CN102481451A - 极化设备和植入系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于极化至少两个在空间上分开的、至少部分导电的植入物(12、14、16、18)的设备，具有线圈(20)，其具有第一极(22)和第二极(24)；具有与第一极(22)对应的第一接触装置(26)，用于电接触第一植入物(12)；具有与第二极(24)对应的第二接触装置(28)，用于电接触第二植入物(14、16、18)，其中，所述线圈(20)直接或间接设置在所述第一植入物(12)上或中且能够由所述第一植入物承载，以及所述第二接触装置(28)包括柔韧的电导线(30)，其实现了所述第二植入物(14、16、18)的接触，从而使得所述线圈(20)能够与所述第二植入物(14、16、18)空间上分开地设置。

Description

极化设备和植入系统

技术领域

本发明涉及一种用于极化植入物的设备以及一种具有此类设备的植入系统。

背景技术

极化设备和植入系统在接骨领域中是公知的。接骨被用于将断裂或生病的骨头的碎片承力方面稳定地固定在其未受伤的、自然的形状中，其通过植入螺钉、支撑板、钢丝、骨髓钉等等来实现，这些植入物由不锈钢或钛合金制成。这种接骨方法实现了快速地让患者能够移动，同时使得受伤的骨头得到修养，这是治疗中重要的前提条件。

不过，通过相对弹性较小的、挤压组织的支撑植入物产生的刚性固定方面的问题阻碍了生物学上的增长，尤其是血管和神经上的损害。此外，随着植入持续时间的增加，支撑结构的生物力学质量通过其功能的部分消退而变差。随着生物学上的检测的缺失增大了有抵抗力的细菌(MRSA＝耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)感染的风险。已经被证明，这可能会使得金属植入物的表面以粘附的生物膜的形式移植且以蛋白质复合物组成的细胞外被(SchleimhüHe)阻止抗生素的作用。

这些问题可以在整形外科手术的范围内通过电接骨治疗得到抑制，比如采用前述常用的接触设备，如在US6,778,861B1中描述的那样。在那里示出的磁感应的电接骨治疗中，在接骨装置中感应出较低频率的交流电势，使得相关的躯体部位被置于交变磁场中。很久以来，在大量工艺技术医疗应用中、在长期的治疗抵抗性、大多感染的骨头损坏、囊肿和肿瘤转移以及在临床实验室中显示，通过应用接骨植入物作为非常低频率的正弦形交变电势源在紧贴支撑金属的骨区域中实现了理想的治疗效果。

传输技术根据变压器原理工作：受伤或生病的躯体区域由频率非常低的正弦形磁场以大约1至100Hz、优选4至20Hz的频率以及0.5至5mT(5至50高斯)的磁通密度穿过，磁场通过工作电流发生器在一个或多个(主)外电流线圈中产生，配有接骨装置的躯体部位置入到所述线圈中。这种频率非常低的电磁场尽可能无损地穿过组织(包括可能的衣物和石膏绷带)以及非磁性的(奥氏体的)、接骨板的支撑金属。在与其的电接触中植入了(次级)线圈结构、即所谓变压器。在变压器中感应的电势被置于骨损坏的区域中或临近接骨装置的组织中作用。

通过这种将治疗上有效的电势感应传输到接骨组成部分上的技术，避免了经由皮肤的电导线的感染风险，且能够确定电压、频率、强度、信号形式等治疗参数以及具有针对指标的、感应磁场的工作电流发射器的编程。

针对可以在电接骨治疗的范围中采用的植入物的另一个示例在DE2311817C1和US3,918,440中说明。在此描述的按钮螺钉通过按钮与螺钉外部设置变压器线圈接触且成为电接骨治疗的组成部分。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种变化多端地将植入物置入电接骨治疗中的可能性，其中，特别是致力于一种紧凑的结构，其能够容易地在计划的置入持续时间上得以保持。

该目的通过独立权利要求的特征实现。

本发明的有利实施方式在从属权利要求中限定。

按照本发明的用于极化至少两个在空间上分开的、至少部分导电的植入物的设备具有：

线圈，其具有第一极和第二极，

与第一极对应的第一接触装置，用于电接触第一植入物，

至少一个与第二极对应的第二接触装置，用于电接触至少一个第二植入物，

其中，线圈直接或间接设置在第一植入物上或中且能够由第一植入物承载，以及

至少一个第二接触装置包括柔韧的电导线，其实现了至少一个第二植入物的接触，从而使得线圈能够与至少一个第二植入物空间上分开地设置。

与公知的现有技术不同，植入物不仅被用于固定的用途和用作电极，第一植入物还被同时用作变压器线圈的支架。对应电极由另一个构造相同或完全不同类型的植入物如下形成，即实现由第一植入物承载的线圈与另一个植入物的导线连接，其中，还能够容易地通过此类导线连接接触多个植入物，从而使这些植入物中的每一个形成至承载线圈的植入物的对应电极。所有参与的植入物可以是构造相同或不同类型的。

