DE102006056950A1

DE102006056950A1 - Orthopädische Zugschraube

Info

Publication number: DE102006056950A1
Application number: DE102006056950A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Vitek; Uwe Pech; Roland Wörner
Original assignee: Normed Medizin Technik GmbH
Current assignee: Zimmer GmbH
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: DE102006056950B4; US20080132958A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine orthopädische Zugschraube, insbesondere Zugschraube zur Osteosynthese und/oder Fixation von Knochensegmenten (12, 14) mit einem Gewindeabschnitt (20) und einem Schraubenkopf (18), wobei der Schraubenkopf sich zu seinem distalen Ende hin konisch aufweitet und die Schraube entlang ihrer Längsachse (A) mit einer Bohrung (26) zum Zusammenwirken mit einem orthopädischen Führungselement, insbesondere Führungsdraht, versehen ist, wobei der Schraubenkopf (18) randseitig zumindest eine plane und bevorzugt parallel zur Längsachse verlaufende Außenfläche (30) ausbildende Abflachung aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine orthopädische Zugschraube nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und werden insbesondere im Zusammenhang mit orthopädischen Maßnahmen an Fuß oder Händen verwendet. Dabei dienen derartige, im eingesetzten Zustand üblicherweise auf Zug belastete Schrauben dazu, Knochenteile (wieder) in einer gewünschten Verbindungsposition zueinander zu fixieren, so dass die mechanische Stabilität des betreffenden, durch Bruch oder gezielte chirurgische Maßnahme getrennten Knochens erneut gewährleistet werden kann.
Insbesondere der Anwendungszweck im Zusammenhang mit der Operation sog. flexibler Hammerzehen und den dadurch entstehenden Anforderungen an die Fixation bereiten herkömmliche Technologien Probleme. Auch stellt etwa die gezielte Verkürzung der Metatarsalknochen im meta- und diaphysären Bereich eine Orthopädie-technische Herausforderung dar, wobei, über das Problem der Fixation mittels geeigneter Schrauben, insbesondere noch zusätzlich eine Herausforderung darin besteht, Mittel zu schaffen, mit welchen gezielt eine vorbestimmte Verkürzung des Knochens durch vorbestimmte Knochenschnitte und Entfernen insbesondere Scheiben- bzw. teilförmiger, so geschnittener Knochensegmente, ermöglicht werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine insbesondere für die Operation in der Hand- und Fußchirurgie geeignete orthopädische Zugschraube zu schaffen, welche das flexible, insbesondere stark geneigte Einsetzen zur Knochenfixation bzw. Osteosynthese einfach und mit geringem operativem Aufwand ermöglicht, gleichzeitig hohe Haltekräfte aufnimmt und, in Bezug auf die Gewebeumgebung am Operationsort, nur in sehr geringem Maße invasiv wirkt.
Die Aufgabe wird durch die orthopädische Zugschraube mit den Merkmalen des Hauptanspruches sowie das System zur Extraktion eines Knochensegmentes nach dem unabhängigen Anspruch 10 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist der (abschnittsweise) konisch aufgeweitete Schraubenkopf der orthopädischen Zugschraube gemäß der Erfindung randseitig zumindest mit einer, bevorzugt mit zwei oder mehreren Abflachungen versehen, so dass, bei geringem Knochenverlust, die mit kleinem Kopf versehenen Schrauben sehr flach bzw. schräg (etwa bezogen auf eine Knochen-Längsachse) eingebracht werden können, ohne dass der Kopf die Weichteile am Operationsort stört. Vielmehr ermöglicht die erfindungsgemäß beanspruchte Konfiguration, dass der Schraubenkopf versenkt werden kann, so dass sich die erfindungsgemäßen Schrauben insbesondere für Operationsstellen eignen, wo geringe Weichteildeckung des Knochens besteht. Gleichzeitig ermöglicht es die erfindungsgemäße Schraube, dass die Zugkraft wirksam über die Kegelform des Kopfes im bzw. an den Knochen gebracht werden kann.
