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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Knochennagel mit Vorrichtung zur winkelstabilen Fixation von Schrauben zur Osteosynthese von Knochen für den menschlichen und tierischen Körper und für den erfindungsgemäßen Knochennagel geeignete Schrauben.
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Systeme zur Nagelosteosynthese von Knochenbrüchen großer Röhrenknochen bekannt. Beispielhaft für den Stand der Technik die sind
EP 0 447 824 B1 und
EP 1 545 356 B1 (entspricht
DE 602 14 251 T2 ) genannt.
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Aus dem Stand der Technik sind außerdem Nagelsysteme zur Osteosynthese von Knochen mit winkelstabilen Nagel-Schrauben-Verbindungen bekannt. Derartige winkelstabile Systeme haben den Vorteil einer besseren Verankerung des Nagels mit dem Knochen. Dies ist besonders bei gelenknahen Knochenbrüchen von Vorteil, da auf diese Art und Weise gelenknahe Knochenfragmente besser gefasst und fixiert werden können. Der Vorteil winkelstabiler Nagel-Schrauben-Verbindungen gewinnt bei osteoporotischen gelenknahen Knochenbrüchen an Bedeutung, da Knochenschrauben mit Winkelstabilität einen osteoporotischen Knochen besser fixieren können.
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Beispiele winkelstabiler Nagel-Schrauben-Verbindungen sind dargelegt in
DE 103 20 855 A1 ,
DE 10 2008 014 697 A1 oder in der Gebrauchsmusterschrift
DE 203 00 987 U1 . Nachteilig an derartigen winkelstabilen Nagel-Schrauben-Verbindungen ist, dass zusätzlich zu den Nägeln und Schrauben weitere Vorrichtungen wie Fixierkörper (
DE 103 20 855 A1 ), Hülse und Klemmschraube (
DE 10 2008 014 697 A1 ) oder ein Ring aus verformbarem Material (
DE 203 00 987 U1 ) erforderlich sind. Derartige zusätzliche Vorrichtungen benötigen Raum, können den Marknagel schwächen und führen zu einem zunehmend komplizierten Vorgang einer Operation. Des weiteren kann eine Entfernung des Marknagels und der zugehörigen Schrauben erschwert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen verbesserten Knochennagel zur winkelstabilen Osteosynthese von Knochen im menschlichen und tierischen Körper bereitzustellen, der insbesondere eine vereinfachte winkelstabile Verklemmung des Marknagels mit den zugehörigen Knochenschrauben gestattet. Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist hierbei für den vorstehenden erfindungsgemäßen Knochennagel weitgehend optimierte Schrauben bereitzustellen, so dass ein verbessertes Nagel-Schrauben-System zur winkelstabilen Osteosynthese bereitgestellt ist.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden mit den Merkmalen der Untersprüche und/oder mit Merkmalen der nachfolgenden Beschreibung gelöst, die von schematischen Zeichnungen begleitet ist.
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Nachfolgend benutzte Bezeichnung Nagel bezieht sich auf einen Knochennagel oder Marknagel. Nachfolgend benutzte Bezeichnung Schraube bezieht sich auf eine Knochenschraube, die in Verbindung mit einem Nagel auch als Verriegelungsschraube oder Klemmschraube bezeichnet wird. Je nach Ausgestaltung der Erfindung werden nachfolgende verschiedene Bezeichnungen für eine Schraube verwendet. Dies sind:
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- • Klemmschraube einteilig
- • Klemmschraube zweiteilig
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Zweiteilige Klemmschrauben bestehen aus einer Schraube und Klemmhülse. Eine Klemmhülse kann einteilig oder zweiteilig ausgebildet sein.
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Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere einen Knochennagel zur Osteosynthese von Knochen mit wenigstens einer Nagellochgruppe bereit, der mindestens zwei in einem vorbestimmten Abstand nebeneinander angeordnete ineinander greifend ausgebildete Nagellöcher umfasst, wobei die Nagellochgruppe mit den ineinander greifend ausgebildeten Nagellöchern derart ausgebildet ist, dass bei vollständig in den Knochen gedrehten Schrauben die Schrauben untereinander und mit den Rändern der Löcher des Knochennagels verklemmen und eine winkelstabile Fixierung der Knochenschrauben mit dem Knochennagel bereitgestellt ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt außerdem insbesondere für einen erfindungsgemäßen Knochennagel vorteilhaft ausgebildete Schrauben bereit, die jeweils an vorteilhafte Ausführungen des Knochennagels mit der Nagellochgruppe und der Nagellöcher angepasst sind.
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Erfindungsgemäß wird insbesondere ein Knochennagel vorgeschlagen, der eine Nagellochgruppe mit mindestens zwei ineinander greifenden Nagellöchern aufweist, wobei die Nagellochachsen senkrecht zur Längsachse des Nagels ausgerichtet sind, wobei die Nagellöcher um einen vorbestimmten Betrag überlappen und wobei die Nagellochachsen einen Winkel α von 5 bis 90 Grad zueinander aufweisen. Günstigerweise haben die Nagellochachsen einer Nagellochgruppe einen Winkel α von 25 bis 45 Grad zueinander.
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Selbstverständlich kann ein Marknagel mehrere Nagellochgruppen aufnehmen, zum Beispiel 2 oder 3 Nagellochgruppen im Bereich des Marknagelkopfes und 2 oder 3 Nagellochgruppen im Bereich der Marknagelspitze. Darüber hinaus kann der Knochennagel zusätzliche ein oder mehrere weitere Löcher enthalten. Selbstverständlich können diese zusätzlichen Löcher als Rund- oder Langlöcher zur Aufnahme von Verriegelungsschrauben oder Klemmschrauben geformt sein.
