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GEBIET
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Die
vorliegende Lehre betrifft chirurgische Anwendungen zur Versorgung
von Knochenfrakturen und zur Korrektur von Knochenverformungen.
Insbesondere betrifft die Lehre ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Befestigen von zwei durchtrennten Knochenabschnitten in einer relativ
festen Beziehung zueinander.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
verschiedenen orthopädischen
chirurgischen Prozeduren ist es notwendig, zwei durchtrennte Knochenabschnitte
in einer relativ festen Beziehung zueinander auszurichten und zu
befestigen. Zum Beispiel ist es oft notwendig, eine derartige befestigte
Beziehung herzustellen, nachdem ein Knochen infolge von entweder
natürlichen
Ursachen oder ärztlicher
Intervention frakturiert wurde. Um sicherzustellen, dass der Knochen in
der richtigen Ausrichtung regenerieren und die Fraktur fusionieren
kann, ist es wichtig, dass die Knochenabschnitte in der gewünschten
Position während
der Knochenregeneration fixiert sind.
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Es
ist im Stand der Technik bekannt, Metallplatten zur Versorgung von
Knochenbrüchen
bereitzustellen. Die Platten sind im Allgemeinen mit Befestigungselementen,
wie zum Beispiel Schrauben, an den Knochenfrakturabschnitten befestigt.
Neben anderen Anwendungen werden die Platten und Befestigungselemente
verwendet, um eine feste Stabilisierung von Brustbeinfrakturen bereitzustellen.
Die Platten, die herkömmlicherweise
für eine
Osteosynthese des Brustbeins verwendet werden, weisen im All gemeinen
kleine, im Allgemeinen flache Metallabschnitte auf. Die Abschnitte
enthalten runde und eventuell mit einem Gewinde versehene Schraubenlöcher an
verschiedenen Punkten entlang ihrer Längen zur Befestigung der Abschnitte
an einem Knochen.
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Bei
einer Technik für
eine Rekonstruktion des Brustbeins wird eine Platte mit einer oder
mehreren Öffnungen
nahe der Brustbeinfläche
so positioniert, dass die Platte die durchtrennte Region des Brustbeins überspannt
und durch eine Gewindeplatten-Schrauben-Kopplung in relativer Position
dazu gehalten wird. Die Platte wird dann gegebenenfalls in eine
Form gebogen und an dem Brustbein mittels einer Mehrzahl von in
den Öffnungen
eingesetzten Befestigungselementen befestigt. Anschließend können die
Befestigungselemente und Platte entfernt werden, um einen chirurgischen
Zugang zu dem Brustbein zu ermöglichen
(z. B. um wichtige Organe in der Brusthöhle zu behandeln). Schließlich wird
dieselbe Platte oder eine neue Platte ihrerseits an dem Brustbein
durch Eingriff der Befestigungselemente mit dem Brustbein befestigt.
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US 2002/0128654 A1 offenbart
eine Längsplatte
zur Kopplung durchtrennter Knochenregionen, die mindestens eine
Brückenregion
aufweist, wobei die mindestens eine Brückenregion in mindestens zwei
Knochenfixierungsregionen endet. Die mindestens zwei Knochenfixierungsregionen
enthalten jeweils mindestens eine Öffnung zur Aufnahme einer geeigneten
Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Längsplatte an den zu koppelnden
Knochenregionen. Die Brückenregion
kann so konfiguriert sein, dass sie durch eine geeignete Durchtrenneinrichtung,
wie zum Beispiel eine chirurgische Schere, leicht durchtrennt wird.
Die Längsplatte
und Befestigungseinrichtung können
aus einem biokompatiblen oder bioresorbierbaren Material hergestellt
sein.
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Obwohl
sich bekannte Systeme, die Platten und Befestigungselemente zur
Unterstützung
der Osteosynthese von durchtrennten Knochenregionen verwenden, für gewisse
Anwendungen als akzeptabel erwiesen haben, sind derartige Systeme
trotzdem für
Verbesserungen empfänglich,
die ihre Leistung steigern können. In
diesem Zusammenhang erfordern viele bekannte Systeme eine zeitintensive
Anbringung. Des Weiteren beeinflussen bekannte Systeme, welche das
Einsetzen, Entfernen und anschließende Wiedereinsetzen von Befestigungselementen
in den Knochen notwendig machen, den Kauf von Befestigungselementen
negativ. Darüber
hinaus erleichtern viele bekannte Systeme nicht das Durchschneiden
der Platte, um einen beschleunigten Zugang des Arztes zu dem Bereich
oder der Höhle
bereitzustellen, der bzw. die einen Zugang durch den von der Platte überspannten
Ort erfordert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Lehre betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Reapproximieren und Befestigen von durchtrennten Knochenabschnitten.
Die Reapproximation der durchtrennten Knochenabschnitte erfolgt
mittels einer Knochenreapproximationseinrichtung, welche die getrennten
Knochenregionen seitlich festhaken und reapproximieren kann. Sobald
reapproximiert, werden die Knochenregionen mittels einer Platte
gekoppelt, die zumindest zwei Knochenfixierungsregionen und eine
Brückenregion
aufweist, die zwischen den Knochenfixierungsregionen angeordnet
ist. Jede Knochenfixierungsregion enthält mindestens einen Rezeptor, der
verwendet wird, um ein Befestigungselement aufzunehmen, das geeignet
ist, die Platte an den zu koppelnden Knochenabschnitten zu befestigen.
Sowohl die Platte als auch die Befestigungseinrichtungen können bioresorbierbar
und/oder biokompatibel sein.
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Die
Befestigungselemente können
einen Hauptkörperabschnitt
mit einem oberen Schaftabschnitt und einem unteren Schaftabschnitt
aufweisen. Sobald an der Knochenfläche aufgrund der Interaktion
mit den Befestigungselementen befestigt, kann die Platte aus einem
Eingriff mit der Knochenfläche
entfernt werden, indem das Kopfelement entfernt wird und anschließend die
Platte aus der Knochenfläche
entfernt wird. Die Befestigungselementkonfiguration ermöglicht das
Entfernen der Platte, ohne dass es erforderlich ist, den Hauptkörperabschnitt
des Befestigungselements aus dem Knochen zu entfernen, wodurch ermöglicht wird,
dass der Hauptkörperabschnitt
und das Loch in dem Knochen in der Zukunft wieder verwendet werden,
um die Platte an der Knochenfläche
zu befestigen. Des Weiteren kann die Platte alternativ an der Knochenfläche durch
eine einteilige Arretier- oder Nichtarretierschraube derart befestigt
werden, dass ein Entfernen der Platte aus dem Knochen das Durchtrennen
der Platte oder das Entfernen jeder einteiligen Schraube erfordert.
Wie bemerkt werden wird, hängt
das ausgewählte
Befestigungselement (d. h. einteilige gegenüber mehrteilige Ausführung) für die jeweilige
Platte von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab.
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Die
Platte der vorliegenden Lehre ist konfiguriert, eine schnelle Trennung
der zuvor durch die Platte befestigten Knochenabschnitte zuzulassen.
Die Platte kann mittels jeder geeigneten Schneideeinrichtung, wie zum
Beispiel chirurgischer Scheren, chirurgischer Drahtschneider oder
chirurgischer Plattenschneider, durchtrennt werden. Das Durchtrennen
der Platte mittels chirurgischer Scheren, Drahtschneider oder Plattenschneider
wird aufgrund des Vorhandenseins einer Brückenregion erleichtert, die
speziell konfiguriert ist, um einen derartigen Eingriff zu ermöglichen.
Eine optimale Brückendurchtrennbarkeit
wird hauptsächlich
durch Beeinflussung des Aspektverhältnisses und der Fläche des
Brückenregionquerschnitts
erzielt. Das Aspektverhältnis des
Querschnitts ist im Allgemeinen als die Höhe der Brückenregion in der Schneideeinrichtung
geteilt durch die Breite der Brückenregion
in der Schneideeinrichtung definiert. Daher ändert sich das Aspektverhältnis des Querschnitts
in Abhängigkeit
von der Ausrichtung der Schneideeinrichtung, sofern der Querschnitt
der Brücke nicht
einen im Allgemeinen quadratischen oder runden Querschnitt aufweist.
