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PATENTANSPRÜCHE
1. Implantat zur Stimulation der Knochenkallusbildung bei Knochenbrüchen und traumatischer Pseudoarthrose eines Lebewesens zur Verwendung in Verbindung mit einer Einrichtung (1, 2, 27) zur Fixierung und/oder Stützung des zu heilenden Knochens, gekennzeichnet durch einen in einer hülsenförmigen nichtmagnetisierbaren Umhüllung (13, 19) frei beweglichen ferromagnetischen Schwingkörper (12, 20),-der in der genannten Umhüllung flüssigkeitsdicht eingeschlossen und durch eine ausserhalb des Lebewesens angeordnete Wechselstrommagnetfeldquelle in Längsschwingungen versetzbar ist
2.
Implantat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der hülsenförmigen Umhüllung (13) und dem Schwingkörper (12) angeordnete Wärmequelle zur Erwärmung der Umhüllung, welche Wärmequelle durch die Wech selstrommagnetfeldquelle erregbar ist.
3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkörper (12, 20) zylindrische Gestalt besitzt.
4. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (13, 19) aus einem körperverträglichen Material besteht.
5. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Umhüllung (13, 19) mit einem Überzug aus einem körperverträglichen Material versehen ist.
6. Implantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein in der Bohrung (15) der Umhüllung (13, 19) verankertes, als elektrisch kurzgeschlossene Windung gestaltetes Kupferrohr ist.
7. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende der Umhüllung (13, 19) mit einem Anschlussglied (18, 24, 30) zum Einfügen in ein oder zum Herausziehen aus einem Halteelement (7, 27) versehen ist
Die Erfindung bezieht sich auf ein Implantat zur Stimulation der Knochenkallusbildung bei Knochenbrüchen und traumatischer Pseudoarthrose eines Lebewesens zur Verwendung in Verbindung mit einer Einrichtung zur Fixierung und/oder Stützung des zu heilenden Knochens.
Ein nach diesem Prinzip aufgebautes Implantat ist durch die CH-Patentschrift 515 041 bekanntgeworden. Dieses enthält eine Induktionsspule, in welcher mittels eines Wechselstrommagnetfeldes von einer über dem Glied und dem zu heilenden Knochen angeordneten Magnetspule eine Sekundärspannung erzeugt wird. Diese Spannung wird über Elektroden, die mit dem Bereich des Knochens verbunden sind, in dem die Kallusbildung stattfinden soll, angelegt, um diese anzuregen.
Ausserdem soll die Kallusbildung bei einem solchen Implantat auch durch die blosse Einwirkung des Magnetfeldes selbst gefördert werden.
Abgesehen davon, dass der Aufbau eines solchen Implantates relativ kompliziert ist, ist auch dessen Anwendung infolge der sich bei der Anordnung und dem späteren Entfernen der Elektroden nach erfolgter Kallusbildung ergebenden Schwierigkeiten nicht sehr einfach. Da indessen feststeht, dass durch die Anwendung eines Wechselstrommagnetfeldes die Kallusbildung gefördert werden kann und vermutet wird, dass die stimulierende Wirkung des Wechselstrommagnetfeldes durch davon herrührende Schwingungen im Knochengewebe stammt, soll ein Implantat geschaffen werden, durch welches diese Schwingungen effizienter ausnützbar sind. Die sich daraus ergebende Aufgabenstellung hat ein relativ einfach aufgebautes Implantat zum Ziel, das in Verbindung mit herkömmlichen frakturstabilisierenden Mitteln zu verwenden ist.
Mit dem zu schaffenden Implantat wird vor allem die Erzeugung von für die Knochenkallusbildung als von Bedeutung erachteten Vibrationen im Fraktur- oder Schadensbereich des Knochens bezweckt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gekennzeichneten Implantat.
Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Implantate sind nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt
Fig. 1 a, b zwei Anwendungsformen des erfindungsgemässen Implantats in Verbindung mit einer osteosynthetischen Platte bzw. Schiene,
Fig. 2 in schematischer Seitenansichts-Darstellung die Anwendung der Platten bzw.