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Des weiteren umfasst die Erfindung auch beliebige andere axiale Ausrichtungen von Nagellöchern, Nagellochgruppen und/oder einzelner Nagelöcher aus Nagellochgruppen. Beispielsweise können Nagellöchern, Nagellochgruppen und/oder einzelner Nagelöcher aus Nagellochgruppen eine Neigung von bis zu 55 Grad zur Senkrechten der Nagelachse aufweisen. Eine derartige Ausformung der Erfindung kann in Gelenknähe von Frakturen langer Röhrenknochen, beispielsweise am körpernahen Oberschenkel, vorteilhaft sein.
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Die Gewindeform der Innengewinde oder Innengewindesäulen von Nagellöchern oder Nagellöchern von Nagellochgruppen korrespondiert zu den Gewinden der weiter unten beschriebenen Knochengewinden von Verriegelungsschrauben oder Klemmschrauben. Es ist klar, dass Veränderungen der Gewindeformen wie zum Beispiel PG-Gewinde, NPT-Gewinde, Trapezgewinde oder Kugelgewinde des erfindungsgemäßen Nagel-Schrauben-Systems möglich sind.
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Eine für den erfindungsgemäßen Knochennagel besonders vorteilhafte Verriegelung in einer Nagellochgruppe besteht aus einer einteiligen Verriegelungsschraube und einer einteiligen Klemmschraube. Die einteilige Verriegelungsschraube besteht aus einem Schraubenkopf und einem zylindrischen Bolzen mit einem Knochengewinde. Die einteilige Klemmschraube besteht aus einem Schraubenkopf, einem schraubenkopfnahen zylindrischen Bolzenanteil, einem konischen sich zur Schraubenspitze hin verjüngenden Bolzenanteil und einem schraubenspitzenseitigen zylindrischen Bolzenanteil. Der konische Anteil befindet sich in der Mitte des Schraubenbolzens oder um einen bestimmten Betrag von der Mitte des Schraubenbolzens entfernt. Der Bolzen der einteiligen Klemmschraube ist mit einem Knochengewinde versehen. Der Schraubenkopf weist an seiner Unterseite eine Verjüngung in Richtung Schraubenbolzen auf und kann mit einem selbstschneidenden Gewinde versehen sein. Durch ein selbstschneidendes Gewinde kann die einteilige Klemmschraube mit ihrem Schraubenkopf teilweise oder ganz in den Knochen gedreht werden, wodurch eine zunehmende Verklemmung des Konus der Klemmschraube im Marknagel möglich ist.
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Der Kerndurchmesser des schraubenkopfseitigen zylindrischen Anteils der einteiligen Klemmschraube entspricht dem größten Durchmesser des Kerns des konischen Anteils der Klemmschraube. Der Kerndurchmesser des schraubenspitzenseitigen Anteils der Klemmschraube entspricht dem kleinsten Durchmesser des Kerns des konischen Anteils der Klemmschraube.
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Die Verjüngung des Konus auf dem Schraubenbolzen wird durch die Konuslänge und durch die Kerndurchmesser des schraubenkopfseitigen und schraubenspitzenseitigen Anteils der einteiligen Klemmschraube bestimmt. Günstigerweise beträgt die Steigung des Konus einzwanzigstel bis eindreißigstel. Ein Beispiel: Bei einer Konuslänge von 12 mm, einem schraubenkopfseitigen Kerndurchmesser von 4 mm und schraubenspitzenseitigen Kerndurchmesser von 3 mm beträgt die Steigung des Konus 0,5 mm auf 12 mm, was einer Steigung von einvierundzwanzigstel entspricht. Selbstverständlich können größere und/oder kleinere Steigungen erfindungsgemäß genutzt werden.
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Es ist klar, dass der schraubenspitzenseitige Anteil der einteiligen Klemmschraube und/oder der schraubenkopfseitige Anteil der einteiligen Klemmschraube auch eine Konusform aufweisen können. Die Steigungen des schraubenspitzenseitigen Anteils der Klemmschraube und/oder des schraubenkopfseitigen Anteils der Klemmschraube sind in diesem Fall jeweils kleiner als die Steigung des Konus zwischen diesen beiden Anteilen. Der Begriff Konus bezieht sich in weiteren Ausführungen der Erfindung auf den Klemmkonus zwischen dem schraubenkopfseitigen und schraubenspitzenseitigen Anteil des Schraubenbolzens.
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Um den Konus der Klemmschraube variabel auf der Längsachse des Klemmschraubenbolzens positionieren zu können, kann die Klemmschraube aus mehr als einem Teil hergestellt sein. Erfindungsgemäß wird eine zweiteilige Klemmschraube vorgeschlagen, welche aus einer Schraube mit einem zylindrischen Bolzen und einer Klemmhülse besteht. Die Klemmhülse ist an ihrer Aussenseite mit einem Knochengewinde versehen.
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Über den Bolzen kann eine einteilige Klemmhülse mit Konus geschoben werden, welche im Bereich des Schraubenkopfes formschlüssig fixiert werden kann. Der Bereich der Bolzenspitze ist mit einem Knochengewinde versehen.
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Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung wird durch eine zweiteilige Klemmhülse bereitgestellt. Eine zweiteilige Klemmhülse besteht aus einem konischen Klemmhülsenanteil mit Aussengewinde und einem Klemmring. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung der Erfindung ist, dass die Klemmhülse variabel auf dem zylindrischen Anteil der Schraube mit zylindrischem Bolzen mit Hilfe des Klemmrings fixiert werden kann.
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Gewinde der Bolzen von Verriegelungsschrauben, Klemmschrauben oder Klemmhülsen sind vorteilhaft als Gewinde mit abgerundeten Flanken ausgeführt, welche für Verriegelungsschrauben bekannt ist. Selbstverständlich können andere Gewindeformen wie PG-Gewinde, NPT-Gewinde, Trapezgewinde oder Kugelgewinde zur Anwendung kommen. Die Gewindehöhe misst typischerweise einfünftel bis einfünfzehntel des schraubenkopfseitigen oder schraubenspitzenseitigen Kerndurchmessers. Die Gewindesteigung misst typischerweise einzehntel bis eindrittel des schraubenkopfseitigen oder schraubenspitzenseitigen Kerndurchmessers. Selbstverständlich können Gewindehöhe und/oder Gewindesteigung auf einem Bolzen variieren. Beispielsweise eine geringere Gewindehöhe im Bereich der Schraubenspitze oder Klemmhülsenspitze, um ein Eindrehen einer Schraube in Knochen und Nagel zu erleichtern.
