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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen verbesserten
axialen äußeren Fixateur
zum Stabilisieren von Knochenfrakturen in der orthopädischen
Chirurgie.
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Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine axiale äußere Einwegfixierungsvorrichtung
des Typs, der einen verlängerbaren
stangenartigen Mittelkörper
und gegenüber
angeordnete Knochenschraubenklemmen aufweist, die mittels Kugelgelenken
an entsprechenden Enden des stangenartigen Mittelkörpers angelenkt
sind.
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Stand der
Technik
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Auf
diesem spezifischen Gebiet werden schon seit Langem einseitige äußere Fixierungsvorrichtungen
verwendet, welche die Knochenfragmente fest an Ort und Stelle halten,
um das Verheilen von Knochenfrakturen zu fördern.
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Solche äußere Fixierungsvorrichtungen
umfassen üblicherweise
einen Mittelkörper
einer im Wesentlichen zylindrischen Form, der axial verlängerbar ist
und an dessen entgegengesetzten Enden mittels Kugelgelenken Knochenschraubenklemmen
angelenkt sind. Die Klemmen sind mit stangenartigen Knochenschrauben
verbunden, welche an gegenüberliegenden
Seiten der Fraktur in die Cortex eines gebrochenen Knochens implantiert
werden. Üblicherweise
sind zwei oder drei Schrauben angemessen, um genügend Halt zu gewährleisten.
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Eine
bekannte äußere Fixierungsvorrichtung zum
Stabilisieren von Tibiafrakturen ist in der europäischen Patentanmeldung
Nr. 0 609 409 im Namen derselben Anmelderin bekannt.
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Einige
andere Fixierungsvorrichtungen des oben angegebenen Typs sind auch
aus den Druckschriften WO 95/16402 A und WO 97/03620 A des Standes
der Technik bekannt. Diese Druckschriften sehen eine externe Fixierungsvorrichtung
mit einem Mittelkörper
vor, der an den entsprechenden Enden Kugelgelenke trägt.
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Eine
Vielzahl von Fixierungsvorrichtungen zum Eingehen auf unterschiedliche
Typologien von Frakturen und Verletzungen sind normalerweise von ihren
entsprechenden Herstellern lieferbar.
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Daher
sind Tibia- und Femurfixateure, Humerusfixateure, Gelenkfixateure,
wie zum Beispiel für
das Fußgelenk
und den Ellenbogen, und Handgelenkfixateure verfügbar.
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Alle
diese Fixierungsvorrichtungen sind in ihrer Struktur vergleichbar
und weisen ähnliche
Komponenten auf; jedoch führen
unterschiedliche Arten von Frakturen zur Notwendigkeit, eine Vielzahl
von Fixateuren mit unterschiedlichen Größen und Konfigurationen herzustellen.
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Ein
solcher umfassender Vorrat unterschiedlicher Fixateure schlägt sich
unvermeidlich auch in erhöhten
Herstellungskosten der jeweiligen Typologie nieder, weil standardmäßige Massenherstellungsverfahren
nicht praktikabel sind.
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Der
aktuelle technologische Trend zur Herstellung von Fixateuren, bei
denen Teile oder Komponenten aus für Röntgenstrahlen durchlässigen Werkstoffen
geformt werden, macht die Versorgung mit verschiedenen und unterschiedlichen
Typen von Fixateuren sogar noch weniger wirtschaftlich.
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem
besteht darin, eine einseitige äußere Fixierungsvorrichtung
zum Richten von Knochenfrakturen zu schaffen, die strukturelle und
funktionale Merkmale aufweist, welche die Vorrichtung im Wesentlichen
zu einer Einwegvorrichtung machen und die vermeiden, dass ihre Teile über ihre Stützkapazität hinaus
belastet werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht im Vorsehen einer Knochenschraubenklemme mit
einem an jeder Klemme angebrachten Kugelgelenk, sowie Mitteln zum
Verriegeln des Kugelgelenks in einer im Voraus festgelegten Winkelposition
durch eine permanente Festlegung des Kugelgelenks.
