EP1274356A1 - Vorrichtung zur fixierung von implantaten an oder in einem knochen - Google Patents

Vorrichtung zur fixierung von implantaten an oder in einem knochen

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EP1274356A1
EP1274356A1 EP00915087A EP00915087A EP1274356A1 EP 1274356 A1 EP1274356 A1 EP 1274356A1 EP 00915087 A EP00915087 A EP 00915087A EP 00915087 A EP00915087 A EP 00915087A EP 1274356 A1 EP1274356 A1 EP 1274356A1
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EP
European Patent Office
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longitudinal axis
core
ratio
bone
profile
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Withdrawn
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EP00915087A
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English (en)
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Jörg GOLDHAHN
Reto Frei
Jörn SEEBECK
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Synthes GmbH
Original Assignee
Synthes GmbH
Synthes AG Chur
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Publication date
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    • A61B17/864—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor hollow, e.g. with socket or cannulated

Definitions

  • the invention relates to a device for fixing implants on or in a bone according to the preamble of patent claim 1.
  • implants have generally been anchored in the bone with a screw - recently also monocortical, anchored screws. These have been constructed in terms of their shape for healthy bones. There is an optimal ratio between the cortex screws and the cortex thickness for the transmission of the loads that occur. These angle-stable screws no longer work in the classic sense of a lag screw, but as bolts. So far, however, the screw dimensions - optimized for healthy bones - have been used. As a result, the angle-stable screws used, whose ratio of core and outer diameter has been reduced, have lower pull-out forces and failure loads.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the object of the invention is to create a larger bone implant surface with less implant volume and to produce a considerably larger projection area in the main loading directions.
  • the invention achieves the stated object with a device which has the features of claim 1.
  • a cutout (bore) in the cross section profile of the device according to the invention can be used Base body of a bone plate an angle-stable anchoring of the device in the bone plate can be achieved.
  • the greater bending and torsional rigidity is achieved by peripheral thickening of the wings of the device according to the invention, with the same or smaller implant volume, the same material and with a considerably larger projection area in the axial direction.
  • the profile is twisted spirally, preferably by 100-140 ° over a length of 8-12 mm, which counteracts axial tearing.
  • the implant (bone plate) receiving the profile of the device has a recess corresponding to the profile thickening, which shape prevents the profile from moving inwards (in the direction of the bone).
  • a locking mechanism secures the profile of the device against loosening from the receiving point and absorbs forces in the longitudinal axis of the profile. This can be achieved by known positive or non-positive, releasable rotating, sliding or click mechanisms.
  • FIG. 2 shows a cross section through a four-wing profile in an x / y coordinate system and formulas for different moments of inertia
  • 3 - 5 Variants of the cross-sectional profile of the device according to the invention.
  • 6 shows a perspective illustration of a device according to the invention inserted into a bone plate;
  • FIG. 7 shows a perspective partial sectional illustration of a device according to the invention inserted into a bone plate.
  • the schematic profile of the device according to the invention shown in FIG. 1 essentially consists of a hollow core 1 with the longitudinal axis 2 (perpendicular to the drawing surface) from which radially three wings 3 with peripheral thickenings 5 arise.
  • the diameter d of the core bore 9 of the core 1 is preferably 2 mm, while the value S has a value of 3 to 50 mm, preferably 5 to 30 mm.
  • this ratio is A a / A, 3.0: 1 to 3.5: 1.
  • FIGS. 3 to 5 show further variants of the cross-sectional profile with thickenings 5.
  • FIGS. 3 and 4 show further 4-wing profiles while a 6-wing profile is shown in FIG.
  • the thickenings 5 are not circular cylindrical, but as an ellipsoidal cylinder.
  • FIG. 4 shows a profile similar to FIG. 3, but not point-symmetrical. Additional profiles can be used depending on the area of application, provided they comply with the geometric conditions specified above.
  • FIG. 6 shows a device 10 according to the invention with a twisted profile, consisting of core 1 and wing 3 in the form of a bone screw, which is inserted into a bone plate 20 with a plurality of plate holes 21.
  • the device 10 has a head 22 at one of its ends, which fits into the plate hole 21.
  • the head 22 also has a hexagon socket 23 which can accommodate a corresponding hexagon screwdriver in order to be able to screw the device 10 into the bone.
  • FIG. 7 shows the same device 10 as in FIG. 6, which is inserted into a bone plate 20 which does not have circular-cylindrical plate holes, as shown in FIG. 6, but rather specially shaped passage openings 24 corresponding to the cross-sectional profile of the device 10 having.
  • the three-beam passage opening 24 is recessed in the surface 25 of the bone plate 20, so that the head 22 of the device 10 can be completely immersed in the circular-cylindrical recess 26 of the bone plate 20 without the head 22 above the surface 25 protrudes. This results in a positive connection between the device 10 and the bone plate 20.