Besonders bevorzugt ist es, die Geometrie des Schraubenkopfes (eingeschlossen den maximalen distalen Schraubenkopfdurchmesser, die Winkelneigung des konischen Schraubenkopfmantels relativ zur Schrauben-Längsachse, die Nutentiefe des Gewindes bzw. den Durchmesser des Schaftabschnittes so wie den Abstand der vorteilhaft und weiterbildungsgemäß paarweise parallel zueinander gebildeten Außenflächen) in Relativpositionen zueinander zu definieren, wie in den Unteransprüchen geschehen. Auf diese Weise lässt sich in besonders günstiger Weise der vorgesehene Einsatzzweck der Osteosynthese bzw. Knochenfixation an sensiblen Extremitätenknochen, insbesondere Fußknochen, realisieren, wobei mechanische Stabilität in vorteilhafter Wechselbeziehung mit einfacher Einsetz- und Operierbarkeit, Halt im Knochen und optimiertem Knochenverlust durch das Einsetzen der Schraube steht.
Die Schraube ist bevorzugt als Titanelement, titanhaltiges oder titanbeschichtetes Element realisiert und folgt, zum Zweck des optimierten Krafteintrags durch den die Schraube einsetzenden Operateur, dem Torx-Prinzip.
Unabhängiger Schutz im Rahmen der Erfindung wird beansprucht für ein System zur Extraktion eines bevorzugt teil- oder scheibenförmigen Knochensegments aus einem Knochen, wobei dieses System aus einer einen Anschlag oder eine Führungsfläche für einen Schneide-(Säge-)Vorgang im Knochen anbietet und dann eine orthopädische Zugschraube, insbesondere die Zugschraube gemäß Hauptanspruch nach der Extraktion des Knochensegments das Wiederverbinden des Knochens ermöglicht. Erfindungsgemäß ermöglicht es die Lehre, dass in kontruktiv einfacher und operationstechnisch eleganter und günstiger Weise der Schneidevorgang zur Extraktion durchgeführt werden kann, wobei zum einen erfindungsgemäß die Fixierbarkeit der Lehre an einem Führungselement, insbesondere Führungsdraht (typischerweise eingesetzt: sog. Kirschnerdraht) sich vereinfachend auswirkt und darüber hinaus die fixe Winkeleinstellbarkeit der weiter bildungsgemäßen modulartig-mehrteilig ausgebildeten Lehre am Operationsort in besonders einfacher Weise das Vorsehen und Einrichten des etwa Keil-Extraktionsschnittes ermöglicht. Ergänzend oder alternativ ist vorteilhaft vorgesehen, die Lehre scherenförmig und mit variabel (bevorzugt skalierbar) eingestellten Winkeln zu realisieren.
Ergänzend wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung und Offenbarung Schutz beansprucht für ein Einsetz-, Säge-, Betriebs- und Operationsverfahren, wie es aus den vorliegenden Unterlagen, eingeschlossen den nachfolgenden Zeichnungen der Ausführungsbeispiele, ersichtlich ist.
Im Ergebnis entstehen durch die vorliegenden Vorrichtungen in überraschend einfacher und eleganter Weise Lösungen für die eingangs beschriebenen medizintechnischen Aufgaben; es besteht zu erwarten, dass sowohl durch die erfindungsgemäße orthopädische Zugschraube und deren spezielle Einsatzgeometrie, als auch das erfindungsgemäße Extraktions- und Fixationssystem das sensible Gebiet der Fuß-(und Hand-)Chirurgie durch grundsätzlich neue und vorteilhafte Technologie bereichert werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in
1: ein Schaubild zum Verdeutlichen der Einsatzumgebung der erfindungsgemäßen orthopädischen Zugschraube im eingesetzten Zustand bei der Fixation zweier Knochenteile eines Fußknochens;
2: einen Längsschnitt durch die Schraube analog 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
3: eine Stirnansicht der Schraube gemäß 2;
4: eine Detailansicht des Schraubengewindes als Ausschnitt "X" aus 2;
5: eine Perspektivansicht der im erfindungsgemäßen System verwendbaren, im Ausführungsbeispiel modulartig gezeigten Lehre;
6: eine Darstellung der Lehre gemäß 5 mit einem anderen Anschlagwinkel anbietendem zweiten Lehrenelement, welches gegenüber dem Lehrenelement der 5 anderen Anschlagwinkel (zur Erzeugung eines keilförmigen Knochensegments mittels zweier zueinander winkliger Schnitte);
7: eine Schemadarstellung zur Verdeutlichung des Einsatzes der Lehrenanordnung der 5, 6;
8: eine Perspektivdarstellung einer alternativen Lehre und
9: eine Darstellung zu den Einsatzmöglichkeiten der Lehre gemäß 8.