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Das Gewinde ist derart ausgebildet, das zwei Schrauben, welche sich um bis zu 45 Grad abweichend von der Schraubenlängsachse kreuzen, günstig mit ihren Schraubengewinden ineinander greifen können. Vorteilhaft wird diese Gewindefunktion durch ein verlängertes Gewindetal erreicht. Die Schraubenspitze hat vorzugsweise eine abgerundete Form und ist vorteilhaft mit einem selbstschneidenden Gewinde versehen. Auch kann die Schraubenspitze zusätzlich zum selbstschneidenden Gewinde selbstbohrend ausgebildet sein.
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Implantiert wird ein Knochennagel in der Regel unter Röntgenkontrolle. Meistens werden anschließend Löcher für Verriegelungs- oder Klemmschrauben mit Hilfe eines Zielinstrumentariums und/oder Röntgenkontrolle vorgebohrt.
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Durch die vorstehend genannte erfindungsgemäße vorgeschlagene Vorrichtung kann zunächst eine einteilige Verriegelungsschraube durch den Knochen, anschließend durch ein Nagelloch der Nagellochgruppe und danach durch die Gegenkortikalis des Knochens eingedreht werden. Anschließend kann eine zweite einteilige Klemmschraube durch den Knochen in das zweite Loch der Nagellochgruppe eingedreht werden und während der letzten Umdrehungen sich mit der ersten einteiligen Verriegelungsschraube im Nagel verklemmen. Hierdurch wird auf vorteilhaft einfache Weise eine winkelstabile Verklemmung der ersten und zweiten Schraube mit dem Nagel in einer Nagellochgruppe erreicht. Die Schraubenspitze wird in der Regel in der Gegenkortikalis verankert.
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Die beschriebene winkelstabile Verklemmung kann auch durch die Kombination einer einteiligen Verriegelungsschraube und einer zweiteiligen Klemmschraube oder durch Verwendung von zwei zweiteiligen Klemmschrauben erreicht werden.
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Die Verklemmung von Nagel, erster einteiliger Verriegelungsschraube und zweiter einteiliger Klemmschraube wird durch den Konus auf der einteiligen Klemmschraube und durch den vorbestimmten Abstand der Nagellöcher einer Nagellochgruppe erreicht. Damit die Schrauben zusammen wirken können, sind die Nagellochachsen einer Nagellochgruppe um einen vorbestimmten Winkel α von vorteilhaft 25 bis 45 Grad zueinander ausgerichtet. Durch diesen relativ flachen Winkel können die Gewinde der einteiligen Verriegelungsschraube und der einteiligen Klemmschraube günstig ineinander greifen, was ein Eindrehen der zweiten einteiligen Klemmschraube vereinfacht und den Konus der einteiligen Klemmschraube mit zunehmendem Eindrehen an die erste einteilige Verriegelungsschraube drückt. Idealerweise erreicht nach vollständigem Eindrehen der zweiten einteiligen Klemmschraube jede Schraube eine Dreipunkt-Verklemmung, indem der Konus der Klemmschraube punktförmig auf die Verriegelungsschraube drückt und die Gegenseite der Bolzen an die Außenränder der Nagellochgruppe gedrängt werden. Durch den vorbestimmten Winkel α von 25 bis 45 Grad wird zudem erreicht, dass im Bereich des Knochens die Schrauben nicht zu nah benachbart sind und ausbrechen können, sondern jeweils sicher im Knochen halten können.
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Bei dem Klemmvorgang verbiegt sich die einteilige Klemmschraube aufgrund des Konus, der sich nagelseitig an das zylindrische Nagelloch legt. Hierdurch wird eine Verspannung der Klemmschraube erreicht und eine verbesserte Fixierung der Schrauben im Knochen erreicht.
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Untersuchungen des Erfinders haben auch gezeigt, dass sich die zweite Schraube beim Vorgang des Verklemmens verbiegen kann und vom vorgebohrten zweiten Knochenloch (entspricht Kortikalisgegenseite) verdrängt werden kann, was am ehesten bei osteoporotischem Knochen auftreten kann. Dem kann durch folgende Vorgehensweisen entgegengewirkt werden:
- • Zweite Schraube mit selbstbohrender und/oder selbstschneidender Spitze verwenden
oder
- • Kürzere zweite Schraube verwenden und winkelstabile Verklemmung der ersten Schraube und kürzeren zweiten Schraube erreichen (fixiert Nagel dreimal winkelstabil an Kortikalis)
oder
- • Mit Bohrer bei liegender erster Schraube durch das zweite Loch der Nagellochgruppe bohren, anschließend zweite Schraube eindrehen
oder
- • Als erste Schraube eine Klemmschraube verwenden, diese um Kortikalisbreite (ca. 5 mm) zurückdrehen, zweite Klemmschraube einbringen, erste Klemmschraube nachziehen
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Es ist klar, dass während einer Operation ein Nagel nicht immer genau mittig in einem Knochen platziert werden kann. Um ein günstiges Verklemmen der Schrauben mit dem Knochennagel in einer Nagellochgruppe in derartigen Situationen zu erreichen, sind Klemmschrauben verschiedener Ausführungen vorgesehen, die insbesondere eine Variation der Lage des Konus auf dem Schraubenbolzen beinhalten. Beispielsweise kann eine Vielzahl von einteiligen Klemmschrauben bereitgestellt werden, welche von der Mitte des Schraubenbolzens eine Variation der Konuslage in Richtung Schraubenkopf oder in Richtung Schraubenspitze in kleinen Abständen vorsehen. Derartige kleine Abstände können in Schritten von 4 oder 6 oder 8 mm oder beliebig anderen Schrittlängen vorgesehen werden. Hierdurch kann der Konus in kleinen Schritten variabel vom Schraubenkopf bis zur Schraubenspitze positioniert werden. Durch die vorgeschlagene Variation der Konuslage auf Schraubenbolzen können sämtliche Nagelpositionen außerhalb der Mitte von Knochen winkelstabil fixiert werden.
