DE69507911T2 - Knochenplatte - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Knochenplatte gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Durch Spannungskonzentration verursachte Reduktion der Festigkeit um Schraubenlöcher der Knochenplatte, welche zur Befestigung des Implantates an den Knochen mittels Schrauben oder Bolzen gebraucht werden, kann zum Versagen des Implantates führen. Der übliche Ansatz zur Erhöhung der Festigkeit der Knochenplatte ist die Vergrösserung der Dimensionen im kritischen Bereich oder das zusätzliche Aufbringen von Material um das Loch.
• Eine Knochenplatte mit einem zwischen den Bohrlöchern verringerten Querschnitt, wodurch ein Biegewiderstand, welcher gegenüber dem Bereich der Bohrlöcher nicht erhöht ist, erreicht wird und mit ovalen Bohrlöchern, welche longitudinal Seitenwände mit Vertiefungen zur Aufnahme des Schraubenkopfes aufweisen, ist in der EP 0 318 762 (KLAUE) bekannt und dient als Grundlage für den Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Die Nachteile dieser bekannten Modifikationen liegen in der Notwendigkeit eines erhöhten chirurgischen Eingriffes des Implantates. Daneben ist es bei den chirurgischen Anwendungen, für welche die Knochenplatten gestaltet sind, nicht immer möglich, die Dimensionen der Knochenplatte an den kritischen Stellen zu erhöhen.
• Eine minimale Menge an Gewebestörungen ist wünschbar.
• Die beanspruchte Erfindung zielt auf die Lösung der oben beschriebenen Probleme durch die Ausführung einer Platte mit den gleichen Überalles-Dimensionen mit weniger Material. Die Entfernung von Material ist an strategischen Orten der Knochenplatte ausgeführt und dient der Reduktion der Spannungsspitzen.
• Bei einem mit einer Biegebelastung beaufschlagten Träger (ungefähr dem Körper der Kochenplatte entsprechend) können die Spannungen an den Kanten der Schraubenlöcher durch Verschieben des Loches näher an die neutrale Längsachse des Trägers reduziert werden. Dies wird durch Entfernung von Material von der Oberfläche auf der oberen Seite um die erwähnten Schraubenlöcher erreicht, das heisst, durch Herausschneiden von kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Einschnitten. Die Tiefe der Einschnitte ist optimiert, wenn die Spannungen am Punkt A (Kante des Schraubenloches) und Punkt B (Kante des Einschnittes am Schraubenloche) gleich sind.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung - wo Querrillen an der unteren Oberfläche des Implantates vorliegen - ist der Querschnitt zwischen den Schraubenlöchern nicht vermindert. Dafür ist der Einschnitt an der oberen Oberfläche diskontinuierlich mit glatten Übergängen in und aus dem Loch ausgeführt.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung - wo die untere Oberfläche der Knochenplatte eine konkave Form hat - wurde die Kontakthöhe zwischen dem Schraubenloch und der Knochenplatte mit einer flachen Nute entlang der longitudinalen Zentrallinie der Knochenplatte reduziert. Das Material sollte entlang der longitudinalen Zentrallinie der Knochenplatte nicht reduziert werden. Mit einem optimierten Profil auf einem kreisförmigen Werkzeug wird ein Überschnitt, welcher einen glatten Übergang in das Loch hinein und aus dem Loch heraus ermöglicht, hergestellt; reduziert die Spannung entlang der Kante des Schraubenloches; und erhält die volle Kontakthöhe mit der Schraube entlang der longitudinalen Zentrallinie der Knochenplatte.
• Die verschiedenen Merkmale, welche die Erfindung kennzeichnen, werden speziell in den anschliessenden und einen Teil dieser Offenbarung bildenden Patentansprüchen näher beschrieben. Für das bessere Verständnis der Erfindung, ihrer Anwendungsvorteile und spezifischen durch ihren Gebrauch erreichten Ziele sollten die begleitenden Zeichnungen, Beispiele und beschreibenden Teile, worin die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben werden, miteinbezogen werden.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines gebrochenen, mit einer bekannten Knochenplatte zusammengehaltenen Knochens;
• Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer bekannten Knochenplatte;
• Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer bekannten Knochenplatte mit einer herausgeschnittenen longitudinalen Nute;
• Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Knochenplatte mit kurzen Einschnitten nur in der Lochregion, welche nicht mit der Erfindung übereinstimmt;
• Fig. 5 einen Querschnitt rechtwinklig zur Längsachse der Knochenplatte gemäss Fig. 4 durch das Zentrum eines Schraubenloches;
• Fig. 6 einen Querschnitt der Knochenplatte gemäss der Erfindung;
• Fig. 7 eine perspektivische Ansicht, einschliesslich eines Querschnittes durch ein Plattenloch mit speziellen Überschnitten;
• Fig. 8 eine Seitenansicht der Knochenplatte gemäss Fig. 7; und
• Fig. 9 eine Draufsicht auf die Knochenplatte gemäss Fig. 7.
