Elastisch schliessende Doppelbacken zu externem Fixateur
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum lösbaren Festklemmen von Befestigungselementen innerhalb einer chirurgischen Fixations- oder
Repositionsvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Doppelbackenverbindung für Elemente eines externen Fixators (fixateur externe) ist aus der DE 295 12 917 JAQUET bekannt. Diese bekannte Gelenkverbindung besteht aus einer lageweisen Anordnung von zwei Paaren von Klemmbacken, welche aus einer oberen äusseren Klemmbacke und einer oberen inneren Klemmbacke sowie aus einer unteren, inneren Klemmbacke und einer unteren, äusseren Klemmbacke besteht. Die vier Klemmbacken sind auf einer zentralen Spannwelle angeordnet. Zwischen den Paaren von Klemmbacken, d.h. zwischen beiden inneren Klemmbacken ist eine Schraubenfeder eingefügt, welche bewirkt, dass die beiden inneren Klemmbacken auseinander und gegen die äusseren Klemmbacken gepresst werden. Mit Hilfe einer Arretierung werden die Klemmbacken gegen die Wirkung der elastischen Mittel ständig zusammengehalten. An den Spannflächen zwischen jedem Paar von Klemmbacken sind Einkerbungen angebracht, welche quer zur Spannwelle je einen Durchgang für Befestigungsstangen oder Steckverbinder des externen Fixators bilden. Diese Durchgänge sind gegen aussen offen und ermöglichen das Einstecken der Befestigungsstangen oder Steckverbinder durch Ausüben von Druck in die Öffnung der Klemmbacke in dem jeweiligen Durchgang gegen die Wirkung der elastischen Mittel. Nach dem Einschnappen der Befestigungsstangen oder Steckverbinder in die Durchgänge werden sie durch die Wirkung der elastischen Mittel festgehalten, bevor die Gelenkverbindung definitiv blockiert wird.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, dass die Schraubenfeder zwischen den Paaren von Klemmbacken angeordnet ist und dadurch schlecht zugänglich ist. Im weiteren besitzt diese bekannte Vorrichtung keine konstante Federkraft, da diese abhängig ist von der Stellung der Mutter. Schliesslich unterliegt die Schraubenfeder einer hohen Ermüdung.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum lösbaren Festklemmen von Befestigungselementen wie Stäbe, Retraktoren, Ringe oder Knochenschrauben zu schaffen, welche a) je ein elastisches Element pro Klemmbackenpaar aufweist, so dass eine unabhängige Bedienung der beiden Klemmbackenpaare möglich ist; b) weniger Bauelemente aufweist im Vergleich zum Stand der Technik, so dass eine einfacher Bedienung und Reinigung möglich ist; und c) eine konstante Federkraft (auch ohne Mutter/Schrauben-Betätigung) besitzt.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung zum lösbaren Festklemmen von Befestigungselementen innerhalb einer chirurgischen Fixations- oder Repositionsvorrichtung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Klemmbacken durchgehende, zur Längsachse koaxiale Bohrungen auf. Diese Bohrungen dienen zur Aufnahme des Stabes so, dass die Klemmbacken axial verschiebbar auf dem Stab angeordnet sind. Der Stab hat in der Bohrung von mindestens einer Klemmbacke jedes Klemmbackenpaares radiales Spiel, so dass mindestens eine Klemmbacke pro Klemmbackenpaar aus der zur Längsachse des Stabes koaxialen Lage abkippbar ist.
Dieses Spiel ist vorzugsweise dadurch herstellbar, dass der Stab im axialen Bereich der Klemmbacken einen Durchmesser d aufweist und die Bohrung von mindestens einer Klemmbacke pro Klemmbackenpaar einen Durchmesser D aufweist, und dass D > d ist. Das Verhältnis (D-d)/d kann zwischen 0,01 und 0,10 liegen.
In einer anderen Ausführungsform weist der Stab im axialen Bereich der Klemmbacken mindestens eine Einkerbung auf, so dass der Stab bei den Einkerbungen eine minimale Dicke b aufweist. Ferner weist die Bohrung von mindestens einer Klemmbacke pro Klemmbackenpaar einen Durchmesser D auf, wobei b < D ist. Die mindestens eine Einkerbung kann beispielsweise auch als ringförmige Nute ausgeführt sein.
