen muss.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Fasersystem nur teilweise in den elastischen Mantelkörper eingebettet, wobei das Fasersystem eine bezüglich der Zentralachse radiale Dicke δ und der elastische Mantelkörper eine radiale Dicke d aufweist, und das Verhältnis von δ/d x 100% in einem Bereich zwischen 80 % und 350 % liegt. Dadurch ist der Vorteile erreichbar, dass die bei einer Flexions-/Extensionsbewegung oder lateralen Beugung der angrenzenden Wirbelkörper auftretenden grossen Relativbewegungen im peripheren Bereich der Deckplatten keinem grossen Widerstand durch den elastischen Mantelkörper ausgesetzt sind und dadurch die Gefahr einer Rissbildung im Mantelkörper geringer ist.
Die Einbettung des Fasersystems in den elastischen Mantelkörper kann in verschiedenen Ausführungsformen derart ausgebildet sein, dass
a) das Fasersystem relativ zum elastischen Material des Mantelkörpers bewegbar ist; oder
b) das Fasersystem relativ zum elastischen Material des Mantelkörpers unbewegbar ist.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist das gesamte Fasersystem an den Deckplatten verankert, so dass grössere Zugkräfte durch das Fasersystem übernommen werden können und das Zwischenwirbelimplantat dadurch eine hohe Torsionssteifigkeit erhält.
In einer anderen Ausführungsform besteht der das Fasersystem aufnehmende Mantelkörper aus einem elastischen, biokompatiblen Material, vorzugsweise einem Elastomer, insbesondere auf Basis von Polyurethan (PUR) hergestellt. Es können aber auch Silikonkautschuk, Polyethylen, Polycarbonaturethan (PCU) oder Polyethylenterephthalat ( PET) verwendet werden.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist das Mittelteil mindestens teilweise mit einem inkompressiblen Medium, vorzugsweise einer Flüssigkeit gefüllt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Mittelteil einen inkompressiblen Flüssigkeitskern und einen darum herum angeordneten, elastischen Formkörper, wobei die Flüssigkeit beispielsweise in einer im Formkörper angeordneten Kavität aufgenommen werden kann. Damit ist der Vorteil erzielbar, dass durch den Flüssigkeitskern ein mechanisches Verhalten des Zwischenwirbelimplantates analog zu einer physiologischen Bandscheibe erreicht wird. Durch die axiale Deformation des elastischen Mittelteiles kommt es zu einer radialen Ausdehnung der inkompressiblen Flüssigkeit und in der Folge zu einer radialen Ausdehnung der das Fasersystem enthaltenden Wand des Mittelteiles. Die durch die radiale Ausdehnung, respektive Ausbeulung der Wand des Mittelteiles auftretenden Zugkräfte werden im wesentlichen durch die Fasern aufgenommen.
Die Verankerung der Fasern an den Deckplatten kann beispielsweise auf folgende Arten erfolgen:
a) mechanisch durch Führung der als Endlosfasern ausgestalteten Fasern durch Nuten und über die aussenstehenden Oberflächen der Deckplatten von einer Nute zu einer anderen Nute. Die Fasern umschliessen so das Mittelteil zusammen mit den Deckplatten. Durch die Führung der Fasern in den Nuten wird das Fasersystem so an den Deckplatten verankert, dass bei auf die Fasern wirkenden Zugkräfte kein Verrutschen der Fasern an den Seitenflächen möglich ist, da die Fasern nur Zugkräfte aufnehmen können; b) mechanisch durch keilförmige Ausgestaltung der Nuten, so dass die sich von Deckplatte zu Deckplatte erstreckenden Fasern in den Nuten festklemmbar sind; und/oder c) durch Verkleben des Fasersystemes an den Deckplatten. In wiederum einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates umfasst jede Deckplatte an ihrer Peripherie eine Seitenfläche und auf dem Umfang verteilt, radial in die Seitenflächen eindringende Nuten. Die zum Fasersystem gehörenden Fasern werden durch diese Nuten geführt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Mittelteil und das Fasersystem formschlüssig mit den Deckplatten verbunden.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform wird das Fasersystem über die aussenstehenden Oberflächen der beiden Deckplatten geführt, so dass es das Mittelteil sowie die Deckplatten umschliesst.
