CH669105A5 - Interne fixationsvorrichtung fuer die osteosynthese. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine interne Fixationsvorrichtung für die Osteosynthese, bestehend aus einer Osteosyntheseplatte mit mindestens zwei Schraubenlöchern und darin einsetzbaren Knochenschrauben.

Interne Fixationsvorrichtungen für die Osteosynthese sind schon seit langem bekannt. Diese ermöglichen keine ngide, stabile Fixation zwischen Kopf der Knochenschraube und Osteosyntheseplatte, wobei oft eine Knochenresorption an der Kontaktfläche zwischen Osteosyntheseplatte und Knochen zustande kommt mit einer oft nachfolgenden Instabilität und Lockerung.

Bei anderen, rigiden Systemen fehlt eine, den trennschichtfreien ankylotischen Knochen-Metall-Verbund fördernde Implantatoberfläche.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile einer internen Fixationsvorrichtung mit denjenigen der internen Plattenosteosynthese zu kombinieren und insbesondere eine langfristig stabile Verankerung des Implantats zu erreichen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer internen Fixationsvorrichtung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen internen Fixationsvorrichtung erstens die Stabilität des Implantats mit der Liegedauer und der Belastung zunimmt, weil sich an der Kontaktfläche zwischen Knochen und Implantatoberfläche ein direkter, trennschichtfreier, durch die bioinerte, poröse Titanplasmaschicht begünstigter Knochen Verbund ausbildet und zweitens die Stabilität der Osteosynthese nicht mehr durch das Andrücken der Platte an den Knochen, sondern durch die rigide Fixation der Schraube an die Platte erzielt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches zugleich das Funktionsprinzip erläutert, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Figur 1 stellt eine perspektivische Ansicht von zwei mit einer Osteosyntheseplatte verbundenen Teilen eines Unterkiefers dar; Figur 2 stellt einen Längsschnitt durch die Osteosyntheseplatte gemäss Figur 1 dar; Figur 3a stellt einen Querschnitt durch die für den Knochenkontakt bestimmte bioinerte, poröse Oberfläche der Osteosyntheseplatte, bzw. der Knochenschraube dar; Fig. 3b stellt einen Schnitt längs der Linie IV - IV in Figur 2 dar; Fig. 4 stellt das Gleichgewichtsdiagramm für das binäre Gemisch O-Ti dar; und Fig. 5 stellt das Gleichgewichtsdiagramm für das binäre Gemisch N-Ti dar.

In der Figur 1 ist ein Unterkiefer 4 dargestellt, aus dem wegen eines Tumors ein Stück reseziert werden musste. Dabei wurde der Unterkiefer in zwei Teile 4a, 4b getrennt. Die beiden Teile 4a, 4b sind durch eine Platte 1 miteinander verbunden, welche mit einen Vollkernschaft 9 aufweisenden Knochenschrauben 3 durch die Schraubenlöcher 2 mit dem Knochen 4 verschraubbar ist, wobei die aus Reintitan bestehende Osteosyntheseplatte 1 mit den üblichen chirurgischen Instrumenten manuell gebogen und an das Knochenrelief 4 adaptiert werden kann. Die Osteosyntheseplatte 1 weist im wesentlichen keine planaren Oberflächenpartien auf und das zwischen den Schraubenlöchern 2 liegende Profil 17 ist allseitig verjüngt.

Die Anbringung der Bohrungen im Knochen 4 für die Knochenschrauben 3 erfolgt gemäss der üblichen Operationstechnik, zweckmässigerweise unter Verwendung einer Bohrlehre.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weist das Schraubenloch 2 in Richtung der Knochenkontaktfläche 4 eine Querschnittsverengung 5 auf, welche als Anschlag 6 für die Kno chenschraube 3 ausgebildet ist und eine exakte axiale Positionierung und Sicherung erlaubt. Das Eindrehen der Knochenschrauben 3 kann mittels eines in die Längsschlitze 10 des Schraubenkopfes 7 eingreifenden Instrumentes erfolgen.