In einer Ausführungsform sind auf den Spannflächen, welche zwischen auf den einander gegenüberliegenden Seiten der je zwei zu einem Klemmbackenpaar zählenden Klemmbacken liegen, Einkerbungen angebracht. Durch diese Einkerbungen werden Kanäle zur Aufnahme von stabförmigen Befestigungsmittel gebildet. Die Einkerbungen verlaufen quer und exzentrisch zur Längsachse des Stabes. Vorzugsweise weisen die Kanäle je eine Kanalachse auf, welche senkrecht zur Längsachse des Stabes steht und zu dieser einen Abstand A aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform sind die elastischen Mittel, bezüglich der Längsachse, auf der dem Kanal gegenüberliegenden Seite der Klemmbacken angeordnet. Vorzugsweise sind die elastischen Mittel von der Längsachse des Stabes beabstandet, wobei zwischen der Zentralachse der elastischen Mittel und der Längsachse des Stabes ein Abstand B liegt.
In einer anderen Ausführungsform sind die elastischen Mittel als stabförmiges Element mit zur Längsachse des Stabes paralleler Zentralachse ausgeführt.
Als elastische Mittel werden vorzugsweise solche verwendet, welche aus einem Material bestehen, das ein nicht-lineares Spannungs-Dehnungs-Diagramm aufweist. Das elastische Mittel kann vorteilhafterweise aus einer Gedächtnismetallegierung, vorzugsweise aus Nitinol hergestellt werden, ohne dass jedoch ihre Klemmwirkung auf dem Memory-Effekt beruhen würde. Aus diesem Grund kann die Gedächtnismetallegierung eine Übergangstemperatur von höher als
50°, vorzugsweise von höher als 80° aufweisen. Typischerweise ist die Übergangstemperatur höher als 100°, vorzugsweise höher als 120°. Ebenfalls geeignet sind sogenannte pseudoelastische Materialien.
Das elastische Mittel kann insbesondere aus einer Nickel-Titanlegierung bestehen, wobei 45 % < Ni < 55 %, 45 % < Ti < 55 % und x + y = 100 % ist. Ein solches Material ist besonders bioverträglich und hochelastisch.
Das elastische Mittel kann neben metallischen Materialien auch aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyetheretherketon (PEEK) oder einem kohlefaserverstärkten PEEK bestehen.
In einer anderen Ausführungsform besteht mindestens ein Spannmittel aus einer Gewindeverbindung, wobei vorzugsweise eine Mutter über ein Gewinde auf dem Stab schraubbar ist. Anstelle der Mutter könnte auch eine Schraube in eine ein Innengewinde aufweisende Bohrung eingeschraubt werden. Das zweite Spannmittei kann ein fest mit dem Stab verbundener Kopf oder eine zweite Gewindeverbindung sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen den inneren Klemmbacken der beiden Klemmbackenpaare eine ringförmige Scheibe angeordnet. Die Scheibe kann je nach Ausführungsform koaxial zur Längsachse auf dem Stab verschiebbar sein, oder mit dem Stab einstückig sein. Durch die fest mit dem Stab verbundene Scheibe zwischen dem ersten und dem zweiten Stabsegment wird erreicht, dass die Klemmbackenpaare so getrennt werden, dass sie in ihrer Wirkung unabhängig sind.
Die Kanäle sind vorzugsweise zylindrisch oder prismatisch, wodurch sich eine erhöhte Klemmwirkung auf die stabförmigen Befestigungsmittel erzeugen lässt. Dies umso mehr, wenn die Kanäle die stabförmigen Befestigungselemente im zur Kanalachse orthogonalen Querschnitt betrachtet mit einem Winkel von α > 180° umschliessen.