Allgemein gesprochen, wenn bei einem Querschnitt mit einer konstanten
Fläche
die Breite der Brückenregion
in der Schneideeinrichtung erhöht wird,
wird die Höhe
der Brückenregion
vermindert, und die Kraft, die erforderlich ist, um die Brückenregion durchzutrennen,
wird reduziert. Des Weiteren kann die Brückenregion erhöht oder
verjüngt
sein, um einen Eingriff der Brückenregion
durch chirurgische Drahtschneider, chirurgische Plattenschneider
oder chirurgische Scheren zu erleichtern. Die Brückenregion kann auch schwach
sein oder eine Nut enthalten, um eine Durchtrennung der Brückenregion
weiter zu begünstigen.
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Die
Platte der vorliegenden Lehre kann ferner zahlreiche Brückenregionen
und Knochenfixierungsregionen aufweisen, die in einer Vielzahl von
Formen angeordnet sind, um eine Platte mit einer Konfiguration herzustellen,
die eine große
oder unregelmäßig geformte
Region durchtrennter Knochen koppeln kann, wobei die Knochen unter
mehreren verschiedenen Winkeln zu einander enden. Um die Kopplung
derartiger durchtrennter Knochenregionen zu begünstigen, können sich die Brückenregionen
und die Knochenfixierungsregionen unter einer Vielzahl von verschiedenen
Winkeln erstrecken. Ferner können
sich die Knochenfixierungsregionen und die Brückenregionen in verschiedenen
Ebenen befinden, um durchtrennte Knochenregionen zu koppeln, die
auf unterschiedlichen Ebenen zu einander enden.
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Weitere
Anwendungsgebiete der vorliegenden Lehre werden anhand der folgenden
ausführlichen
Beschreibung deutlich. Es versteht sich von selbst, dass die ausführliche
Beschreibung und speziellen Beispiele nur zum Zwecke der Verdeutlichung
gedacht sind und nicht zur Einschränkung des Umfangs der Lehre
gedacht sind, obwohl sie die bevorzugten Ausführungsformen der Lehre angeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische postoperative anteriore Darstellung eines menschlichen
Brustkorbs. Insbesondere stellt 1 ein zuvor
durchtrenntes Brustbein dar, das durch eine Platte in einem möglichen
Anordnungsschema gemäß der Lehre
gekoppelt ist;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der Platte von 1;
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3 ist
eine Querschnittansicht entlang Linie 3-3 von 2;
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4A ist
eine perspektivische Ansicht eines einteiligen, selbstschneidenden
Befestigungselements, das verwendet wird, um die Platte von 1 an
einem durchtrennten Knochenabschnitt zu befestigen;
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4B ist
eine perspektivische Ansicht des Befestigungselements von 4A,
das eine selbstbohrende Spitze enthält;
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4C ist
eine Querschnittansicht des Befestigungselements von 4A,
wobei das Befestigungselement in einer Gewindeöffnung der Platte von 1 eingesetzt
ist;
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4D ist
eine Querschnittansicht des Befestigungselements von 4A,
wobei das Befestigungselement in einer Öffnung der Platte von 1 eingesetzt
ist;
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5A ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines zweiteiligen
Befestigungselements, das verwendet wird, um die Platte von 1 an
einem durchtrennten Knochenabschnitt zu befestigen;
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5B ist
eine Seitenansicht des Befestigungselements von 5A,
wobei das Befestigungselement in einer Öffnung der Platte von 1 eingesetzt
ist;
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6 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Platte von 1,
die das Zusammenwirken der Platte mit den Befestigungselementen
von 4 darstellt, um die Platte an
den zuvor durchtrennten Brustbeinhälften zu befestigen, wobei
die zuvor durchtrennten Brustbeinhälften mittels der dargestellten
chirurgischen Zange reapproximiert wurden.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht einer Platte gemäß der vorliegenden Lehre, wobei
die Platte vier Knochenbefestigungsregionen und eine Brückenregion
aufweist, die sich zwischen jeder Knochenbefestigungsregion erstreckt;
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8A ist
eine Seitenansicht der Platte von 7, die eine
Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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8B ist
eine Seitenansicht der Platte von 7, die eine
Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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8C ist
eine Seitenansicht der Platte von 7, die eine
Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer Platte gemäß der vorliegenden Lehre, wobei
die Platte vier Knochenbefestigungsregionen und eine Brückenregion
aufweist, die sich zwischen jeder Knochenbefestigungsregion erstreckt;
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10A ist eine Seitenansicht der Platte von 9,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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10B ist eine Seitenansicht der Platte von 9,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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10C ist eine Seitenansicht der Platte von 9,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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11 ist
eine perspektivische Ansicht einer Platte gemäß der vorliegenden Lehre, wobei
die Platte zwei Knochenbefestigungsregionen und eine Brückenregion
aufweist;
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12A ist eine Seitenansicht der Platte von 11,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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12B ist eine Seitenansicht der Platte von 11,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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12C ist eine Seitenansicht der Platte von 11,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht einer Platte gemäß der vorliegenden Lehre, wobei
die Platte zwei Knochenbefestigungsregionen und eine Brückenregion
aufweist;
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14A ist eine Seitenansicht der Platte von 13,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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14B ist eine Seitenansicht der Platte von 13,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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14C ist eine Seitenansicht der Platte von 13,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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15 ist
eine perspektivische Ansicht einer Platte gemäß der vorliegenden Lehre, wobei
die Platte zwei Knochenbefestigungsregionen und eine Brückenregion
aufweist;
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16A ist eine Seitenansicht der Platte von 15,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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16B ist eine Seitenansicht der Platte von 15,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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16C ist eine Seitenansicht der Platte von 15,
die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Lehre zeigt;
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17 ist
eine perspektivische Ansicht der Platte von 7 mit einer
Brückenregion
der Platte, die durch einen Plattenschneider, Drahtschneider oder
eine chirurgische Schere in Eingriff genommen ist;
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18 ist
eine perspektivische Ansicht der Platte von 7 mit einer
Brückenregion
der Platte, die durch einen anderen Plattenschneider, Drahtschneider
oder ein anderes Paar chirurgischer Scherer in Eingriff genommen
ist; und
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19 ist
eine perspektivische Ansicht der Platte von 7 mit einer
Brückenregion
der Platte, die durch einen anderen Plattenschneider, Drahtschneider
oder ein anderes Paar chirurgischer Scheren in Eingriff genommen
ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist keinesfalls
dazu gedacht, die Lehre, ihre Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten
einzuschränken.
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Auf 1 Bezug
nehmend wird ein System, das gemäß der vorliegenden
Lehre konstruiert ist, im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
Das System 10 wird operativ zugehörig einem menschlichen Körper 12 und
insbesondere einem menschlichen Brustkorb 14 gezeigt. Jedoch
wird für
Fachleute deutlich, dass gewisse Aspekte der vorliegenden Lehre
eine Anwendbarkeit für
andere chirurgische Anwendungen aufweisen.
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Das
Vordere des Brustkorbs 14 wird von einem Brustbein 16,
Schwertfortsatz 18, Brustbeingriff 20, von Rippenknorpeln
und Rippen 24 gebildet. Des Weiteren wird gezeigt, dass
das Schlüsselbein 22 das
Brustbein 16 mit dem Schulterblatt und Oberarmknochen (keines
von beiden gezeigt) verbindet. Das Brustbein 16, wie gezeigt,
wurde zuvor einer medizinischen Prozedur, bekannt als mediane Sternotomie,
unterzogen. Infolge dieser Prozedur wurde das Brustbein 16 durchtrennt,
wodurch einem Arzt ein Zugang zu den Geweben oder Organen, die in
einer Brusthöhle 26 angeordnet
sind, erlaubt wird. Jedoch wurde das Brustbein 16 seitdem
mit zuvor durchtrennten Abschnitten A und B, die nun durch das System 10 der
vorliegenden Lehre verbunden sind, reapproximiert.