Schienen nach Fig. la, b an einer Knochenfraktur, und die Anordnung des bezüglichen Körpergliedes in einem Wechselspannungsmagnetfeld bzw. in einer Wechselspannungsmagnetspule,
Fig. 3 in vergrössertem Massstab ein erfindungsgemäss gestaltetes Implantat im Längsschnitt,
Fig. 4 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Implantates mit einer zusätzlichen Wärmequelle im Innern der Implantatumhüllung und mit einem axialen Anschlussende für ein ebenfalls gezeigtes Bedienungselement, und
Fig. 5 ein erfindungsgemässes Implantat in Verbindung mit einem Küntschnernagel.
In den Fig. la, b bezeichnen 1 und 2 je eine osteosynthetische Platte bzw. Schiene, welche, wie in Fig. 2 gezeigt, auf benachbarten Bruchstücken 3.1 und 3.2 eines bei 4 gebrochenen Knochens eines Lebewesens durch eine Anzahl Schrauben 5 aufschraubbar sind, um die beiden Bruchstücke zusammenzuhalten. Die Platten bzw. Schienen 1, 2 bestehen aus einem für solche Zwecke üblichen körperverträglichen nichtmagnetisierbaren Material und sind in der für osteosynthetische Platten bzw. Schienen üblichen Art gestaltet In Fig. 1 ist eine Anwendungsform gezeigt, bei welcher beidseits der Schiene 1 je ein Implantat 6 der Form nach Fig. 3 mittels einer Doppelbride 7 montiert ist.
Die Enden dieser Briden sind in nichtgezeigter Weise als praktisch vollständig geschlossene Ösen 7.1 gestaltet, welche das vorzugsweise als zylindrischer Körper mit mindestens einem gerundeten Ende aufgebaute Implantat 6 federnd umgreifen. Bei der Anwendung der Implantate nach Fig. 1 wird das mit unterbrochenen Linien gezeigte Mittelteil 7.2, allenfalls im Bereich der Knochenbruchstelle (siehe Fig. 2) zwischen die Schiene 1 und die Oberfläche des zu verbindenden Knochens geklemmt Alternativ kann im Mittelteil 7.2 der Bride 7 ein auf eines der Schraubenlöcher 1 passendes Durchgangsloch (nicht gezeigt) angebracht werden, damit die Bride unverrutschbar auf dem Knochen fixiert werden kann.
Dank der Verschiebbarkeit des Implantates in der diese federnd umgreifenden Bridenöse 7.1 kann die Längenmitte des Implantates gewünschtenfalls gleichwohl auf den Frakturbereich 4 ausgerichtet werden. Dies geht beispielsweise aus Fig. 1b hervor, in welcher eine einfache Bride 9 mit einer einzelnen Öse 9.1 gezeigt ist. Der Bridenhalteteil 9.2 ist mit einem Durchgangsloch 9.3 versehen, durch welches eine in ein (in Fig. 1b länglich gezeichnetes) Schraubenloch 2 eingesetzte Schienenbefestigungsschraube (5 in Fig. 2) hindurchgesteckt werden kann.
In der schematischen Seitenansichts-Darstellung nach Fig. 2 ist die Anwendung eines erfindungsgemässen Implantates in Verbindung mit Platten bzw. Schienen 1, 2 nach Fig. la, b an einer Knochenfraktur gezeigt, wobei sich das diesen Knochen enthaltende Glied in der Durchgangsöffnung 10 einer Wechselspannungsmagnetspule 11 befindet. Diese Magnetspule erzeugt ein durch die Doppel-Pfeile A-D symbolisiertes Wechselspannungsmagnetfeld, durch das ein im Implantat 6 beweglich eingesetzter und durch das Wechselspannungsmagnetfeld in Longitudinalschwingungen versetzbarer magnetisierbarer Schwingkörper 12 (Fig. 3) in Bewegung versetzt
wird. Die Bride 7 ist, wie bereits anhand der Fig. 1a erwähnt, in Fig. 2 im Bereich der Fraktur 4 angeordnet.
