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Die Erfindung betrifft ein Klammerimplantat zum Beeinflussen des Wachstums an Knochenbereichen benachbart zu einer Wachstumsfuge.
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Hintergrund
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Aus dem Stand der Technik ist eine ganze Reihe von Implantaten bekannt, mit denen versucht wird, Achsfehlstellungen bei Kindern und Jugendlichen vor dem Wachstumsabschluss zu korrigieren (beispielweise
US 8,133,230 B2 ,
US 8,029,507 B2 ). Diese weisen den Nachteil auf, dass sie aus einer Vielzahl von Teilen zusammengesetzt sind und hohe Fertigungskosten nach sich ziehen. Außerdem tragen die gelenkartig ausgebildeten sperrigen Verbindungsteile und die entsprechenden Schrauben beim Implantieren zu einer vergrößerten Traumatisierung des Patienten bei.
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Außerdem sind starre Knochenklammern zur Lenkung des Knochenwachstums an der Epiphysenfuge (Blount-Klammern) bekannt, die zwei parallele Verankerungsschenkel aufweisen, welche durch einen gemeinsamen geradlinigen Quersteg miteinander verbunden sind (
EP 0 033 641 B1 ,
EP 0 127 994 B1 ,
EP 0 586 313 B1 ,
EP 0 852 128 B1 ,
DE 33 10 833 C2 ,
US 5,246,443 A ,
US 5,449,359 A ,
WO 2004/107991 A1 ). Diese Klammern werden vorrangig bei der temporären Epiphyseodese eingesetzt, bei der mindestens zwei Klammern unter Röntgenkontrolle parallel zueinander quer auf die Wachstumsfuge gesetzt werden, deren Wachstum lokal im Klammerbereich blockiert werden soll.
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Diese bekannten Klammern vermögen zwar einen wachstumshemmenden Einfluss durch Kompression auf die sich gegenüberliegenden Knochenbereiche auszuüben, lassen aber eine gleichzeitige Aufbiegung des Quersteges der Klammern zur gezielten Förderung des Wachstums an der dem Klammerbereich gegenüberüberliegenden Wachstumsfuge nicht zu.
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Zusammenfassung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klammerimplantat bereitzustellen, das eine deformative Verbiegung des Quersteges zum gezielten Öffnen der dem Klammerbereich gegenüberliegenden Wachstumsfuge zur verbesserten Wachstumslenkung unter gleichzeitiger Reduktion der Teileanzahl und vereinfachter Handhabung durch den Chirurgen bei verringerten Kosten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Klammerimplantat nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es ist ein Klammerimplantat zum Beeinflussen des Wachstums an Knochenbereichen benachbart zu einer Wachstumsfuge vorgesehen. Das Klammerimplantat weist einen Quersteg und an den Enden des Quersteges angeordnete in Spitzen auslaufende Verankerungsschenkel auf, die zueinander parallel ausgerichtet sind. Die Verankerungsschenkel bilden nach ihrem Einbringen in den Knochen einseitige Fixationspunkte beiderseits der Wachstumsfuge. Der Quersteg weist mindestens eine bei Biegebeanspruchung plastisch deformierbare Verjüngungszone auf, die in beliebiger Lage und Form ohne schroffe Übergänge zwischen den Fixationspunkten ausgebildet ist.
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Dies gewährleistet, dass sich die Klammer zwischen ihren Fixationspunkten infolge der an dem Klammerbereich gegenüberliegenden Wachstumsfuge wirkenden Wachstumskräften an der Verjüngungszone aufbiegt und das Wachstum durch Kompression nicht behindert.
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Eine Hauptbiegeachse verläuft hierbei vorzugsweise quer zur Verbindungslinie zwischen den Verankerungsschenkel.
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Das Klammerimplantat kann aus einem superplastischen biokompatiblen Material bestehen, vorzugsweise Titan, einer Titanlegierung mit nanokristallinen bis ultrafeinkörniger Korngröße (1 nm bis 1 µm). Diese Materialien erreichen eine hohe Festigkeit kombiniert mit einer ausreichend hohen Duktilität bei geringer Ermüdungsneigung.
