CH627364A5

CH627364A5 - Device for the immobilisation and/or support of human or animal limbs

Info

Publication number: CH627364A5
Application number: CH485678A
Authority: CH
Inventors: Erich Strickle; Ruediger Dr Spier
Original assignee: Knoll Ag
Priority date: 1977-10-10
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1982-01-15
Also published as: FR2405063A1; DE2745504C2; FR2405063B1; DE2745504A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ruhigstellung und/oder Stützung von Gliedmassen von Menschen und Tieren, welche paarweise gegenüberliegende Knochenschrauben oder Knochennägel aufnehmende Verbindungsteile aufweist, die über Klemmelemente mit Verbindungsstäben mit oder ohne Gewinde in Verbindung stehen und bei denen über Spanngeräte Distraktions- bzw. Kompressionskräfte, z.B. in einer Bruchzone, ausgeübt werden können. Vorrichtungen dieser Art sind unter dem Begriff «äussere Knochenverankerung» bekannt. Die Einzelteile dieser Vorrichtungen, wie Kupplungsstücke, Rundstäbe, Leisten usw., bestehen im wesentlichen aus Metall. The invention relates to a device for immobilizing and / or supporting limbs of people and animals, which has opposing bone screws or bone nails connecting parts in pairs, which are connected by means of clamping elements with connecting rods with or without thread and in which distraction or compression forces via tensioning devices , e.g. in a fracture zone. Devices of this type are known under the term “external bone anchoring”. The individual parts of these devices, such as coupling pieces, round rods, strips, etc., consist essentially of metal.

Der Schwerpunkt ihrer Anwendung liegt heute bei der Stabilisierung infizierter Pseudarthrosen, bei der Versorgung offener Trümmerbrüche, insbesondere der unteren Gliedmassen, sowie bei Arthrodesen grosser Gelenke. Als Nachteil aller bisher bekannten äusseren Knochenverankerungen ist anzusehen, dass sie aus Metall gefertigt sind und damit, insbesondere bei räumlicher Anordnung, eine einwandfreie röntgenologische Beurteilung der Bruchzone erheblich erschwert bzw. unmöglich wird. Fehlstellungen am Knochen sind daher häufig nicht zu erkennen und auch nicht zu beheben, es sei denn, man fertigt zusätzlich Schrägaufnahmen an oder entfernt vor dem Röntgen die äussere Knochenverankerung. Letzteres ist jedoch mit einer vorübergehenden Instabilität in der Knochenbruchzone verbunden. Insbesondere bei den aufwendigen räumlichen Anordnungen klagen die Patienten häufig über deren hohes Gewicht. Die Folge ist eine reduzierte Mobilität der Patienten mit entsprechenden Auswirkungen auf ihre psychische Gesamtsituation und auf die Kreislaufverhältnisse an den verletzten Gliedmassen mit der bekannten Gefahr von Blutabflussstörungen. The focus of their application today is on the stabilization of infected pseudarthroses, in the treatment of open comminuted fractures, in particular in the lower limbs, and in arthrodesis of large joints. A disadvantage of all previously known external bone anchors is that they are made of metal and, particularly in the case of spatial arrangement, makes a correct radiological assessment of the fracture zone considerably more difficult or impossible. Misalignments on the bone are therefore often not recognizable and cannot be corrected, unless additional oblique images are taken or the external bone anchor is removed before the X-ray. However, the latter is associated with temporary instability in the fracture zone. Particularly with the complex spatial arrangements, the patients often complain about their high weight. The consequence is a reduced mobility of the patients with corresponding effects on their overall psychological situation and on the circulatory conditions on the injured limbs with the known risk of blood flow disorders.

