DE2311817A1 - Geraet zur foerderung der heilung von knochenschaeden - Google Patents

Geraet zur foerderung der heilung von knochenschaeden

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Description

22.Februar 1973 9026-73 Dr.ν.Β/Ε
Werner KRAUS
8000 München 40, Bauerstraße 31
Gerät zur Förderung der Heilung von Knochenschäden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Förderung der Heilung von Knochenschäden mit mindestens zwei in den Knochen einsetzbaren Metallelektroden und einer Wechselstromquelle, die flexible, an die Metallelektroden elektrisch anschließbare Anschlußdrähte hat.
Es ist bekannt, daß die Heilung von Knochenbrüchen und die Regenerierung von Knochensubstanz durch niederfrequente elektrische Wechselströme gefördert wird. In der DT-PS 1 918 299 ist eine Schiene zur Führung und Heilung frakturierter Knochen beschrieben, die auf diesen Erkenntnissen beruht und eine magnetische Aufnehmerspule enthält, deren Enden mit Metallelektroden verbunden sind, welche in den zu behandelnden Bereich des Knochens eingeführt werden.
In vielen Fällen ist es nicht nötig, den verletzten oder beschädigten Knochen durch ein besonderes Stützelement, wie eine Platte oder einen Marknagel, zu fixieren, sondern es genügt/ die Bruchstücke durch Knochenschrauben miteinander zu verbinden oder durch sogenannte "Kirschner-Drähte" zusammenzuspannen. Unter "Kirschner-Drähten" (Fixateur externe) versteht man dünne, jedoch feste Metallstäbe, die quer durch die beiden Teile eines gebrochenen Knochens geschossen und dann zum Zusammendrücken der Bruchenden des Knochens mit zwei auf
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die aus dem verletzten Glied herausragenden Enden der Stäbe aufgesetzte Spannschlösser zusammengespannt werden. Für solche Fälle besteht ein Bedarf an einem nach dem oben angegebenen Prinzip arbeitenden Gerät, das vom behandelnden Arzt auch unter schwierigen Verhältnissen leicht und bequem applizierbar ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Gerät der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Metallelektroden und die zugehörigen Anschlußdrähte mit zusammenpassenden, verrastbaren Verbindungselementen versehen sind, die eine feste mechanische und sichere elektrische Verbindung zwischen den Anschlußdrähten und den Metallelektroden einfach und bequem herzustellen gestatten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Metallelektroden Knochenschrauben, deren Kopf als Verbindungselement ausgebildet ist, das mit einem entsprechenden, komplementären Verbindungselement am Anschlußdraht zusammenwirkt, der ein Ende einer mit einem physiologisch inerten Material überzogenen magnetischen Aufnehmerspule bildet. Die Verbindungselemente dienen dann gleichzeitig zur mechanischen Befestigung der Aufnehmerspule an den in den verletzten Knochen eingeschraubten Knochenschrauben.
Die Knochenschrauben haben vorzugsweise einen bekannten Innensechskantkopf, dessen Sechskantloch jedoch am inneren Ende eine Erweiterung aufweist, in die Federelemente einrastbar sind, welche von einer auf den Schraubenkopf aufsetzbaren Kunststoffkappe getragen werden.
Die Kunststoffkappe ist vorzugsweise etwa pilzfQrraig und hat einen Stil, der in das Sechskantloch des Sehraubenkopfes hineinpaßt und Nuten zur Aufnahme der drahtartigen Federelemente hat. Der Anschlußdraht ist vorzugsweise seitlich aus der Kunststoffkappe herausgeführt, die Über die Seiten-
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fläche des Schraubenkopfes greifen kann.
Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Metallelektroden zwei dünne Stäbe, die dazu bestimmt sind, zwei von ihnen quer durchsetzte Teile eines gebrochenen Knochens mittels zweier Spannschlösser zusammenzuspannen. Hier ist zwischen den beiden Stäben ein elektrisch isolierender Körper
angeordnet, der die beiden Stäbe elektrisch gegeneinander isoliert, und mindestens ein Ende jedes Stabes ist mit einem Verbindungselement versehen oder als solches ausgebildet.
