DE19507544A1 - Vorrichtung zur Fixierung von Knochenteilen und Körperersatzteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fixierung von Knochenteilen und künstli­ chen Körperteilen aus einem physiologisch verträglichen Material.

Nach Knochenbrüchen (Frakturen) und operativen Knochendurchtrennungen (Osteotomien) ist es häufig erforderlich, die Knochenfragmente gegeneinander zu fixieren, um ihr ordnungsgemäßes Zusammenwachsen zu gewährleisten. Bei dieser sog. Osteosynthese kommen in der Regel mechanische Hilfsmittel zur Fixierung zur Anwendung.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 90 04 717.6 ist eine Osteosynthese-Platte be­ kannt, bei der neben Lochaugen für die Aufnahme von Implantatschrauben weitere, insbesondere längliche Durchbrüche vorgesehen sind. Durch diese sollen dem Chir­ urgen zusätzliche Optionen für die Anbringung von Fixierungsschrauben gegeben werden. Durch verschiedene Variationen der äußeren Form der Osteosyntheseplatte und der Anordnung der Lochaugen bzw. Langlöcher soll dabei erreicht werden, daß möglichst viele Fälle der Praxis abgedeckt werden.

In der deutschen Patentschrift DE 40 28 021 wird ein Gitter für die Osteosynthese be­ schrieben. Hierbei sitzen in den Knotenpunkten eines quadratischen Grundgitters je­ weils Löcher für Befestigungsschrauben. Durch Zurechtschneiden des Grundgitters kann der Chirurg sich dem Bedarf angepaßte Formen des Osteosynthese-Gitters her­ stellen. Als weitere Merkmale der Erfindung werden genannt, daß es aus Stabilitäts­ gründen stets eine konvexe äußere Form haben soll und so dimensioniert ist, daß es nicht mehr als 45% des Knochens abdeckt. Abwandlungen der Erfindung betreffen vor allem die Verwendung anderer als quadratischer Gittergrundstrukturen.

Das deutsche Gebrauchsmuster G 91 15 341.7 offenbart ein implantierbares Gitter mit quadratischer Grundstruktur, das zur Aufnahme von Knochenersatzmaterialien in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie dient. Entscheidendes Merkmal ist hierbei, daß das Gitter aus einem resorbierbaren Kunststoff besteht, es also nicht wieder explan­ tiert werden muß nachdem der Knochen wieder aufgebaut ist. Nötigenfalls kann es über die Gitterlöcher auch mit Knochenteilen verschraubt werden. Da dieses Gitter vom Körper resorbiert wird, ist es für die Heilung von nachrangiger Bedeutung, wieviel Knochenfläche es bedeckt.

Die Praxis stellt verschiedene, zum Teil gegenläufige Forderungen an Systeme zur Osteosynthese. So sollte zum einen eine möglichst geringe Fläche des Knochens ab­ gedeckt werden, um die Trennung vom darüberliegenden Gewebe zu minimieren. Gleichzeitig muß jedoch eine ausreichende Stabilität gewährleistet sein. Darüber hin­ aus ist es zur Fixierung von insbesondere kleinen Knochenfragmenten notwendig, an nahezu jeder beliebigen Stelle die Möglichkeit einer Schraubendurchführung zu ha­ ben. Optimierte Einzelanfertigungen sind aus Zeit- und Kostengründen in der Regel jedoch nicht möglich.

Die o.g. vorveröffentlichten Systeme erfüllen diese Forderungen nur eingeschränkt. Bei dem Gebrauchsmuster G 90 04 717.6 sind sehr viele Einzelmodelle der Osteosyn­ these-Platte vorrätig zu halten, um ggf. das geeignetste auswählen zu können. Außerdem fixieren die Langlöcher die Implantatschrauben nur unzureichend. Über das erzielbare Verhältnis von Knochenabdeckung zu Stabilität wird keine Aussage gemacht.

Im Patent DE 40 28 021 kann durch eine entsprechend groß gewählte Maschenweite des Gitters der Überdeckungsgrad klein gehalten werden, jedoch geht dies nur auf Kosten der Stabilität und eines wachsenden Abstandes der Schraubenlöcher. Zudem sind auch hier wieder zahlreiche Platten verschiedener Größe und Stabilität zu bevor­ raten. Dies fällt um so mehr ins Gewicht, als die Fertigungskosten des Gitters sehr hoch sind.