Aus chirurgischer Sicht wird bemängelt, dass die Montage der bekannten Knochenverankerungen eine erhebliche manuelle Geschicklichkeit erfordert. Dies liegt an der Vielzahl von Einzelteilen, aus der eine Knochenverankerung besteht, vor allem aber daran, dass die Gestänge und Gelenke der Verankerungssysteme aufgrund der glatten Oberfläche des Metalls leicht aneinander vorbeigleiten. From a surgical point of view, it is criticized that the assembly of the known bone anchors requires considerable manual dexterity. This is due to the large number of individual parts that make up a bone anchor, but above all because the rods and joints of the anchor systems slide easily past one another due to the smooth surface of the metal.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ruhigstellung und/oder Stützung von Gliedmassen von Menschen und Tieren zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist. It was therefore an object of the invention to provide a device for immobilizing and / or supporting limbs of humans and animals which does not have these disadvantages.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Verbindungsteile, die Klemmelemente und die Verbindungsstäbe mit Gewinde und integrierten Spannschlössern resp. diejenigen ohne Gewinde aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen bestehen. Die Vorrichtung zeichnet sich durch hohe Stabilität, Sterilisierbarkeit und gute Wärmeformbeständigkeit aus. Darüberhinaus sind die Elemente rönt-genstrahlentransparent sowie von körperfreundlicher Gestalt. Sie erlauben eine einfache Handhabung und wirtschaftliche Herstellung. Mit nur vier Grundelementen ergibt sich eine Vielzahl von Montagevarianten. Von herausragendem Vorteil ist schliesslich eine deutliche Gewichtsreduzierung. According to the invention the object is achieved in that the connecting parts, the clamping elements and the connecting rods with thread and integrated turnbuckles, respectively. those without threads are made of fiber-reinforced thermoplastics. The device is characterized by high stability, sterilizability and good heat resistance. In addition, the elements are X-ray transparent and of a body-friendly shape. They allow easy handling and economical production. With just four basic elements, there are a variety of mounting options. Finally, a significant weight reduction is an outstanding advantage.

Als thermoplastische Kunststoffe eignen sich insbesondere Polyamide, Polyoxymethylene, Polyäthylenterephthalate bzw. Polybutylenterephthalate sowie Mischungen dieser Polymerisate. Die Kunststoffe enthalten eine Verstärkung aus Fasern oder textilen Flächengebilden, wobei das Verhältnis Kunststoff zu Faser im allgemeinen so gewählt wird, dass das fertige Bauelement der Vorrichtung zwischen 10 und 70, vorzugsweise 20 bis 60, Gew.-% Fasern enthält. Geeignete Fasern oder textile Flächengebilde sind beispielsweise solche aus Glas-, Kohlenoder Kunststoff. Der Elastizitätsmodul der Thermoplaste kann dadurch entsprechend den jeweiligen Erfordernissen zwischen 5000 und 11 000 N/mm2, betragen. Polyamides, polyoxymethylenes, polyethylene terephthalates or polybutylene terephthalates and mixtures of these polymers are particularly suitable as thermoplastic plastics. The plastics contain a reinforcement made of fibers or textile fabrics, the ratio of plastic to fiber generally being chosen so that the finished component of the device contains between 10 and 70, preferably 20 to 60,% by weight of fibers. Suitable fibers or textile fabrics are, for example, those made of glass, carbon or plastic. The modulus of elasticity of the thermoplastics can therefore be between 5000 and 11,000 N / mm 2, depending on the respective requirements.

Die thermoplastischen Kunststoffe haben eine niedrige Dichte, sind röntgenstrahlentransparent, sterilisierbar und ausreichend wärmeformbeständig. Die einfache Handhabung, die körperfreundliche Gestalt und die wirtschaftliche Herstellungsmöglichkeit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird unter der Voraussetzung einer ausreichenden Stabilität der Gesamtvorrichtung durch eine kunststoff- und funktionsgerechte Gestaltung und Dimensionierung der vier Grundelemente ermöglicht. The thermoplastics have a low density, are transparent to X-rays, can be sterilized and are sufficiently heat-resistant. The simple handling, the body-friendly shape and the economical manufacturing possibility of the device according to the invention is made possible by a plastic and functional design and dimensioning of the four basic elements provided that the overall device is sufficiently stable.

Das Merkmal der einfachen Handhabung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass aus nur vier Grundelementen alle für eine Stillegung oder Stützung denkbaren Montagevarianten zusammenzusetzen sind und zur Fixierung der Gesamtvorrichtung vier Innensechskantschrauben genügen. Zur Vermeidung des bei der Montage unerwünschten Abgleitens einzelner Grundelemente sind diese gegeneinander leicht elastisch verspannt. Ihre Gleitfläche sowie die Anschlussstellen der Knochenschrauben sind zweckmässigerweise strukturiert, so dass nach dem Festziehen der vier Innensechskantschrauben die Vorrichtung ausreichend stabil ist. The feature of simple handling of the device according to the invention can be seen in the fact that all conceivable assembly variants for decommissioning or support can be put together from only four basic elements and four Allen screws are sufficient to fix the entire device. To avoid the undesirable sliding of individual basic elements during assembly, they are slightly elastically braced against one another. Their sliding surface and the connection points of the bone screws are expediently structured so that the device is sufficiently stable after the four Allen screws have been tightened.

