DE602005005918T2

DE602005005918T2 - Vorrichtung zum Fixieren von Knochen-Frakturen

Info

Publication number: DE602005005918T2
Application number: DE602005005918T
Authority: DE
Inventors: Shon D. Steger; Brian S. Orlando Schumacher; Jeffrey A. Duncan
Original assignee: Walter Lorenz Surgical Inc
Current assignee: Zimmer Biomet CMF and Thoracic LLC
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: EP1654994A1; JP2006130317A; DE602005005918D1; ES2303173T3; US20050065521A1; EP1654994B1; US8460345B2; US20100179600A1

Description

GEBIET
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.
STAND DER TECHNIK
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.
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.
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.
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.
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.
ZUSAMMENFASSUNG
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.
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.
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.
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.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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;
2 ist eine perspektivische Ansicht der Platte von 1;
3 ist eine Querschnittansicht entlang Linie 3-3 von 2;
4A ist eine perspektivische Ansicht eines einteiligen, selbstschneidenden Befestigungselements, das verwendet wird, um die Platte von 1 an einem durchtrennten Knochenabschnitt zu befestigen;
4B ist eine perspektivische Ansicht des Befestigungselements von 4A, das eine selbstbohrende Spitze enthält;
4C ist eine Querschnittansicht des Befestigungselements von 4A, wobei das Befestigungselement in einer Gewindeöffnung der Platte von 1 eingesetzt ist;
4D ist eine Querschnittansicht des Befestigungselements von 4A, wobei das Befestigungselement in einer Öffnung der Platte von 1 eingesetzt ist;
5A ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines zweiteiligen Befestigungselements, das verwendet wird, um die Platte von 1 an einem durchtrennten Knochenabschnitt zu befestigen;
5B ist eine Seitenansicht des Befestigungselements von 5A, wobei das Befestigungselement in einer Öffnung der Platte von 1 eingesetzt ist;
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.
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;
8A ist eine Seitenansicht der Platte von 7, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
8B ist eine Seitenansicht der Platte von 7, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
8C ist eine Seitenansicht der Platte von 7, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
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;
10A ist eine Seitenansicht der Platte von 9, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
10B ist eine Seitenansicht der Platte von 9, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
10C ist eine Seitenansicht der Platte von 9, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
11 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte gemäß der vorliegenden Lehre, wobei die Platte zwei Knochenbefestigungsregionen und eine Brückenregion aufweist;
12A ist eine Seitenansicht der Platte von 11, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
12B ist eine Seitenansicht der Platte von 11, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
12C ist eine Seitenansicht der Platte von 11, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
13 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte gemäß der vorliegenden Lehre, wobei die Platte zwei Knochenbefestigungsregionen und eine Brückenregion aufweist;
14A ist eine Seitenansicht der Platte von 13, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
14B ist eine Seitenansicht der Platte von 13, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
14C ist eine Seitenansicht der Platte von 13, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
15 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte gemäß der vorliegenden Lehre, wobei die Platte zwei Knochenbefestigungsregionen und eine Brückenregion aufweist;
16A ist eine Seitenansicht der Platte von 15, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
16B ist eine Seitenansicht der Platte von 15, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
16C ist eine Seitenansicht der Platte von 15, die eine Brückenausführung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre zeigt;
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;
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
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.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist keinesfalls dazu gedacht, die Lehre, ihre Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten einzuschränken.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 ARF_A-Gleichung und das Auflösen der Schneidekraft_A 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 Schneidekraft_1/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 mm² (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.