Nachdem die Osteosyntheseplatte 1 mit einer genügenden Anzahl Schrauben 3 an den Knochen 4 festgeschraubt worden ist, erfolgt das Einschrauben der mit Längsschlitzen 12 versehenen Einsätze 11, zweckmässigerweise wiederum mit einem in die Längsschlitze 12 eingreifenden Instrument.

Das Innengewinde 13 des Schraubenkopfs 7 entspricht dabei dem Aussengewinde 14 des Einsatzes 11. Durch das Einschrauben der Einsätze 11 erfolgt eine Aufspreizung und Verklemmung des längsgeschlitzten Schraubenkopfes 7 gegen die Innenwandung 8 des Schraubenlochs 2, wodurch sich eine äusserst rigide Verbindung zwischen Osteosyntheseplatte 1 und Schraube 3 ergibt.

Nach erfolgter Osteosynthese kann die Osteosyntheseplatte 1 wieder entfernt werden, wobei zuerst die Einsätze 11 herausgeschraubt werden und danach die Knochenschrauben 3.

Bei Verwendung der erfindungsgemässen internen Fixationsvorrichtung zur Fixierung eines Implantates, insbesondere einer Gelenkendoprothese, beispielsweise einer Kiefergelenkprothese verbleiben die Knochenschrauben 3 und die Osteosyntheseplatte 1 an die sich dann das Implantat anschliesst, dauernd im Körper des Patienten.

Als wichtig für den angestrebten Erfolg hat sich die Erzielung einer porösen Titanschicht mit einer Haftfestigkeit von mindestens 9,5 kp/mm2, vorzugsweise von mindestens 12,0 kp/mm2 auf dem vorzugsweise metallischen Substrat erwiesen.

Ein geeignetes Verfahren zur Erzielung einer solchen Haftfestigkeit ist das Plasmaflamm-Verfahren, doch sind auch andere chemische Verfahren geeignet.

Die Beschichtung der erfindungsgemässen internen Fixationsvorrichtung mit der bioinerten, porösen Schicht kann beispielsweise durch Aufsprühen von Titanpulver einer Korngrössenverteilung von etwa 0,05-0,1 mm in einem unter hohem Druck ausströmenden Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff im elektrischen Bogen bei einer Temperatur von 15 000 bis 20 000 0C erfolgen. Bei diesem Verfahren erreichen die in einem inerten Gasträger, beispielsweise Argon, zugeführten Titanhydridpartikel innerhalb der 15 bis 20 cm langen Beschleunigungsstrecke eine Geschwindigkeit von etwa 600 m/s mit der sie auf die zu beschichtende Metalloberfläche auftreffen und dort je nach Dauer des Vorgangs eine 0,01-0,50 mm, vorzugsweise 0,03-0,06 mm dicke, bioinerte, poröse Schicht bilden.

Zweckmässigerweise erfolgt die Beschichtung derart, dass die entstehenden Poren einen Durchmesser von etwa 30 - 200 u, vorzugsweise von etwa 40-70 u aufweisen.

Die verschiedenen je nach Verwendungszweck der erfindungsgemässen internen Fixationsvorrichtung benötigten Variationen der Beschichtungsqualität können durch Regelung der Verfahrensparameter erzielt werden, wobei jedoch eine Plasmaenthalpie von über 20 Millionen Joule/kg beibehalten werden sollte.

Für die bioinerten Eigenschaften der Beschichtung ist auch deren chemische Zusammensetzung von Bedeutung.

Als vorteilhaft haben sich solche poröse Oberflächenschichten erwiesen, welche neben dem Grundmaterial (Titan, Ti 6AI-4V u.ä.) einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,5% (vorzugsweise weniger als 0,3%), einen Stickstoffgehalt von weniger als 4% (vorzugsweise weniger als 3%) und einen Sauerstoffgehalt zwischen 8 - 10% aufweisen (alle Angaben verstehen sich in Gew.%).