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Weiterhin
auf 1 Bezug nehmend und zusätzlich auf 2 bis 19 Bezug
nehmend wird gezeigt, dass das System 10 der vorliegenden
Lehre eine Platte 28 aufweist. Es wird gezeigt, dass die
Platte 28 eine obere Flä che 30,
eine untere Fläche 32 und
eine Umfangsfläche 34 aufweist.
Die Umfangsfläche 34 kann speziell
definiert sein, wie in 2 gesehen, oder kann einfach
der Punkt sein, an dem sich die obere Fläche 30 und die untere
Fläche 32 treffen.
Die Platte 28 ist in unterschiedliche Regionen, wie zum
Beispiel mindestens zwei Knochenfixierungsregionen 36 und
mindestens eine Brückenregion 38 unterteilt.
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Die
Brückenregion 38 verbindet
die Knochenfixierungsregionen 36 und kann im Allgemeinen
entweder mit der oberen oder unteren Fläche 30, 32 oder
mit beiden bündig
angeordnet sein oder kann von sowohl der oberen als auch unteren
Fläche 30, 32 versetzt
sein, wie weiter unten noch erörtert
wird. Jede Knochenfixierungsregion 36 definiert mindestens
eine Öffnung 40.
Die Öffnungen 40 können mit
einem Gewinde versehen sein oder einfach als Durchgangsbohrungen
ohne Gewinde ausgebildet sein. Die Öffnungen 40 können sich symmetrisch
von der Brückenregion 38 erstrecken
oder können
asymmetrisch angeordnet sein. Ferner können die Öffnungen 40 optional
eine kreisförmige
oder eine ovale Senkung 42 aufweisen, und können ein
Innengewinde aufweisen, wie am besten in 2 und 3 gezeigt.
Die Öffnungen 40 sind
geeignet, ein Befestigungselement 44a–c aufzunehmen, um die Platte 28 mit
einer durchtrennten Knochenregion, wie zum Beispiel durchtrennte
Hälften
A und B des Brustbeins 16, zu verbinden. Insbesondere überspannt
die Brückenregion 38 die
Fraktur, während
Knochenfixierungsregionen 36 an den Knochenregionen auf
jeder Seite der Fraktur befestigt sind, sobald die durchtrennten
Hälften
A und B reapproximiert wurden.
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Die
in jeder der Ausführungsformen
der vorliegenden Lehre beschriebene Platte 28 kann aus
einer Vielzahl von bioresorbierbaren Materialien hergestellt sein.
Ein resorbierbares Material von besonderem Interesse wird von Biomet,
Inc. (Warsaw, Indiana) unter dem Handelsnamen LACTOSORB® vertrieben.
LACTOSORB® ist
ein resorbierbares Copolymer, das aus rein natürlichen Inhaltsstoffen synthetisch
hergestellt wird: 82% L-Milchsäure
und 18% Glykolsäure,
und ist im Wesentlichen amorph (d. h. ohne Kristallinität), was
bedeutet, dass seine Zersetzung gleichmäßig ist, wodurch die Kristallfreisetzung
ausgeschlossen wird, die sich zersetzenden Copolymeren zugehörig ist,
die späten
Entzündlichkeitsreaktionen
zugehörig
sind. Darüber
hinaus erlaubt das LACTOSORB® Copolymerverhältnis, dass
das Polymer das meiste seiner Festigkeit für sechs bis acht Wochen behält. Ein
solcher Zeitraum ist für
eine Heilung angemessen, aber nicht so lange, als dass Bedenken über eine
Langzeit-Spannungsabschirmung eines Knochens hervorgerufen würden. Neben
LACTOSORB® können andere
resorbierbare Materialien, wie zum Beispiel PLA, PGA und weitere,
einschließlich verschiedener
Polymere, Keramiken usw., verwendet werden.
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Die
Platte 28 kann auch aus einer Vielzahl von biokompatiblen
Materialien hergestellt sein. Beispiele biokompatibler Materialien,
die verwendet werden können,
sind die implantierbaren Kunststoffe PEEK oder PET. Neben PEEK oder
PET können
ebenfalls implantierbare chirurgische Metalle verwendet werden.
Legierungen, die implantiert werden können, sind insbesondere rostfreier
Stahl, Titan oder Kobaltchrom-Molybdän. Insbesondere kann technisch
reines Titan, aufgelistet als Grade 1, 2, 3 oder 4,
oder eine Titanlegierung, wie zum Beispiel Titan 6-Aluminium/4-Vanadium,
verwendet werden. Die Platte 28 kann unelastisch verformbar sein,
um ihre Form beizubehalten, sobald umrissen, um mit der Form der
Knochenregionen, die befestigt werden sollen, zusammenzuwirken.
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Insbesondere
auf 4A bis 4D Bezug
nehmend, wird ein Befestigungselement 44a zur Verwendung
mit der Platte 28 bereitgestellt. Das Befestigungselement 44a ist
ein einteiliges, arretierendes Befestigungs element und ist ausgelegt,
um die Gewindeöffnungen 40 der
Knochenfixierungsregionen 36 passend in Eingriff zu nehmen.
Das Befestigungselement 44a wird als ein arretierendes
Befestigungselement angesehen, da der Eingriff zwischen einem Gewinde 52 an
dem Befestigungselement 44a und der Gewindeöffnung 40 eine relative
Bewegung dazwischen verhindert. Wie bemerkt werden wird, hilft das
Verhindern einer relativen Bewegung zwischen der Platte 28 und
dem Befestigungselement 44a sicherzustellen, dass die Platte 28 in
einer gewünschten
Position relativ zu den Knochenhälften
A, B bleibt.
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Insbesondere
auf 4A bis 4D Bezug
nehmend, wird ein zweites Befestigungselement 44b zur Verwendung
mit der Platte 28 bereitgestellt. Das Befestigungselement 44b ist
ein einteiliges, nicht arretierendes Befestigungselement und wird
von Öffnungen 40b aufgenommen,
die durch die jeweiligen Knochenfixierungsregionen 36 der
Platte 28 ausgebildet sind. Das Befestigungselement 44b ist
im Wesentlichen mit dem Befestigungselement 44a identisch,
wird aber aufgrund der Beziehung zwischen der Platte 28 und
dem Befestigungselement 44b als ein nicht arretierendes
Befestigungselement angesehen. Insbesondere da die Öffnungen 40b einfache
Bohrlöcher
sind, die durch die jeweiligen Knochenfixierungsregionen 36 der
Platte 28 ausgebildet sind und als solche kein Gewinde
aufweisen, wird die Beziehung zwischen den Befestigungselementen 44b und
der Platte 28 als "nicht
arretierend" angesehen.
Wie bemerkt werden wird, kann eine derartige Beziehung einen Kostenvorteil
für die
Platte 28 bereitstellen, da die zusätzlichen Kosten in Zusammenhang mit
der Ausbildung von Gewinden in den Öffnungen 40b vermieden
werden.
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Auf 5A bis 5B Bezug
nehmend wird gezeigt, dass ein drittes Befestigungselement 44c der vorliegenden
Lehre im Allgemeinen einen Hauptkörper 46 und ein Kopfelement 48 aufweist.
Der Hauptkörper 46 weist
einen oberen Schaftabschnitt 50 und einen unteren Schaftabschnitt 52 auf.