Der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemässen Implantates geht aus Fig. 3 hervor. Mit 13 ist eine Hülse aus einem körperverträglichen nichtmagnetischen Material bezeichnet, deren beispielsweise als Einführende einstückig angeformter Boden 14 gerundet oder mindestens angeschrägt ist, um das Einführen des Implantates in eine Halterung od. dgl. zu erleichtern. Allenfalls kann die Hülse des Implantates aus einem beliebigen nichtmagnetischen Material bestehen und nur die Oberfläche der Hülse mit einem körperverträglichen Überzug versehen sein. Eine in das-offene Ende der Hülse 13 dichtschliessend eingesetzte bzw. eingeschweisste Kappe 17 aus vorzugsweise dem gleichen Material wie die Hülse 13 schliesst deren Inneres nach aussen ab. Für Anwendungsfälle, in welchen das Implantat 6 in eine schwer zugängliche Halterung einzubringen ist, wie sie z.
B. bei einem Küntschnernagel nach Fig. 5 vorliegt, kann an der Kappe 17 ein Abzugsdraht 18 befestigt sein, der ebenfalls dicht in das Implantat eingeschweisst ist. Durch das in Fig. 2 mit den Doppelpfeilen A, B, C und D symbolisierte Wechselspannungsmagnetfeld wird der magnetisierbare Schwingkörper 12 im Innern des Kupferrohres 15 zur Ausführung von Schwingungen angeregt. Da die Magnetfeldlinien (in Fig. 3 gleich wie in Fig. 2 mit A-D bezeichnet) den Schwingkörper 12¯abgesehen von Streufeldlinien - im wesentlichen in Längsrichtung durchsetzen, sind diese Schwingungen im wesentlichen in Längsrichtung (Pfeil E) orientiert.
Es versteht sich, dass die im Implantat durch das Magnetfeld auftretenden Effekte nicht nur durch eine nach Fig. 2 gestaltete Spulenanordnung 11 erzielbar sind. Es ist vielmehr jede Wechselspannungs-Magnetfelderzeugungseinrichtung verwendbar, die ausserhalb des Gliedes mit der zu heilenden Knochenfrakturstelle Magnetfeldlinien zu erzeugen vermag, welche den Schwingkörper 12 und die Kupferhülse 13 in der in Fig. 3 gezeigten Weise durchsetzen.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des erflndungsgemässen Implantates, das sich im Prinzip für eine Knochenmarknagelung eignet. Im Innern einer Hülse 19 von beispielsweise einer Länge von ca. 4,5 cm und einem Aussendurchmesser von ca.
9 mm aus einem körperverträglichen Material befindet sich analog der Fig. 3 ein Schwingkörper 20. Der Boden 19' der Hülse 19 ist bombiert und vorzugsweise wiederum einstückig mit dem zylindrischen Teil der Hülse verbunden. Die Öffnungsseite der Hülse 19 ist mit einer Gewindebohrung 22 versehen, in die ein Verschlusspfropfen 23 dichtschliessend eingesetzt ist. In Fig. 4 ist der Pfropfen 23 so weit in die Hülse 19 einschraubbar, dass ein nach aussen überstehender Anschlussabschnitt 24 verbleibt, in welchen das entsprechend verdickte und mit einem Aussengewinde versehene Ende 25 eines Einsetz- und Extraktionswerkzeuges 26 einschraubbar ist.
Es versteht sich, dass auch ein das offene Ende der Hülse 19 bündig verschliessender (nichtgezeigter) Pfropfen verwendet werden kann, der seinerseits eine von aussen zugängliche Sackgewindebohrung aufweist, in welche ein Einsetz- und Extraktionswerkzeug einschraubbar ist. Ausserdem kann der Pfropfen in der Art der Kappe 17 in Fig. 3 mit einem Abzugsdraht versehen sein (Fig. 5). In Fig. 4 ist weiterhin ein Mittel zur Wärmeerzeugung im Bereich eines erfindungsgemäss gestalteten Implantates gezeigt, das keineswegs nur auf Ausführungsformen nach Fig. 4 beschränkt ist und beispielsweise auch im Implantat nach Fig. 3 angewandt werden kann.