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Eine Verwendung von zweiteiligen Klemmschrauben hat den Vorteil, dass die Klemmhülse durch Variation der Klemmhülsenlänge in kleinen Schritten variabel auf dem zylindrischen Anteil der Klemmschraube fixiert werden kann. Durch die Zweiteilung von Klemmschrauben können verschiedene Schraubenlängen und verschiedene Klemmhülsenlängen vorgehalten und miteinander kombiniert werden. Durch diese Kombinationsmöglichkeit wird eine hohe Variabilität von Konuslagen auf Schraubenbolzen ermöglicht. Im Vergleich zu einteiligen Klemmschrauben ist bei zweieiligen Klemmschrauben ein deutlich niedrigerer Lagerbestand an Schrauben und Hülsen erforderlich, um eine vergleichbare Variabilität in Bezug auf Schraubenlänge und Konuslage vorzuhalten.
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Eine weitere vorteilhafte Vereinfachung der Erfindung kann durch eine zweiteilige Klemmhülse erreicht werden. Eine zweiteilige Klemmhülse hat den Vorteil, dass der Konus der zweiteiligen Klemmhülse variabel auf dem zylindrischen Anteil der Klemmschraube fixiert werden kann. Hierdurch wird ein noch niedrigerer Lagerbestand möglich, da nur verschiedene Schraubenlängen und wenige zweiteilige Klemmhülsen vorzuhalten sind. Um einem Verdrehen des Klemmkonus auf der Klemmschraube entgegenzuwirken, kann der Bolzen der Klemmschraube mit Längsrillen und die Innenseite des zweiteiligen Klemmringes mit Längsnuten im Sinne eine Längspassung versehen sein.
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Um das Einbringen und Verklemmen von Verriegelungsschrauben oder Klemmschrauben in den erfindungsgemäßen Knochennagel zu erleichtern, können die nachfolgenden vorteilhaften Abwandlungen der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden:
- • Nagellöcher haben eine kleine Fase, damit Klemmschrauben einfacher in Nagellöcher gebracht werden können
- • Überschneidungen der Nagellöcher sind gerundet oder gefast
- • Verschleißarme und widerstandsfähige Oberfläche der Klemmschraube, um einen Metallabrieb während des Klemmvorgangs gering zu halten
- • Unterschiedliche Oberflächenhärtung der Klemmschrauben (zum Beispiel besondere Härte der zweiten Klemmschraube und weichere Oberfläche der ersten Verriegelungsschraube).
- • Veränderung der Gewindeformen auf Schrauben und Klemmhülsen wie zum Beispiel PG-Gewinde, NPT-Gewinde, Trapezgewinde, Kugelgewinde.
- • Verwendung unterschiedlicher Implantatmaterialien wie Reintitan, Titanlegierungen und andere Implantatstahl-Metalllegierungen
- • Verwendung von biokompatiblem nichtmetallischem Material oder einem Übergangsmetall (beispielsweise Tantal) für den Klemmring.
- • Verwendung unterschiedlicher Schrauben-Mitnahmeprofile wie beispielsweise Innensechskant oder Mitnahmeprofile nach Phillips, Pozidriv, Torx, Vierkant, Tri-Wing, Torq-Set oder Spanner.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Nagel-Schrauben-Systems gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigen:
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1a eine Ansicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Marknagels mit einer Nagellochgruppe
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1b einen Querschnitt durch eine Nagellochgruppe des Marknagels von 1a
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2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße einteilige Verriegelungsschraube
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3a einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße einteilige kurze Klemmschraube
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3b einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße einteilige lange Klemmschraube
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3c einen Gewindeausschnitt einer Verriegelungsschraube von 2 oder Klemmschraube 3a oder 3b oder Klemmhülse
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4 einen Längsschnitt durch eine Nagellochgruppe mit Verriegelungsschraube von 2 und Klemmschraube von 3a oder 3b
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5a einen Längsschnitt durch eine zweiteilige erfindungsgemäße lange Klemmschraube mit einteiliger Klemmhülse
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5b einen Längsschnitt durch einen Schraubenbolzen der zweiteiligen langen Klemmschraube von 5a
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5c einen Längsschnitt durch eine Klemmhülse einer zweiteiligen langen Klemmschraube von 5a
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5d einen Querschnitt durch eine Klemmhülse von 5c im Bereich eines Mitnahmeprofils
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6 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Nagellochgruppe mit Querschnitt von zwei zweiteiligen Klemmschrauben entsprechend 5a
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7a einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Klemmschraube ohne Mitnahmeprofil mit zweiteiliger Klemmhülse
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7b einen Längsschnitt durch einen Schraubenbolzen der Klemmschraube entsprechend 7a
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7c einen Längsschnitt durch die zweiteilige Klemmhülse entsprechend 7a
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7d Vergrößerung eines Längsschnittes durch die zweiteilige Klemmhülse entsprechend 7a und 7c
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8a einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Nagellochgruppe mit Innengewinde der Nagellöcher
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8b einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Nagellochgruppe mit Innengewindesäulen der Nagellöcher
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9 eine schematische Darstellung eines Röhrenknochens mit Nagel und Schrauben
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10a eine weitere schematische Darstellung eines Röhrenknochens mit Nagel und Schrauben
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10b einen Schnitt durch den Knochen entlang der Linie AB-AC von 10a
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1a zeigt einen schematischen Ausschnitt durch einen erfindungsgemäßen Knochennagel 1 mit einer Nagellochgruppe 11 und zwei Nagellöchern 10, die in einem vorbestimmten Abstand A und einem vorbestimmten Winkel α entsprechend 1b zueinander angeordnet sind. Die Nagellöcher 10 können mit oder ohne Innengewinde und/oder Innengewindesäule und/oder Variationen davon ausgebildet sein. Um mehr Klarheit in den Figuren zu erreichen, werden Gewinde und/oder Innengewindesäule und/oder Variationen davon später in 8a und 8b dargestellt. Durchmesser der beispielhaft gezeichneten Nagellöcher 10 sind mit D gekennzeichnet, E kennzeichnet den Nenndurchmesser einer Nagellochgruppe 11 in Nagelmitte und F den Nageldurchmesser. B und C markieren einen Querschnitt durch ein Nagelloch einer Nagellochgruppe in 1a, welcher in 1b gezeigt wird. Der Winkel α liegt zwischen 25 und 45 Grad. Der Winkel α kann auch niedrigere oder höhere Werte annehmen.