Der untere Schaftabschnitt 52 weist ein Außengewinde
auf, ist gerillt und vorzugsweise mit einem spitzen Endabschnitt 54 ausgestattet,
um zuzulassen, dass sich das Befestigungselement 44 durch
das Brustbein 16 selbst bohrt. Das Einsetzen des unteren
Schaftabschnitts 52 in das Brustbein 16 wird von
einem Flansch 56 eingeschränkt, der zwischen dem unteren
und dem oberen Schaftabschnitt 50 und 52 angeordnet
ist. Der obere Schaftabschnitt 50 weist ebenfalls ein Außengewinde
auf und ist geeignet, mit einer mit einem Innengewinde versehenen Öffnung 58 des
Kopfelementes 48 in Eingriff zu stehen. Das Kopfelement 48 weist
ein Außengewinde
auf, um mit einer der Mehrzahl von mit einem Innengewinde versehenen Öffnungen 40 der
Platte 28 in Eingriff zu stehen.
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In
einer Anwendung sind die Gewindesteigungen des oberen Schaftabschnitts 50,
des unteren Schaftabschnitts 52 sowie die Gewindesteigung
des Außengewindes
des Kopfelementes 48 gemeinsam. Das Außengewinde des Kopfelementes 48 und
der untere Schaftabschnitt 52 mit Außengewinde haben eine gemeinsame
Gewindesteigung. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform
weist der untere Schaftabschnitt 52 mit Außengewinde
eine Einzelsteigungskonfiguration auf, während die Außengewinde
des oberen Schaftabschnitts 50 und des Kopfelements 48 eine
Doppelsteigungskonfiguration aufweisen. Die Verwendung des Befestigungselements 44c ist
vorteilhaft, da es ermöglicht,
dass die Platte 28 entfernt wird, während der untere Abschnitt 52 an
der Stelle bleibt für
den Fall, dass die Platte 28 entfernt werden muss. Dies
behält
die Unversehrtheit eines jeden in dem Knochen ausgebildeten Lochs
bei und beseitigt jedes Mal, wenn die Platte 28 entfernt
und neu eingesetzt wird, die Notwendigkeit, verschiedene Befestigungseinrichtungen
zu entfernen und wieder in den Knochen einzusetzen.
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Die
Befestigungselemente 44a–c können aus einem geeignet starren
biokompatiblen Material hergestellt sein. Wenn jedoch die Absicht
besteht, die Befestigungselemente 44a–c in den Knochen für einen
kurzen Zeitraum einzusetzen, können
sie aus einem bioresorbierbaren Material hergestellt sein. Aus bioresorbierbaren
Materialien hergestellte Befestigungselemente 44a–c zersetzen
sich in dem Körper,
wodurch die Notwendigkeit eines späteren Entfernens der Befestigungselemente 44a–c beseitigt
wird.
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Es
ist festzuhalten, dass jedes der vorhergehenden Befestigungselemente 44a–c ein selbstschneidendes
Merkmal und/oder ein selbstbohrendes Merkmal aufweisen kann. Eine
selbstschneidende Spitze 55 wird verwendet, um eine Reihe
von Gewinden in dem aufnehmenden Knochen zu erzeugen, wie am besten
in 4A gezeigt, während
eine selbstbohrende Spitze 57 verwendet wird, um ein Bohrloch
in dem aufnehmenden Knochen zu erzeugen, wie am besten in 4B gezeigt.
Es versteht sich von selbst, dass obgleich die Befestigungselemente 44a, 44b beide
Spitzen 55, 57 aufweisen können, die selbstbohrende Spitze 57 ferner ein
selbstschneidendes Merkmal derart enthalten kann, dass wenn die
im Allgemeinen scharfe Spitze 57 ein Bohrloch in dem aufnehmenden
Knochen erzeugt, die Spitze 57 gleichzeitig eine Reihe
von Gewinden darin schneidet, um mit den Gewinden 52 der
jeweiligen Befestigungselemente 44a, 44b in Eingriff
zu stehen. Da jedes Befestigungselement 44a–c durch
eine Öffnung 40 eingesetzt
wird, die in der Knochenfixierungsregion 36 der Platte
auf ähnliche
Weise ausgebildet ist, wird das Befestigungselement 44a nachstehend
verwendet, wenn die Anbringung der Platte 28 an den jeweiligen
Knochenhälften
A, B erörtert
wird.
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In
der Anwendung müssen
die durchtrennten Hälften
A und B reapproximiert werden, bevor die Platte 28 an den
durchtrennten Hälften
A und B des Brustbeins 16 befestigt werden kann. Die Reapproximierung
der durchtrennten Brustbeinhälften
A und B kann, wie in 6 gesehen, mittels einer Reapproximierungseinrichtung,
wie zum Beispiel eine chirurgische Zange 60, erfolgen.
Die chirurgische Zange 60 besteht aus zwei Backen 61, 62,
die an einem Betätigungspunkt 63 verbunden
sind. Die Backen 61, 62 können die getrennten Knochenhälften A
und B seitlich festhaken. Indem die Backen 61, 62 um
den Betätigungspunkt 63 geschwenkt werden,
kann ein Arzt den Abstand zwischen den Backen 61, 62 vermindern
und auf diese Weise wiederum den Abstand zwischen den getrennten
Knochenhälften
A und B vermindern.
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Sobald
die getrennten Knochenhälften
A und B reapproximiert worden sind, wird die Platte 28 auf
den zu koppelnden Knochenflächen
positioniert, so dass gewisse Öffnungen 40 selektiv
als Orientierungshilfe zum Bohren von Löchern (nicht speziell gezeigt)
in den Knochenflächen
zur Aufnahme der Befestigungselemente 44a verwendet werden
können.
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Ein
erstes der Befestigungselemente 44a passiert eine ausgewählte der Öffnungen 40 und
wird so gedreht, dass der mit einem Außengewinde versehene untere
Abschnitt 52 in das Loch (nicht gezeigt) in einer der Hälften A
oder B des Brustbeins 16 getrieben wird. Zum Beispiel wenn
der mit einem Außengewinde
versehene untere Abschnitt 52 des Befestigungselements 44a in
das Brustbein 16 getrieben wird, steht das Außengewinde 52 gleichzeitig
mit dem Innengewinde der Öffnung 40 der
Platte 28 in Eingriff. Des Weiteren kann das Befestigungselement
ferner die Knochenhälfte
A, B in Abhängigkeit
von der jeweiligen Spitze 55, 57 des Befestigungselements 44a,
wie zuvor erörtert,
selbst bohren und/oder selbst schneiden.
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Weitere
Befestigungselemente 44a werden verwendet, um die Platte 28 mit
dem Brustbein 16 auf eine im Wesentlichen identische Weise
zu verbin den. Jedoch werden Fachleute bemerken, dass jede Anzahl
von Befestigungselementen 44a in Abhängigkeit von einer jeweiligen
Anwendung verwendet werden kann.
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Nachdem
die Platte 28 befestigt worden ist, kann es notwendig sein,
die Platte 28 zu entfernen, um einem Arzt zu ermöglichen,
das Brustbein 16 wieder zu trennen und Zugang zu entweder
dem Brustbein 16 oder der Brusthöhle 26 zu haben, um
eine Behandlung zu geben (z. B. Notfall oder geplante sekundäre Herzchirurgie).
Um das Entfernen der Platte 28 zu erleichtern, weisen die
Befestigungselemente 44a kein Gewinde auf und werden aus
den Öffnungen 40 der
jeweiligen Knochenfixierungsregionen 36 entfernt. Ist die
Platte 28 entfernt, behält
sie ihre Form aufgrund der unelastischen Verformung bei.
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Ist
die sekundäre
chirurgische Prozedur abgeschlossen, werden die getrennten Hälften A
und B des Brustbeins 16 wieder mittels der chirurgischen
Zange 60 auf die zuvor beschriebene Weise reapproximiert.
Sobald die getrennten Hälften
A und B des Brustbeins 16 auf einen gewünschten Abstand reapproximiert
worden sind, werden die Hälften
A und B festgehalten, indem die Platte 28 ersetzt wird.