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Die Verjüngungszone kann symmetrisch oder asymmetrisch zur Längsachse im Quersteg gebildet sein. Hierdurch lassen sich die Biegeeigenschaften der Verjüngungszone durch ihre Gestalt und Form an der Ober- und Unterseite des Querstegs beeinflussen, so dass eine gezielte Wachstumslenkung je nach Größe und Umfang der Achsfehlstellung des Patienten erreicht werden kann.
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In den Quersteg können Sackbohrungen mit Innengewinde in Flucht der Schenkelachsen eingebracht sein, um ein Einschlaginstruments kraftschlüssig mit dem Quersteg verbinden zu können und das Klammerimplantat an der Wachstumsfuge entsprechend zu setzen.
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Alternativ können der Quersteg mit einer umlaufenden Wulst oder Rille zur klemmenden Befestigung an einem Einschlaginstrument und die Sacklöcher mit Innengewinde zum Befestigen eines Extrahierinstruments versehen sein.
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Der Biegebereich der Verjüngungszone weist nach seiner Aufbiegung durch die Wachstumskräfte einen Querschnitt auf, der mit einem Trenninstrument vor dem Extrahieren des Implantats leicht durchtrennbar ist.
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Der Quersteg und die Verankerungsschenkel können dieselbe oder verschiedene Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise Rund-, Viereck- oder Vieleckprofil.
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Die Verankerungsschenkel können jeweils mit einem sich in Längsrichtung der Verankerungsschenkel erstreckenden Durchgangskanal gebildet sind. Der Durchgangskanal erstreckt sich vorzugsweise axialsymmetrisch in dem jeweiligen Verankerungsschenkel. Der oder die Durchgangskanäle können beim Implantieren zum Setzen von K-Drähten genutzt werden.
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Der Durchgangskanal kann in einem oder beiden Verankerungsschenkeln zumindest abschnittsweise ein Innengewinde aufweist. Hierdurch kann es ermöglicht sein, ein Arbeitswerkzeug in den Verankerungsschenkel einzuschrauben, zum Beispiel beim beabsichtigten Entfernen des Klammerimplantates.
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Die Verankerungsschenkel können auf ihrer äußeren Oberfläche zumindest abschnittsweise Verankerungsmittel mit abstehenden Oberflächenkonturen aufweisen. Die Verankerungsmittel, welche einem unbeabsichtigten Lösen der Verankerungsschenkel nach dem Befestigen des Klammerimplantates am Knochen entgegenwirken, können sich über die gesamte Länge des jeweiligen Verankerungsschenkels erstrecken.
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Der Quersteg kann zumindest in einem mittleren Bereich, in welchem wahlweise die Verjüngungszone angeordnet ist, im Querschnitt mit einem Flachprofil gebildet sein. Bei dieser oder anderen Ausführungen kann der Quersteg im Bereich der Verjüngungszone eine Stegdicke von etwa 0,5 bis etwa 3 mm, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 1 mm aufweisen.
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Der Quersteg kann in einer Ausführung zumindest in dem mittleren Bereich, im Querschnitt mit einem Flachprofil gebildet sein. Bei dieser Ausführung entspricht die Stegdicke der Höhe des Flachprofils. Das Verhältnis von Steghöhe im mittleren Bereich zur Steghöhe an den Enden des Quersteges kann zwischen etwa 3 und etwa 4 betragen, vorzugsweise etwa 3 bis etwa 3,5, insbesondere in Verbindung mit einer einseitigen Anwendung bei einem Klammerimplantat zur Korrektur von X- oder O-Beinen. Besonders bevorzugt ist ein Verhältnis von etwa 3,3. Insbesondere bei einer doppelseitigen Anwendung (medial und lateral, zum Beispiel zum Beinlängenausgleich) kann ein Verhältnis von etwa 0,5 bis etwa 1,5 vorgesehen sein, vorzugsweise von etwa 1. Die Steghöhe im Endbereich kann bei den verschiedenen Ausgestaltungen zwischen etwa 1 und etwa 3 mm liegen, vorzugsweise etwa 2 mm betragen. Im mittleren Bereich mit dem Flachprofil kann die Stegbreite etwa 1,5 bis etwa 3 mm betragen.