特别优选的是，线圈能够设置在第一植入物的空腔中且第一接触装置在空腔内电接触第一植入物。由此使得线圈可靠地安置在人体中。特别是线圈与第一植入物之间的连接是完全可靠和无干扰的，这是因为该连接无论如何也不会通过任何过程影响人体。

有利的是，线圈缠绕在导磁的内核上。以这种方式使得通过外部的磁场带来的能量有效地转换成电压。

本发明的优点还特别在于，第一植入物和/或至少一个第二植入物是骨螺钉。骨螺钉能够满足不同的功能且能够相对较轻地植入躯体的不同位置上。特别是本发明可以结合骨螺钉特别灵活地使用。

本发明在此可以有利地如下改进，即至少一个第二接触装置具有接触按钮，通过接触按钮能够产生与至少一个第二植入物的机械和电连接。由于在手术期间涉及简单地操作需植入的部件，第二接触装置与第二植入体之间通过接触按钮的连接代表了特别有利的方案。按钮能够同时产生机械以及电连接。

特别有利的是，设置至少一个绝缘外罩，通过绝缘外罩能够将至少一个第二接触装置的接触按钮与周围组织电绝缘。由此避免了在接触按钮的区域发生骨生长，这特别是在植入物的外移植方面是不利的，或者可能会需要额外的耗费的措施。

出于类似的原因可以设置至少一个绝缘外罩，通过至少一个绝缘外罩能够将骨螺钉的近端区域与周围组织电绝缘。

出于部件的较好的可操作性的目的又可以有利地设置，线圈由线圈支架保持，通过线圈支架能够产生与第一植入物的机械接触。

此外，以有利的方式设置至少一个绝缘外罩，通过至少一个绝缘外罩能够将线圈支架的近端区域与周围组织电绝缘。

如果机械接触包括卡扣连接，则线圈支架能够特别简单地被操作。

特别有利的是，线圈支架容纳分配器，多个第二接触装置与分配器连接。引导到不同的第二接触装置的导线因此可靠地在线圈支架内接触。

本发明还可以如下改进，即线圈是一个电路的组成部分，该电路除了线圈之外具有至少一个其它电子部件。由此可以提供额外的功能。

比如，设置蓄电池作为其它电子部件，该蓄电池与线圈并联。由此实现了，当刚好不存在外部的磁场时还保持植入物的电势。蓄电池在治疗期间充有外部的磁场，其中，为此需要感应的交流电的整流器。在不存在外部的磁场时，蓄电池就可以将储存的能量再次释放，其方式为，产生电压以及与此相关的电流。

有利的是，设置函数发生器作为其它电子部件。用于产生植入物区域中的电场的信号形式不必仅从外部磁场中获得或根本不从外部磁场中获得。而是可以设置函数发生器，其接管了这个任务。特别有利的是将这点与同样设置的蓄电池结合，其通过线圈在存在外部磁场时充电。这可以即使是在不存在外部磁场时也能够提供针对函数发生器工作所需的电压。

同样有利的是，设置一个电路作为其它电子部件，电路适用于如下更改由设备提供的交流电压，即第一植入物至少主要

具有第一极性，而第二植入物至少主要具有与第一极性相反的第二极性。众所周知，骨的康复取决于各电极的极性。阴极有利于骨康复，而阳极不利于骨康复。因此，可以通过根据实际情况合适地整流产生正确的影响。该电路可以分开地或作为集成的电路、优选作为ASIC实现。