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Auf
der Grundlage dieses Prinzips wird das technische Problem gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgehend von einer oben angegebenen Fixierungsvorrichtung
gelöst,
die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und folgende definiert
ist.
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Die
Merkmale und Vorteile einer äußeren Fixierungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform
ersichtlich, die als ein nicht einschränkendes Beispiel anhand der
beiliegenden Zeichnungen gegeben wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 eine
senkrechte perspektivische Ansicht einer axialen einseitigen äußeren Fixierungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der in 1 dargestellten
Fixierungsvorrichtung;
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3 eine
weitere Schnittdarstellung einer Knochenschraubenklemme der erfindungsgemäßen Fixierungsvorrichtung;
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Die 4 und 5 schematische
Schnittdarstellungen eines Details der Klemme von 3 in zwei
unterschiedlichen Betriebszuständen.
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Detaillierte
Beschreibung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen ist mit 1 insgesamt eine
externe axiale einseitige Fixierungsvorrichtung zum Richten von
Knochenfrakturen in der orthopädischen
Chirurgie gezeigt, die gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist.
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Die
Fixierungsvorrichtung 1 weist einen stangenartigen Mittelkörper 2 auf,
der eine Achse x-x sowie gegenüberliegende
Enden 3, 4 hat, die an die entsprechenden Knochenschraubenklemmen 5, 6 angelenkt
sind.
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Vorteilhafterweise
sind sowohl der stangenartige Mittelkörper 2 als auch die
Klemmen 5, 6 aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material, wie
zum Beispiel einer Polyetherketon-Kunststoffmatrix, die auch als "Peek" bekannt ist, die
mit einer vorbestimmten Menge von Kohlefasern verstärkt ist,
um die entsprechende Steifigkeit zu erhalten.
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Insbesondere
ist der stangenartige Mittelkörper 2 axial
verlängerbar,
da er aus einem ersten 8 und einem zweiten 9 zusammenpassenden
Teil einer Prismenform besteht. Die Teile 8 und 9 sind
teleskopartig ineinander verschiebbar.
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Jedes
der Teile 8, 9 weist einen ersten Teil 8', 9' einer länglichen
halbzylindrischen Form auf, der mit einem zweiten zylindrischen
Endteil 8'', 9'' einer kurzen Länge einstückig ausgebildet ist. Jedes
Teil 8 und 9 ist daher von der Seite gesehen L-förmig.
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Die
halbzylindrischen Teile 8', 9' sind mittels einer
Verschiebungsnut 7, die in Längsrichtung im Teil 8' ausgebildet
ist, und einem entsprechenden Schieber 7', der im anderen Teil 9' in Längsrichtung ausgebildet
ist, verschiebbar miteinander gekoppelt. Insbesondere hat der Teil 8' im Wesentlichen
einen C-förmigen
Querschnitt, während
der andere Teil 9' im
Wesentlichen eine längliche
Rippe aufweist, die einen T-förmigen
Querschnitt hat, um den Schieber 7' zu definieren.
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Natürlich können auch
andere Schiebe-Nerschiebungskombinationen vorgesehen werden, ohne dass
dadurch vom Umfang der Erfindung abgewichen wird.
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Vorteilhafterweise
sind Mittel zum Stoppen der Teile 8 und 9 in ihrer
Verschiebungsbewegung vorgesehen.
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Diese
Stoppmittel umfassen eine Verriegelungsschraube 11, die
sich senkrecht zur Achse x-x erstreckt, wobei die Verriegelungsschraube
einen Gewindeendteil 12 aufweist, der in einem Gewindeloch 13 sitzt,
das im Schieber 7' ausgebildet
ist. Zusätzlich
ist der Teil 8' des
Teils 8 mit einem Schlitz 10 versehen, der sich über einen
Großteil
der Länge
des Teils 8 erstreckt, wie in 2 gezeigt.
Die Schraube 11 erstreckt sich durch den Schlitz 10,
vorzugsweise mit einem glatten Abschnitt ihres Schafts 14,
um die Verschiebungsbewegung der Teile 8 und 9 gegeneinander
zu erleichtern.