Die in den nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen offenbarten Geometrien und Geometrieverhältnisse gelten insbesondere als zur Erfindung offenbart, ebenso wie die erkennbaren Verfahrensschritte.
So zeigt die 1 in der schematischen Ansicht, wie eine Zugschraube 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schräg in einen in zwei Hälften 12, 14 zerteilten Knochen (mittels eines lediglich exemplarisch gezeigten Schraubendrehers 16) so eingesetzt wird, dass ein Schraubenkopf 18 der Schraube 10, bezogen auf eine Längsachse des Knochens 12, 14 stark geneigt in den ersten Knochenteil 12 eingesetzt werden kann, dergestalt, dass der Kopf 18 vollständig im Knochenmaterial verschwindet, während ein Gewindeabschnitt 20 der Schraube 10 im benachbarten Knochenteil 14 sitzt, so dass durch Wirkung der Schraube die Teile 12, 14 aneinander fixiert werden können.
Die sich aus den 2, 3 und 4 ergebende Detailgeometrie der Schraube 10 im gezeigten Ausführungsbeispiel ermöglicht dabei, dass nicht nur, wie aus der 1 ersichtlich ist, die Schraube schräg und voll versenkt eingesetzt werden kann, auch ist durch die gezeigte Geometrie ein bestmöglicher mechanischer Sitz von Kopf 18 und Gewinde 20 realisierbar, verbunden mit minimiertem Knochenverlust im Bereich des Kopfes 18: So besitzt die typischerweise in verschiedenen Längen entsprechend einem jeweiligen Einsatz zweck konfigurierbare Schraube 10 eine Gesamtlänge L1 wie in 2 gezeigt, wobei sich der Gewindeabschnitt davon über eine Teillänge L2 und der Schraubenkopf in axialer Richtung über eine Keillänge L3 erstreckt. Zwischen Gewindeabschnitt 20 und dem Schraubenkopf 18 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein gewindeloser Schaftabschnitt 22 gebildet, dessen Längserstreckung sich aus der Differenz L1 – L2 – L3 ergibt.
Senkrecht zur Längs- bzw. Symmetrieachse A durch die Schraube der 2 bis 3 ergibt sich zunächst der Durchmesser (genauer der maximale distale Durchmesser) D1 des Schraubenkopfes 18, welcher den maximalen Durchmesser beschreibt, den eine konische Aufweitung 24 des Schraubenkopfes 18 (im Ausführungsbeispiel geneigt um einen Winkel von 11° zur Längsachse A) erfährt; die Aufweitung ist vorteilhaft so vorgesehen, dass der maximale distale Schraubenkopfdurchmesser D1 relativ zum Durchmesser D3 des gewindelosen Schaftabschnittes 22 (im Ausführungsbeispiel entsprechend dem Durchmesser am Gewindegrund des Gewindeabschnittes 22) typischerweise ca. 2:1 beträgt, woraus folgt, dass typischerweise D3 bevorzugt etwa 45 bis 55% von D1 beträgt. Vorteilhaft ist zudem gemäß Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die axiale Länge L3 des Schraubenkopfes 18 das 1- bis 1,3-fache (9/7) von D1 betragen kann, dass ferner alternativ oder ergänzend ein Durchmesser D4 einer zum Zusammenwirken mit orthopädischen Führungsdrähten (insbesondere einem Kirschner-Draht) gebildeten axialen Längsbohrung 26 etwa 55 bis 65 % des Durchmessers D3 beträgt bzw. etwa 30 bis 35 % des Durchmessers D1 beträgt, bei sämtlichen vorliegenden, aus den 2 bis 4 erkennbaren Geometrien, die Zahlenangaben sind in Millimetern, gelten sowohl die sich konkret ergebenen Abstände, Durch messer und Proportionen als offenbart, wie auch die in der vorliegenden Erfindungs- und Ausführungsbeispiel-Beschreibung genannten Verhältnisbereiche.