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1b zeigt einen Querschnitt von 1a entsprechend der Schnittline B/C und den Winkel α, der die Ausrichtung von zwei Nagellöchern 10 zueinander definiert. Der Winkel α definiert einen Kreuzungswinkel von Schrauben, welche in Nagellöcher 10 einer Nagellochgruppe 11 eingebracht und sich in einer Nagellochgruppe 11 verklemmen können. G und H markieren einen Längsschnitt einer Nagellochgruppe 11 in Nagelmitte, welcher in 4 gezeigt wird.
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2 zeigt eine einteilige Verriegelungsschraube 2 und 3a und 3b zeigen jeweils eine einteilige Klemmschraube 3. Die einteilige Verriegelungsschraube 2 besteht aus einem Schraubenkopf 20, einem zylindrischen Schraubenbolzen 21 und einem Schraubengewinde 22. Gewindehöhe I, Nenndurchmesser J und Kerndurchmesser K bestimmen relevante Bolzendurchmesser. Die Bolzenlänge L ist dargestellt, eine Gewindesteigung ist nicht dargestellt, sie variiert je nach klinischer Anwendung zwischen einzehntel bis eindrittel des Kerndurchmessers K. Die Schraubenspitze besteht aus einem für Knochenschrauben typischen selbstschneidenden Gewinde.
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Die einteilige Klemmschraube 3 von 3a besteht aus einem Schraubenkopf 30 und einem Schraubenbolzen 32. Der Schraubenkopf 30 ist an der Schraubenkopfunterseite 31 mit einem sich Richtung Schraubenbolzen 32 verjüngenden selbstschneidenden Gewinde versehen. Der Schraubenbolzen 32 gliedert sich in drei Anteile, nämlich schraubenkopfnaher zylindrischer Anteil 33, Konusanteil 34 und schraubenspitzenseitiger Anteil 35. Gewindehöhe I, Nenndurchmesser M und Kerndurchmesser N des schraubenkopfnahen zylindrischen Anteils 33, Kerndurchmesser O des konischen Anteils 34 und konusnaher Kerndurchmesser P des schraubenspitzenseitigen Anteils 35 bestimmen relevante Bolzendurchmesser. Die Bolzenlänge L wird zusammengesetzt aus der Länge R des schraubenkopfnahen zylindrischen Anteils 33, Länge S des konischen Anteils 34 und Länge T des schraubenspitzenseitigen Anteils 35.
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Die einteilige Klemmschraube 3 von 3b unterscheidet sich von der Klemmschraube 3 von 3a durch den längeren schraubenspitzenseitigen Anteil 35. Der Anteil 35 in 3b wird vom Konus 34 aus zylindrisch weitergeführt und endet an der Bolzenspitze. Die Länge des Anteils 35 wird definiert durch die Länge T. Durch den längeren Anteil T der einteiligen Klemmschraube 3 kann der schraubenspitzenseitige Anteil in der Gegenkortikalis des Knochens fassen und so zusätzlich zur Stabilität eines Nagel-Knochenverbundes beitragen.
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Werden Verriegelungsschraube 2 und anschließend eine Klemmschraube 3 in eine Nagellochgruppe 11 eingebracht, bewirkt der Konus 34 der Klemmschraube 3 eine winkelstabile Verklemmung der Schrauben 2, 3 und des Nagels 1 miteinander, da eine Addition der Kerndurchmesser K und O und drei Gewindehöhen I dem Nenndurchmesser E der Nagellochgruppe 11 in Nagelmitte 1 gleichkommen (4). Wird die Klemmschraube 3 weiter gedreht, entsteht vorzugsweise eine Materialverformung, welche den winkelstabilen Verbund des Nagel-Schrauben-Systems verstärkt.
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Verriegelungsschraube 2 und Klemmschraube 3 kreuzen in der Mitte der Nagellochgruppe 11 in einem vorbestimmten Winkel α entsprechend 1b. Damit die kreuzenden Schrauben günstig mit den Schraubengewinden ineinander greifen können, wird erfindungsgemäß ein besonderes Schraubengewindeprofil vorgeschlagen. 3c zeigt ein vorteilhaftes Spitzgewinde, welches durch ein verlängertes Gewindetal AD gekennzeichnet ist. Eben durch dieses verlängerte Gewindetal AD können Schraubengewinde in einem vorbestimmten Winkel α in einer Nagellochgruppe 10 kreuzen und formschlüssig eingedreht werden. Der Winkel β beschreibt den Flankenwinkel und I die Höhe des erfindungsgemäßen Schraubengewindes.