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Der Quersteg kann in Blickrichtung von oben auf das Klammerimplantat (von Deckseite) zumindest in dem mittleren Bereich gegenüber den Enden des Quersteges verbreitert sein.
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Die Verankerungsschenkel können in Blickrichtung von vorn auf das Klammerimplantat zueinander parallel verschoben sein, derart, die Verankerungsschenkel mit dem Quersteg einer Trapezform entsprechend angeordnet sind. Ein die Abweichung von einer rechtwinkligen Anordnung charakterisierender Winkel (Trapezform) kann zwischen > 0° und etwa 25° liegen. Bevorzugt kann ein Winkel von etwa 18° vorgesehen sein.
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Die Verankerungsschenkel können auf ihren einander zugewandten Innenseiten eine flache Oberfläche aufweisen, die querstehend zur Verbindungslinie zwischen den Verankerungsschenkeln ausgerichtet ist, vorzugsweise im rechten Winkel hierzu. Die flache Oberfläche kann frei von den Verankerungsmitteln ausgeführt sein.
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Die Verjüngung des Quersteges kann mittels einer sich von der Deckseite des Klammerimplantats her erstreckenden Vertiefung gebildet sein. Im Unterschied hierzu kann der Quersteg auf der gegenüberliegenden Innenseite, also nach dem Implantieren dem Knochen zugewandt, eben ausgeführt sein, also insbesondere ohne Vertiefung oder abstehenden Vorsprünge. Hierdurch kann eine ebene Knochenanlagefläche gebildet sein.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Klammerimplantats mit stirnseitig im Quersteg eingebrachten Sackbohrungen,
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2a, 2b schematische Darstellung der Aufbiegung des Klammerimplantats infolge des Knochenwachstums an der dem geklemmten Bereich gegenüberliegenden Wachstumsfuge,
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3 eine Ansicht des Querstegs mit in Flucht seiner Längsachse eingebrachte Ausnehmungen für die 20 klemmenden Befestigung mit einem Einschlaginstrument,
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4a bis 4f Varianten der Lage und Form von Verjüngungszonen im Quersteg des Klammerimplantats,
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5 eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Klammerimplantats mit einer Verjüngungszone im Quersteg,
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6 schematische Darstellungen des weiteren Klammerimplantats aus 5 von vorn und von oben,
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7 eine schematische Querschnittsdarstellung des weiteren Klammerimplantats aus 5,
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8 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Knochenbereich benachbart zu einer Wachstumsfuge und einem implantierten Klammerimplantat und
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9 eine schematische Darstellung der Anordnung aus 8, wobei nun das Klammerimplantat im Bereich des Quersteges gebogent ist.
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In 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des einstückigen Klammerimplantats 1, das die Form eines massiven Rundprofiles aufweist, welches beispielsweise aus einem superplastischen biokompatiblen Material besteht. Superplastische Materialien sind nanostrukturierte bzw. ultrafeinkörnige Werkstoffe, die Korngrößen zwischen einigen Nanometern und einem Mikrometer besitzen und ein superplastisches Verhalten, d.h. Dehnungen von mehr als 100% bis sogar 1000% bei hohen Festigkeiten zeigen.
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Für das vorliegende Beispiel eines Klammerimplantats haben sich Reintitan oder auch Titanlegierungen als besonders geeignet erwiesen. Es können aber auch andere biokompatible Materialien wie beispielsweise superplastische Stähle eingesetzt werden.