• Fig. 1 bezieht sich auf eine konventionelle Knochenplatte 1 zur Behandlung gebrochener Knochen 3, welche mittels einer Anzahl Schrauben 4 an den Knochen 2 fixiert ist. Das durch Muskelkraft auf den Knochen ausgeübte Biegemoment - durch die Pfeile 103 angezeigt - verursacht auf einer Seite eine Zugkraft während die andere Seite auf Druck belastet wird. Typischerweise wird die Platte 1 auf der mit Zug beaufschlagten Seite des Knochens 2 angebracht. Deshalb ist die Platte 1 abhängig von der Kontaktgrösse zwischen den Knochenhälften am Punkt 100 entweder auf Zug oder einer Kombination von Zug und Biegung belastet.
• Die in Fig. 2 gezeigte Platte 1 wird wie durch die Pfeile 103 angezeigt auf Biegung belastet. Die longitudinale Zentrallinie 104 der Platte 1 ist auf der oberen Oberfläche 6 gezeigt. Die longitudinalen Seiten der Platte 1 sind durch die Nummern 105 gekennzeichnet. Die höchsten Spannungen treten in einem Querschnitt an der grössten Distanz von der neutralen Achse 5, welche sich an der oberen Oberfläche 6 oder der unteren Oberfläche 7 befindet, auf. Die Löcher 8 verursachen eine Spannungskonzentration an den Kanten der Löcher 9, welche die Zugspannung an der oberen Oberfläche 6 um einen Faktor zwischen 2 bis 3 vergrössert.
• Wie in Fig. 3 gezeigt, können die Spannungen an den Kanten der Löcher 9 durch Verlagerung der Kanten der Löcher 9 näher zu der neutralen Achse 5 des Querschnittes der Platte reduziert werden. Ein in die Platte 1 eingeschnittener Einschnitt 10 bringt die Kante des Loches 9 näher zur neutralen Achse 5. Die Tiefe des Einschnittes ist optimiert wenn die Spannungen am Punkt 101 (Kante des Loches 9) und Punkt 102 (Kante des Einschnittes 11 am Loch) gleich sind. Wenn der Einschnitt tiefer als das ist, wird der Verlust an Festigkeit verursacht durch die Abnahme der Querschnittsfläche 12 wesentlicher als der durch die Reduktion der Spannung an der Lochkante erreichte Gewinn.
• Fig. 4 zeigt eine Platte mit Querrillen 13 und einer Längsnute 14 an der unteren Oberfläche 7, welche zur Reduktion der Auflagefläche zwischen Platte und Knochen dienen. Wegen der quer verlaufenden Unterschnitte ist der Querschnitt 15 zwischen den Löchern bereits erheblich reduziert und sollte nicht, wie in der Ausführungsform gemäss Fig. 3, durch einen zusätzlichen Einschnitt 10 auf der oberen Oberfläche 6 weiter verringert werden. Deshalb wird der Einschnitt auf der oberen Oberfläche 6 diskontinuierlich durch kurze segmentartige Einschnitte 16, welche einen glatten Übergang in und aus dem Loch aufweisen, ausgeführt.
• Wie in Fig. 5 gezeigt ist die Kontakthöhe entlang der Zentrallinie 106 zwischen der Schraube und dem Loch 8 geringer als die Höhe 17 an der Kante des Loches. Dies könnte zu Instabilität der Schraube in der Längsachse der Platte führen. Deshalb sollte entlang der longitudinalen Zentrallinie der Platte kein Material entfernt werden.
• Mit dem optimierten Profil auf einem kreisförmigen Werkzeug wird der in Fig. 6 gezeigte Querschnitt hergestellt. Mit diesem Querschnitt wird die Kontakthöhe 18 entlang der Zentrallinie 106 mindestens gleich zur Höhe 17 an der Kante des Loches.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird in den Fig. 7-9 gezeigt, worin die Platte mit speziellen Überschnitten in der Form von vertieften Bereichen 19 ausgestattet ist, welche einen glatten Übergang in und aus dem Loch 8 gewährleisten und trotzdem die Spannung entlang der Kante des Loches 9 reduzieren. Die Tiefe der vertieften Bereiche 19 sollte zweckmässigerweise im Bereich von 0,2 bis 2,0 mm sein und diese so gestaltet sein, dass die Maximalspannung an der verbleibenden Oberfläche der erwähnten oberen Seite in der Nähe der erwähnten Löcher ungefähr der Maximalspannung an den Kanten der erwähnten Löcher innerhalb der erwähnten vertieften Bereiche ist. Die Tiefe der vertieften Bereiche (19) nimmt auch in Richtung der erwähnten longitudinalen Zentrallinie (104) der Knochenplatte allmählich ab.
• Mit Bezug auf Fig. 9 wird die Krümmung C&sub2; des Loches 8 als das Verhältnis 1/r&sub2; definiert, worin r&sub2; der Radius 20 des Loches 8 ist. Entsprechend ist die Krümmung C&sub1; gleich dem Verhältnis 1/r&sub1;, worin r&sub1; der Radius 21 der Kante 11 des vertieften Bereiches 19 ist. Die Distanz zwischen der Kante 11 des vertieften Bereiches 19 und die Kante 9 des Loches 8 ist durch die Pfeile 22 gekennzeichnet und sollte unter 1,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1,0 mm, liegen. Die Krümmung C&sub1; sollte geringer als 60%, vorzugsweise weniger als 10%, der Krümmung C&sub2; betragen. Zwischenbereiche 25 werden zwischen den vertieften Bereichen 19 um die Schraubenlöcher 8 bestimmt.
• Während die vorangegangenen Beschreibungen und Zeichnungen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, ist es für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Varianten möglich sind, ohne das Gebiet, wie es in den angehängten Patentansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims (7)