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5a zeigt einen Längsschnitt durch eine zweiteilige Klemmschraube 4 mit Mitnahmeprofil 36 für eine einteilige Klemmhülse 5, die schematisch in 5c dargestellt ist. Der Kopf 40 der zweiteiligen Klemmschraube 4 ähnelt dem Kopf 30 der einteiligen Klemmschraube 3 mit Ausnahme des bolzenseitigen Mitnahmeprofils 36 für eine einteilige Klemmhülse 5. In 5b ist der Bolzen einzeln dargestellt. Der Durchmesser X des Bolzens der zweiteiligen Klemmschraube 4 für eine einteilige Klemmhülse 5 korrespondiert passgenau zum Innendurchmesser X' der einteiligen Klemmhülse 5. Der bolzenspitzenseitige Anteil des Bolzens ist mit einem Knochengewinde 43 versehen, welches in die Gegenkortikalis eingeschraubt werden kann. Das Mitnahmeprofil 36 hat eine Länge Z und korrespondiert passgenau mit dem Mitnahmeprofil 36' der Klemmhülse 5 entsprechend 5c. Die Klemmhülse 5 kann passgenau über den Bolzen 42 geschoben werden und im Bereich des Schraubenkopfes 40 formschlüssig in das Mitnahmeprofil 36 geschoben werden. 5d zeigt einen Querschnitt des Mitnahmeprofils entsprechend der Schnittlinie V/W aus 5c. Besonders vorteilhaft ist eine erhöhte Variabilität der zweiteiligen Klemmschraube 4 hinsichtlich der Längen R, S und T bei relativ niedrigem Lagerbestand. Die Durchmesser der Klemmschrauben 4 werden erfindungsgemäß derart gewählt, dass bei Verwendung von zwei zweiteiligen Klemmschrauben eine Addition der beiden Kerndurchmesser U in Konusmitte und drei Gewindehöhen I dem Nenndurchmesser E der Nagellochgruppe in Nagelmitte gleichkommen, was schematisch in 6 dargestellt ist und was eine winkelstabile Fixierung des erfindungsgemäßen Nagel-Schrauben-Systems bewirkt. Es ist klar, dass auch zweiteilige Klemmschrauben 4 mit anderen Durchmessern J, K und U zur Anwendung kommen können. Um eine winkelstabile Verklemmung zu erreichen, sollen Durchmesser derart gewählt werden, dass beide Kerndurchmesser der Klemmschrauben 4 in Konusmitte, oder Kerndurchmesser Verriegelungsschraube und Kerndurchmesser Klemmschraube in Konusmitte, in Addition mit 3 Gewindehöhen dem Nenndurchmesser E einer erfindungsgemäßen Nagellochgruppe 11 in Nagelmitte entsprechen.
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7a zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehend aus einer Klemmschraube 4' mit Schraubenbolzen 55 und einer zweiteiligen Klemmhülse 50. Der Schraubenkopf 52 ist an der Schraubenkopfunterseite mit einem sich in Richtung Schraubenbolzen verjüngenden selbstschneidenden Gewinde 53 und im schraubenkopfnahen Bolzenanteil mit einem Knochengewinde 54 für die erste schraubenkopfnahe Kortikalis versehen. Über den Schraubenbolzen 55 kann eine zweiteilige Klemmhülse 50, welche aus Klemmhülse 50 und Klemmring 51 besteht, geschoben werden. Der schraubenspitzenseitige Bolzenanteil ist mit einem selbstschneidenden Knochengewinde für die Gegenkortikalis versehen. Die zweiteilige Klemmhülse 50 kann in eine gewünschte Position auf den Schraubenbolzen geschoben werden und mit Hilfe des Klemmrings 51 mit der Klemmhülse 50 auf dem Schraubenbolzen 55 variabel durch Verklemmung des Klemmrings mit der Klemmhülse fixiert werden. Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft ist eine erhöhte Variabilität der Klemmschraube mit zweiteiliger Klemmhülse hinsichtlich der Längen R, S und T bei niedrigerem Lagerbestand, da nur wenige Schrauben verschiedener Längen und Klemmhülsen vorgehalten werden müssen.
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7c und deren Vergrößerung 7d zeigen eine zweiteilige Klemmhülse 50 mit mittlerem Kerndurchmesser U der Klemmhülse und Innendurchmesser X' der Klemmhülse. J kennzeichnet den Nenndurchmesser und K den Kerndurchmesser der Klemmhülse oder des Klemmrings.
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In 8a ist ein Längsschnitt entsprechend der Schnittline G/H aus 1b durch eine Nagellochgruppe 11 mit Innengewinde 12 der Nagellöcher dargestellt. In 8b ist erfindungsgemäß eine Innengewindesäule an der Nagellochzirkumferenz in Richtung Nagelachse im Bereich der Verklemmung von Schrauben im Nagel dargestellt.
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9 zeigt zum weiteren Verständnis der vorliegenden Erfindung einen Röhrenknochen 6 mit Nagel 1 und Schrauben 2, 3, beispielhaft ist die menschliche Tibia sikzziert. Der Nagel 1 schient den Knochen 6 im Markkanal und ist im Bereich des Nagelkopfes 15 und der Nagelspitze 16 mit Löchern für Schrauben (Verriegelungsschraube 2, Klemmschraube 3) versehen. Im Bereich des Nagelkopfes 15 befindet sich in dieser Ausführung zusätzlich ein Langloch 17. Ein Kennzeichen eines Röhrenknochens 6 ist die verdickte Knochenwand Kortikalis 61, welche in Knochenmitte stärker als in Gelenknähe ausgebildet ist.
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10a zeigt zum weiteren besseren Verständnis der Erfindung einen weiteren Röhrenknochen 6 mit Nagel 1 und Schrauben 2, 3. Beispielhaft ist der körpernahe menschliche Femur sikzziert. Ein Kennzeichen eines Röhrenknochens ist die verdickte Knochenwand Kortikalis 61, welche in Knochenmitte stärker als Gelenknähe ausgebildet ist. Der Nagel 1 schient den Knochen 6 im Markkanal und ist im Bereich des Nagelkopfes und der Nagelspitze mit Löchern für Schrauben (Verriegelungsschraube 2, Klemmschraube 3) versehen. Im Bereich des Nagelkopfes 15 sind Achsen von Nagellöchern für Verriegelungsschrauben 2 (in diesem Fall auch Schenkelhalsschrauben genannt) schräg zur Senkrechten der Marknagellängsachse eingebracht. Der zur Senkrechten der Marknagellängsachse schräg abweichende Winkel liegt bevorzugt zwischen 20 und 55 Grad. Selbstverständlich können auch Achsen von Nagellöchern einen Winkel zwischen 0 und 20 Grad zur Senkrechten der Marknagellängsachse aufweisen. Gezeichnet sind im Bereich des Nagelkopfes 15 drei Verriegelungsschrauben 2 und drei Klemmschrauben 3. Es ist klar, dass auch weniger oder mehr als drei Schenkelhalsschrauben zur Anwendung kommen können. Im Bereich der Nagelspitze 16 ist eine Nagellochgruppe 11 mit Verriegelungsschraube 2 und Klemmschraube 3 skizziert.