Damit die stabförmigen Befestigungselemente im nichtfixierten Zustand der Vorrichtung quer zur Längsachse der Vorrichtung in die Kanäle einschnappbar sind, beträgt das Verhältnis B/LW zwischen der minimalen Breite B eines Kanals an der zur Kanalachse orthogonal stehenden Öffnung an den Seitenflächen der Klemmbacken zur Lichten Weite LW desselben Kanals vorzugsweise zwischen 70 % und 90 %.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässe Vorrichtung;
Fig. 3a eine Seitenansicht der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässe Vorrichtung; und
Fig. 3b eine Frontansicht der in den Fig. 2 und 3a dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform umfasst einen zwei Stabsegmente 19;20 aufweisenden Stab 1 mit einer Längsachse 2 sowie auf jedem Stabsegment 19;20 axial verschiebbar je ein Klemmbackenpaar 4;5. Jedes der beiden Klemmbackenpaare 4;5 umfasst eine inneren Klemmbacke 6;7 und eine äussere Klemmbacke 8;9. Die Klemmbacken 6;7;8;9 sind mit zur Längsachse koaxialen Bohrungen 16; 17 versehen und je paarweise auf je einem Stabsegment 19;20 axial verschiebbar. Die inneren Klemmbacken 6;7 liegen auf den zur Längsachse 2 orthogonalen Stirnflächen 22;23 einer zwischen den Stabsegmenten 19;20 fest angeordneten, kreisringförmigen Scheibe 37 auf. Die äusseren Klemmbacken 8;9 sind mittels Spannmitteln 10;11 gegen die inneren Klemmbacken 6;7 pressbar. Die Spannmittel 10; 11 sind Muttern 18, welche über endständig angeordnete Gewinde 24 an den beiden Stabsegmenten 19;20 schraubbar sind. Einander gegenüberliegend weisen sowohl die beiden Klemmbacken 6;8 des ersten Klemmbackenpaares 4 sowie die beiden Klemmbacken 7;9 des zweiten Klemmbackenpaares 5 je eine quer zur Längsachse 2 stehende Spannfläche 29;30;31 ;32 auf. Zwischen je zwei zu einem der Klemmbackenpaare 4;5 gehörenden Spannflächen 29;30;31 ;32 lassen sich quer zur Längsachse 2 je ein stabförmiges Befestigungsmittel 12; 13 einschieben und beim Anziehen der Spannmittel 10; 11 zwischen je einer inneren und einer äusseren Klemmbacke 6;7;8;9 blockieren.
Ferner sind an je zwei einander gegenüberliegenden Spannflächen 29;30;31 ;32 Einkerbungen 25 angebracht. Die Einkerbungen 25 verlaufen orthogonal zur Längsachse 2 und sind von dieser beabstandet. Die Querschnittsfläche der
Einkerbungen 25 ist hier kreissegmentförmig, kann jedoch auch dreieckförmig sein. Die Einkerbungen 25 bilden je einen zwischen den zwei Klemmbacken 6;7;8;9 jedes Klemmbackenpaares 4;5 verlaufenden, gegen die Seitenflächen 28 der Klemmbacken 6;7;8;9 offenen Kanal 33;34 mit einer zur Längsachse 2 orthogonalen und von dieser beabstandeten Kanalachse 35;36.
Wie in Fig. 2 gezeigt weisen die beiden Kanäle 33;34 eine zur Kanalachse 35;36 orthogonale Querschnittsfläche in Form einer einseitig abgeflachten Kreisfläche auf, wobei die Lichte Weite LW jedes Kanals 33;34 grösser ist als die Breite B der zur jeweiligen Kanalachse 35;36 orthogonal stehenden Öffnung des entsprechenden Kanals 33;34 an den Seitenflächen der Klemmbacken 6;7;8;9.
Durch diese Ausgestaltung werden die einmal quer zur Längsachse 2 in die Kanäle 33;34 eingeschobenen stabförmigen Befestigungsmittel 12; 13 gegen ein Herausrutschen aus den Kanälen 33;34 quer zur Längsachse 2 gesichert.