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Bei
der Schraube 11 handelt es sich um eine Schraube mit Schraubenkopf
mit Innensechskant (Allen-Schraube) zum bequemen Schrauben mit einem
Schraubenschlüssel.
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Durch
Lösen und
Anziehen der Schraube 11 kann die Erstreckung des stangenartigen
Mittelkörpers 2 des
Fixateurs 1 je nach den unterschiedlichen Abmessungen des
gebrochenen Knochens nach Bedarf eingestellt werden. Aufgrund der
C- und T-förmigen
Querschnitte der Verschiebungsnut und des Schiebers treten jedoch
keine Verdrehungen der Teile 8 und 9 um die Achse
des stangenartigen Mittelkörpers 2 auf.
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In
der kompakten Einstellung des stangenartigen Mittelkörpers 2 sind
die Teile 8' und 9' der Teile 8 und 9 in
vollständiger Überlagerung,
wobei eines jeweils an den zylindrischen Endteil 9'', 8'' des
anderen anliegt.
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Wie
oben erwähnt,
sind die entgegengesetzten Enden 3, 4 des stangenartigen
Mittelkörpers 2 an die
entsprechenden Klemmen 5, 6 der Knochenschrauben
mittels Kugelgelenken angelenkt.
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Jedes
Gelenk weist ein Kugelgelenk 16 auf, das an der entsprechenden
Klemme 5, 6 angebracht ist.
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Insbesondere
weist das Kugelgelenk 16 eine zylindrische Buchse 17,
die von einem Kugelfesthalterand 17a begrenzt wird und
in jeder Klemme 5, 6 vorgesehen ist, sowie einen
Kugelkopf 18 auf, der in der Buchse 17 ruht. Der
Kugelkopf 18 hat einen Schaft 19, der dazu ausgelegt
ist, in einer entsprechenden Buchse 15 an jedem der Enden 3, 4 des stangenartigen
Mittelkörpers 2 aufgenommen
zu werden.
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Die
Buchse 15, in der der Schaft 19 untergebracht
ist, ist in der Nähe
der Mitte in den Endteilen 8'' und 9'' der Teile 8 und 9 ausgebildet.
Kurz gesagt, liegt die Buchse 15 entlang der Achse x-x
und ist der Schaft 19 durch ein lösbares Verriegelungsmittel,
wie zum Beispiel einem Haltestift 27, der durch ein Loch 28 quer
zur Achse x-x im Teil 8'' und ein entsprechendes
Loch 28' quer
zum Schaft 19 gelangt, in der Buchse 15 gehalten.
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Jede
der Klemmen 5 und 6 weist einen Hauptkörper 20 im
Wesentlichen mit einer Prismenform auf, in dem die zylindrische
Buchse 17, in der der Kugelkopf 18 ruht, ausgebildet
ist.
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Ein
Seitenflansch 26 ist dem Hauptkörper 20 entfernbar
zugeordnet, um die Klemme auf Knochenschrauben zu zwingen, was im
Beispiel mit zwei Schrauben 21 geschieht, die in einer
Ebene parallel zur Lageebene der Achse x-x liegen und in einem vorbestimmten
Abstand von dieser angeordnet sind.
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Insbesondere
hat der Hauptkörper 20 eine Seitenwand 25 eines
ausgeformten Profils. Das Profil des Flansches 26 passt
im Wesentlichen mit der Seitenwand 25 zusammen, so dass
die Seitenwand 25 und der Flansch 26 wie die Backen
eines Schraubstocks zusammenpassen, um so die Knochenschrauben einzuspannen.
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Vorzugsweise
erfolgt die entfernbare Kopplung des Körpers 20 und des Flansches 26 mittels des
Eingriffs einer Paars Schrauben 21 in entsprechenden Gewindesitzen 22,
die im Hauptkörper 20 vorgesehen
sind, durch Löcher 23 im
Flansch 26. Die Gewindesitze 22 sind in der Seitenwand 25 des
Körpers 20 ausgebildet.