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Das Klammerimplantat 1 besitzt zwei Verankerungsschenkel 2 und 3, deren Schenkelachsen SA zueinander parallel ausgerichtet und die an ihren Enden 4 durch einen Quersteg 5 miteinander verbunden sind. Die anderen Enden 6 der Verankerungsschenkel 2 und 3 laufen spitz aus und bilden nach ihrem Einschlagen in die Knochen beiderseits der Wachstumsfuge entsprechende Fixationspunkte 7 und 8.
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Der Quersteg 5 besitzt eine Verjüngungszone 9, die symmetrisch zur Längsachse LA des Querstegs 5 verläuft und den mittleren Teil des Querstegs 5 bildet.
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In Flucht der Schenkelachse SA sind in den Quersteg 5 Sacklöcher 10 mit einem Innengewinde 11 eingebracht, die jeweils zum Befestigen eines Einschlaginstruments oder eines Extraktionsinstruments dienen. Die Einschlag- oder Extraktionsinstrumente sind handelsüblich und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.
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Die 2a und 2b verdeutlichen die Aufbiegung des erfindungsgemäßen Klammerimplantats 1 in der Verjüngungszone 9, die durch das Knochenwachstum an der dem geklammerten Bereich 12 gegenüberliegenden Wachstumsfuge 13 initiiert wird. Der Biegebereich 18 der Verjüngungszone 9 hat sich bleibend verformt, so dass die Verankerungsschenkel 2 und 3 aufeinander bezogen eine Spreizbewegung ausführen, die zu einer Entlastung der Wachstumsfuge 13 führt und damit das Knochenwachstum nicht behindert.
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In der 3 ist beispielsweise eine Ansicht des Querstegs 5 dargestellt, dessen in Flucht der Verankerungsschenkel 2 und 3 verlaufende Seiten 14 und 15 mit jeweils zwei parallel zur Längsachse LA zueinander fluchtenden Aussparungen 16 und 17 versehen sind.
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Es gehört aber auch zu der Erfindung, wenn anstelle Aussparungen 16 und 17 entsprechende Wülste an die Seiten 14 und 15 des Querstegs 5 stoffschlüssig angeformt sind.
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Die Aussparungen 16 und 17 bzw. Wülste dienen zur Kraftübertragung beim Einschlagen der Schenkel 2 und 3 mit einem üblichen Einschlaginstrument, welches mit seinen Greifelementen in die Aussparungen 16 und des Querstegs 5 kraftübertragend beidseitig eingreift oder die Wülste umgreift und das Klammerimplantat 1 zum Einschlagen in Position bringt. In einem solchen Fall werden die Sacklöcher 10 mit ihren Innengewinden 11 lediglich zur Befestigung des Extraktionsinstrumentes genutzt, wodurch die Innengewinde 11 keiner Schlagbeanspruchung ausgesetzt sind.
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Der Biegebereich 18 der Verjüngungszone 9 hat nach seiner Aufbiegung einen solchen Querschnitt, der leicht durch ein Trenninstrument durchtrennbar ist, so dass jeder Verankerungsschenkel 2 bzw. 3 einzeln durch das Extraktionsinstrument schonend entfernt werden kann.
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Die 4a bis 4f zeigen verschiedene Formen der Verjüngungszone 9 im Quersteg 5 des Klammerimplantats 1. Es kann dabei eine symmetrische oder asymmetrische Anordnung mindestens einer Verjüngungszone 9 vorgesehen sein, wobei lediglich scharfe Kanten bzw. Ecken in der Gestalt der Verjüngungszone 9 vermieden werden sollten, um eine Spannungskonzentration an den Kanten oder Ecken 5 vorzubeugen. Der Biegebereich 18 der Verjüngungszone 9 lässt sich demjenigen Querschnitt zuordnen, der innerhalb der Verjüngungszone ein Minimum annimmt.
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Das Klammerimplantat 1 kann in verschiedenen Profilformen, beispielsweise als Rund-, Viereck- oder Vieleckprofil, ausgeführt sein.