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10b zeigt einen Längsschnitt durch den Schenkelhals und Femurkopf entlang der Ebene AB/AC. Die Schenkelhalsschrauben 2 divergieren mit einem Winkel γ in Höhe von vorzugsweise von 5 bis 15 Grad, um eine möglichst günstige Verteilung der Schraubenbolzen und Schraubenspitzen der Verriegelungsschrauben 2 im Schenkelhals und Femurkopf zu erreichen. Die Schrauben sind schematisch gezeichnet. Klemmschrauben können, wenn eine Verklemmung der Schenkelhalsschrauben gewünscht ist, eingesetzt werden. Um Übersichtlichkeit der Zeichnung zu wahren, sind in diesem Schnitt Klemmschrauben nicht mit abgebildet.
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Es ist klar, dass die Schrauben 2 und 3 von 9 und 10 beispielhaft sind und anstelle der Schrauben 2, 3 auch Schrauben 4, 5 von 5 und 7 verwendet werden können. Es ist außerdem klar, dass ein erfindungsgemäßer Nagel 1 mit Nagellochgruppen 11 bei Bedarf auch lediglich mit einer Verriegelungsschraube 2 verwendet werden kann. Aus 9 und 10 geht außerdem hervor, dass eine Klemmschraube 3 geeigneter Weise kleiner als eine Verriegelungsschraube 2 ausgebildet ist.
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In der Regel werden Knochennägel schonend mit Hilfe von Zielbügeln minimalinvasiv eingebracht werden. Um das Nagel-Schrauben-System der vorgeschlagenen Erfindung möglichst sicher einzubringen, sind außerdem besonders ausgebildete Zielbügel wünschenswert. Nachfolgende Merkmale kennzeichnen unter anderem einen für das erfindungsgemäße Nagel-Schrauben-System vorteilhaft ausgebildeten Zielbügel.
- • Zielbügel mit Haltevorrichtung für den Nagel.
- • Haltevorrichtung für einen Nagel kann beispielsweise mit Hilfe von Gewinden an Schrauben oder Hülsen, welche im Bereich eines Nagelkopfes greifen, an dem Nagel befestigt werden.
- • Am Zielbügel sind Löcher oder Buchsen zum Einbringen von Messinstrumenten, Hilfsinstrumenten, Verriegelungsschrauben oder Klemmschrauben angebracht. Eine oder eine Vielzahl aufsetzbarer Backen können den Zielbügel ergänzen. Zielbügel oder aufsetzbare Backen enthalten Löcher oder Buchsen (zur Aufnahme von Bohrhülsen oder Hülsen zur Schraubenführung oder zur Aufnahme von Messinstrumenten oder Hilfsinstrumenten), welche senkrecht auf einer gekrümmten Fläche eines Kugelsegmentes lokalisiert sind, dessen Kugelmittelpunkt mit dem Mittelpunkt von Nagellöchern übereinstimmt oder annähernd übereinstimmt.
- • Zielbügel ist durch unterschiedliche Markierungen für Verriegelungsschrauben und Klemmschrauben gekennzeichnet. Markierungen können beispielsweise durch Gravur und/oder Drucktechnik erzeugt werden.
- • Zielbügel oder aufsetzbare Backen enthalten strukturierte röntgendichte Materialien, welche bei Verwendung eines Bildwandlers mögliche Schraubenpositionen im Nagel und/oder Knochen markieren.
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Im Bereich der Nagelspitze werden Schrauben in der Regel unter Röntgenkontrolle eingebracht. Um die zweite Schraube einer Nagellochgruppe röntgenfrei und zügig einbringen zu können, wird erfindungsgemäß eine Zielhilfe für die Nagelspitze vorgeschlagen, welche eine Zielhilfe für das zweite Nagelloch bietet. Diese Zielhilfe wird mit einem Bohrer oder Instrument in Achsrichtung des ersten Nagelloches geführt. Die Zielhilfe beinhaltet Buchsen zur Aufnahme von Bohrhülsen oder Hülsen zur Schraubenführung, welche senkrecht auf einer gekrümmten Fläche eines Kugelsegmentes positioniert sind, dessen Kugelmittelpunkt mit dem Mittelpunkt des zweiten Nagelloches eine Nagellochgruppe übereinstimmt. Um Anwendungen für die rechte und linke Körperseite sowie körpernahes oder körperfernes zweites Nagelloch zu berücksichtigen, enthält die Zielhilfe für die Nagelspitze 4 Buchsen und einen Abstandhalter zum Nagel.
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Die Erfindung nutzt Schrauben verschiedener Durchmesser im Bereich der Schraubenspitze und im Bereich des Schraubenkopfes. Erfindungsgemäß wird ein Stufenbohrer vorgeschlagen, welcher im Bereich der Bohrerspitze einen geringeren Durchmesser aufweist als im Bereich des Bohrerschaftes und der oben genannte verschiedenen Kerndurchmesser von Schrauben berücksichtigt.
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Es ist klar, dass das Prinzip des erfindungsgemäßen Nagel-Schrauben-Systems auch für andere Anwendungen in der Medizin verwendet werden kann. Hierzu zählen sämtliche Kraftträger, welche innerhalb eines Knochens geführt werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Nagel-Schrauben-System zur verbesserten winkelstabilen Fixierung von Endoprothesen verwendet werden. Ein Beispiel sind Endoprothesenschäfte des menschlichen oder tierischen Oberschenkels oder Unterschenkels. Hierzu zählen sowohl primäre Prothesenschäfte als auch Prothesenschäfte, welche für Revisionen von Prothesen verwendet werden.