Claims

Einrichtung zum Koppeln eines Knochens über eine Osteotomie, umfassend: eine Platte (28) mit mindestens zwei Knochenfixierungsregionen (36) und mindestens einer Brückenregion (38), wobei die Brückenregion ein Aspektverhältnis aufweist, das eine optimale Höhe und Breite der Brückenregion definiert, um eine über die Osteotomie aufgebrachte Last aufzunehmen und eine Schneidekraft zu minimieren, die erforderlich ist, um die Brückenregion durchzutrennen, wobei die Höhe und Breite durch die folgende Gleichung gegeben sind:
wobei "CF" die Schneidekraft in Newton (N) ist, "a" eine Querschnittsfläche in Quadratmillimetern (mm²) der durchzutrennenden Brückenregion ist, "w" die Breite ist und "h_max" die Höhe ist, wobei die Gleichung ferner Konstanten "S1", C1" und "S2" für ein gegebenes Brückenmaterial umfasst, wobei die Konstante "S1" eine Steigung eines Bereichs der Schneidekraft gegenüber einem Bereich der Querschnittsfläche ist, die Konstante "C1" ein Y-Achsenabschnitt der Kurve ist und die Konstante "S2" eine Steigung von Ln(ARF) gegenüber Ln(Aspektverhältnis) ist, wobei "ARF" ein Aspektverhältnisfaktor ist, der durch Ermitteln einer ersten Schneidekraft, die einer von Breite und Höhe der Brückenregion zugehörig ist, und Ermit teln einer zweiten Schneidekraft, die der anderen von Breite und Höhe zugehörig ist, berechnet wird, wobei die erste oder zweite Schneidekraft durch den Mittelwert der ersten und zweiten Schneidekraft geteilt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Knochenfixierungsregionen mindestens eine Öffnung umfassen.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen ein Innengewinde aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Befestigungseinrichtung, die geeignet ist, um mit den Knochenfixierungsregionen in Eingriff zu stehen, um die Knochenfixierungsregionen an einem oder mehreren Knochenabschnitten zu befestigen.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Befestigungseinrichtung einen unteren Schaftabschnitt mit Außengewinde, um mit dem Knochen in Eingriff zu stehen, einen oberen Schaftabschnitt mit Außengewinde und ein Kopfelement umfasst, das ein Innengewinde aufweist, um mit dem oberen Schaftabschnitt in Eingriff zu stehen.
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei das Kopfelement ein Außengewinde aufweist, um mit einer der Öffnungen mit Innengewinde in Eingriff zu stehen.
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei die Befestigungseinrichtung einen Flanschabschnitt zwischen dem unteren Schaftabschnitt und dem oberen Schaftabschnitt umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Befestigungseinrichtung aus einem bioresorbierbaren Material hergestellt ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Befestigungseinrichtung aus einem biokompatiblen Material hergestellt ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Befestigungseinrichtung einen spitzen Endabschnitt umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Befestigungseinrichtung selbstbohrend ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brückenregion die Osteotomie überspannt.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brückenregion den Knochen überspannt.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brückenregion in Längsrichtung unter einem Winkel relativ zu mindestens einer der Knochenfixierungsregionen angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brückenregion in Längsrichtung unter einem Winkel relativ zu zwei oder mehreren der Knochenfixierungsregionen angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei sich von der Brückenregion eine zusätzliche Brückenregion erstreckt, wobei die zusätzliche Brückenregion in einer zusätzlichen Knochenfixierungsregion endet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei sich von der Knochenfixierungsregion eine zusätzliche Brückenregion erstreckt, wobei die zusätzliche Brückenregion in einer zusätzlichen Knochenfixierungsregion endet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Knochenfixierungsregionen einen winkelförmigen Abschnitt umfassen, der sich in einer Ebene der Brückenregion nach oben erstreckt.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Platte mindestens vier Brückenregionen umfasst, wobei jede der Brückenregionen mit zwei oder mehreren Knochenfixierungsregionen gekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 19, wobei sich die Knochenfixierungsregionen winklig von der Brückenregion erstrecken.
Einrichtung nach Anspruch 20, wobei die Knochenfixierungsregionen mindestens zwei Öffnungen aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Knochenfixierungsregion an einem oder mehreren Enden mit einer oder mehreren sich schneidenden Brückenregionen gekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Knochenfixierungsregionen an einem oder mehreren Enden mit einer oder mehreren Brückenregionen gekoppelt sind, wobei eine der Brückenregionen eine gemeinsame Brückenregion definiert.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brückenregion mehrere Brückenregionen umfasst, die in Knochenfixierungsregionen enden und in einer parallelen Beziehung zueinander angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Knochenfixierungsregionen einen Abschnitt, der im Wesentlichen linear zu der oberen Fläche angeordnet ist, und einen abgestuften Abschnitt umfassen, der von der oberen Fläche versetzt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Platte ein bioresorbierbares Material umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Platte ein biokompatibles Material umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 27, wobei das biokompatible Material ein Metall mit Implantatqualität ist.
Einrichtung nach Anspruch 28, wobei das Metall mit Implantatqualität ausgewählt wird aus: technisch reinem Titan, Titanlegierungen, rostfreiem Stahl und Zirkonium.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Höhe der Brückenregion kleiner als das etwa 0,55-fache einer Breite der Knochenfixierungsregionen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Höhe der Brückenregion größer als das etwa 1,1-fache der Breite der Knochenfixierungsregion ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei ein maximaler Abstand zwischen einer unteren Fläche und einer oberen Fläche von mindestens einer der Knochenfixierungsregionen kleiner als etwa 3,048 mm ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Höhe der Brückenregion kleiner als etwa 1,397 mm ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Konstante "S1" gleich 90 N/mm² ist und die Konstante "C1" gleich 39 N ist.
Einrichtung nach Anspruch 34, wobei die Schneidekraft X aus einer Gruppe ausgewählt wird, die umfasst: 238 N, 245 N, 99 N und 85 N.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Konstante "S1" gleich 84 N/mm² ist und die Konstante "C1" gleich 16 N ist.
Einrichtung nach Anspruch 36, wobei die Schneidekraft X aus einer Gruppe ausgewählt wird, die umfasst: 238 N, 245 N, 99 N und 85 N.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt der Brückenregion im Wesentlichen rechteckig ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schneidekraft, die erforderlich ist, um die Brückenregion durchzutrennen, kleiner als 2011 N ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schneidekraft, die erforderlich ist, um die Brückenregion durchzutrennen, kleiner als 1722 N ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schneidekraft, die erforderlich ist, um die Brückenregion durchzutrennen, kleiner als 1490 N ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schneidekraft, die erforderlich ist, um die Brückenregion durchzutrennen, kleiner als 698 N ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schneidekraft, die erforderlich ist, um die Brückenregion durchzutrennen, kleiner als 605 N ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schneidekraft, die erforderlich ist, um die Brückenregion durchzutrennen, kleiner als 516 N ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bereich der Schneidekraft gegenüber dem Bereich der Querschnittsfläche experimentell ermittelt wird.