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Diese
besondere Konfiguration ermöglicht es
den Knochenschrauben, im Wesentlichen anliegend an das Kugelgelenk
in der Klemme gehalten zu werden, wodurch eine höchst kompakte Struktur der gesamten
Klemme erzielt wird.
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Vorteilhafterweise
sind auch Verriegelungsmittel 40 vorgesehen, um das Kugelgelenk 16 in
einer ausgewählten
Winkelposition zu verriegeln. Diese Verriegelungsmittel 40 weisen
einen Reiter 41 auf, der durch die Wirkung eines Antriebsmittels 42 für eine Bewegung
innerhalb der zylindrischen Buchse 17 des Hauptkörpers 20 in
der Richtung zum Kugelkopf 18 hin geführt wird.
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Dieses
Antriebsmittel 42 umfasst eine Welle 47, die sich
quer zur Buchse 17 erstreckt und mit einer Nocke 47a versehen
ist, die auf den Reiter 41 wirkt. Die Welle 47 kann
mit einem geeigneten Schraubenschlüssel manuell gedreht werden
und ist zu diesem Zweck an ihrem zugänglichen Ende mit einer sechskantigen
Vertiefung 43 ausgebildet.
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Insbesondere
ist der Reiter 41 mit einem zylindrischen Rand ausgebildet,
der eine Vielzahl rechtwinklig abstehender Zähne 44 aufweist, d.h.
die sich alle in dieselbe Richtung parallel zur Achse des Randes
erstrecken. Diese rechtwinklig abstehenden Zähne 44 sollen nach
einer Betätigung
des Antriebsmittels 42 in die Oberfläche des Kugelkopfs 18 einschneiden
und bilden eine Vielzahl von Einbuchtungen einer geeigneten Tiefe,
z.B. von mehreren Zehntel Millimetern, in diesem. Auf diese Weise
wird der Kugelkopf 18 permanent festgelegt, und wird das
Kugelgelenk 16 praktisch in einer formschlüssigen Weise
verriegelt.
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Ein
Hubeinschränkungsmittel 45 des
Reiters 41 ist vorgesehen, so dass die Zähne 44 in
einer vorbestimmten Tiefe in den Kugelkopf 18 einschneiden. Dieses
Einschränkungsmittel 45 umfasst
eine radiale Nase 46, die mit der Welle 47 einstückig ausgebildet ist
und außerhalb
des Hauptkörpers 20 erscheint
und so angeordnet ist, dass sie bei einer entsprechenden Winkeleinstellung
der Welle 47 relativ zum Hauptkörper 20 gegen einen
im Hauptkörper 20 ausgebildeten Anschlag 48 stößt.
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Wenn
die radiale Nase 46 gegen den Anschlag 48 stößt, hat
sich die Vielzahl von Zähnen 44 des
Reiters 41 schon in der maximal vorhergesehenen Tiefe in
die Oberfläche
des Kugelkopfs eingeschnitten.
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Beim
Zusammensetzen einer der Klemmen 5 oder 6 wird
zuerst der Kugelkopf 18 des Gelenks 16 in die
zylindrische Buchse 17 eingeführt, wobei der Schaft 19 aus
dem Hauptkörper 20 ragt.
Dann wird der Reiter 41, wobei seine Zähne 44 zum Kugelkopf 18 hin
zeigen, und schließlich
die Welle 47 zum Fixieren der vorgenannten Teile montiert.
Die Welle 47 wird so positioniert, dass ein Endteil der
zylindrischen Buchse 17 zur Aufnahme eines zusätzlichen
zylindrischen Elements, wie unten beschrieben, verfügbar bleibt.
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Die
zylindrische Buchse 17 am freien Ende des Hauptkörpers 20 wird
ebenfalls zum Halten eines Hilfselements 30 verwendet,
was die Klemme 5 oder 6 je nach den unterschiedlichen
Einrichtungen der Fixierungsvorrichtung vielseitiger verwendbar
macht.