根据本发明的一个优选的实施方式，其它电子部件能够设置在第一植入物的空腔中。所有电子部件由此设置在一个地点，从而使得能够利用已经描述的按钮实现第二植入物的接触。

不过还可以设置，其它电子部件能够设置在第二植入物的空腔中。当在第一植入物中没有足够的空间时，这种方案是优选的，用于安装所有部件。

本发明还涉及一种植入系统，具有至少两个需在空间上分开植入的、至少部分导电的植入物和按照本发明的设备。

因此，特别是提出了一种导磁的软铁内核上的可电磁感应的拾波线圈，其被推入固定骨损伤的区域中的空心螺钉的内腔中。拾波线圈包裹在由环氧树脂或硅酮制成的绝缘层中且以其下端部与螺旋弹簧或板弹簧导电连接。通过这种导电连接其在推入螺钉的内腔中时接触骨螺钉。线圈内核的上端部超出线圈绕组且容纳在由不锈钢或钛制成的外套中且通过粘接与其机械固定。外套在其上端部具有按钮的形状，按钮在将拾波线圈推入基座之后被压到骨螺钉的头部。拾波线圈的绕组上端部在外套内(由外套绝缘)导致在多个(比如1至3或4个)比如3至5厘米长度的线缆连接上的电分配，其通过电按压接触分别在其它骨螺钉的头部将其相对于承载拾波线圈的螺钉极化。与“双极感应螺钉系统”(参见下文)的设备不同(在双极感应螺钉系统中，拾波线圈的两个输出端在骨空心螺钉的内腔分别与柄部以及与柄部绝缘的尖部接触)，针对按照本发明的系统单极(monopolaren)或单级(unipolaren)感应螺钉被用作任意空心螺钉，如其在固定和修养骨碎片中的应用那样。

空心螺钉优选由钛合金制成，在其表面上形成了在组织中不易传导的氧化物层。这可以通过具有高传导性的钛-铌-氮氧化物(Ti，Nb)ON的涂层阻止。

本发明的另一个特征是提供了微型化拾波线圈的可能性。通过改变在相同频率下上升或下降的感应电磁场正弦电磁波的侧边的陡度，可以在保持不变的振幅下提高感应的电压且由此平衡通过微型化拾波线圈产生的损失。

按照本发明的单极感应螺钉系统(MISS)与按照DE19928449C1的双极感应螺钉系统(BISS)的不同之处特别在于在骨骼中激励的电场的空间分布。在双极感应螺钉中，电场的走向仅到达直接贴靠螺钉表面的组织层，而在按照本发明的单极感应螺钉系统中，感应电场在感应螺钉之间在比如延展的骨折区或病变的骨骼区域(其填充有自身和外部骨骼或骨骼替代材料且必须生物学地整合)的整个容积内延伸。单极感应螺钉系统以理想的方式满足了这些需求。

按照本发明的设备还明显优于按照DE2311817C2和US3,918,440的“按钮螺钉”。具有3至5毫米直径和50毫米长度的植入软组织的拾波线圈(所谓的变压器)的结构的缺点在于，其相对较长的、至接骨螺钉5至10厘米的线缆连接的有限的使用寿命。如果拾波线圈向软组织生长且跟随肌肉和肌腱的运动，基于线缆连接的有限的疲劳强度在3至6个月的必要治疗持续时间内经常发生线缆断裂。

用于线圈保持架内绝缘物质的材料比如是聚醚醚酮(PEEK)和聚偏氟乙烯(PVDF)。这两种材料都能够生物兼容、耐热以及γ射线杀菌。

线缆连接优选由具有钴基合金的4重卷绕的起搏器钢丝MP35N构成。

骨螺钉优选由具有提高导电率的涂层(其由钛-铌-氮氧化物(Ti，Nb)ON组成)的钛合金制成。

在双极感应螺钉系统(BISS)的螺钉中，按照经验在治疗所需的3至5个月的治疗持续时间中以及每日2到3次45分钟的感应时间中，新的骨骼不仅有意地围绕骨损伤区域中的双极螺钉的柄部形成，而且还在靠近螺钉头的周围形成。为了与金属接骨的其它部件(比如支撑板、螺钉、钢丝等等)一起取出双极螺钉(整形外科上常常应在植入一年后实施)，非常硬的骨层围绕双极螺钉的头部形成巨大的并发症。该骨骼的硬度和厚度仅能够以“重”的工具、比如锤子和凿子来去除。主要通过该进程产生的金属屑形成的组织-金属松散(Gewebe-Metallosen)的危险常常不可避免。

不希望出现的、可能危险的围绕接触区域(螺钉头中的按钮)的骨骼外套可以通过围绕接触按钮的绝缘外罩避免，其长度还包住接触的骨螺钉的头部，其方式为，可靠地避免任何与骨骼的直接电接触。