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Abstract

Die Vorrichtung (10) dient zur Fixierung von Implantaten an oder in einem Knochen. Sie besitzt einen vollen oder hohlen longitudinalen Kern (1) mit einer Längsachse (2) und einer Anzahl radial daraus entspringender Flügel (3), wobei die Vorrichtung innerhalb eines geraden Kreiszylinders mit dem Aussendurchmesser D = 2S + d und der identischen Längsachse (2) als Umhüllende liegt, wobei d dem Durchmesser einer allfälligen Kernbohrung (9) des Kerns (1) entspricht und S einen Wert zwischen 3 und 50 mm besitzt. In einer zur Längsachse (2) orthogonalen Ebene (6) beträgt das Verhältnis Aa/Ai zwischen dem äusseren, im Kreisring (7) als Differenz der zur Längsachse (2) konzentrischen Kreise mit den Durchmessern D = 2S + d und di = S + d liegenden Flächenanteil Aa und dem inneren, zur Längsachse (2) konzentrischen Kreisring (8), als Differenz der zur Längsachse (2) konzentrischen Kreise mit den Durchmessern di und d liegenden Flächenanteil Ai der im kraftübertragenden Teil des Profils liegenden Querschnittsfläche A = Aa + Ai des Implantates, bezogen auf die Längsachse (2) der Vorrichtung, mindestens 3:1. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Vorrichtung die Schädigung von Periost und Spongiosastruktur minimiert und eine bessere Verankerung des Implantats im Knochen erzielt wird.