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Das Klammerimplantat hat in seinen verschiedenen Gestaltungen den besonderen Vorteil, dass durch die superplastischen Eigenschaften des Klammermaterials in Verbindung der besonderen Form und Lage der Verjüngungszone eine Kompressionswirkung an der dem geklammerten Bereich 12 gegenüberliegenden Wachstumsfuge 13 ausgeschlossen wird. Das Klammerimplantat 1 ist außerdem sehr einfach im Aufbau und für einen minimalinvasiven Eingriff zur Korrektur einer Achsfehlstellung durch den Chirurgen außerordentlich gut geeignet.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 5 bis 9 eine weitere Ausführungsform für das Klammerimplantat 1 erläutert. Für gleiche Merkmale werden in den 5 bis 9 dieselben Bezugszeichen wie in den 1 bis 4 verwendet.
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Bei dem Klammerimplantat 1 in 5 sind ebenfalls die beiden Verankerungsschenkel 2, 3 über den Quersteg 5 miteinander verbunden. Der Quersteg 5 weist die Verjüngungszone 9 auf, die bei der dargestellten Ausführungsform mittig und symmetrisch zur Mitte des Quersteges 5 angeordnet ist mittels einer Vertiefung 19, die von einer Deckseite 20 des Klammerimplantats 1 ausgeht. Im zentralen Bereich 21 der Vertiefung 19 ist der Quersteg 5 mit gleichbleibender Steghöhe als Flachprofil ausgebildet. Zu den Enden 4, 6 des Querstegs 5 hin nimmt die Höhe des Querstegs 5 dann wieder zu. Mit der Verjüngungszone 9 ist ein Biegebereich gebildet, derart, dass sich das Klammerimplantat 1 bei der Verwendung im Zusammenhang mit einer Wachstumsfuge im Bereich des Querstegs 5 verbiegen kann, was insbesondere in 9 gezeigt ist.
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Durch die Verankerungsschenkel 2, 3 hindurch erstreckt sich in axialer Richtung jeweils ein Durchgangskanal 22, 23, welcher für einen oder beide Verankerungsschenkel 2, 3 wenigstens abschnittsweise mit einem Innengewinde versehen sein kann.
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Bei der weiteren Ausführungsform des Klammerimplantats 1 in den 4 bis 9 sind die beiden Verankerungsschenkel 2, 3 parallel zueinander verschoben, derart, dass sich eine Trapezform ergibt, was insbesondere auch aus 7 ersichtlich ist.
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In Blickrichtung von oben ist der Quersteg 5 bei dem weiteren Klammerimplantat 1 im mittleren Bereich 21 mit größerer Stegbreite ausgebildet als an den Enden 4, 6, wobei sich die Verbreiterung des mittleren Bereiches stetig zu den Enden 4, 6 hin vermindert.
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Wie sich insbesondere aus 5 ergibt, verfügen die Verankerungsschenkel 2, 3 über flache Innenseiten 24, 25, die im Unterschied zu anderen Oberflächenbereichen der beiden Verankerungsschenkel 2, 3 nicht über Verankerungsmittel 26 verfügen. Die Verankerungsmittel 26, die bei der dargestellten Ausführungsform über die Länge der Verankerungsschenkel 2, 3 ausgebildet sind, dienen der Verankerung des Klammerimplantats 1 nach dem Implantieren. Zum gezielten Entfernen des Klammerimplantats 1 kann ein Werkzeug in das Innengewinde der Durchgangskanäle eingeschraubt werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8133230 B2 [0002]
- US 8029507 B2 [0002]
- EP 0033641 B1 [0003]
- EP 0127994 B1 [0003]
- EP 0586313 B1 [0003]
- EP 0852128 B1 [0003]
- DE 3310833 C2 [0003]
- US 5246443 A [0003]
- US 5449359 A [0003]
- WO 2004/107991 A1 [0003]