Bei Verwendung einer Endlosfaser , die das gesamte Implantat umspannt, verteilen sich die Spannungen vorteihafterweise auf den Gesamtumfang dieser Umwicklung. Vorzugsweise ist das Fasersystem in Form eines Gewirkes, Gewebes oder Gestrickes gebildet.
In einer anderen Ausführungsform sind Kanäle zur Aufnahme des Fasersystemes in die aussenstehenden Oberflächen der Deckplatten eingelassen.
In wiederum einer anderen Ausführungsform ist das Mittelteil im wesentlichen hohlzylindrisch, hohlprismatisch oder ein Form eines Rotationskörpers, eines Ellipsoides, einer Teilkugel oder einer Tonnenform mit zur Zentralachse koaxialer Rotationsachse ausgebildet. Durch solche Ausgestaltungen ist der Vorteil erreichbar, dass das die Lage der Rotationsachsen der angrenzenden Wirbelkörper möglichst weitgehend derjenigen der natürlichen Bandscheibe entspricht.
Das Fasersystem kann beispielsweise aus UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) oder auch aus PET (Polyethylenterephthalat) bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates ist an jeder Deckplatte eine zur Anlage an die Grundplatte bzw. Deckplatte der angrenzenden Wirbelkörper bestimmte Abschlussplatte befestigt, wovon jede eine aussenstehende, quer zur Zentralachse angeordnete Oberfläche mit einer makroskopischen Strukturierung aufweist. Die Strukturierung kann beispielsweise in Form von Zähnen realisiert sein. Die makroskopische Strukturierung gestattet eine primäre Stabilisierung des Zwischenwirbelimplantates direkt nach der Operation. Damit ist eine mechanische Verankerung des Zwischenwirbelimplantates zu einem Zeitpunkt, wo das Anwachsen der Knochen an das Zwischenwirbelimplantat noch nicht stattgefunden hat, erreichbar.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform wird das Gewebe aus ersten und zweiten Fasern gebildet, wobei die ersten Fasern einen Winkel α mit der Zentralachse einschliessen und die zweiten Fasern einen Winkel ß mit der Zentralachse einschliessen. Vorzugsweise betragen die Winkel α respektive ß zwischen 15° und 60°.
In einer anderen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Fasern miteinander verflochten.
In wiederum einer anderen Ausführungsform weist der elastische Formkörper eine zur Zentralachse orthogonale Querschnittsfläche FF auf, während das Mittelteil eine zur Zentralachse orthogonale Querschnittsfläche FM aufweist und das Verhältnis FF/FM dieser beiden Querschnittsflächen zwischen 30% und 65% beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der elastische Formkörper von einer semipermeablen Membran umschlossen, wobei im Inneren des elastischen Formkörpers vorzugsweise physiologische Kochsalzlösung vorhanden ist.
Das Fasersystem kann bezüglich der Zentralachse einlagig oder mehrlagig, vorzugsweise 2- bis 6-lagig angeordnet sein. Ferner kann das Fasersystem auf dem elastischen Formkörper aufgewickelt sein. Die Aufwicklung auf dem elastischen Formkörper kann in zwei verschiedenen Richtungen, vorzugsweise in rotationssymmetrischer Anordnung erfolgen.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist an jeder Deckplatte eine Abschlussplatte befestigbar, welche eine aussenstehende, quer zur Zentralachse angeordnete Oberfläche mit einer makroskopischen Strukturierung aufweist, vorzugsweise in Form von Zähnen.
Die Fasern weisen einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,005 mm und 0,025 mm auf. Vorzugsweise wird aus mehreren Fasern ein Faden hergestellt (Roving), wobei beispielsweise 500 - 2000 Fasern einen Faden mit einer Querschnittsfläche von 0,5 mm2 bis 2 mm2 bilden.
