CH669105A5 - Inner osteosynthesis fastener with bone screws - Google Patents

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Abstract

The osteosynthesis fastener comprises a plate (1) with holes (2) for bone screws (3). In the bottom zone, adjacent to the bone contact face, the holes are of reduced cross-section (5), while the screws have expanding heads (7) for clamping against the inside walls of the holes. Thus the plate and screws are rigidly coupled together. The heads pref. have convex surfaces, fitting against concave ones of the holes.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine interne Fixationsvorrichtung für die Osteosynthese, bestehend aus einer Osteosyntheseplatte mit mindestens zwei Schraubenlöchern und darin einsetzbaren Knochenschrauben. The invention relates to an internal fixation device for osteosynthesis, consisting of an osteosynthesis plate with at least two screw holes and can be inserted therein bone screws.

Interne Fixationsvorrichtungen für die Osteosynthese sind schon seit langem bekannt. Internal fixation devices for osteosynthesis have been known for a long time. 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. These do not allow ngide, stable fixation between the head of the bone screw and the osteosynthesis plate, often a bone at the contact surface between the osteosynthesis plate and bone into with an often subsequent instability and loosening.

Bei anderen, rigiden Systemen fehlt eine, den trennschichtfreien ankylotischen Knochen-Metall-Verbund fördernde Implantatoberfläche. In others, rigid systems, the separating layer-free ankylotic bone-metal composite lacks promoting implant surface.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. The invention aims to provide a remedy. 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. The invention has for its object to combine the advantages of an internal fixation device with those of the internal plate fixation and achieve in particular a long-term stable anchoring of the implant.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer internen Fixationsvorrichtung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. The invention solves the task with an internal fixation device, which has the features of claim 1.

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. The advantages achieved by the invention are to be seen essentially in the fact that due to the inventive internal fixation device, first, the stability of the implant increases with the length of stay and the load because of the contact surface between bone and implant surface direct, separation layer free, bio-inert by, porous titanium plasma layer composite forms favored bone and secondly the stability of the fixation can not be obtained by the pressing of the plate to the bone, but by the rigid fixation of the screw to the plate more.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches zugleich das Funktionsprinzip erläutert, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention which also explains the principle of operation is shown in the drawings and will be described in more detail below.

Figur 1 stellt eine perspektivische Ansicht von zwei mit einer Osteosyntheseplatte verbundenen Teilen eines Unterkiefers dar; Figure 1 illustrates a perspective view of two is associated with an osteosynthesis plate parts of a lower jaw; Figur 2 stellt einen Längsschnitt durch die Osteosyntheseplatte gemäss Figur 1 dar; Figure 2 shows a longitudinal section through the osteosynthesis plate according to Figure 1; Figur 3a stellt einen Querschnitt durch die für den Knochenkontakt bestimmte bioinerte, poröse Oberfläche der Osteosyntheseplatte, bzw. der Knochenschraube dar; Figure 3a shows a cross section through the particular for bone contact bioinert, porous surface of the osteosynthesis plate, or the bone screw is; Fig. 3b stellt einen Schnitt längs der Linie IV - IV in Figur 2 dar; FIG. 3b shows a section along the line IV - IV in Figure 2; Fig. 4 stellt das Gleichgewichtsdiagramm für das binäre Gemisch O-Ti dar; Fig. 4 represents the equilibrium diagram for the binary mixture is O-Ti; und Fig. 5 stellt das Gleichgewichtsdiagramm für das binäre Gemisch N-Ti dar. and Fig. 5 represents the equilibrium diagram for the binary mixture is N-Ti.

In der Figur 1 ist ein Unterkiefer 4 dargestellt, aus dem wegen eines Tumors ein Stück reseziert werden musste. In the figure, 1 is a lower jaw 4 is shown, had to be resected from the tumor because of a one piece. Dabei wurde der Unterkiefer in zwei Teile 4a, 4b getrennt. In this case, the lower jaw in two parts 4a was separated 4b. 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. The two parts 4a, 4b are connected by a plate 1 with one another, which having with a solid core shaft 9 bone screws 3 is screwed to the bone 4 by the bolt holes 2, wherein the existing pure titanium osteosynthesis plate 1 is bent manually with the usual surgical instruments and to the relief bone 4 can be adapted. Die Osteosyntheseplatte 1 weist im wesentlichen keine planaren Oberflächenpartien auf und das zwischen den Schraubenlöchern 2 liegende Profil 17 ist allseitig verjüngt. The osteosynthesis plate 1 has substantially no planar surface parts and the profile 17 lies between the bolt holes 2 is tapered on all sides.