外罩有利地可以是在由PEEK或PVDF制成的按钮接触的头部中的分配器绝缘层的一部分且以其上端部比如以蘑菇罩的形状包围具有拾波线圈和线缆分配器的按钮嵌件。

通过包围罩，在分配器与接触按钮之间的线缆连接导致系统的另一个单极骨螺钉，其以相同的方式被绝缘地包裹。

附图说明

下面借助于特别优选的实施例参照附图示例性阐述本发明。其中，

图1示出了按照本发明的具有所属骨螺钉的植入系统的示意性透视图；

图2示出了按照本发明的极化设备的示意性透视图，部分以截面图表示；

图3示出了按照本发明的具有所属骨螺钉的植入系统的示意性透视图；

图4示出了按照本发明的极化设备的示意性透视图，部分以截面图表示；

图5示出了按照本发明的植入系统的应用示例；

图6示出了按照本发明的极化设备中电子部件的结构的一个示例以及

图7示出了按照本发明的极化设备中电子部件的结构的另一个示例。

在下面对附图的描述中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。

具体实施方式

图1示出了具有所属骨螺钉的按照本发明的植入系统的示意性透视图。图2示出了按照本发明的极化设备的示意性透视图、部分为截面图。其中示出了4个骨螺钉12、14、16、18以及与这些骨螺钉12、14、16、18处于连接中或者说发生连接的极化设备10。极化设备10包括线圈20，其缠绕到导磁的内核32上。线圈20的第一极22与接触装置26连接，该接触装置被设计为接触弹簧。线圈20的第二极被引导到分配器(Verteiler)42。在该分配器42上连接3个其它接触装置28。这些接触装置28包括电导线30和在导线30背离分配器42的端部上的接触按钮34。在图1中，骨螺钉14已经与对应的接触按钮34连接，而与骨螺钉16、18对应的接触按钮34马上要与骨螺钉16、18连接。线圈20比如间接由线圈支架40保持，其方式为，导磁的内核32(线圈20缠绕到其上)力配合和/或型面配合地容纳在线圈支架的凹部44中。线圈被绝缘外罩46包围且这样防止通过与第一极22连接的接触装置26与骨螺钉发生电接触。分配器42被嵌入比如由PEEK或PVDF构成的绝缘物质48中。具有用于保持线圈20或导磁内核22的凹部44的壳体50具有至少在某些分段上环围的凹槽52。应该与第一接触装置26接触的骨螺钉12具有相应的互补装置，即能够在壳体50与骨螺钉12之间提供稳定的卡扣连接。

图3示出了具有所属骨螺钉的按照本发明的植入系统的示意性透视图。图4示出了按照本发明的极化设备的示意性透视图、部分为截面图。此处额外示出了极化设备的区域(接触装置通过这些区域与骨螺钉耦接)可以由绝缘外罩36、38包围。这些绝缘外罩36、38阻止了围绕绝缘区域的刺激性的骨生长，从而使得极化设备的植入更加容易。

图5示出了按照本发明的植入系统的应用示例。其中示出了按照本发明的极化设备如何能够设置在胫骨头56中的肿块54中。

另一个未以图示示出的应用示例是内侧股骨颈骨折的螺钉接骨，其中，采用多个、比如三个螺钉，其在按照本发明的极化设备的实施方式中能够在功能上相互连接。

图6示出了按照本发明的极化设备中的电子部件的结构。这里示出了可以并联于线圈20设置蓄电池58。为了向蓄电池58提供直流电进行充电，还与蓄电池58和线圈20组成的结构并联整流器60，其在此处通过二极管标志示出。蓄电池58在空间上定位在靠近线圈20的位置，从而使其在提供有足够的空间时如线圈20一样设置在植入物的空腔中。这样，仅须向接触按钮34(仅示例性示出了一个)引导唯一一个电连接。

图7示出了针对按照本发明的极化设备中的电子部件的结构的另一个示例。在这里，蓄电池58虽然与线圈20电并联，但设置在接触按钮34附近。该方案在下列情况下是优选的，即容纳线圈20的植入物的空腔对于蓄电池58和线圈20不足够。这样，蓄电池58优选安置在另一个植入物中。在此情况下，两个电导线必须从承载线圈20的植入物的区域引导到承载蓄电池58的植入物，其中，这当然可以通过唯一一个线缆实现。蓄电池58与线圈20的并联实现了当线圈20位于外部磁场中时对蓄电池58充电。在不存在外部磁场时也可以通过蓄电池58保持植入物之间的电压。不过，在无其它措施时在没有外部磁场的情况下仅提供通过蓄电池58的直流电压。如果蓄电池58还被用作如图7所示的用于函数发生器62的供压器(Spannungslieferant)，则其可以通过其输出端与植入物(此处未示出)的导电区域的合适的接触还在不存在外部磁场的情况下提供交流电压。