In der Hülsenbohrung 19" sitzt strammpassend ein als Kurzschlusswicklung zwecks Wärmeerzeugung angebrachtes Kupferrohr 21, das sich über einen wesentlichen Teil der Länge der Bohrung 19" erstreckt und den Schwingkörper unter Aussparung eines radialen Luftspaltes umgibt. Die Kupferhülse 21 arbeitet im Sinne einer kurzgeschlossenen Transformatorwicklung und dient als Wärmequelle im Implantat. Es ist daher auch möglich, anstelle des einfach in die Bohrung der Hülse 19 eingepressten Kupferrohres 21 eine elektrisch leitende und zum Zwecke der Wärmeerzeugung auf der Bohrungswand niedergeschlagene Schicht eines hiezu geeigneten Materials zu verwenden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Schwingkörper 20 auf nichtgezeigte Weise selbst mit einem Leitermaterial zu beschichten, um die gewünschte Wärmeerzeugung zu erzielen.
Durch eine optimale Wahl der Magnetfeldstärke und der Wechselspannungsfrequenz kann somit einesteils die Schwingungsintensität (Amplitude, Frequenz) beim Schwingkörper 20 und andernteils die Wärmeentwicklung (transformatorischer Kupferverlust ) in der Kupferhülse 21 gesteuert werden.
Fig. 5 zeigt einen Küntschner-Nagel 27 für die Fixierung von Bruchstellen an Röhrenknochen. In den Hohlraum 28 des Küntschner-Nagels 27 ist ein im Prinzip nach den Fig. 3 oder 4 gestaltetes Implantat 29 eingesetzt, das mit einem (nichtgezeigten) Einsetzwerkzeug an eine beliebige Stelle in diesem Hohlraum bringbar ist. Das Implantat 29 ist mit einem Abzugsdraht 30 versehen gezeigt, kann aber mit einem rückseitigen Ende 29' versehen sein, in welches ein Extraktionswerkzeug einschraub- oder einhängbar ist.
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PATENT CLAIMS
1. Implant for stimulating bone callus formation in the case of bone fractures and traumatic pseudoarthrosis of a living being for use in connection with a device (1, 2, 27) for fixing and / or supporting the bone to be healed, characterized by a sleeve-shaped, non-magnetizable covering (13, 19) freely movable ferromagnetic oscillating body (12, 20), - which is enclosed in the above-mentioned casing in a liquid-tight manner and can be set into longitudinal vibrations by an alternating current magnetic field source arranged outside the living being
2nd
Implant according to claim 1, characterized by a heat source arranged between the sleeve-shaped casing (13) and the oscillating body (12) for heating the casing, which heat source can be excited by the alternating current magnetic field source.
3. Implant according to claim 1 or 2, characterized in that the vibrating body (12, 20) has a cylindrical shape.
4. Implant according to claim 1 or 2, characterized in that the covering (13, 19) consists of a body-compatible material.
5. Implant according to claim 1 or 2, characterized in that the surface of the envelope (13, 19) is provided with a coating of a body-compatible material.
6. Implant according to claim 2, characterized in that the heat source is a copper tube anchored in the bore (15) of the casing (13, 19) and designed as an electrically short-circuited turn.
7. Implant according to claim 1 or 2, characterized in that the one end of the casing (13, 19) is provided with a connecting member (18, 24, 30) for insertion into or for removal from a holding element (7, 27)
The invention relates to an implant for stimulating bone callus formation in fractures and traumatic pseudoarthrosis of a living being for use in connection with a device for fixing and / or supporting the bone to be healed.