Die gewünschte Gewichtsreduzierung ergibt sich aus der Werkstoffwahl sowie daraus, dass die Grundelemente beanspruchungsgerecht gestaltet sind und die Spannvorrichtung, mit der die Ausübung sowohl von Distraktion als auch von Kompression möglich ist, vom Montageverband abnehmbar ist. The desired weight reduction results from the choice of material and from the fact that the basic elements are designed to meet the requirements and that the tensioning device, which can be used to perform both distraction and compression, can be removed from the assembly.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Verbindungsteile (4) und die Klemmelemente (5) über feststellbare Kugelgelenke (10/11) miteinander verbunden sind. Hierdurch sind die für alle mehrdimensionalen Montagevarianten notwendigen Freiheitsgrade auf engstem Raum erreichbar. Damit wird auch erreicht, dass an allen Grundelementen scharfkantige Konturen und ausladende Stellen vermieden werden. Dank der schlechteren Wärmeleitfähigkeit fühlen sich die Grundelemente aus einem thermoplastischen Kunststoff nicht so körperfremd an. Another feature of the invention is that the connecting parts (4) and the clamping elements (5) are connected to one another via lockable ball joints (10/11). As a result, the degrees of freedom required for all multi-dimensional mounting variants can be achieved in the smallest of spaces. This also ensures that sharp-edged contours and protruding points are avoided on all basic elements. Thanks to the poorer thermal conductivity, the basic elements made of a thermoplastic do not feel so foreign to the body.

Die Elemente der Vorrichtung können aus extrudiertem Halbzeug mit anschliessender Spangebung und besonders vorteilhaft in an sich bekannter Weise nach dem Spritzgiessver-fahren hergestellt werden. The elements of the device can be produced from extruded semifinished product with subsequent chip removal and particularly advantageously in a manner known per se after the injection molding process.

Die Grundelemente sind vorteilhaft so dimensioniert, dass bei ausreichender Stabilität die zulässige Festigkeit des thermoplastischen Kunststoffs nicht überschritten wird. Die Ergebnisse einer experimentellen Spannungsermittlung bestätigen, dass an keiner Stelle die Dehnung, auch bei Langzeiterprobung, über 0,5 % liegt. Eine Systemanalyse zeigt aussers io The basic elements are advantageously dimensioned such that, with sufficient stability, the permissible strength of the thermoplastic is not exceeded. The results of an experimental stress determination confirm that at no point does the elongation exceed 0.5%, even in long-term testing. A system analysis also shows io

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

627 364 627 364

dem, dass zwischen den Verankerungen aus Metall und derjenigen aus thermoplastischen Kunststoffen keine wesentlichen Stabilitätsunterschiede bestehen. that there are no significant differences in stability between the anchors made of metal and those made of thermoplastics.

Eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäs-sen Vorrichtung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen: An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown schematically in the drawings and is explained in more detail below. Show it:

Fig. 1 die Vorrichtung in perspektivischer Darstellung; Figure 1 shows the device in perspective.

Fig. 2 eine Knochenschraube; 2 shows a bone screw;

Fig. 3 eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht eines Verbindungsteils; 3 shows a top view and a side view of a connecting part;

Fig. 4 eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Klemmstücks; 4 shows a plan view and a side view of a clamping piece;

Fig. 5 einen Kugelstern; 5 shows a spherical star;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine externe, abnehmbare Spannvorrichtung; und 6 shows a longitudinal section through an external, removable clamping device; and

Fig. 7 schematisch eine integrierte Spannvorrichtung. Fig. 7 shows schematically an integrated clamping device.