Die Anbringung der Bohrungen im Knochen 4 für die Knochenschrauben 3 erfolgt gemäss der üblichen Operationstechnik, zweckmässigerweise unter Verwendung einer Bohrlehre. The attachment of the holes in the bone for the bone screws 4 3 takes place according to the conventional surgical techniques, conveniently using a jig.

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. As is apparent from Figure 2, the screw hole 2 in the direction of the bone-contacting surface 4 is a cross-sectional constriction 5 which chenschraube as a stop 6 for the bone 3 is formed and an exact axial positioning and securing allowed. Das Eindrehen der Knochenschrauben 3 kann mittels eines in die Längsschlitze 10 des Schraubenkopfes 7 eingreifenden Instrumentes erfolgen. Screwing in the bone screw 3 can be carried out by means of an instrument 7 engaging in the longitudinal slots 10 of the screw head.

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. After the osteosynthesis plate 1 has been bolted with a sufficient number of bolts 3 to the bone 4, takes place, the screwing of the provided with longitudinal slots 12 inserts 11, conveniently in turn with an engaging into the longitudinal slots 12 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. The internal thread 13 of the screw head 7 corresponds to the external thread 14 of the insert 11. By screwing the inserts 11 takes place, a spreading and clamping of the longitudinally slotted screw head 7 against the inner wall 8 of the screw hole 2, whereby a very rigid connection between the osteosynthesis plate 1 and the screw 3 results.

Nach erfolgter Osteosynthese kann die Osteosyntheseplatte 1 wieder entfernt werden, wobei zuerst die Einsätze 11 herausgeschraubt werden und danach die Knochenschrauben 3. After fixation the osteosynthesis plate 1 can be removed again, whereby the first inserts 11 are screwed out and then the bone screws. 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. When using the inventive internal fixation device for fixing an implant, particularly a joint endoprosthesis, such as a temporomandibular joint prosthesis remain the bone screws 3 and the osteosynthesis plate 1 to which then connects the implant, permanently in the body of the patient.

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. As important for the desired success has the achievement of a titanium porous layer with an adhesive strength of at least 9.5 kgf / mm2, preferably of at least proved to 12.0 kgf / mm2 in the preferably metallic substrate.

Ein geeignetes Verfahren zur Erzielung einer solchen Haftfestigkeit ist das Plasmaflamm-Verfahren, doch sind auch andere chemische Verfahren geeignet. A suitable method for achieving such a bonding strength is the plasma flame method, but other chemical methods are suitable.

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. The coating of the inventive internal fixation device with the bioinert porous layer may, for example, by spraying of titanium powder having a particle size distribution of about 0.05-0.1 mm in a flowing high pressure gas mixture of nitrogen and hydrogen in an electric arc at a temperature of 15, 000 up 20,000 0C. 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. In this method, cm in an inert gas carrier, for example argon, supplied Titanhydridpartikel within the 15 to 20 long acceleration distance of a speed of about 600 m / s with which they impinge on the metal to be coated surface, where, depending on the duration of the operation, a 0, 01 to 0.50 mm, preferably 0.03-0.06 mm thick, bioinert, form porous layer.

Zweckmässigerweise erfolgt die Beschichtung derart, dass die entstehenden Poren einen Durchmesser von etwa 30 - 200 u, vorzugsweise von etwa 40-70 u aufweisen. Conveniently, the coating is carried out such that the resulting pores have a diameter of about 30 - 200 have u, preferably of about 40-70 u.

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. The various required depending on the use of the inventive internal fixation device variations in coating quality can be obtained by controlling the process parameters can be achieved, but a plasma enthalpy of about 20 million joules should be maintained kg /.

Für die bioinerten Eigenschaften der Beschichtung ist auch deren chemische Zusammensetzung von Bedeutung. For the bio-inert properties of the coating and their chemical composition is important.

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.%). An advantageous such a porous surface layers have been found which, in addition to the base material (titanium, Ti 6Al-4V and the like) having a carbon content of less than 0.5% (preferably less than 0.3%), a nitrogen content of less than 4 % (preferably less than 3%) and an oxygen content between 8 - 10% have (all figures are in wt.%).