Description

Vorrichtung zur Fixierung von Implantaten an oder in einem Knochen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Fixierung von Implantaten an oder in einem Knochen gemass dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bisher wurden Implantate im allgemeinen mit Schraube - in letzter Zeit auch monokortikalen, winkelstabil verankerten Schrauben - im Knochen verankert. Diese sind hinsichtlich ihrer Form für den gesunden Knochen konstruiert worden. So besteht zwischen Kortikalisschrauben und Kortikalisdicke ein optimales Verhältnis für die Übertragung der auftretenden Lasten. Diese winkelstabilen Schrauben wirken nicht mehr im klassischen Sinne einer Zugschraube, sondern als Bolzen. Dafür werden allerdings bisher die - für gesunde Knochen optimierten - Schraubendimensionen verwendet. Das hat zur Folge, dass die verwendeten winkelstabilen Schrauben, deren Verhältnis von Kern- und Aussendurchmesser verkleinert wurde, geringere Ausreisskräfte und Versagenslasten aufweisen.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit weniger Implantatvolumen eine grössere Knochen-Implantat-Oberfläche zu schaffen sowie eine erheblich vergrösserte Projektionsfläche in den Hauptbelastungsrichtungen zu erzeugen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemassen Vorrichtung die Schädigung von Periost und Spongiosastruktur minimiert und eine bessere Verankerung des Implantats im Knochen erzielt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann durch eine zum Querschnittsprofil der erfindungsgemassen Vorrichtung korrespondierende Aussparung (Bohrung) im Grundkörper einer Knochenplatte eine winkelstabile Verankerung der Vorrichtung in der Knochenplatte erreicht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird durch eine periphere Verdickung der Flügel der erfindungsgemassen Vorrichtung, bei gleichem oder kleinerem Implantatvolumen, gleichem Material und bei erheblich vergrösserter Projektionsfläche in axialer Richtung die grössere Biege- und Torsionssteifigkeit erreicht.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Profil spiralförmig verdreht, vorzugsweise um 100 - 140 ° auf einer Länge von 8 - 12 mm, was einem axialen Ausriss entgegenwirkt.
Das das Profil der Vorrichtung aufnehmende Implantat (Knochenplatte) hat eine zur Profilverdickung korrespondierende Aussparung, welche durch ihre Form ein Wandern des Profils nach innen (in Richtung des Knochens) verhindert.
Ein Schliessmechanismus sichert das Profil der Vorrichtung gegen das Lösen aus der Aufnahmestelle und nimmt Kräfte in Längsachse des Profils auf. Dies kann durch bekannte form- oder kraftschlüssige, lösbare Dreh-, Schiebe- oder Klickmechanismen realisiert werden.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 : einen Querschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein vierflügeliges Profil in einem x/y-Koordinatensystem und Formeln für verschiedenen Flächenträgheitsmomente;
Fig. 3 - 5: Varianten des Querschnittprofils der erfindungsgemassen Vorrichtung; Fig. 6: eine perspektivische Darstellung einer in eine Knochenplatte eingesetzten erfindungsgemassen Vorrichtung; und
Fig. 7: eine perspektivische Teilschnittdarstellung einer in eine Knochenplatte eingesetzten, erfindungsgemassen Vorrichtung.
Das in Fig. 1 dargestellte, schematische Profil der erfindungsgemassen Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem hohlen Kern 1 mit der (senkrecht zur Zeichenfläche stehenden) Längsachse 2 aus welchem radial drei Flügel 3 mit peripheren Verdickungen 5 entspringen. Kern 1 , Flügel 3 und Verdickungen 5 liegen innerhalb eines (senkrecht zur Zeichenfläche stehenden) geraden Kreiszylinders mit dem Aussendurchmesser D = 2S + d und der identischen Längsachse 2. Der Durchmesser d der Kernbohrung 9 des Kerns 1 beträgt vorzugsweise 2 mm, währenddem der Wert S einen Wert von 3 bis 50 mm, vorzugsweise von 5 bis 30 mm besitzt. In einer zur Längsachse 2 orthogonalen Ebene 6, welche der Zeichenebene entspricht, beträgt das Verhältnis Aa/A, zwischen dem äusseren, im Kreisring 7, als Differenz der zur Längsachse 2 konzentrischen Kreise mit den Durchmessern D = 2S + d und d, = S + d liegenden Flächenanteil Aa und dem inneren, zur Längsachse 2 konzentrischen Kreisring 8, als Differenz der zur Längsachse 2 konzentrischen Kreise mit den Durchmessern d, und d liegenden Flächenanteil A, der im kraftübertragenden Teil des Profils liegenden Querschnittsfläche A = Aa + A, des Implantates, bezogen auf die Längsachse 2 der Vorrichtung, mindestens 3:1. Typischerweise beträgt dieses Verhältnis Aa/A, 3,0 : 1 bis 3,5 : 1.
In Fig. 2 ist ein vier-flügeliges Profil dargestellt in einem x/y-Koordinatensystem, anhand dessen die Berechnung der Flächenträgheitsmomente lx , ly und lz erläutert ist. Das Verhältnis von maximalem zu minimalem Flächenträgheitsmoment lmaχ/lmιn sollte das Verhältnis von 5:1 , vorzugsweise von 4:1 nicht überschreiten.