In Fig. 1 bedeutet 1 den zu versorgenden Knochen mit dem Bruchspalt 2. Ober- und unterhalb des Bruchspaltes sind die Knochenschrauben 3 eingeschraubt. Vier Verbindungsteile 4 bündeln die Schraubengruppen. Diese Verbindungsteile 4 werden über acht Klemmstücke 5 mit den Verbindungsstäben so verbunden, dass ein stabiler äusserer Rahmen entsteht. Im nicht fixierten Zustand sind die Grundelemente gegeneinander räumlich zu bewegen. Durch die beschriebene «saugende Haftung» zwischen den Grundelementen wird bei der Montage deren ungewolltes Abgleiten verhindert. Zur Fixierung der gewünschten Stellung dienen die am Klemmelement 5 angebrachten Innensechskantschrauben 7. In FIG. 1, 1 means the bone to be treated with the fracture gap 2. The bone screws 3 are screwed in above and below the fracture gap. Four connecting parts 4 bundle the screw groups. These connecting parts 4 are connected to the connecting rods via eight clamping pieces 5 in such a way that a stable outer frame is created. In the unfixed state, the basic elements must be moved spatially against each other. The described «absorbent adhesion» between the basic elements prevents them from slipping unintentionally during assembly. The Allen screws 7 attached to the clamping element 5 serve to fix the desired position.

Um einen vorgespannten Formschluss zwischen Knochenschrauben 3 und Verbindungsteil 4 zu erzielen, sind, wie Fig. 2 zeigt, die Knochenschrauben an den gewindefreien Teilen mit einer Kreuzrändelung 8 versehen, so dass sie sich aufgrund örtlicher plastischer Verformung in der Bohrung 9 des Verbindungsteils 4 verkrallt. Eine zusätzliche Feststellschraube ist daher nicht notwendig. In order to achieve a pre-tensioned form fit between bone screws 3 and connecting part 4, as shown in FIG. 2, the bone screws are provided with cross-knurling 8 on the unthreaded parts, so that they are clawed in the bore 9 of the connecting part 4 due to local plastic deformation. An additional locking screw is therefore not necessary.

Wie in Fig. 3 zu sehen ist, sind zum besseren Einrasten der leicht versetzt eingebohrten Knochenschrauben 3 die Bohrungen 9 im Verbindungsteil 4 kegelig gefasst. Die Gleitflächen der Gelenkkugel 10 des Verbindungsteils 4 sind mit Quarzmehl beschichtet. Damit kann ohne zusätzliche Vorkehrungen eine sichere Haftung zwischen Verbindungsteil 4 und Klemmstück 5 erzielt werden. As can be seen in Fig. 3, the holes 9 in the connecting part 4 are tapered for better engagement of the slightly offset drilled bone screws 3. The sliding surfaces of the joint ball 10 of the connecting part 4 are coated with quartz powder. A secure adhesion between the connecting part 4 and the clamping piece 5 can thus be achieved without additional precautions.

Das in Fig. 4 dargestellte Klemmstück 5 besitzt eine Kugelpfanne 11, die elastisch aufgeweitet werden kann. Mit geringem Kraftaufwand ist das Klemmstück 5 auf die Gelenkkugel 10 des Verbindungsteils 4 aufzubringen. Zuvor wird der Verbindungsstab 6 in die Bohrung 21 des Klemmstücks 5 The clamping piece 5 shown in Fig. 4 has a ball socket 11 which can be elastically expanded. The clamping piece 5 can be applied to the joint ball 10 of the connecting part 4 with little effort. The connecting rod 6 is previously inserted into the bore 21 of the clamping piece 5

«saugend» eingeschoben. Die durch das elastische Verformen des Klemmstücks 5 erreichbare Anpresskraft bewirkt die «saugende Haftung». Klemmstück 5 lässt sich anschliessend auf Verbindungsteil 4 mit geringer Kraft verschieben. Die ge-5 löste Innensechskantschraube 7 ist nicht direkt in das Klemmstück 5 eingeschraubt, sondern, um Verschleiss im Muttergewinde zu vermeiden, in das Metalleinlegeteil 12 eingeschraubt. Die endgültig gewählte Stellung von Verbindungsteil 4, Klemmstück 5 und Verbindungsstab 6 zueinander wird mit der io Innensechskantschraube 7 kraftschlüssig gesichert. Inserted «sucking». The contact pressure that can be achieved by the elastic deformation of the clamping piece 5 causes the “suction adhesion”. Clamp 5 can then be moved to connecting part 4 with little force. The loosened hexagon socket screw 7 is not screwed directly into the clamping piece 5, but is screwed into the metal insert 12 in order to avoid wear in the nut thread. The finally selected position of the connecting part 4, clamping piece 5 and connecting rod 6 to one another is secured with the io Allen screw 7.