An implant constructed according to this principle has become known from Swiss Patent 515 041. This contains an induction coil in which a secondary voltage is generated by means of an alternating current magnetic field from a magnetic coil arranged above the limb and the bone to be healed. This voltage is applied via electrodes, which are connected to the area of the bone in which the callus formation is to take place, in order to excite them.
In addition, the callus formation in such an implant should also be promoted by the mere action of the magnetic field itself.
Apart from the fact that the construction of such an implant is relatively complicated, its use is also not very easy due to the difficulties which arise in the arrangement and subsequent removal of the electrodes after callus formation. However, since it is clear that the use of an alternating current magnetic field can promote callus formation and it is suspected that the stimulating effect of the alternating current magnetic field is due to vibrations in the bone tissue, an implant is to be created by which these vibrations can be used more efficiently. The resulting task has the goal of a relatively simple implant that can be used in conjunction with conventional fracture stabilizing agents.
The main purpose of the implant to be created is to generate vibrations in the fracture or damage area of the bone that are considered important for the formation of the callus.
The solution to this problem consists in an implant characterized according to the features of claim 1.
Exemplary embodiments of implants according to the invention are described below with reference to the drawing. It shows
1 a, b two forms of application of the implant according to the invention in connection with an osteosynthetic plate or splint,
2 is a schematic side view representation of the use of the plates or
La, b rails on a bone fracture, and the arrangement of the relevant limb in an AC magnetic field or in an AC solenoid,
3 on an enlarged scale an implant designed according to the invention in longitudinal section,
4 shows an embodiment variant of the implant according to the invention with an additional heat source inside the implant casing and with an axial connection end for an operating element which is also shown, and
5 an implant according to the invention in connection with a Küntschnern nail.
In FIGS. La, b, 1 and 2 each denote an osteosynthetic plate or splint which, as shown in FIG. 2, can be screwed onto adjacent fragments 3.1 and 3.2 of a bone of a living being broken at 4 by a number of screws 5 to hold the two fragments together. The plates or splints 1, 2 consist of a body-compatible, non-magnetizable material which is customary for such purposes and are designed in the manner customary for osteosynthetic plates or splints. FIG. 1 shows an application form in which an implant 6 is located on each side of the rail 1 3 by means of a double bracket 7 is mounted.
The ends of these bridges are designed, in a manner not shown, as practically completely closed eyes 7.1, which resiliently encompass the implant 6, which is preferably constructed as a cylindrical body with at least one rounded end. When using the implants according to FIG. 1, the middle part 7.2 shown with broken lines, at most in the area of the bone fracture point (see FIG. 2), is clamped between the splint 1 and the surface of the bone to be connected be attached to one of the screw holes 1 matching through hole (not shown) so that the strap can be fixed in place on the bone.
Thanks to the displaceability of the implant in the spring eyelet 7.1 encompassing this spring, the center of the length of the implant can nevertheless be aligned with the fracture area 4 if desired. This can be seen, for example, from FIG. 1b, in which a simple bracket 9 with a single eyelet 9.1 is shown. The eyelet holding part 9.2 is provided with a through hole 9.3, through which a rail fastening screw (5 in FIG. 2) inserted into a screw hole 2 (elongated in FIG. 1b) can be inserted.
The schematic side view representation according to FIG. 2 shows the use of an implant according to the invention in connection with plates or splints 1, 2 according to FIGS. 1 a, b on a bone fracture, the limb containing this bone being located in the passage opening 10 of an AC magnetic coil 11 is located. This magnetic coil generates an alternating voltage magnetic field symbolized by the double arrows A-D, by means of which a magnetizable oscillating body 12 (FIG. 3), which is movably inserted in the implant 6 and can be set into longitudinal oscillations by the alternating voltage magnetic field, sets in motion
becomes. As already mentioned with reference to FIG. 1 a, the bracket 7 is arranged in the area of the fracture 4 in FIG. 2.