Ferner umfasst jedes Klemmbackenpaar 4;5 elastische Mittel 40, wodurch die beiden zu einem Klemmbackenpaar 4;5 gehörenden Klemmbacken 6;7;8;9 axial auf einer bestimmten Distanz gehalten werden. Die Distanz zwischen den beiden zu einem Klemmbackenpaar 4;5 gehörenden Klemmbacken 6;7;8;9 ist derart bemessen, dass zwischen die aneinandergrenzenden Spannflächen 29;30;31 ;32 jedes Klemmbackenpaares 4;5 ein stabförmiges Befestigungsmittel 12; 13 quer zur Längsachse 2 von Hand einschiebbar ist. Die auf diese Weise bei gelösten Spannmitteln 10; 11 eingeschobenen stabförmigen Befestigungsmittel 12; 13 werden dann durch die Elastizität der elastischen Mittel 40 zwischen den Spannflächen 29;30;31 ;32 so festgeklemmt, dass sie noch parallel zur ihren Zentralachsen 26;27 von Hand verschiebbar sind.
Als elastische Mittel 40 sind zwischen den je zwei Klemmbacken 6;7;8;9 jedes der Klemmbackenpaare 4;5 vom Stab 1 beabstandet zwei Nitinolstäbe 41 eingefügt. Die Nitinolstäbe 41 weisen Zentralachsen 42 auf und sind in Bohrungen 43 eingepresst. Zum Einführen der stabförmigen Befestigungsmittel 12; 13 in die Kanäle 33;34 werden die je zwei entsprechenden Klemmbacken 6;7;8;9 jedes der Klemmbackenpaare 4;5 auf ihren mit den Einkerbungen 25 versehenen Seiten gespreizt, so dass die zwei
Klemmbacken 6;7;8;9 jedes Klemmbackenpaares 4;5 auf ihrer mit den elastischen Mitteln 40 versehenen Seite gegeneinander gepresst werden und die Nitinolstäbe 41 elastisch deformiert werden. Damit die zwei Klemmbacken 6;7;8;9 jedes Klemmbackenpaares 4;5 die Spreizbewegung ausführen können, sind die jeweils äusseren Klemmbacken 8;9 mit zur Längsachse 2 koaxialen Bohrungen 17 versehen, deren Durchmesser D grösser als der Durchmesser d des Stabes 1 in diesem axialen Bereich ist.
In den Fig. 2, 3a und 3b ist eine Ausführungsform dargestellt, welche sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform darin unterscheidet, dass
a) nur das erste Spannmittel 10 als Gewindeverbindung mit einer über das Gewinde 24 am ersten Ende 14 des Stabes 1 schraubbaren Mutter 18 ausgeführt ist, während das zweite Spannmittel 11 einen am zweiten Ende 15 des Stabes 1 festen Kopf 60 umfasst. Die äussere Klemmbacke 9 des zweiten Klemmbackenpaares 5 kommt dann am Kopf 60 axial zur Anlage;
b) keine Scheibe 37 (Fig. 1 ) zwischen den inneren Klemmbacken 6;7 der beiden Klemmbackenpaare 4;5 angeordnet ist; und
c) die Möglichkeit zur Spreizung der äusseren Klemmbacken 8;9 jedes Klemmbackenpaares 4;5 beim Einführen der stabförmigen Befestigungsmittel 12; 13 ist durch eine Einkerbung 50 am Stab 1 in Form einer ringförmigen Nute im axialen Bereich der jeweils äusseren Klemmbacke 8;9 gegeben. Der Durchmesser d der Einkerbung 50 ist kleiner als der Durchmesser D der Bohrungen 17 in den jeweils äusseren Klemmbacke 8;9.
Durch Anziehen der ersten Spannmittel 10 lassen sich die beiden Klemmbackenpaare 4;5 gegen den Kopf 60 pressen und die zwischen den Klemmbacken 6;7;8;9 jedes Klemmbackenpaares 4;5 eingelegten stabförmigen Befestigungselemente 12; 13 in den Kanälen 33;34 festklemmen.
Ferner ist das stabförmige Befestigungselement 12 quer zur Längsachse 2 so weit in den Kanal 33 geschoben, dass die beiden an den Kanal 33 angrenzenden
Klemmbacken 6;8 mit einem Spreizwinkel ß von etwa 2° bis 3° maximal gespreizt werden.