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. The titanium in the titanium plasma layer is conveniently effected at least in the form of hexagonal coordinated a Ti and coordinated cubic 6-TiN TiO and 6-before, preferably with a proportion of 76-87 wt.% Of hexagonal a-coordinated Ti. Die entsprechenden Phasen sind aus den beiden in der Zeichnung dargestellten Gleichgewichtsdiagrammen für die binären Legierungen O-Ti (Fig. 4; Quelle: TH Schofield und AE Bacon, J. Inst. Metals, 1955/6, 84, 47) und N-Ti (Fig. 5; Quelle: AE Pally et al. Trans. The respective phases of the two shown in the drawing equilibrium diagrams for the binary alloys O-Ti (Fig 4; Fig. Source: TH Schofield and AE Bacon, J. Metals Inst, 1955/6, 84, 47.) And N-Ti (Fig 5; Fig. source: AE Pally et al Trans..

Amer. Amer. Soc. Soc. Met., 1954, 46, 312) ersichtlich. Met., 1954, 46, 312) can be seen.

Statt des im Beispiel angegebenen bevorzugten Materials (Titan) können auch andere bioinerte Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Titanlegierungen, Zirkon, Niob, Tantal oder Platin. Instead of the preferred material described in Example (titanium), other bio-inert materials may be used, such as titanium alloys, zirconium, niobium, tantalum or platinum.

Als Osteosyntheseplatte für die erfindungsgemässe interne Fixationsvorrichtung sind auch bioinerte, vorzugsweise verstärkte Kunststoffmaterialien verwendbar, beispielsweise in Form von verformbaren, polymerisierbaren Kompositstrukturen. As osteosynthesis plate for the internal fixation device according to the invention preferably reinforced plastic materials are bioinert, suitable, for example in the form of deformable polymerizable composite structures.

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. The bone screws 3 used in the described example have a solid core 9, but may to the ingrowth of bone tissue to promote in particular for long-term implants also have a hollow core.

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. 1. Internal fixation device for osteosynthesis comprising an osteosynthesis plate (1) with at least two screw holes (2) and can be inserted therein bone screws (3), characterized in that the bone screws (3) are connected in a rigid manner with the osteosynthesis plate (1) and that at least those surfaces of the internal fixation device, which are intended for contact with the bone (4), have a bio-inert, porous layer (16).
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. That the existing titanium layer (16), preferably 2. Internal fixation device according to claim 1, characterized in that an adhesion to the group consisting of titanium substrate (15) of at least 9.5 kgf / nun2 of at least 12.0 kgf / mm2 ,
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. 3. Internal fixation device according to claim 2, characterized in that the titanium in the layer (16) at least in the form of hexagonal a-coordinated Ti and coordinated cubic 6-TiN TiO and 6 is present, preferably in a proportion of 76-87 wt.% of hexagonal a-coordinated 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. 4. Internal Fixation device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the screw holes (2) have a cross-sectional constriction (5) towards the bone contact surface (4) which is designed as a stop (6) for the bone screw (3).
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. 5. Internal Fixation device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bone screws (3) have an expandable bolt head (7) which is clamped against the inner wall (8) of the screw holes (2).
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. 6. Internal Fixation device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least the osteosynthesis plate (1) consists of pure titanium, and is preferably dimensioned such that it is adjustable by manual deformation to the bone anatomy with surgical instruments.
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. 7. Internal Fixation device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the osteosynthesis plate (1) has no planar surface parts and that the section lying between the screw holes (2) (17) is tapered preferably on all sides.
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. 8. Internal Fixation device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the ratio of the macroscopic surface of the mm to the volume in the bone part to be anchored to the bone screws (3) in the range of 1-5, preferably of 3.5 to 4, 25 mm and that the ratio of microscopic surface area to volume of the bone part to be anchored to the bone screws (3) in the range of 15 - 35 mm, preferably 20 - 30 lies mm.
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. That the bio-inert porous layer of 0.01-0.50 mm in thickness, 9. The internal fixation device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that preferably from 0.03-0.06 mm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016095978A1 (en) 2014-12-17 2016-06-23 Medartis Holding Ag Bone plate, surgical sets and reconstruction sets

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