1. Knochenplatte (1) mit einer Oberseite (6), einer Unterseite (7) zur Anlage an den Knochen, zwei Längsseiten (105), einer longitudinalen Zentralachse (104), mehreren zwischen Oberseite (6) und Unterseite (7) verlaufenden Schraubenlöchern (8), wobei A) die Schraubenlöcher (8) gerundete Kanten (9) aufweisen, auf der Oberseite (6) ein sich um die Schraubenlöcher (8) erstreckender Bereich (19) gegenüber dem Rest der Oberseite (6) vertieft ist, der erwähnte Bereich (19) eine gerundete Kante (11) aufweist;

B) Zwischenbereiche (25) zwischen den mit vertieften Bereichen (19) versehenen Schraubenlöchern (8) definiert sind, die Tiefe dieser vertieften Bereiche (19) in der Längsrichtung gegen die Zwischenbereiche (25) allmählich abnimmt; und

C) die Kanten (11) der vertieften Bereiche (19) sich annähernd parallel zu den Längsseiten (105) erstrecken;

dadurch gekennzeichnet, dass

D) die Tiefe der vertieften Bereiche (1) so dimensioniert sind, dass die Maximalspannung am Rest der Oberseite (6) in der Nähe der Schraubenlöcher (8) im wesentlichen der Maximalspannung an den Kanten (9) der Schraubenlöcher (8) innerhalb des vertieften Bereiches (19) entspricht und, dass die Tiefe der vertieften Bereiche (19) ebenfalls in Richtung der longitudinalen Zentralachse (104) der Knochenplatte (1) allmählich abnimmt.

2. Knochenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (11) des vertieften Bereiches (19) eine Krümmung C&sub1; aufweist, welche weniger als 60% der Krümmung C&sub2; der Kante (9) des Schraubenloches (8) beträgt.

3. Knochenplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung C&sub1; weniger als 10% von C&sub2; beträgt.

4. Knochenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz (22) von der Kante (11) des vertieften Bereiches (19) zur Kante (9) der Schraubenlöcher (8) weniger als 1 mm beträgt.

5. Knochenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (7) der Knochenplatte (1) eine konkave Gestalt aufweist.

6. Knochenplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie Querkerben (13) auf der Unterseite (7) der Knochenplatte (1) umfasst.

7. Knochenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der vertieften Bereiche (19) im Bereich zwischen 0,2 bis 2,0 mm liegt.