In den Fig. 3 bis 5 sind weitere Varianten des Querschnittprofils dargestellt mit Verdickungen 5. In den Fig. 3 und 4 sind weitere 4-flügelige Profile dargestellt währenddem in Fig. 5 ein 6-flügeliges Profil dargestellt ist. In Fig. 3 sind die Verdickungen 5 nicht kreiszylindrisch ausgebildet , sondern als ellipsoide Zylinder. In Fig. 4 ist ein zur Fig. 3 ähnliches, aber nicht punktsymmetrisches Profil dargestellt. Weitere Profile können je nach Anwendungsgebiet verwendet werden, soweit sie den oben angegebenen geometrischen Bedingungen gehorchen.
In Fig. 6 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung 10 mit einem verdrehten Profil, bestehend aus Kern 1 und Flügel 3 in Form einer Knochenschraube dargestellt, welche in eine Knochenplatte 20 mit mehreren Plattenlöchern 21 eingesetzt ist. Die Vorrichtung 10 weist dazu an einem ihrer Enden einen Kopf 22 auf, der in das Plattenloch 21 passt. Der Kopf 22 weist im weiteren einen Innensechskant 23 auf, der einen entsprechenden Sechskantschraubenzieher aufnehmen kann, um die Vorrichtung 10 in den Knochen eindrehen zu können.
In Fig. 7 ist die gleiche Vorrichtung 10 wie in Fig. 6 dargestellt, welche in eine Knochenplatte 20 eingesetzt ist, die nicht - wie in Fig. 6 gezeigt - kreiszylindrische Plattenlöcher aufweist, sondern speziell ausgeformte, dem Querschnittsprofil der Vorrichtung 10 entsprechende Durchtrittsöffnungen 24 aufweist. Die bei dieser Ausführungsform dreistrahlig ausgebildeten Durchtrittsöffnung 24 sind in der Oberfläche 25 der Knochenplatte 20 vertieft angeordnet, so dass der Kopf 22 der Vorrichtung 10 vollständig in der kreiszylindrisch ausgebildeten Vertiefung 26 der Knochenplatte 20 versenkt werden kann, ohne dass der Kopf 22 über der Oberfläche 25 hervorragt. Dadurch ergibt sich eine formschlüssige Verbindung zwischen Vorrichtung 10 und Knochenplatte 20.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zur Fixierung von Implantaten an oder in einem Knochen, welche einen vollen oder hohlen longitudinalen Kern (1 ) mit einer Längsachse (2) und einer Anzahl radial daraus entspringender Flügel (3) umfasst, wobei die Vorrichtung innerhalb eines geraden Kreiszylinders mit dem Aussendurchmesser D = 2S + d und der identischen Längsachse (2) als Umhüllende liegt, wobei d dem Durchmesser einer allfälligen Kernbohrung (9) des Kerns (1 ) entspricht und S einen Wert zwischen 3 und 50 mm besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zur Längsachse (2) orthogonalen Ebene (6) das Verhältnis Aa/A, zwischen dem äusseren, im Kreisring (7), als Differenz der zur Längsachse (2) konzentrischen Kreise mit den Durchmessern D = 2S + d und d, = S + d liegenden Flächenanteil Aa und dem inneren, zur Längsachse (2) konzentrischen Kreisring (8), als Differenz der zur Längsachse (2) konzentrischen Kreise mit den Durchmessern d, und d liegenden Flächenanteil A, der im kraftübertragenden Teil des Profils liegenden Querschnittsfläche A = Aa + A, des Implantates, bezogen auf die Längsachse (2) der Vorrichtung, mindestens 3:1 beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Aa/A, mindestens 3,5: 1 , vorzugsweise mindestens 4: 1 beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von maximalem zu minimalem Flächenträgheitsmoment Lax n ein Verhältnis von 5:1. Vorzugsweise von 4: 1 nicht überschreitet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie an einem ihrer freien Enden eine Kupplung (4), vorzugsweise in Form einer Verdickung des Profiles, aufweist, die eine form- oder kraftschlüssige Verbindung mit einem anderen Implantat ermöglicht. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) Mittel aufweist, mit welchen die Vorrichtung lösbar und verschiebesicher in einem anderen Implantat befestigbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flügel (3) mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (3) an ihren freien Rändern eine periphere Verdickung (5) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil bezüglich der Längsachse (2) spiralförmig verdreht ist, vorzugsweise um 100 - 140 ° auf einer Länge von 8 - 12 mm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der longitudinale Kern (1 ) mit einer Kernbohrung (9) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis d/D von Kerndurchmesser d zum Aussendurchmesser D = 2S + d den Betrag von 0,5 nicht überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis d/D von Kerndurchmesser d zum Aussendurchmesser D = 2S + d den Betrag von 0,33, vorzugsweise von 0,30 nicht überschreitet.
Knochenplatte (20) mit mindestens zwei Vorrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Plattenbohrungen (11 ) aufweist, welche derart gestaltet sind, dass sie die Kupplung (4) der Vorrichtungen (10) form- oder kraftschlüssig aufnehmen können.
EP00915087A 2000-04-20 2000-04-20 Vorrichtung zur fixierung von implantaten an oder in einem knochen Withdrawn EP1274356A1 (de)

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