Als isolierende Körper kann ein über das Ende jedes
Stabes geschobenes isolierendes Röhrchen und/oder ein isolierender Einsatz im Spannschloß oder das in diesem Falle ganz
oder teilweise aus Isoliermaterial bestehende Spannschloß dienen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines gebrochenen Knochens, dessen Bruchstücke durch Knochenschrauben zusammengehalten werden, die zusammen mit einer Aufnehmerspule ein Gerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bilden;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Unterseite eines
Verbindungselementes, das an einem Anschlußdraht der Aufnehmerspule angebracht»und zu dessen mechanischer und elektrischer
Befestigung an einer Knochenschraube dient;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Verbindungselements gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Knochenschraube, deren Kopf als Verbindungselement ausgebildet
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ist, in das das Verbindungselement gemäß Fig. 2 und 3 eingerastet werden kann und -
Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines gebrochenen Knochens, der durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Art von Kirschner-Drähten zusammengespannt ist.
Figur 1 zeigt, teilweise geschnitten, einen gebrochenen Knochen 10, dessen Bruchstücke durch Knochenschrauben 12 wieder miteinander verbunden sind. An den Köpfen der Knochenschrauben 12 sind über Verbindungsvorrichtungen, die anhand der Figuren 2 bis 4 noch näher erläutert werden, Anschlußdrähte 14 und 15 einer Aufnehmerspule 16 angebracht. Die Aufnehmerspule enthält vorzugsweise einen stabförmigen Ferritkern, auf den eine ein- oder mehrlagige Wicklung aufgebracht ist, deren eines Ende mit den Anschlußdrähten 14 und deren anderes Ende mit dem Anschlußdraht 15 verbunden sind.
Bei dem in den Figuren 2 bis 4 genauer dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist am Ende jedes der isolierten Anschlußdrähte, z.B. dem Anschlußdraht 15,ein Verbindungselement 18 angebracht, das bei dem in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem pilzartigen Teil 20 aus Polytetrafluoräthylen besteht, in das der Anschlußdraht 15 radial von der Seite durch einen Knickschutz 22 eingeführt ist. Der Anschlußdraht führt dann in der Achse des Stieles des Teiles 20 zu drei Federdrähten 24, die in der Mitte miteinander verbunden sind und im Winkelabstand von 120° längs der Außenseite des Stiels zur Kappe des Teiles 20 führen. Der Stiel ist am Ende etwas verdickt und die Federdrähte haben dort entsprechende Ausbüchtungen.
Das Verbindungselement 18 paßt zu einem komplementären Verbindungselement, das durch den Kopf der Knochenschraube 12 (Fig. 4) gebildet wird. Die Knochenschraube hat bei diesem Ausführungsbeispiel einen bekannten Innensechskantkopf in den ein
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Sechskantschlüssel zum Eindrehen und Lösen der Schraube eingesetzt werden kann. Das sechskantförmige Loch 25 im Schraubenkopf ist hinten mit einer Erweiterung 26 versehen, in die das Stielende mit den ausgebuchteten Teilen der Federdrähte 24 einrasten kann.
Die Kappe des Teiles 20 ist im Querschnitt sichelförmig und greift, wenn sie auf dem Schraubenkopf aufgesetzt ist, über dessen Seitenflächen.
Das Verbindungselement 18 läßt sich auch unter erschwerten Bedingungen, z.B. bei sehr begrenztem Operationsfeld, leicht auf den Schraubenkopf aufsetzen und gewährleistet sowohl einen sicheren mechanischen Sitz (und damit auch eine Halterung der Aufnehmerspule 16) sowie eine einwandfreie elektrische Verbindung zwischen dem Anschlußdraht und der als Elektrode dienenden Knochenschraube.
Als Anschlußelement für einen Schraubenkopf läßt sich selbstverständlich auch eine becherförmige Kappe verwenden, die außen über den Schraubenkopf übergreift und hinter dem Schraubenkopf einrastet.
Figur 5 zeigt einen gebrochenen Knochen, dessen beide Teile 10a und 10b von jeweils einem dünnen, jedoch verhältnismäßig festen, an der einen Seite angespitzten Metallstab 30 ("Kirschner-Draht") durchsetzt werden. Die Metallstäbe 30 sind am einen Ende angespitzt um das Durchschießen durch den Knochen zu erleichtern und werden im applizierten Zustand durch zwei Spannschlösser 32 und 33 zusammengezogen, wodurch die Knochenenden fixiert und gegeneinander gepreßt werden.