Die Platte 28 wird ersetzt, indem die Befestigungselemente 44a durch
die selektiven Öffnungen 40 der
Knochenfixierungsregionen 36 eingeführt werden, und gleichzeitig
das Innengewinde der Öffnung 40 mit
dem Außengewinde 52 des
Befestigungselements 44a in Gewindeeingriff geht.
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Bezug
nehmend auf 9 und 10a bis 10c wird eine Platte 28a gemäß der vorliegenden Lehre
gezeigt. Die Platte 28a ist im Allgemeinen der Platte 28 ähnlich,
und somit ist eine ausführliche
Beschreibung der Platte 28a nicht notwendig. Jedoch im
Gegensatz zu der Platte 28 enthält die Platte 28a ausgedehnte Knochenfixierungsregionen 36a mit
einer Mehrzahl von Öffnungen 40.
Es ist festzuhalten, dass die Platte 28a ferner Brückenregionen 38 aufweist,
welche die jeweiligen Knochenfixierungsregionen 36a verbinden.
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Bezug
nehmend auf 11 und 12a bis 12c wird eine Platte 28b gemäß der vorliegenden Lehre
gezeigt. Die Platte 28b ist im Allgemeinen der Platte 28 ähnlich,
und somit ist eine ausführliche
Beschreibung der Platte 28b nicht notwendig. Jedoch im
Gegensatz zu der Platte 28 weist die Platte 28b eine
einzelne Brückenregion 38 auf,
die sich zwischen zwei Knochenfixierungsregionen 36b erstreckt.
Wieder erstreckt sich die Brückenregion 38 im
Allgemeinen über
die Knochenfrakturregion, während
die Knochenfixierungsregionen 36b fest an den jeweiligen
Hälften
A und B durch die Befestigungselemente 44 angebracht sind.
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Bezug
nehmend auf 13 und 14a bis 14c wird eine Platte 28c gemäß der vorliegenden Lehre
gezeigt. Die Platte 28c ist im Allgemeinen der Platte 28 ähnlich,
und somit ist eine ausführliche
Beschreibung der Platte 28c nicht notwendig. Jedoch im
Gegensatz zu der Platte 28 weist die Platte 28c eine
einzelne Brückenregion 38 auf,
die sich zwischen zwei Knochenfixierungsregionen 36c erstreckt.
Die Knochenfixierungsregionen 36c sind unter einem Winkel
relativ zu der Brückenregion 38 ausgebildet,
wie am besten in 13 gezeigt. Die Knochenfixierungsregionen 36c sind
unter einem Winkel relativ zu der Brückenregion 38 ausgebildet,
um besser auf das Brustbein 16 zu passen und die Fixierung
von Querfrakturen zu ermöglichen. Es
ist festzuhalten, dass jede der anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Lehre eine Ausrichtung zwischen den Knochenfixierungsregionen 36c und
der Brückenregion 38 ähnlich jener
der Platte 28c aufweisen kann.
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Platte 28d ist
in 15 und 16a bis 16c dargestellt und ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Lehre. Die Platte 28d ist im Allgemeinen der Platte 28 ähnlich,
und somit ist eine ausführliche
Beschreibung der Platte 28d nicht notwendig. Die Platte 28d unterscheidet
sich von der Platte 28 darin, dass die Platte 28d eine
einzelne Brückenregion 38 aufweist,
die sich im Allgemeinen zwischen zwei Knochenfixierungsregionen 36d erstreckt.
Die Knochenfixierungsregionen 36d sind im Wesentlichen
jenen der Platte 28 ähnlich,
ausgenommen, dass die Knochenfixierungsregionen der Platte 28d in
einer entgegengesetzten Beziehung relativ zu einander angeordnet
sind. Insbesondere verläuft
eine erste Knochenfixierungsregion 36d' im Allgemeinen senkrecht zu der
Brückenregion 38,
während
eine zweite Knochenfixierungsregion 36d'' im Allgemeinen
parallel zu der Brückenregion 38 verläuft, wie
am besten in 15 gezeigt.
-
Die
Knochenfixierungsregion 36d'' weist insgesamt
drei Öffnungen 40 auf,
während
die Knochenfixierungsregion 36d' zwei Öffnungen 40 zur Verwendung
bei der Anbringung an den jeweiligen Knochenhälften A, B aufweist. Die auf
der Fixierungsregion 36d'' bereitgestellte
zusätzliche Öffnung 40 ermöglicht,
dass ein zusätzliches
Befestigungselement die Fixierungsregion 36d'' an
einer jeweiligen Knochenhälfte
A, B fest fixiert. Daher dienen die zusätzliche Öffnung 40 und das
zugehörige
Befestigungselement 44a dazu, ein Durchziehen des Befestigungselements
einzuschränken
und tragen dazu bei sicherzustellen, dass die Platte 28 an
den Knochenhälften
A, B fixiert bleibt.
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Bei
jeder der vorhergehenden Platten 28, 28a, 28b, 28c und 28d kann
die Brückenregion 38 von
den Knochenfixierungsregionen versetzt sein, um eine Aussparung 70 entweder
zwischen der oberen Fläche 30 und
der Brückenregion 38,
zwischen der unteren Fläche 32 und
der Brückenregion 38 oder
zwischen beiden Flächen 30, 32 und
der Brückenregion 38 auszubilden,
wie am besten in den 8a–c, 10a–c, 12a–c, 14a–c
und 16a–c
gezeigt. Jedoch ist festzuhalten, dass die Brückenregion 38 eine
obere und untere Fläche 76, 78 aufweisen
kann, die im Allgemeinen mit der oberen und unteren Fläche 30, 32 der Knochenfixierungsregionen 36 eben
sind, wodurch die Breite W schmal genug ist, um zu ermöglichen,
dass die Brückenregion 38 in
einem Notfall durchtrennt wird, wie weiter unten noch erörtert wird.
Die Brückenregion 38 stattet
jede Platte 28, 28a, 28b, 28c und 28d mit
der erforderlichen Festigkeit zwischen den Knochenhälften A,
B, aus, während
die Aussparung 70, oder mit W der Brückenregion 38, gleichzeitig
einen Arzt oder Chirurgen mit der Fähigkeit ausstattet, die Brückenregion 38 schnell
durchzuschneiden, um die Platte 28, 28a, 28b, 28c und 28d schnell
zu entfernen. Da jede Platte 28, 28a, 28b, 28c und 28d eine
im Wesentlichen identische Brückenregion 38 aufweist,
wird auf die Platte 28 Bezug genommen, wenn die Brückenregion 38 nachstehend beschrieben
wird.
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Die
Aussparung 70 kann von einer Schneideeinrichtung, wie zum
Beispiel chirurgische Scheren 72, Drahtschneider, Plattenschneider
oder einem Kauter (nur für
eine Nichtmetallfixierung geeignet) leicht in Eingriff genommen
werden, um den Scheren 72, Drahtschneider, Plattenschneider
oder dem Kauter zu gestatten, die Brückenregion 38 durchzutrennen,
wie am besten in 17 gezeigt. Folglich gestattet
die Platte 28 einem Arzt oder Chirurgen einen Zugang zu
der Brusthöhle 26,
indem die Befestigungselemente 44a entfernt werden oder
indem die Brückenregion 38 durchtrennt
wird.
-
Die
Brückenregion 38 kann
an ihrer Umfangsfläche 74,
ihrer oberen Fläche 76 oder
ihrer unteren Fläche 78 verjüngt sein,
um zu ermöglichen,
dass die Brückenregion 38 einfacher
durchtrennt wird und um eine glatte Fläche für erhöhten Patientenkomfort bereitzustellen.