Bei denjenigen Ausführungsformen, bei welchen das Fasersystem zueinander gekreuzte Faserabschnitte aufweist, werden bei Flexionsbewegungen des Patienten (Flexion, Extension, Laterale Flexion) die einen Faserabschnitte einseitig gespannt und bei Scherung nehmen die tangential zur Scherrichtung verlaufenden Faserabschnitte die Kräfte auf.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates;
Fig. 2 eine Aufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates;
Fig. 3 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates;
Fig. 4 einen Schnitt durch die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates;
Fig. 5a eine perspektivische Darstellung des Fasersystems einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates; Fig. 5b eine Draufsicht auf das in Fig. 5a dargestellte Fasersystem;
Fig. 6a eine perspektivische Darstellung des Fasersystems einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates;
Fig. 6b eine Draufsicht auf das in Fig. 6a dargestellte Fasersystem; und
Fig. 7 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates 1 dargestellt, welche eine obere Deckplatte 3 und eine untere Deckplatte 4 mit je einer aussenstehenden, quer zur Zentralachse 2 verlaufende Oberfläche 7;8 und peripher je einer Seitenfläche 21 ;22 umfasst. Zwischen den Deckplatten 3;4 ist ein Mittelteil 10 mit einer zentralen Kavität 11 und einem Mantel 12 angeordnet, welcher das Fasersystem 5 umfasst. Zur Verankerung der zum Fasersystem 5 gehörenden Fasern 6 an den Deckplatten 3;4 umfasst jede der peripheren Seitenflächen 21 ;22 auf dem Umfang verteilt, radial in die Seitenflächen 21 ;22 eindringende Nuten 18, so dass das Fasersystem 5 in diesen Nuten 18 verankerbar ist. In der zentralen Kavität 11 ist ein elastisch deformierbarer Formkörper 9 mit einem inkompressiblen Kern, vorzugsweise ein Flüssigkeitskern 13 angeordnet. Durch die Inkompressibilität des Flüssigkeitskerns 13 wird beispielsweise bei einer zur Längsachse 2 parallelen Kompression der Deckplatten 3;4 der elastische Formkörper 9 und der Mantel 12 mit dem Fasersystem 5 radial, d.h. quer zur Längsachse 2 ausgebeult, wodurch die Fasern 6 auf Zug beansprucht werden.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates 1 dargestellt, welche zwei quer zur Zentralachse 2 angeordnete Deckplatten 3;4 und ein dazwischen liegendes, elastisch deformierbares Mittelteil 10 umfasst. Das Mittelteil 10 umfasst einen zur Zentralachse 2 koaxialen hohlzylindrischen Mantel 12 und eine zentrale Kavität 11. In der zentralen Kavität 11 angeordnet ist ein elastischer Formkörper 9 mit einem inkompressiblen Kern, vorzugsweise einem Flüssigkeitskern 13. Der Formkörper 9 ist mit einer semipermeablen Membran umschlossen, während der Mantel 12, welcher das Fasersystem 5 und einen elastischen, vom Fasersystem 5 durchzogenen Mantelkörper 25 umfasst, aus einem Kunststoff gefertigt ist. Die Abschlussplatten 14; 15 sind fest mit den Deckplatten 3;4 verbunden und weisen axial aussenstehende Oberflächen 16; 17 auf, welche an den Endplatten zweier benachbarter Wirbelkörper zu Anlage bringbar sind. Das Fasersystem 5 ist an den Deckplatten 3;4 verankert und in den Mantel 12 integriert und dient dazu, die Kräfte auf das Mittelteil 10 aufzunehmen, welche durch die an die Abschlussplatten 14;15 angrenzenden Wirbelkörper auf das Zwischenwirbelimplantat 1 ausgeübt werden, d.h. Torsionskräfte durch Verdrehen der Wirbelkörper um die Zentralachse 2 relativ zueinander oder Biegemomente durch laterale Beugung und/oder Flexion/Extension der Wirbelsäule. Beispielsweise wird eine zur Zentralachse 2 parallele Kompressionskraft auf das Zwischenwirbelimplantat 1 von den beiden Abschlussplatten 14; 15 über die beiden Deckplatten 3;4 auf das Mittelteil 10 übertragen, wobei in der Folge der elastische Formkörper 9 quer zur Zentralachse 2 ausgebeult wird. Diese Expansionsbewegung des elastischen Formkörpers 9 wird auf den Mantel 12 mit dem Fasersystem 5 übertragen und durch dieses eingeschränkt. Da das Fasersystem 5 an den Deckplatten 3;4 verankert ist, bewirkt die quer zur Zentralachse 2 