Das Titan in der Titanplasmaschicht liegt zweckmässigerweise mindestens in Form des hexagonal koordinierten a Ti und des kubisch koordinierten 6-TiO und 6-TiN vor, vorzugsweise mit einem Anteil von 76-87 Gew.% des hexagonal koordinierten a-Ti. Die entsprechenden Phasen sind aus den beiden in der Zeichnung dargestellten Gleichgewichtsdiagrammen für die binären Legierungen O-Ti (Fig. 4; Quelle: T.H. Schofield und A.E. Bacon, J. Inst. Metals, 1955/6, 84, 47) und N-Ti (Fig. 5; Quelle: A.E. Pally et al. Trans.

Amer. Soc. Met., 1954, 46, 312) ersichtlich.

Statt des im Beispiel angegebenen bevorzugten Materials (Titan) können auch andere bioinerte Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Titanlegierungen, Zirkon, Niob, Tantal oder Platin.

Als Osteosyntheseplatte für die erfindungsgemässe interne Fixationsvorrichtung sind auch bioinerte, vorzugsweise verstärkte Kunststoffmaterialien verwendbar, beispielsweise in Form von verformbaren, polymerisierbaren Kompositstrukturen.

Die im beschriebenen Beispiel verwendeten Knochenschrauben 3 weisen einen Vollkern 9 auf, können aber insbesondere für Langzeit-Implantate auch einen Hohlkern aufweisen um das Einwachsen von Knochengewebe zu fördern.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE

1. Interne Fixationsvorrichtung für die Osteosynthese bestehend aus einer Osteosyntheseplatte (1) mit mindestens zwei Schraubenlöchern (2) und darin einsetzbaren Knochenschrauben (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Knochenschrauben (3) in starrer Weise mit der Osteosyntheseplatte (1) verbindbar sind und dass mindestens diejenigen Oberflächen der internen Fixationsvorrichtung, welche für den Kontakt mit dem Knochen (4) bestimmt sind, eine bioinerte, poröse Schicht (16) aufweisen.

2. Interne Fixationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Titan bestehende Schicht (16) eine Haftfestigkeit auf dem aus Titan bestehenden Substrat (15) von mindestens 9,5 kp/nun2, vorzugsweise von mindestens 12,0 kp/mm2 aufweist.

3. Interne Fixationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Titan in der Schicht (16) mindestens in Form des hexagonal koordinierten a-Ti und des kubisch koordinierten 6-TiO und 6-TiN vorliegt, vorzugsweise mit einem Anteil von 76-87 Gew.% des hexagonal koordinierten a-Ti.

4. Interne Fixationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenlöcher (2) in Richtung der Knochenkontaktfläche (4) eine Querschnittsverengung (5) aufweisen, welche als Anschlag (6) für die Knochenschraube (3) ausgebildet ist.

5. Interne Fixationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Knochenschrauben (3) einen spreizbaren Schraubenkopf (7) aufweisen, der gegen die Innenwandung (8) der Schraubenlöcher (2) verklemmbar ist.

6. Interne Fixationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Osteosyntheseplatte (1) aus Reintitan besteht und vorzugsweise derart dimensioniert ist, dass sie mit chirurgischen Instrumenten durch manuelle Deformation an die Knochenanatomie anpassbar ist.

7. Interne Fixationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Osteosyntheseplatte (1) keine planaren Oberflächenpartien aufweist und dass das zwischen den Schraubenlöchern (2) liegende Profil (17) vorzugsweise allseitig verjüngt ist.

8. Interne Fixationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von makroskopischer Oberfläche zum Volumen des im Knochen zu verankernden Teils der Knochenschrauben (3) im Bereich von 1-5 mm, vorzugsweise von 3,5 bis 4,25 mm liegt und dass das Verhältnis von mikroskopischer Oberfläche zum Volumen des im Knochen zu verankernden Teils der Knochenschrauben (3) im Bereich von 15 - 35 mm, vorzugsweise von 20 - 30 mm liegt.

9. Interne Fixationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die bioinerte poröse Schicht eine Dicke von 0,01-0,50 mm, vorzugsweise von 0,03-0,06 mm aufweist.