Das Gebrauchsmuster G 91 15 341.7 dient nur als Stützgitter und besteht aus resor­ bierbarem Material. Daher sind Fragen der Stabilität und Knochenüberdeckung von untergeordneter Bedeutung. Auch die Verwendung von Implantatschrauben ist nur in Ausnahmefällen notwendig.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, die genann­ ten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Fixierung von Knochenteilen und künstlichen Körperteilen zu entwickeln, die Stabilität, Knochenüberdeckung und Flexibilität bezüglich Schraublochlage und äußerer Formgebung in ein optimales Verhältnis bringt, und zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung in Form ei­ ner Platte mit sechseckigen, wabenförmigen Durchbrüchen ausgestaltet wird. Bevor­ zugt werden die Durchbrüche dabei in Form eines regelmäßigen, wabenförmigen Mu­ sters über die Fläche vorteilhaft angeordnet. Erfahrungsgemäß weist diese Waben­ struktur eine hohe Stabilität auf. In der Struktur wirkende Kräfte werden an jedem Knotenpunkt in zwei verschiedene Richtungen aufgespalten, so daß rasch eine Ver­ teilung von Belastungen über die gesamte Fläche erfolgt. Im Vergleich dazu gibt ein quadratisches Gitter (wie z. B. im Gebrauchsmuster G 91 15 341.7 oder im Patent DE 40 28 021) Kraftwirkungen im wesentlichen in eine Richtung weiter, so daß einzelne Elemente des Gitters leichter überlastet werden können.

Diese hohe Stabilität ermöglicht es, die Dimension der Platte minimal zu halten, so daß das Verhältnis von überdeckter zu freier Knochenfläche klein gehalten werden kann. Letzteres ist wichtig, um einen möglichst großflächigen Kontakt zwischen dem Knochen und dem darüberliegenden Gewebe zu erzielen, damit eine ausreichende Durchblutung und Ernährung des Knochens gewährleistet wird. Hiervon hängt ent­ scheidend der Fortschritt des Heilungsprozesses ab.

Die Durchbrüche der Wabenstruktur können ferner zur Aufnahme von Implan­ tatschrauben entsprechender Größe dienen. Es sind also keine besonderen Schraublöcher, Rundaugen oder Langlöcher wie in den oben zitierten Schriften erfor­ derlich. Gleichzeitig ist an praktisch jeder beliebigen Stelle - im Raster der Waben­ struktur - ein Loch vorhanden, so daß auch kleine Knochenfragmente am gewünsch­ ten Ort fixiert werden können. Ein wesentlicher Vorteil der sechseckigen Waben­ durchbrüche gegenüber den quadratischen Löchern eines Systems wie im Ge­ brauchsmuster G 91 15 341.7 ist dabei, daß sie zu mehr Kontaktpunkten zwischen Platte und Schraubenkörper führen. Dadurch wird eine ausgeglichenere Kraft- und Spannungsverteilung erzielt. Das gleiche trifft zu für den Auflagekontakt zwischen Schraubenkopf und Platte. Hierbei ist insbesondere zu beachten, daß die Implan­ tatschrauben in der Praxis häufig nur schräg durch die Platte in den Knochen geführt werden können, was zu besonderen einseitigen Belastungen führt. Auch hier wirkt die Wabenstruktur durch die bessere Auflagefläche und Kraftverteilung vorteilhaft.

Die periodische einfache Struktur der Wabenstruktur erlaubt es ferner, die erfindungs­ gemäße Vorrichtung kostengünstig großflächig herzustellen. Der Chirurg kann dann während der Operation die benötigten Formen an den vorliegenden Bedarf genaue­ stens angepaßt herstellen, indem er sie mit einer Implantatschere aus dem Grund­ material herausschneidet. Insbesondere ist es natürlich auch möglich, häufig benö­ tigte geometrische Formen, wie z. B. Dreiecke, Winkel, L- oder O-Formen auf Vorrat herzustellen. Zudem ist es möglich, aus einer engmaschigeren Wabengrundstruktur durch Heraustrennen von Wabenzellen eine grobmaschigere Wabenstruktur herzu­ stellen. Auch eine angepaßte dreidimensionale Formgebung läßt sich leicht durch den Operateur vornehmen, wobei sich die Stabilität der Wabenstruktur wiederum vorteil­ haft bemerkbar macht.

Die Dimensionierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in weiten Bereichen variiert werden, um eine Anpassung an die Aufgabe oder das verwendete Material zu erzielen.

Vorzugsweise wird in der Wabenstruktur ein Verhältnis von Wabenwandbreite zu Wabendurchmesser im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 5 angestrebt, wobei die Wabenwand­ breite im Bereich von 0,2 bis 4 mm liegt. Die Schichtdicke der Platte liegt vorteilhaft im Bereich 0,1 bis 2 mm.