Das Verjüngen
der oberen Fläche 76 und
der Umfangsfläche 74 schwächt die
Brückenregion 38 relativ
und bildet die Aussparung 70 im Allgemeinen zwischen der
oberen Fläche 30 der
Knochenfixierungsregionen 36 und der oberen Fläche 76 der
Brückenregion 38 aus, wie
am besten in 8a gezeigt. Das Verjüngen der
unteren Fläche 78 führt zur
Ausbildung der Aussparung 70 im Allgemeinen zwischen der
unteren Fläche 32 der
Knochenfixierungsregionen 36 und der unteren Fläche 78 der
Brückenregion 38,
wie am besten in 8b gezeigt. Des Weiteren kann
die Aussparung 70 sowohl nahe der oberen als auch unteren
Fläche 76, 78 der
Brückenregion 38 ausgebildet
sein, wie am besten in 8c gezeigt. Es ist festzuhalten,
dass während 17 die
Platte 28 so darstellt, als ob sie eine im Allgemeinen
rechteckige Brückenregion 38 aufweisen
würde,
alternative Ausführungsformen
eine Brücke
enthalten können,
die elliptisch, oval ist oder eine andere Querschnittsform aufweist,
die den Eingriff der Brücke
durch eine geeignete Schneideeinrichtung, wie zum Beispiel chirurgische
Scheren 72 oder Drahtschneider, erleichtern. Ferner ist
vorgesehen, dass jede der anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Lehre eine Brückenregion 38 aufweisen
kann, die zylindrisch, elliptisch, oval, viereckig ist oder eine
andere Querschnittsform aufweist, um den Eingriff der Brücke durch
eine geeignete Schneideeinrichtung zu erleichtern.
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Während die
Brückenregion 38 eine
Mehrzahl von verschiedenen Querschnittsformen, wie zum Beispiel
elliptisch, oval oder rechteckig, aufweisen kann, muss die Brückenregion 38 so
ausgebildet sein, dass sie den Kraftanforderungen im Hinblick auf
das Zusammenhalten der Knochenhälften
A, B Rechnung trägt,
während
sie gleichzeitig einem Arzt oder Chirurgen erlaubt, die Platte 28 unter
dringenden Umständen
einfach und schnell zu entfernen. Die Brückenregion 38 ist
ausgelegt, beiden Anforderungen (d. h. Festigkeit und Durchtrennbarkeit)
Rechnung zu tragen, indem Festigkeitsanforderungen mit Schneidfähigkeitsanforderungen
beim Ausführen
der Querschnittsform abgewogen werden. Das letztere Ausführungsmerkmal
hält die
erforderlichen Festigkeitseigenschaften aufrecht, während es
ein schnelles und einfaches Entfernen gewährleistet.
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Die
Beziehung zwischen der erforderlichen Kraft, die erforderlich ist,
um die Brückenregion 38 durchzutrennen,
und der Querschnittsfläche
der Brückenregion 38 ist
im Wesentlichen linear. Deshalb je größer die Querschnittsfläche der
Brückenregion 38,
desto größer die
Kraft, die erforderlich ist, um die Brückenregion 38 durchzutrennen.
Die Querschnittsfläche
der Brückenregion 38 ist
ausgelegt, sowohl den Festigkeitsanforderungen des Systems 10 Rechnung
zu tragen und die Durchtrennbarkeit der Brückenregion 38 zu optimieren.
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Eine
optimale Brückendurchtrennbarkeit
kann im Wesentlichen für
eine gegebene Querschnittsfläche beeinflusst
werden, hauptsächlich
durch Beeinflussung des Aspektverhältnisses des Querschnitts der
Brückenregion 38 erzielt.
Das Aspektverhältnis
ist im Allgemeinen als die Höhe
H der Platte 28 in der Schneideeinrichtung 72 geteilt
durch die Breite W der Platte 28 in der Schneideeinrichtung 72 definiert.
Die Höhe
der Brückenregion 38 ist
im Allgemeinen zwischen der oberen und unteren Fläche 76, 78 der
Brückenregion 38 definiert,
während
die Breite im Allgemeinen senkrecht zu der oberen und unteren Fläche 76, 78 gemessen wird,
wie am besten in 7 und 8a bis 8c gezeigt.
Die Höhe
des Brückenabschnitts
kann oder kann nicht der Höhe
der Platte in der Schneideeinrichtung in Abhängigkeit von der Ausrichtung
der Schneideeinrichtung auf dem Brückenabschnitt entsprechen.
Auf diese Weise wird die Breite der Brückenregion 38 im Allgemeinen
senkrecht zu der Höhe
der Region 38 gemessen. Allgemein gesprochen, bei einer
konstanten Querschnittsfläche
oder bei einer gegebenen Zuglast, die von dem Brückenabschnitt getragen wird,
wird die Höhe der
Brückenregion 38 vermindert,
wenn die Breite der Brückenregion 38 erhöht wird.
Bei einer gegebenen Querschnittsfläche wird die Kraft, die erforderlich
ist, um die Brückenregion
durchzutrennen, reduziert, wenn sich das Schneidaspektverhältnis erhöht (H/W).
-
Da
die Schneidekraft unmittelbar der Größe, Form und dem Aspektverhältnis des
Querschnitts der Brückenregion 38 zuschreibbar
ist, wird ein Aspektverhältnisfaktor
(ARF) zur Verwendung bei der Ermittlung eines wünschenswerten Aspektverhältnisses
(d. h. Höhe
und Breite) einer Brückenregion 38 berechnet.
Der ARF wird ermittelt, indem die Schneidekraft in einer geprüften Ausrichtung
eines Brückenabschnitts
durch einen Mittelwert der in beiden Richtungen gemessenen Schneidekräfte geteilt
wird. Wie zuvor erörtert,
ist das Aspektverhältnis
der Brückenregion 38 als
die Höhe
der Brückenregion 38 in
einer Schneideeinrichtung 72 geteilt durch die Breite der
Brückenregion 38 in
einer Schneideeinrichtung 72 definiert. Daher hätte eine
gegebene Brückenregion 38 mit
einem Aspektverhältnis
A ein Aspektverhältnis
von 1/A, wenn 90 Grad in der Schneideeinrichtung 72 gedreht.
Daher kann der ARF durch die folgenden Gleichungen für jedes
Aspektverhältnis ermittelt
werden: ARFA = SchneidekraftA/((SchneidekraftA +
Schneidekraft1/A)/2) ARF1\A = Schneidekraft1/A/((SchneidekraftA + Schneidekraft1/A)/2)
-
Zum
Beispiel ist eine Kraft, die erforderlich ist, um einen quadratischen
Querschnitt durchzuschneiden, dieselbe, ungeachtet der Ausrichtung
des Abschnitts in der Schneideeinrichtung 72, wenn die
Breite des Abschnitts im Allgemeinen gleich der Höhe ist.
Bei einer Platte mit derselben Querschnittsfläche, aber mit einem Aspektverhältnis von
2 (d. h. die Brückenregion 38 ist
doppelt so breit wie sie hoch ist), wird die Schneidekraft, die
erforderlich ist, um die Brücke
durchzutrennen, reduziert.
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Zum
Beispiel beträgt
der natürliche
Log. des Aspektverhältnisses
für eine
Platte mit einem Aspektverhältnis
von 2 0,69. Aus einer Regression von Versuchsdaten, die das Aspektverhältnis in
Beziehung zu dem ARF bei Querschnitten hergestellt aus Titan Grade
IV setzen, beträgt
der natürliche
Logarithmus des ARF, der dem Aspektverhältnis 2 entspricht,
ungefähr –0,1, was
einem ARF von 0,904 entspricht. Das Ersetzen des ARF-Wertes in der obigen
ARFA-Gleichung und das Auflösen der
SchneidekraftA ergibt eine Schneidekraft,
die ungefähr
83% der Last beträgt,
die erforderlich ist, um denselben Querschnitt mit einem Aspektverhältnis von ½ durchzuschneiden.
Der Querschnitt mit einem Aspektverhältnis von ½ hat dieselbe Querschnittsfläche wie der
Abschnitt mit einem Aspektverhältnis
von 2, aber der Abschnitt mit einem Aspektverhältnis von ½ beträgt 90 Grad in dem Schneidewerkzeug 72 gedreht
(derart, dass die obige Gleichung für eine Schneidekraft1/A aufgelöst ist, und das Aspektverhältnis 1/A
beträgt)
und ist daher schwieriger durchzuschneiden.