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Zum
Beispiel ist in den Zeichnungen ein Hilfselement 30 durch
ein T-Verbindungselement 31 zum Verbinden der Klemme 5 mit
einem Ring eines auf diesem Gebiet als Ilizarov-System bekannten Ringfixateurs gezeigt.
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Das
Verbindungselement 31 umfasst einen zylindrischen Schaft 32,
der in dieselbe zylindrische Buchse 17 schwenkbar eingepasst
wird, in der der Kugelkopf 18 des Kugelgelenks 16 untergebracht
ist.
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Eine
Verriegelungsschraube 29 greift in ein Gewindeloch 29' ein, das am
Schaft 32 in Querrichtung ausgebildet ist, sowie durch
ein geschnittenes Loch, das im Hauptkörper 20 in der Nähe von dessen Ende
gegenüber
dem Kugelgelenk 16 vorgesehen ist. Das Verbindungselement 31 weist
ferner einen plattenartigen Teil 33 auf, der mit dem Schaft 32 einstückig ausgebildet
ist und sich senkrecht zu diesem erstreckt. Dieser Teil 33 hat
sich gegenüberliegende Flansche,
die durch geschnittene Löcher 34 zur
Verbindung mit einem Ring einer äußeren Fixierungsvorrichtung
des Ilizarov-Systems durchdrungen werden.
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Auf
diese Weise kann eine mit dem Verbindungselement 31 versehene
Klemme 5 oder 6 an einem Ring des Ilizarov-Systems
befestigt werden, um eine sogenannte "Hybridschiene" herzustellen, bei der es sich um eine äußere Fixierungsvorrichtung handelt,
die einen axialen Fixateur und mindestens einen Ring umfasst, wodurch
die vorteilhaften Merkmale von Ringfixierungsvorrichtungen und einseitigen
axialen Fixierungsvorrichtungen kombiniert werden.
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Ein
weiteres Hilfselement 30 ist in den Zeichnungen als eine
Metaphysisklemme 35 zum Klemmen an Knochenschrauben gezeigt,
die in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Achse x-x und daher
quer zur Lageebene liegen, welche die Knochenschrauben enthält, die
zwischen den Wänden 25 und 26 der
Klemmen 5 oder 6 gehalten werden.
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Insbesondere
ermöglicht
eine Metaphysisklemme 35 die Befestigung der Fixierungsvorrichtung
an Knochenschrauben, die im proximalen oder distalen Endteil einer
Tibia implantiert oder im distalen Endteil eines Femurs implantiert
sind.
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Die
Metaphysisklemme 35 ist in einer der Klemmen 5 oder 6 in
derselben Weise wie das Verbindungselement 31 gehalten.
Die Metaphysisklemme 35 würde nämlich genauso wie das Verbindungselement 31 einen
zylindrischen Schaft 36 aufweisen, der in die zylindrische
Buchse 17 passt, und ein Ende 37 ist mit dem Schaft 36 einstückig und
sich senkrecht zu dem Letzteren erstreckend ausgebildet.
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Ein
solches Ende 37 ist mit einem U-förmigen Teil konfiguriert, der
einstückig
mit dem Schaft 36 und in einer exzentrischen Position von
diesem ausgebildet ist. Ein solcher U-förmiger
Teil umfasst im Grunde genommen ein Paar Wände 38, 39,
die sich parallel und in einem Abstand zueinander erstrecken. Eine
halbzylindrische Nut 38', 39' ist am Boden
einer jeden Wand 38, 39 auf derselben Seite ausgebildet, wobei
die Nut eine Halbbuchse zum Aufnehmen einer entsprechenden Metaphysisknochenschraube definiert,
wobei es sich um eine Schraube handelt, die im proximalen oder dem
distalen Ende einer Tibia oder dem distalen Ende eines Femurs in
einer Ebene implantiert ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene
der Achse x-x liegt.
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Vorteilhafterweise
weist der Teil 37 ein Mittel zum Klemmen von Metaphysisknochenschrauben auf.
Dieses Klemmmittel weist einen Schieber 50 auf, der auf
dem Teil 37 für
eine Verschiebungsbewegung entlang einer Richtung angebracht ist,
die mit der Richtung zusammenfällt,
in der der Flansch 26 gegen die Wand 25 geklemmt
ist.