Da die Vorrichtung bei der Osteosynthese in den Körper implantiert wird, muß das verwendete Material selbstverständlich physiologisch verträglich sein. Als ein solches Material kommen insbesondere die Metalle Titan, Niob, Tantal, Gold, V2A-Stahl und V4A-Stahl in Betracht. Hierbei ist in der Regel nach der Abheilung des Knochens die Platte wieder zu explantieren. Dies ist jedoch nicht erforderlich bei Titan, das vom Körper so gut angenommen wird, daß sogar Knochenzellen daran festwachsen. Außerdem entfällt die Explantation, wenn ein resorbierbares Material wie z. B. Polydi­ oxanon verwendet wird. In diesem Falle ist es ferner möglich, dem Material Medika­ mente wie z. B. Antibiotika zuzusetzen, welche im Verlauf des Heilungs- und Resorpti­ onsprozesses nach und nach eingesetzt werden.

Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in der Plasti­ schen Chirurgie, Neurochirugie, Orthopädie, Gesichts- und Kieferchirurgie. Hierbei sind vor allem die hohe Stabilität und die Flexibilität bei der Wahl von Schraublöchern von Vorteil.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf die Wabenstrukturplatte.

Fig. 2 zeigt verschiedene geometrische Formen der Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Wabenstrukturplatte darge­ stellt. Sie entsteht aus einer Platte, in der sich in einer Wabenanordnung sechseckige Durchbrüche 4 befinden. Zwischen den Durchbrüchen 4 befinden sich die Waben­ wände 1. Der Durchmesser 2 der Durchbrüche an der engsten Stelle, d. h. der Ab­ stand d gegenüberliegender Wabenwände ist grundsätzlich unabhängig von der Wa­ benwandbreite b 3 wählbar. Aus beiden zusammen bestimmt sich jedoch der relative Bedeckungsgrad des Knochens, gemessen (gemäß Fig. 1) als das Verhältnis zwi­ schen von dem Plattenmaterial bedeckter Fläche und der Gesamtfläche der Wa­ benstrukturplatte. Er berechnet sich nach der Formel

Im Ausführungsbeispiel wird als Material Titan verwendet. Typische Abmessungen sind d = 2,3 mm, b = 0,7 mm und Schichtdicke der Platte = 1 min. Nach obiger Formel erhält man hieraus einen Bedeckungsgrad von 41%. Bei den ebenfalls erfindungs­ gemäßen Abmessungen d = 3,5 mm, b = 0,7 mm ergibt sich ein Bedeckungsgrad von 30%. Die zugehörigen Implantatschrauben sollten einen Schraubkopfdurchmesser von 3 mm haben.

Fig. 2 zeigt verschiedene geometrische Formen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung. Solche Formen können entweder werkseitig oder durch Zurechtschneiden einer Wabenstrukturplatte vor Ort hergestellt werden.

Durch Entfernung benachbarter Wabenzellen können insbesondere auch größere sechseckige Durchbrüche 5 hergestellt werden. Somit ist es möglich, aus einer eng­ maschigen Wabenstrukturplatte eine großmaschige zu gewinnen.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Basis einer sechseckigen Wabenstruktur überraschend vorteilhafte Eigenschaften erzielt werden können. So wird bei ausreichender Stabilität das Verhältnis von über­ deckter zu freier Knochenfläche minimiert. Zudem befinden sich praktisch an jeder beliebigen Stelle Schraubenlöcher. Nicht zuletzt ist die Vorrichtung kostengünstig her­ zustellen und auf einfache Art und Weise in bedarfsangepaßte äußere Formen zu bringen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Fixierung von Knochenteilen und künstlichen Körperteilen, be­ stehend aus einem physiologisch verträglichen Material dadurch gekennzeichnet, daß sie als Platte mit sechseckigen wabenförmigen Durchbrüchen ausgestaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche gleich groß und in Form eines regelmäßigen wabenförmigen Musters über die Fläche der Platte verteilt angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sechseckigen Durchbrüche eine für die Aufnahme von Implantatschrauben paßgenaue Größe aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihren äußeren Be­ grenzungen beliebig zurechtgeschnitten werden kann, insbesondere zu drei­ eckigen, winkeligen, L- oder O-förmigen geometrischen Strukturen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach Bedarf zu dreidi­ mensional angepaßten Strukturen geformt werden kann.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das physiologisch verträgliche Material Titan, Niob Tantal, Gold, V2A-Stahl, V4A-Stahl oder ein resorbierba­ res Material wie z. B. Polydioxanon ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine Schichtdicke von 0,1 bis 2 mm hat.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sechseckigen Durchbrüche an der engsten Stelle einen Durchmesser von 0,5 bis 4 mm haben.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Durchbrüchen eine Wabenwand mit einer Breite von 0,2 bis 4 mm verbleibt.

10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es als Implantat zu Zwecken der Prothetik und Fixierung von Knochenteilen, insbesondere in der Plastischen Chirurgie, Neurochirurgie, Gesichts- und Kieferchirurgie und Orthopädie ver­ wendet wird.