Insbesondere aus der Stirnansicht der 3 ergibt sich, dass der Schraubenkopf 18 beidseits abgeflacht ist, dergestalt, dass zwei zueinander parallele, beidseits der Längsachse A liegende Flachseiten 30 gebildet sind, welche zueinander einen Abstand D2 ausbilden. Bevorzugt beträgt dieser Abstand D2 etwa 4/7 bis 6/7 von D1 des maximalen distalen Schraubenkopfdurchmessers. Durch diese Geometrie lässt sich, wie eingangs dargelegt, die gewünschte optimierte Wirkung des Schraubenkopfes im Hinblick auf Haltekraft, Knochenverbrauch und Einsetzbarkeit realisieren. Die Stirnansicht der 3 verdeutlicht zusätzlich den Torx-Schraubenansatz 32.
Ergänzend zur Darstellung der 4 und als vergrößerte Darstellung des Ausschnitt "X" in 2 verdeutlicht die 4 noch die spezielle querschnittliche Gewindeausgestaltung des Gewindeabschnittes 18 im gezeigten Ausführungsbeispiel, insbesondere im Hinblick auf die Winkel- und Radiusgeometrien.
Die 5 bis 7 verdeutlichen, wie gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Lehre konstruktiv einfach und wirkungsvoll ausgestaltet werden kann: Diese besteht aus einem Körper (Grundelement 40), welches einen angesetzten Griffabschnitt 42 aufweist, mit Durchbrüchen 44 zum Einsetzen bzw. Führen von Kirschner-Drähten versehen ist und mit einem zweiten, keilförmigen Lehrenelement 50 zusammenwirkt. Genauer gesagt ist dieses zweite Lehrenelement 50, wie in den 5, 6 gezeigt, als austauschbares Paar von Keilelementen ausgestattet, wobei diese Keilelemente, gezeigt sind die Varianten 50a und 50b, jeweils an einer Stirnseite des Körpers 40 ansitzen und eine Anschlagfläche 56 (als Variante 56a bzw. 56b für die Winkel 45° bzw. 50° in den 5 und 6 gezeigt) anbieten, entlang welcher dann, der Schemazeichnung der 7 entnehmbar, eine Sägevorrichtung 58 geführt und, in zwei aufeinanderfolgenden Schnitten bei eingesetzten Elementen 56a bzw. 56b, ein keilförmiges Knochensegment 60 extrahieren kann. Die 7 verdeutlicht darüber hinaus die in die Führungen 44 eingreifenden Führungsdrähte (Kirschner-Drähte 62). Ein Aneinander- bzw. Zusammenführen der gezeigten Knochenabschnitte 12, 16 nach extrahiertem Knochenstück 60 führt dann zu der geometrischen Konstellation der 1, so dass zur Fixation der Knochenteile 12, 16 dann das Einsetzen der Schraube 10 erfolgen kann.
Die 8 verdeutlicht eine alternative Lehre mit variabel einstellbarem Winkel: Das in 8 gezeigte scherenförmige Lehrenelement 70 besitzt dabei ein Paar von Schenkeln 72, 74, welche zwischen sich einen durch eine Skalierung 76 angezeigten Winkel aufspannen. Wie in der 9 gezeigt, können dann entlang der eine unterseitige Nut 78 aufweisenden Schenkel 72 bzw. 74 Führungsdrähte 80 eingesetzt werden, ferner entlang einer Schwenk-Längsachse B einer die Schenkel 72, 74 schwenkbar verbindenden Schwenk-Gelenkeinheit 82, ein weiterer Führungsdraht 84.