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Ein
solcher Schieber 50 weist eine rechteckige Basis 49 auf,
die mit einem Fenster 49a ausgebildet ist, und hat zwei
plattenartige Riegel 51, 52, die mit der Basis 49 an
deren kurzen Seiten einstückig ausgebildet
sind.
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Die
plattenartigen Riegel 51, 52 arbeiten mit den
Wänden 38 und 39 zusammen,
um zwischen sich die Metaphysisschrauben einzuklemmen. Insbesondere
ist der Schieber 50 auf einem sich verjüngenden Ende der Wand 39 durch
das Fenster 49a verschiebbar angebracht, so dass der Riegel 51 zum Teil 37 zeigt
und zwischen den Wänden 38 und 39 parallel
zu diesem beweglich ist.
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An
den freien Enden der Riegel 51 und 52 und auf
derselben Seite sind entsprechende halbzylindrische Nuten 51', 52' vorgesehen,
die jeweils eine Halbbuchse definieren, in der eine entsprechende Metaphysisknochenschraube
untergebracht ist. Wenn der Schieber 50 auf dem Teil 37 montiert
ist, liegen sich die Nuten 38' und 51' sowie auch die Nuten 39' und 52' bereit zur
Klemmbefestigung auf einer entsprechenden Metaphysisschraube gegenüber.
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Eine
Verriegelungsschraube 53 ist durch ein Loch, das seitlich
im Schieber 50 ausgebildet ist, geführt und greift in ein Gewindeloch
ein, das in der Nähe
des freien Endes der Wand 39 ausgebildet ist, um den Schieber 50 an
Ort und Stelle zu verriegeln, wobei ein Festklemmen auf den Metaphysisschrauben
erfolgt.
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Auf
diese Weise, d.h. wenn die Schrauben, welche diejenigen auf den
Seiten zwischen der Wand 25 und dem Flansch 26 mit
einschließen,
sowie die Metaphysisschrauben zwischen dem Schieber 50 und
dem Teil 37, sämtlich
angezogen werden, wobei Verschiebungen alle in derselben Richtung
erfolgen, werden ihre gegenseitigen Positionen beibehalten, selbst
wenn sich ihre Durchmesser, zum Beispiel von Schrauben mit einem
Durchmesser von 6 mm durchwegs zu Schrauben mit einem Durchmesser
von 8 mm, ändern.
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Die
Fixierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung löst das technische
Problem und bietet eine Anzahl von Vorteilen, hauptsächlich denjenigen, dass
die Klemmen im Gegensatz zu Lösungen
des Standes der Technik universell einsetzbar sind.
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So
kann es sein, dass dem Mittelkörper 2 sich
gegenüberliegende
Klemmen zugeordnet sind, die unterschiedlichen Funktionen dienen,
jedoch alle von einer gemeinsamen Grundstruktur abstammen.
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Außerdem ermöglicht die
Fixierungsvorrichtung, die aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material
hergestellt ist, dem orthopädischen
Chirurgen eine Röntgenaufnahme
des betreffenden Bereichs, ohne dass sperrige Gegenstände im Weg sind.
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Außerdem wird
darauf hingewiesen, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung der Mittelkörper einen
Hauptteil der Gesamtlänge
der Fixierungsvorrichtung einnimmt und es ermöglicht, dass die Fixateurlänge auf
so gut wie jede traumatische Situation eingestellt werden kann.
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Außerdem sollte
noch bemerkt werden, dass die von den rechtwinklig abstehenden Zähnen in
der Oberfläche
des Kugelkopfs hervorgerufenen Einbuchtungen, so dass das Kugelgelenk
in der Praxis in jeder gewünschten
Winkelposition verriegelt werden kann, auch eine Wiederverwendung
der Klemmen verbieten, weshalb es sich um Einwegklemmen handelt.
Sowohl aus hygienischer Sicht als auch aus Sicht der Sicherheit
ergibt sich hieraus ein zusätzlicher
Vorteil.