-
Daher
ist eine Brückenregion 38 mit
einem Aspektverhältnis 2 (d.
h. die Brückenregion 38 ist
doppelt so breit wie sie hoch ist) einfacher durchzuschneiden als
ein Brückenabschnitt
mit einem Aspektverhältnis
von ½ (d.
h. die Brückenregion 38 ist
doppelt so hoch wie sie breit ist). Es ist festzuhalten, dass wenn
die Brückenregion 38 ein
Aspektverhältnis
von entweder 2 oder ½ hat,
die Brückenregion 38 eine
identische Querschnittsfläche
hat. Mit anderen Worten die Beziehung zwischen der Breite und Höhe bleibt
dieselbe. Zum Beispiel ergibt eine Platte 28 mit einer
Brückenregion 38,
die 2 mm (0,0787 Inch) in eine Richtung und 1 mm (0,0394 Inch) in
die andere Richtung misst, eine Querschnittsfläche von 2 mm2 (0,0031
Quadratinch). Das Aspektverhältnis ändert sich
nur von 2 auf ½,
wenn die Platte 28 90 Grad in dem Schneidewerkzeug 72 gedreht
wird. Wird die Brückenregion 38 entlang
der 2 mm Fläche
durchgeschnit ten, beträgt
das Aspektverhältnis 2,
und die Platte 28 wird leicht durchtrennt. Umgekehrt, wenn
die Platte 28 entlang dem 1 mm Abschnitt durchgeschnitten
wird, beträgt
das Aspektverhältnis ½, und
die Platte 28 erfordert eine höhere Schneidekraft, um die
Brückenregion 38 durchzutrennen.
Daher stehen die Schneidekraft und das Aspektverhältnis unmittelbar
in Beziehung.
-
Basierend
auf der Forschung der Erfinder mit einer speziellen Schneideeinrichtung
wird eine Schneidekraft (d. h. auf die Griffe einer Schneideeinrichtung
aufgebracht) von 245 N (55,1 Pfund-Kraft) bei einer speziellen Schneideeinrichtung
im Allgemeinen als eine akzeptable Kraft angesehen, die den meisten
Chirurgen ermöglicht,
eine Platte 28 mittels Schneidewerkzeugen 72 leicht
durchzutrennen, die in einem Reanimationswagen einer Notaufnahme üblicherweise
gefunden werden. Wie zuvor erörtert,
hängt die
Kraft, die erforderlich ist, eine gegebene Brückenregion 38 einer
Platte 28 durchzuschneiden oder durchzutrennen, teilweise
von dem Aspektverhältnis
der durchzuschneidenden Brückenregion 38 ab.
Die Platte 28 kann leicht durchgeschnitten werden, ohne
die Querschnittsfläche
der Brückenregion 38 über einen
akzeptablen Grenzwert hinaus zu reduzieren, indem das Aspektverhältnis des
Brückenregionquerschnitts
optimiert wird.
-
Typischerweise
sind die meisten Einrichtungen, die bei Brustbeinschließprozeduren
verwendet werden, ausgelegt, Lasten im Bereich von 400 N (90 Pfund-Kraft)
bis 1200 N (270 Pfund-Kraft) zu widerstehen. Derartige Lasten werden
im Allgemeinen von dem Patienten während des Atmens, Hustens usw.
aufgebracht und müssen
sicher von einer oder mehreren Platten 28 auf die Hälften A,
B über
Brückenfixierungsregionen 36 und
eine oder mehrere Brückenregionen 38 übertragen
werden. Daher besteht der erste Schritt beim Entwerfen einer Platte 28 darin
sicherzustellen, dass die Brückenregion 38 groß genug
ist, um derartige Lasten mit einem angemessenen Sicherheitsfaktor
zu tragen. Sobald eine angemessene Querschnittsfläche ermittelt ist,
wird das Aspektverhältnis
des Abschnitts angepasst, um die Durchtrennbarkeit des Abschnitts
zu erleichtern, wenn ein schnelles Entfernen der Platte 28 erforderlich
ist.
-
Beim
Anpassen des Aspektverhältnisses
(d. h. Höhe
und Breite) der Brückenregion
38,
sind die folgenden Gleichungen (A bis H) nützlich, um die maximale Schneidehöhe für eine gegebene
Brückenregion
38 zu
ermitteln, wobei h
max die maximale Höhe der Brückenregion
38 ist,
w die Breite der Brückenregion
38 ist
und a die Querschnittsfläche
der Brückenregion
38 ist.
Es ist festzuhalten, dass während
die folgenden Gleichungen auf jede Ausrichtung der Platte
28 in
der Schneideeinrichtung
72 zutreffen, die Verwendung der
Brückenbreite
und maximalen Brückenabschnittshöhe davon
abhängt,
diese in Beziehung mit der Schneideausrichtung zu setzen, wie in
18 gezeigt.
Allgemeiner kann die Höhe
als die Höhe
der Brückenregion
in der Schneideeinrichtung
72 angesehen werden (und ebenso
die Breite der Brückenregion
in der Schneideeinrichtung), und dann fällt die spezielle Schneideausrichtung
wie folgt aus:
-
Die
Konstanten auf der linken Seite der Gleichungen A bis H (d. h. 283
N (63,7 Pfund-Kraft), 245 N (55,1 Pfund-Kraft), 99 N (22,2 Pfund-Kraft)
und 85 N (19,2 Pfund-Kraft)) beziehen sich auf experimentell ermittelte
akzeptable Schneidekraftwerte für
eine gegebene Brückenregion
38.
Die folgende Gleichung kann verwendet werden, um eine akzeptable
Schneidekraft zu ermitteln, wobei CF sich auf eine maximal zulässige Schneidekraft
bezieht; S1 sich auf eine Steigung einer Schneidekraft gegenüber einer
Querschnittsfläche
bezieht (experimentell ermittelt); S2 sich auf eine Steigung von
Ln(ARF) gegenüber
Ln(Aspektverhältnis)
bezieht (experimentell ermittelt); und C1 sich auf einen Y-Achsenabschnitt
der Schneidekraft gegenüber
Querschnittsflächendaten
bezieht (experimentell ermittelt):
-
Damit
die tatsächliche
Schneidekraft kleiner als oder gleich der maximal zulässigen Schneidekraft
bei einer definierten Breite w ist, muss die Höhe H kleiner als oder gleich
H
max sein. Bei einem rechteckigen Querschnitt
a = h·w
wird die Gleichung zu
-
Die
Schneidekraftanforderungen (aufgebracht auf den Griff eines Instruments
durch einen Mediziner oder Arzt) betragen 283 N (63,7 Pfund-Kraft), 245 N (55,1
Pfund-Kraft), 99 N (22,2 Pfund-Kraft) bzw. 85 N (19,2 Pfund-Kraft)
und stellen im Allgemeinen eine Skala bereit, auf der ein Plattendesigner
wählen
kann, die Schneidekraft einzustellen. Die Schneidekraft von 283
N (63,7 Pfund-Kraft) und 245 N (55,1 Pfund-Kraft) bezieht sich auf
die größte klinisch
relevante Schneideeinrichtung. Die Schneidekraft von 99 N (22,2
Pfund-Kraft) und 85 N (19,2 Pfund-Kraft) bezieht sich auf die kleinste
klinisch relevante Schneideeinrichtung. Die Konstanten S1, C1 und
S2 hängen
von dem gewählten
Material ab. Die Schneidekraft wird zunächst für die größte relevante Schneideeinrichtung
ermittelt. Jedoch kann die folgende Gleichung mittels des experimentell
ermittelten Verhältnisses
(L1 im Vergleich zu L2) einer Schneidekraft, die erforderlich ist,
um einen gegebenen Abschnitt durchzutrennen, skaliert werden, indem
eine erste Schneideeinrichtung (L1) gegenüber einer experimentell ermittelten
Schneidekraft verwendet wird, die erforderlich ist, um denselben
gegebenen Abschnitt mittels einer zweiten Schneideeinrichtung (L2)
durchzutrennen. Auf diese Weise kann die Platte durch andere klinisch
relevante Schneideeinrichtungen (z. B. die kleine Schneideeinrichtung)
durchtrennt werden, wobei die skalierte Gleichung, welche die erforderliche
Schneidekraft beschreibt, wie folgt angegeben wird:
-
Mehrere
Plattenformabschnitte verwendend, um L1/L2 zu ermitteln und die
Daten regressierend, wurde die geeignete Beziehung experimentell
ermittelt, um die 99 N (22,2 Pfund-Kraft) und 85 N (19,2 Pfund-Kraft) auf
der linken Seite der Gleichung für
die kleine klinisch relevante Schneideeinrichtung zu ermitteln.