Der in Fig. 5 dargestellte Kugelstern 13, dessen 6 Gelenkkugeln 14 ebenfalls mit Quarzmehl beschichtet sind, ermöglicht in Verbindung mit den übrigen Grundelementen die gewünschten Montagevarianten. The spherical star 13 shown in FIG. 5, the 6 joint balls 14 of which are also coated with quartz powder, enables the desired assembly variants in conjunction with the other basic elements.

« Fig. 6 zeigt die externe, abnehmbare, Spannvorrichtung für Distraktion und Kompression, die zur Ausübung dieser Kräfte auf die freistehenden Enden der in Fig. 1 gezeigten Verbindungsstangen 6 parallel zur Verstellrichtung stirnseitig aufgeschoben und mit der Feststellmutter 15, sowie dem geteilten 20 Konusstück 16 fixiert wird. Die Mitnahmegabel 17 wird auf das Klemmstück 5 eingeschwenkt. Die Nocken 19 am Teil 17 und die Nuten 20 im Klemmstück 5 verhindern ein Abgleiten der Spannvorrichtung. Durch Verdrehen des Gewindestabes 18 wird der Abstand zwischen dem Aufnahmeteil 22 des Ko-25 nusstücks und der Mitnahmegabel 17 verringert bzw. vergrös-sert. Distraktion resp. Kompression können so ausgeübt werden. Diese externe Spannvorrichtung kann aus thermoplastischen Kunststoffen oder auch aus Metall gefertigt sein. 6 shows the external, removable, tensioning device for distraction and compression, which, in order to exert these forces, is pushed onto the free ends of the connecting rods 6 shown in FIG is fixed. The driving fork 17 is pivoted onto the clamping piece 5. The cams 19 on part 17 and the grooves 20 in the clamping piece 5 prevent the tensioning device from sliding off. By turning the threaded rod 18, the distance between the receiving part 22 of the Ko-25 nut piece and the driving fork 17 is reduced or increased. Distraction resp. Compression can be exercised in this way. This external clamping device can be made of thermoplastic materials or metal.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch mit inte-30 grierten Spanneinrichtungen versehen sein, die anstelle des Verbindungsstabes 6 der äusseren Knochenverankerung in das Klemmstück 5 eingeschoben werden. Wie Fig. 7 zeigt, bestehen sie aus einem Spannschloss 23 mit einem Rechts- und einem Linksinnengewinde, in das die Stäbe 25 und 26 mit ent-35 sprechenden Aussengewinden eingeschraubt werden. Distraktion und Kompression werden durch Verdrehen des Spannschlosses von Hand bewirkt. Besonders hohe Kompressionskräfte werden über einen Verdrehstift aufgebracht, der in entsprechenden Aufnahmebohrungen 24 des Spannschlosses ein-40 gerastet wird. The device according to the invention can also be provided with integrated clamping devices which are inserted into the clamping piece 5 instead of the connecting rod 6 of the outer bone anchor. As shown in FIG. 7, they consist of a turnbuckle 23 with a right-hand and a left-hand internal thread, into which the rods 25 and 26 are screwed with corresponding external threads. Distraction and compression are achieved by turning the turnbuckle by hand. Particularly high compression forces are applied via a twisting pin which is latched in corresponding receiving bores 24 of the turnbuckle.

Anstelle der Verbindungsrundstäbe 6 sind auch bandförmige Elemente, Halbschalen oder Mantelrohre denkbar. Ihre Anwendung ist jedoch vielfach nur in Sonderfällen zweckmässig. Der damit mögliche Stabilitätsgewinn ist nur durch das 45 Einbringen weiterer Knochenschrauben zu realisieren, führt jedoch zu einer Reduzierung der Zahl möglicher Montagevarianten. Instead of the connecting round rods 6, band-shaped elements, half-shells or jacket pipes are also conceivable. However, their use is often only useful in special cases. The resulting increase in stability can only be achieved by introducing additional bone screws, but it leads to a reduction in the number of possible installation variants.

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4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

627 364

1.Device for immobilizing and / or supporting limbs of humans and animals, which has mutually opposite and at least one (n) bone screw or bone nail receiving connecting parts, which are connected by means of clamping elements with connecting rods with or without thread, characterized in that the connecting parts (4), the clamping elements (5) and the connecting rods (6) with thread and integrated turnbuckles, respectively. those without threads are made of fiber-reinforced thermoplastics.

2. Device according to claim 1, characterized in that the connecting parts (4) and the clamping elements (5) are connected to one another via lockable ball joints.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the bone screws are knurled on their thread-free parts and are arranged offset from one another.