wirkende Druckkraft Zugkräfte auf die Fasern des Fasersystems 5. Das Fasersystem 5 besteht hier aus Kunststoffasern, vorzugsweise aus UHMWPE-Fasem (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) oder aus PET (Polyethylterephthalat) und umfasst ein Geflecht aus ersten und zweiten Fasern 6a;6b, welche miteinander verflochten sind. Dabei schliessen die ersten Fasern 6a einen Winkel α und die zweiten Fasern 6b einen Winkel ß mit der Zentralachse 2 ein. In der hier dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates 1 sind die Winkel α und ß gleich gross und betragen zwischen 15° und 60°. An den Deckplatten 3;4 verankert sind die Fasern 6a;6b mittels Nuten 18, welche parallel zur Zentralachse 2 am Umfang der Deckplatten 3;4 angeordnet sind, so dass die Fasern 6a;6b durch die Nuten 18 durchgeführt und können über den Oberflächen 7;8 in einem Kanal 19 zur nächsten Nute 18 geführt werden. Die Deckplatten 3;4 sind aus einem Kunststoff gefertigt, während die aussen angeordneten Abschlussplatten 14; 15 aus Titan oder einer Titanlegierung hergestellt sind. Die aussen angeordneten Abschlussplatten 14;15 sind entweder form- oder reibschlüssig mit den Deckplatten 3;4 verbunden. Insbesondere können sie untereinander verklebt oder verschweisst sein. In den Fig. 5a und 5b ist ein Fasersystem 5 gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates 1 dargestellt, wo die über die Endplatten 3;4 verlaufenden Fasern 6 Sehnen auf den kreisförmigen Oberflächen 7;8 der Deckplatten 3;4 bilden.
In den Fig. 6a und 6b ist ein Fasersystem 5 gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Zwischenwirbelimplantates 1 dargestellt, wo die über die Endplatten 3;4 verlaufenden Fasern 6 sich beim Durchstosspunkt von Zentralachse 2 und Endplatte 3;4 kreuzen.
Gegenüber der diagonalen Anordnung der Fasern 6 (Fig. 6a;6b) hat die Führung der Fasern 6 als Sehnen (Fig. 5a;5b) über den Oberflächen 7;8 der Endplatten 3;4 die folgenden Vorteile:
- aufgrund der besseren Verteilung der Kreuzungspunkte der Fasern 6 kommt es zu keiner Anhäufung, insbesondere zwischen den aussenstehenden Oberflächen 7;8 der Deckplatten 3;4 und den Abschlussplatten 14; 15 (Fig. 3 und 4); und
- das Fasersystem 5 lässt sich mit Hilfe einer Wickeltechnik zur Zentralachse 2 symmetrisch herstellen, wobei das Zwischenwirbelimplantat 1 in den Schnittpunkten zwischen der Zentralachse 2 und den Deckplatten (3;4) eingespannt werden kann.
In Fig. 7 dargestellt ist eine Ausführungsform, welche sich von der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform nur darin unterscheidet, dass der peripher am Mittelteil 10 angeordnete Mantel 12 einen elastischen, vom Fasersystem 5 nur teilweise durchzogenen Mantelkörper 25 umfasst, dessen Dicke d kleiner als die radiale Dicke δ des Fasersystems 5 ist.

Claims

Patentansprüche
1. Zwischenwirbelimplantat (1 ) mit einer Zentralachse (2) umfassend
A) eine untere Deckplatte (3) und eine obere Deckplatte (4), welche je eine aussenstehende, quer zur Zentralachse (2) verlaufende Oberfläche (7;8) aufweisen;
B) ein zwischen den Deckplatten (3;4) angeordnetes Mittelteil (10) mit einem Mantel (12), welcher ein Fasersystem (5) umfasst, wobei
C) das Fasersystem (5) mindestens teilweise mit den Deckplatten (3;4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
D) der Mantel (12) einen das Mittelteil (10) peripher umschliessenden, elastischen Mantelkörper (25) umfasst, welcher aus einem homogenen Material besteht und vom Fasersystem (5) durchzogen wird.
2. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Fasersystem (5) in den elastischen Mantelkörper (25) eingebettet ist.
3. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) nur teilweise im Mantelkörper (25) eingebettet ist.
4. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) bezüglich der Zentralachse (2) eine radiale Dicke δ und der Mantelkörper (25) eine radiale Dicke d aufweist, wobei das Verhältnis von δ/d x 100% in einem Bereich zwischen 80 % und 350 % liegt.
5. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) relativ zum Mantelkörper (25) bewegbar ist.
6. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) relativ zum Mantelkörper (25) unbewegbar gelagert ist.
7. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das gesamte Fasersystem (5) mit den Deckplatten (3;4) verbunden ist.
8. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (25) aus einem elastischen, biokompatiblen Material, vorzugsweise aus einem Elastomer, insbesondere auf Basis von Polyurethan, oder Silikonkautschuk, Poiyethylen, Polycarbonaturethan oder Polyethylenterephtalat besteht.
9. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (10) mindestens teilweise mit einem inkompressiblen Medium gefüllt ist.
10. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das inkompressible Medium eine Flüssigkeit ist.
11. Zwischenwirbelimplantat (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (10) einen inkompressiblen Flüssigkeitskern (13) und einen darum herum angeordneten elastischen Formkörper (9) umfasst.
12. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (10) eine Kavität (11 ) aufweist.
13. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) an oder in den Deckplatten (3;4) mechanisch verankert ist.
14. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) mit den Deckplatten (3;4) verklebt ist.
15. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (10) mit dem integrierten Fasersystem (5) formschlüssig mit den Deckplatten (3;4) verbunden ist.
16. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) durch eine Endlosfaser, vorzugsweise in Form eines Gewirkes oder Gestrickes gebildet wird.
17. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jede Deckplatte (3;4) an ihrer Peripherie eine Seitenfläche (21 ;22) und auf dem Umfang verteilt, radial in die Seitenflächen (21 ;22) eindringende Nuten (18) umfasst, und das Fasersystems (5) in diesen Nuten (18) verankerbar ist.
18. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) über die aussenstehenden Oberflächen (7;8) der beiden Deckplatten (3;4) geführt wird und das Mittelteil (10) sowie die beiden Deckplatten (3;4) umschliesst.
19. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in die aussenstehenden Oberflächen (7;8) der Deckplatten (3;4) Kanäle (19) zur Aufnahme des Fasersystems (5) eingelassen sind.
20. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) durch ein Gewebe gebildet wird.
21. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (10) im wesentlichen hohlzylindrisch, hohlprismatisch oder in Form eines Rotationskörpers, eines Ellipsoides, einer Teilkugel oder einer Tonnenform mit zur Zentralachse (2) koaxialer Rotationsachse ausgebildet ist.
22. Zwischenwirbelimplantat (1) nach Anspruch 20 oder 21 dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe aus ersten und zweiten Fasern (6a/6b) gebildet wird und die ersten Fasern (6a) einen Winkel α mit der Zentralachse (2) einschliessen und die zweiten Fasern (6b) einen Winkel ß mit der Zentralachse (2) einschliessen.
23. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Fasern (6a;6b) miteinander verflochten sind.
24. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Formkörper (9) eine zur Zentralachse (2) orthogonale Querschnittsfläche FF aufweist, das Mittelteil (10) eine zur Zentralachse (2) orthogonale Querschnittsfläche FM aufweist und das Verhältnis FF/FM dieser beiden Querschnittsflächen zwischen 30% und 65% beträgt.
25. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen 15° und 60° beträgt.
26. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ß zwischen 15° und 60° beträgt.
27. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Formkörper (9) von einer semipermeablen Membran umschlossen ist und im Inneren des elastischen Formkörpers (9) vorzugsweise physiologische Kochsalzlösung vorhanden ist.
28. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) bezüglich der Zentralachse (2) einlagig angeordnet ist.
29. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) bezüglich der Zentralachse (2) mehrlagig, vorzugsweise 2- bis 6-lagig angeordnet ist.
30. Zwischenwirbelimplantat (1 ) nach einem der Ansprüche 11 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) auf dem elastischen Formkörper (9) aufgewickelt ist.
31. Zwischenwirbelimplantat (1) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) in zwei verschiedenen Richtungen auf dem elastischen Formkörper (9) aufgewickelt ist, vorzugsweise in rotationssymmetrischer Anordnung.
32. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasersystem (5) aus UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) besteht.
33. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Deckplatte (3,4) eine Abschlussplatte (14; 15) befestigbar ist, welche eine aussenstehende, quer zur Zentralachse (2) angeordnete Oberfläche (16; 17) mit einer makroskopischen Strukturierung aufweist, vorzugsweise in Form von Zähnen.
34. Zwischenwirbelimplantat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,005 mm und 0,025 mm aufweisen.
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