在前述说明书、附图以及权利要求中公开的本发明的特征既可以单独地也可以任意组合地实现本发明。

附图标记列表

10    极化设备

12    植入物、骨螺钉

14    植入物、骨螺钉

16    植入物、骨螺钉

18    植入物、骨螺钉

20    线圈

22    极

24    极

26    接触装置

28    接触装置

30    导线

32    导磁内核

34    接触按钮

36    绝缘外罩

38    绝缘外罩

40    线圈支架

42    分配器

44    凹部

46    绝缘外罩

48    绝缘物质

50    壳体

52    凹槽

54    肿块

56    胫骨头

58    蓄电池

60    整流器

62    函数发生器

Claims (18)

1.一种用于极化至少两个在空间上分开的、至少部分导电的植入物(12、14、16、18)的设备，具有

线圈(20)，其具有第一极(22)和第二极(24)，

与第一极(22)对应的第一接触装置(26)，用于电接触第一植入物(12)，

至少一个与第二极(24)对应的第二接触装置(28)，用于电接触至少一个第二植入物(14、16、18)，

其中，所述线圈(20)直接或间接设置在所述第一植入物(12)上或中且能够由所述第一植入物承载，以及

所述至少一个第二接触装置(28)包括柔韧的电导线(30)，其实现了所述至少一个第二植入物(14、16、18)的接触，从而使得所述线圈(20)能够与所述至少一个第二植入物(14、16、18)空间上分开地设置。

2.如权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述线圈(20)能够设置在所述第一植入物的空腔中且所述第一接触装置(26)在所述空腔内电接触所述第一植入物(12)。

3.如权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述线圈(20)缠绕在导磁的内核(32)上。

4.如前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述第一植入物和/或所述至少一个第二植入物(14、16、18)是骨螺钉。

5.如前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述至少一个第二接触装置(28)具有接触按钮(34)，通过所述接触按钮能够产生与所述至少一个第二植入物(14、16、18)的机械以及电的连接。

6.如权利要求5所述的设备(10)，其特征在于，设置至少一个绝缘外罩(36)，通过所述绝缘外罩能够将所述至少一个第二接触装置(28)的接触按钮(34)与周围组织电绝缘。

7.如权利要求4至6中任一项所述的设备(10)，其特征在于，设置至少一个绝缘外罩(36、38)，通过所述至少一个绝缘外罩能够将所述骨螺钉(12、14、16、18)的近端区域与周围组织电绝缘。

8.如前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述线圈(20)由线圈支架(40)保持，通过所述线圈支架能够产生与所述第一植入物(12)的机械接触。

9.如权利要求8所述的设备(10)，其特征在于，设置至少一个绝缘外罩(38)，通过所述至少一个绝缘外罩能够将所述线圈支架(40)的近端区域与周围组织电绝缘。

10.如权利要求8或9所述的设备(10)，其特征在于，所述机械接触包括卡扣连接。

11.如权利要求8至10中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述线圈支架(40)容纳分配器(42)，多个第二接触装置(28)与所述分配器连接。

12.如前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述线圈是一个电路的组成部分，所述电路除了线圈之外具有至少一个其它电子部件。

13.如权利要求12所述的设备(10)，其特征在于，设置蓄电池作为其它电子部件，所述蓄电池与所述线圈并联。

14.如权利要求12或13所述的设备(10)，其特征在于，设置函数发生器作为其它电子部件。

15.如权利要求12或14所述的设备(10)，其特征在于，设置一个电路作为其它电子部件，所述电路适用于如下更改由所述设备提供的交流电压，即所述第一植入物至少主要具有第一极性，而第二植入物至少主要具有与所述第一极性相反的第二极性。

16.如权利要求12至15中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述其它电子部件能够设置在所述第一植入物(12)的空腔中。

17.如权利要求12至16中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述其它电子部件能够设置在第二植入物(14、16、18)的空腔中。

18.一种植入系统，具有至少两个需在空间上分开植入的、至少部分导电的植入物(12、14、16、18)和如权利要求1至17中任一项所述的设备(10)。

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