The basic structure of an implant according to the invention is shown in FIG. 3. 13 denotes a sleeve made of a body-compatible non-magnetic material, the base 14 of which, for example, is integrally formed as an introducer and is rounded or at least beveled in order to facilitate the insertion of the implant into a holder or the like. At most, the sleeve of the implant can consist of any non-magnetic material and only the surface of the sleeve can be provided with a body-compatible coating. A cap 17, which is inserted or welded into the open end of the sleeve 13 in a sealing manner, preferably made of the same material as the sleeve 13, closes off the inside thereof. For applications in which the implant 6 is to be inserted into a holder that is difficult to access, as z.
5, a trigger wire 18 can be attached to the cap 17, which is also tightly welded into the implant. The magnetizable oscillating body 12 in the interior of the copper tube 15 is excited to carry out vibrations by the alternating voltage magnetic field symbolized by the double arrows A, B, C and D in FIG. 2. Since the magnetic field lines (denoted by A-D in FIG. 3 as in FIG. 2) essentially penetrate the oscillating body 12 in the longitudinal direction apart from stray field lines, these vibrations are oriented essentially in the longitudinal direction (arrow E).
It goes without saying that the effects occurring in the implant due to the magnetic field cannot be achieved only by means of a coil arrangement 11 designed according to FIG. 2. Rather, any alternating-voltage magnetic field generating device can be used which, outside the limb with the bone fracture site to be healed, can generate magnetic field lines which penetrate the oscillating body 12 and the copper sleeve 13 in the manner shown in FIG. 3.
4 shows an embodiment of the implant according to the invention, which is suitable in principle for bone marrow nailing. Inside a sleeve 19 of, for example, a length of approximately 4.5 cm and an outer diameter of approximately
Analogous to FIG. 3, a vibrating body 20 is located 9 mm from a body-compatible material. The bottom 19 'of the sleeve 19 is cambered and is preferably in turn connected in one piece to the cylindrical part of the sleeve. The opening side of the sleeve 19 is provided with a threaded bore 22, into which a plug 23 is inserted in a sealing manner. 4, the plug 23 can be screwed into the sleeve 19 to such an extent that an outwardly projecting connection section 24 remains, in which the correspondingly thickened and externally threaded end 25 of an insertion and extraction tool 26 can be screwed.
It goes without saying that a plug (not shown) which closes the open end of the sleeve 19 and which in turn has an externally accessible blind threaded bore into which an insertion and extraction tool can be screwed can also be used. In addition, the plug in the manner of the cap 17 in FIG. 3 can be provided with a pull-off wire (FIG. 5). FIG. 4 also shows a means for generating heat in the region of an implant designed according to the invention, which is by no means limited to the embodiments according to FIG. 4 and can also be used, for example, in the implant according to FIG. 3.
In the sleeve bore 19 ″ fits tightly a copper tube 21 attached as a short-circuit winding for the purpose of heat generation, which extends over a substantial part of the length of the bore 19 ″ and surrounds the oscillating body while leaving out a radial air gap. The copper sleeve 21 works in the sense of a short-circuited transformer winding and serves as a heat source in the implant. It is therefore also possible to use an electrically conductive layer of a suitable material instead of the copper tube 21 which is simply pressed into the bore of the sleeve 19 and which is deposited on the bore wall for the purpose of generating heat. Another possibility is to coat the vibrating body 20 itself with a conductor material in a manner not shown in order to achieve the desired heat generation.
Through an optimal choice of the magnetic field strength and the alternating voltage frequency, the vibration intensity (amplitude, frequency) in the vibrating body 20 and the heat development (transformer loss of copper) in the copper sleeve 21 can be controlled.
Fig. 5 shows a Küntschner nail 27 for the fixation of fractures on long bones. In the cavity 28 of the Küntschner nail 27, an implant 29 designed in principle according to FIGS. 3 or 4 is inserted, which can be brought to an arbitrary position in this cavity with an insertion tool (not shown). The implant 29 is shown provided with a withdrawal wire 30, but can be provided with a rear end 29 'into which an extraction tool can be screwed or hung.