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Nachfolgend werden beispielhaft vorteilhafte Abmessungen für den erfindungsgemäßen Nagel
1 und die Schrauben
2,
3,
4 und
4' angegeben (in mm), welche klinisch angewendet werden können. Um den Faktor 3 kleinere oder um den Faktor 2 größere Angaben von Durchmessern in mm sind möglich. Längenmaße können erheblich variieren.
| Abstand Mitte Nagellöcher einer Nagellochgruppe auf Nagelachse | A | 2,95 |
| Orientierung B auf Schnittfläche B/C | B | |
| Orientierung C auf Schnittfläche B/C | C | |
| Nenndurchmesser Nagelloch | D | 4,80 |
| Nenndurchmesser Nagellochgruppe in Nagelmitte | E | 7,75 |
| Durchmesser Nagel | F | 9,00 |
| Orientierung G auf Schnittfläche G/H | G | |
| Orientierung H auf Schnittfläche G/H | H | |
| Gewindehöhe Schraube | I | 0,25 |
| Nenndurchmesser Verriegelungsschraube einteilig Fig. 2 oder | J | 4,50 |
| schraubenkopfnahe Klemmhülse mit Konus Fig. 5a und Fig. 5c | | |
| Kerndurchmesser Verriegelungsschraube einteilig Fig. 2 oder | K | 4,00 |
| schraubenkopfnahe Klemmhülse mit Konus Fig. 5a und Fig. 5c | | |
| Länge Bolzen Schraube | L | |
| Nenndurchmesser schraubenkopfnaher Bolzen Klemmschraube | M | 4,00 |
| einteilig | | |
| Kerndurchmesser schraubenkopfnaher Bolzen Klemmschraube | N | 3,50 |
| einteilig | | |
| Kerndurchmesser Konusmitte Klemmschraube einteilig | O | 3,00 |
| Kerndurchmesser schraubenspitzenseitiger Bolzen | P | 2,50 |
| Klemmschraube einteilig | | |
| Länge Schraubenkopf bis Konusmitte | Q | |
| Länge Schraubenkopf bis Konus | R | 13,00 |
| Länge Konus | S | 12,00 |
| Länge Schraubenspitzenseitiger Bolzenanteil | T | |
| Kerndurchmesser Konusmitte Klemmschraube zweiteilig oder | U | 3,50 |
| Klemmhülse einteilig oder Klemmhülse zweiteilig | | |
| Orientierung V auf Schnittfläche V/W | V | |
| Orientierung W auf Schnittfläche V/W | W | |
| Durchmesser Schraubenbolzen Klemmschraube zweiteilig | X | 3,00 |
| Innendurchmesser Klemmhülse einteilig oder Klemmhülse | X' | 3,00 |
| zweiteilig | | |
| Länge Gewindeanteil Bolzenspitze Klemmschraube | Y | 10,00 |
| Tiefe Mitnahmeprofil für Klemmhülse | Z | 1,50 |
| Orientierung AB auf Schnittlinie AB/AC | AB | |
| Orientierung AC auf Schnittlinie AB/AC | AC | |
| Länge Gewindetal Schraube in Fig. 3c | AD | |
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausschnitt Knochennagel zur Osteosynthese
- 10
- Nagelloch
- 11
- Nagellochgruppe
- 12
- Gewinde Nagelloch
- 13
- Gewindesäule Nagelloch
- 14
- Rundsteg oder segmentierter Rundsteg Nagelloch
- 15
- Nagelkopf
- 16
- Nagelspitze
- 17
- Langloch
- 2
- Verriegelungsschraube einteilig
- 20
- Schraubenkopf Verriegelungsschraube
- 21
- Bolzen Verriegelungsschraube
- 22
- Gewinde Verriegelungsschraube, Klemmschraube oder Klemmhülse
- 3
- Klemmschraube einteilig
- 30
- Schraubenkopf Klemmschraube einteilig
- 31
- Unterseite von Schraubenkopf 30
- 32
- Bolzen Klemmschraube für Klemmkonus einteilig
- 33
- schraubenkopfnaher zylindrischer Anteil, Bolzen Klemmschraube einteilig
- 34
- Konusanteil, Bolzen Klemmschraube einteilig
- 35
- schraubenspitzenseitiger Anteil, Bolzen Klemmschraube einteilig
- 36
- Mitnahmeprofil Klemmschraube für Klemmkonus einteilig
- 4
- Klemmschraube zweiteilig
- 4'
- Klemmschraube zweiteilig
- 40
- Schraubenkopf Klemmschraube zweiteilig für Klemmhülse einteilig
- 41
- Unterseite von Schraubenkopf 40
- 42
- Bolzen Klemmschraube für Klemmhülse einteilig
- 43
- Gewinde Bolzen Klemmschraube
- 5
- Klemmhülse einteilig
- 50
- Klemmhülse zweiteilig
- 51
- Klemmring
- 52
- Schraubenkopf Klemmschraube für Klemmhülse zweiteilig
- 53
- Unterseite von Schraubenkopf 52
- 54
- Schraubenkopfnahes Gewinde Klemmschraube für Klemmhülse zweiteilig
- 55
- Bolzen Klemmschraube für Klemmhülse zweiteilig
- 6
- Röhrenknochen
- 61
- Kortikalis
- α
- Winkel zwischen Längsachsen von Nagellöcher einer Nagellochgruppe
- β
- Flankenwinkel Schraube
- γ
- Winkel zwischen Längsachsen von Nagellöchern für Schenkelhalsschrauben
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0447824 B1 [0002]
- EP 1545356 B1 [0002]
- DE 60214251 T2 [0002]
- DE 10320855 A1 [0004, 0004]
- DE 102008014697 A1 [0004, 0004]
- DE 20300987 U1 [0004, 0004]