Im vorliegenden Falle dienen die Metallstäbe 30 als Elektroden und könnenzu diesem Zwecke über Verbindungselemente 34, von denen in Figur 5 nur eines dargestellt ist, mit jeweils einem
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Anachlußdraht 14 verbunden/ der zu einer nichtdargestellten Wechselstromquelle, z.B. einer Aufnehmerspule, wie sie anhand von Figur 1 beschrieben wurde oder einem Wechselspannungsgenerator führt. Die aus dem Knochen herausragenden Teile der Metallstäbe 30 sind, soweit sie durch das den Knochen umgebende Weichgewebe 36 führen, mit dünnen, isolierenden Röhrchen 38 umgeben, welche z.B. aus dünnem Polytetrafluoräthylen-Schrumpfschlauch bestehen können und verhindern, daß die an die Metallstäbe 30 angelegten Spannungen durch das verhältnismässig gut leitende Weichgewebe kurzgeschlossen werden.
Die bei der Applikation elektrischer Spannungen erforderliche Isolation zwischen den beiden als Elektroden dienenden Metallstäben 30 kann durch diese isolierenden Röhrchen 38 bewirkt werden oder durch entsprechende Ausbildung der Spannschlüssel 32,33, die ganz oder teilweise aus isolierendem Material, z.B. glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen können. Vorzugsweise enthält jedoch mindestens ein Auge 40 jedes Spannschlosses einen isolierenden O-Ring 42 aus Gummi oder dgl. der durch eine durchbohrte Klemmschraube 43 zusammengepresst werden kann und dann radial nach innen ausweicht, so daß er schliesslich fest an den Metallstab 30 angepreßt wird. Auf diese Weise ist sowohl ein fester mechanischer Halt des Spannschlosses am Metallstab als auch eine ordnungsgemässe elektrische Isolation zwischen dem eine relativ weite Bohrung aufweisenden Auge des Spannschlosses und dem es durchsetzenden Metallstab gewährleistet.
Das der Spitze abgewandte Ende jedes Metallstabs 30 kann als Verbindungselement ausgebildet sein, das mit dem Verbindungselement 34 zusammenpasst. Im vorliegenden Falle ist jeder Metallstab mit einer eingedrehten Ringnut 44 versehen, in die das zugehörige Verbindungselement 34 einrasten kann. Dieses kann zu diesem Zwecke in bekannter Weise radial verschiebbar und verriegelbare Kugeln enthalten, die in die Ringnut 44 einrastbar sind.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine als Wechaelstrom-
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quelle dienende Aufnehmerspule 16 mit Hilfe von z.B. U-förmigen Federklemmen 45 aus Metall, die elektrisch mit den Enden der Wicklung der Aufnehmerspule verbunden sind, an unisolierten Stellen der Metallstäbe 30 festzuklemmen, wie es in Fig. 5 an der linken Seite der Metallstäbe 3 und unter in Fig.5 in einem vergrösserten Schnitt dargestellt ist. Die Aufnehmerspule wird auf diese Weise sowohl mechanisch an den Metallstäben gehaltert als auch elektrisch mit diesen verbunden.
Die Verwendung von Knochenschrauben, beispielsweise aus einer bekannten, physiologisch gut verträglichen Co-Cr-Mo-Legierung als Elektroden ist bei Belastung von elektrischen Wechselpotentialen von <T 1 ν/ολ im gegebenen Frequenzbereich ( >· 1 Hz) ohne Gefahr einer Metallose ( = elektrolytische Auflösung von Metallen im lebenden Gewebe) möglich.
Der besondere Vorteil des Gerätes gemäss Fig.l bis 4 besteht in einer in vielen Knochenbruchfällen möglichen, einfacheren Reposition des frakturlerten Knochen durch die Schrauben ohne Stützplatte bei gleichzeitiger elektrischer Stimulation des Knochenwachstums. Die Gefahr der Infektion ist bei Verwendung von Schrauben ohne Platte geringer. Die Platte kann in Abwesentheit hinreichend deckenden Weichgewebes, z.B. bei Tibiafrakturen von Kindern und älteren Personen, oft nicht implantiert werden. Dadurch ergäben sich bei Repositionen mit Schrauben ohne Platte, aus Gründen mangelnder Stabilität, lange BettHegezeiten. Diese werden durch die Elektrostimulation des Knochenwachstums bedeutend (bis auf die Hälfte) verkürzt.