Im Wesentlichen zeigt diese Veränderung
der Gleichung, dass eine kleinere Schneideeinrichtung mit derselben Handkraft
auf der Schneideeinrichtung einen Abschnitt erfordert, der leichter
durchgeschnitten werden kann.
-
Während es
technisch absolut richtig ist, S1 und C1 jeweils mit dem Verhältnis einer
Schneidekraft unter Verwendung der kleinen Schneideeinrichtung im
Vergleich zu der Schneidekraft unter Verwendung der großen Schneideeinrichtung
zu multiplizieren, entspricht die obige Gleichung dem Teilen von
CF durch die Menge (Schneidekraft unter Verwendung einer kleinen
Schneideeinrichtung im Vergleich zu der Schneidekraft unter Verwendung
der großen
Schneideeinrichtung). Dies ist, wie die Gleichungen A und B skaliert
wurden, um die Gleichungen C und D zu erhalten, und wie die Gleichungen
E und F skaliert wurden, um die Gleichungen G und H zu erhalten.
-
Zum
Beispiel sind beide Gleichungen A und E eingestellt, eine Schneidekraft
von 283 N (63,7 Pfund-Kraft) zu ergeben, wobei die Fläche, Breite
und Höhe
Variablen sind. Diese maximale Schneidekraft für einen rechteckigen Abschnitt
verwendend und Titan Grade 4 bei der größten klinisch relevanten Schneideeinrichtung
verwendend, führt
Gleichung A die Beziehung zwischen Höhe und Breite des Brückenabschnitts
an. Ist die maximale Schneidehöhe
(welche dieselbe sein kann wie die Breite des Brückenabschnitts, wie in 18 gezeigt)
auf 1,27 mm (0,05 Inch) eingestellt, wird die maximale Höhe der Brücke bei
1,99 mm (0,0784 Inch) ermittelt. Anhand der zugeordneten Breite
und ermittelten Höhe
kann ermittelt werden, dass die Querschnittsfläche 2,53 mm2 (0,00392
Quadratinch) beträgt.
Jede Höhe
der Brücke
von weniger als 1,99 mm (0,0784 Inch) erlaubt das Schneiden mit
einer Schneidekraft.
-
Im
Gegensatz dazu, wenn dieselbe Gleichung A auf der Grundlage derselben
maximalen Schneidekraft, eines rechteckigen Abschnitts und derselben
Schneideeinrichtung verwendet wird, und wenn die Höhe der Platte
in der Schneideeinrichtung (welche der Breite des Brückenabschnitts
in der vorgeschlagenen
18A entspricht)
auf 1,99 mm (0,0784 Inch) eingestellt ist (was der maximalen Brückenhöhe des Brückenabschnitts
gleichkommt, die in dem vorherigen Beispiel ermittelt wurde), würde die
maximale Höhe
des Brückenabschnitts
bei 1,44 mm (0,0567 Inch) ermittelt werden. Anhand der eingestellten
Breite und der ermittelten Höhe
kann ermittelt werden, dass die Querschnittsfläche 2,87 mm
2 (0,00445
Quadratinch) beträgt.
Bei derselben Schneidekraft weist die in dem zweiten Beispiel ermittelte
Geometrie eine Querschnittsfläche
auf, die 13,4% größer ist
als die Geometrie des ersten Beispiels. Dies überträgt sich unmittelbar in die
Fähigkeit
des Brückenabschnitts
von Beispiel 2, eine Zuglast zu übertragen,
die 13,4% höher
ist, als es der Brückenabschnitt von
Beispiel 1 kann. Auf diese Weise, wenn eine Platte einer bestimmten
Last standhalten muss, und die Querschnittsfläche bekannt ist, die benötigt wird,
um der Last standzuhalten, kann das Aspektverhältnis mittels der Gleichungen
A bis H angepasst werden, um die Plattenausführung (d. h. Höhe und Breite)
sowohl für
Festigkeit als auch Durchtrennbarkeit zu optimieren. Die folgende
Tabelle fasst die Beispiele 1 und 2 zusammen:
Abschnittsform
-
Auf
dieselbe Weise kann die experimentell gemessene Kraft auf dem Griff
auf die tatsächliche
Kraft übertragen
werden, welche die Platte erfährt,
wobei der mechanische Vorteil der gegebenen Schneideeinrichtung
genutzt wird. Bei der Doppelwirkungs-Schneideeinrichtung, die als
die größte klinisch
relevante Schneideeinrichtung verwendet wird, wurde ermittelt, dass
der mechanische Vorteil 6,1 bis 7,1 in Abhängigkeit von der Handposition
beträgt,
wobei die Platte so positioniert war, dass sich bis zu 2 mm der
Schneideeinrichtung über
die Platte hinaus erstreckten. Bei der geprüften Position wurde der mechanische
Vorteil bei 6,8 ermittelt. Anhand dem kann die tatsächliche
Kraft, die von der Platte in Zusammenhang mit einer aufgebrachten
Schneidekraft von 63,7 Kraft-Pfund erfahren wird, in dem Bereich
von 388 Kraft-Pfund bis 452 Kraft-Pfund in Abhängigkeit von der Handposition
des Anwenders und bei 433 Kraft-Pfund bei der Prüffixierungsposition ermittelt werden.
Dieselbe Feststellung konnte für
die kleine Schneideeinrichtung gemacht werden.
-
Auf
der Grundlage dieser Berechnung kann die Schneidekraftgleichung
umgeschrieben werden, um die auf die Platte aufgebrachte Kraft (P
CF) zu beschreiben, wobei der mechanische
Vorteil (MA) der Schneideeinrichtung genutzt wird:
-
Da
PCF = (CF)(MA), ist schnell offensichtlich, dass diese Gleichung
der zuvor beschriebenen Beziehung entspricht. Den Höchstwert
des Bereichs mechanischer Vorteile nutzend, die für die große Schneideeinrichtung
gemessen werden, können
die Gleichungen A, B, E und F wie nachfolgend gezeigt als A', B', E' und F' umgeschrieben werden.
-
-
Ebenso
kann dieses Prinzip auf die kleine geprüfte Schneideeinrichtung oder
auf jede andere relevante Schneideeinrichtung angewendet werden,
um die maximale Durchtrennkraft zu ermitteln, die von einer gegebenen
Platte erfahren wird. Dieses Verfahren kann ebenso angewendet werden,
um die Schneidekraft von Materialien mit Ausnahme von technisch
reinem Titan Grade 2 oder Grade 4 mittels derselben charakteristischen
Gleichung und einer ähnlichen
Prüfung
zu ermitteln.
-
Die
Beschreibung der Lehre ist rein beispielhafter Natur und daher sind Änderungen,
die nicht von dem Hauptpunkt der Lehre abweichen, im Umfang der
Lehre vorgesehen. Derartige Änderungen
sind nicht als Abweichung von dem Geist und dem Umfang der Lehre
anzusehen.