Claims

Orthopädische Zugschraube, insbesondere Zugschraube zur Osteosynthese und/oder Fixation von Knochensegmenten (12, 14) mit einem Gewindeabschnitt (20) und einem Schraubenkopf (18), wobei der Schraubenkopf sich zu seinem distalen Ende hin konisch aufweitet und die Schraube entlang ihrer Längsachse (A) mit einer Bohrung (26) zum Zusammenwirken mit einem orthopädischen Führungselement, insbesondere Führungsdraht, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (18) randseitig zumindest eine eine plane und bevorzugt parallel zur Längsachse verlaufende Außenfläche (30) ausbildende Abflachung aufweist.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung ein Paar voneinander bezogen auf die Längsachse gegenüberliegenden, zueinander und zur Längsachse parallelen Außenflächen (30) aufweist.
Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (D2) der Außenfläche (30) zueinander zwischen 4/7 und 6/7 des maximalen distalen Schraubenkopfdurchmessers (D1) beträgt.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge (L1) des konischen Schraubenkopfes 9/7 bis 7/7 des maximalen distalen Schraubenkopfdurchmessers (D1) beträgt.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Gewindeabschnitt und dem Schraubenkopf vorgesehenen gewindelosen Schaftabschnitt (22).
Schraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D3) des gewindelosen Schaftabschnittes und/oder ein Durchmesser des Gewindeabschnittes im Gewindegrund 40 bis 60 %, insbesondere 45 bis 55 %, des maximalen distalen Schraubenkopfdurchmessers (D1) beträgt.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (D4) der Bohrung zwischen 60% bis 70% des Durchmessers (D3) des gewindelosen Schaftabschnittes und/oder zwischen 30% und 35% des maximalen distalen Schraubenkopfdurchmessers beträgt.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge des Schraubenkopfes (L3) 10% bis 30% der Schraubenlänge (L1) beträgt.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konuswinkel des Schraubenkopfes bezogen auf die Längsachse 10° bis 15°, insbesondere 11° bis 13°, beträgt.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube eine Torx-Schraube ist.
System zur Extraktion eines bevorzugt keil- oder scheibenförmiges Knochensegments (60) aus einem Hand- oder Fußknochen sowie zur nachfolgenden Fixation des Knochens (12, 14) mit einer einen Anschlag und/oder eine Führungsfläche (56a, 56b) für eine Knochensägevorrichtung (58) anbietenden, auf den Knochen aufsetzbaren Lehre sowie einer zur Fixation des Knochens an der Extraktionsposition ausgebildeten orthopädischen Zugschraube, insbesondere orthopädischen Zugschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lehre zum Zusammenwirken mit einem in Knochen fixierbaren Führungselement (62), insbesondere eine, orthopädischen Führungsdraht, ausgebildet ist.
System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag bzw. die Führungsfläche in einem aufgesetzten Zustand der Lehre auf dem Knochen einen fixen Winkel zur Senkrechten zur Knochenlängsachse ausbildet, wobei der fixe Winkel zwischen 40 und 60°, insbesondere 45 bis 55°, beträgt.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lehre mehrteilig ausgebildet ist und einen Befestigungsmittel (44) für den Knochen aufweisendes erstes Lehrenelement (40) sowie ein an das erste Lehrenelement auf- und/oder ansetzbares, bevorzugt keilförmiges und den Anschlag bzw. die Führungsfläche anbietendes zweites Lehrenelement (50a, 50b) aufweist.
System nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von in ihren jeweiligen fixen Winkeln des Anschlags bzw. der Führungsfläche verschieden und gestuft ausgebildeten zweiten Lehrenelementen (50a, 50b).
System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lehre (70) scherenförmig zum bevorzugt mittels einer Skalierung (76) einstellbarer Einstellung eine Säge- und/oder Anschlagwinkel für die Knochensägevorrichtung ausgebildet ist.