Das Gerät: gem. Fig. 1 bis 4 wird implantiert und alle mit dem Gewebe oder Knochen in Berührung kommenden Teile bestehen daher aus physiologisch verträglichen, sterilisierbaren Materialien. In der Aufnehmerspule 16 (Fig. 1) und analog auch in der des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5, wenn dort als Stromquelle eine Auf-
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nehmerspule dient, wird dann ein niederfrequenter Wechselstrom (Frequenz vorzugsweise unter 100 Hz, allmählich ansteigende und abfallende Flanken) durch ein äußeres Magnetfeld induziert, wie es z.B. in der DT-PS 1 918 299 oder der DT-OS 2 116 869 beschrieben ist.
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Claims (11)

ANSPRÜCHE
1))Gerät zur Förderung der Heilung von Knochenschäden mit mindestens zwei in den Knochen einsetzbaren Metallelektroden und einer Wechselstromquelle, die flexible, an die Metallelektroden elektrisch anschließbare Anschlußdrähte hat, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallelektroden (12,30) und die zugehörigen Anschlußdrähte (14,15) mit zusammenpassenden, verrastbaren Verbindungselementen (18,25,26;34,44) versehen sind.
2) Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallelektroden aus Knochenschrauben bestehen, deren Kopf jeweils als Verbindungselement ausgebildet ist und mit einem kappenartigen Verbindungselement (18) am Ende des zugehörigen Anschlußdrahtes verrastbar ist.
3) Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeic hnet , daß der Schraubenkopf eine sechseckige Ausnehmung (25) aufweist, die innen eine Erweiterung (26) hat und daß das am Anschlußdraht angebrachte Verbindungselement (18) etwa pilzförmig ist und einen in die Ausnehmung passenden Stiel mit an der Schraube anliegenden Elektroden (24) sowie eine über den Schraubenkopf greifenden kappenförmigen Teil hat.
4) Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Anschlußdraht aus dem kappenförmigen Teil radial herausgeführt ist.
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5.) Gerät nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichn e t , daß die Metallelektroden aus zwei dünnen Stäben (30) bestehen, die dazu bestimmt sind, zwei von ihnen quer durchsetzte Teile (10a,10b) eines gebrochenen Knochens mittels zweier Spannschlüsser (32,33) zusammenzuspannen, daß zwischen den beiden Stäben ein elektrisch isolierender Körper (38,42) angeordnet ist, der die beiden Stäbe elektrisch gegeneinander isoliert, und daß mindestens ein Ende jedes Stabes mit einem Verbindungselement versehen oder als solches ausgebildet ist, das zu einem am Ende des zugehörigen Anschlußdrahtes (14) angebrachten Verbindungselement (34) paßt.
6.) Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete Teile jedes Stabes (30) mit einem isolierenden Röhrchen (38) aus einem physiologisch inerten Material, wie PoIytetrafluoräthylen umgeben sind.
7.) Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spannschloß einen die beiden Stäbe voneinander isolierenden Körper (42) enthält.
8.) Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7,dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Ende jedes Metallstabes (30) eine Ringnut (44) aufweist.
9.) Gerät nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Auf nehmer spule (16) mit zwei Anschlußdrähten (14,15) an denen jeweils eine auf die Metallstäbe (30) passende Federklemme (45) angebracht ist.
10.) Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichn e t , daß jedes Spannschloß (32,33) Augen (40) hat, die einen O-Rlng aus elastischem Material enthalten, der durch eine linschraubbare, durchbohrte Klemmschraube (43) zusammenpreßbar und
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bezüglich der Bohrung der Klemmschraube (43) und des Auges (40) so bemessen ist, daß er im zusanunengepreßten Zustand am zugehörigen Metallstab (30) anliegt und diesen im Abstand von der Bohrung des Auges und der Klemmschraube hält.
11.) Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (14) zwischen der Aufnehmerspule (16) und der einen Federklemme (45) starr und die Verbindung (15) zwischen der Aufnehmerspule und der anderen Federklemme flexibel ist.
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