HU224276B1 - Ortopéd-sebészeti lehorgonyozó csavar - Google Patents

Abstract

A különösen csonttörések ellátásához a csontok helyzetmegtartórögzítésére szolgáló külső mechanikus rögzítőszerkezetekheztársítottan alkalmazható ortopédsebészeti lehorgonyozócsavarnak (1)lényeges funkcionális részekként egy hegyben (2) végződő enyhén kúposmenetes résszel (5) rendelkező hengeres szára (4) és egy, a szár (4)heggyel (2) ellentétes másik végén kiképzett feje (3) van. A hegy (2)felé kúposan csökkenő átmérőjű menetes rész (5) legalább meghatározotthossztengelyirányú szakasza egy állandó menetemelkedésű, csúcsszögkénthegyesszögű háromszög alakú keresztmetszeti szelvényű menetbordás (9)csavarmenettel van ellátva, és a menetbordák (9) közötti menethorony(10) homorú kialakítású fenékfelületét egymás felé lejtő, a csavar (1)hosszmetszeti szelvényében nézve a csavar (1) hossztengelye felétompaszöget (?) bezáróan kúposan összetartó két síkfelület alkotja. Amenethorony (10) homorú fenékfelületét alkotó síkfelületek általbezárt tompaszög (?) legalább 150°-os, és a csavarmenet két-kétszomszédos menetbordájának (9) egymással szembenéző fala a csavar (1)hossztengelye felé összetartó, legfeljebb 30°-os, előnyösen a 15°–30°tartományba eső hegyesszöget (?) zár be.

Description

A találmány tárgya ortopédsebészeti lehorgonyozócsavar, különösen csonttörések ellátásához a csontok helyzetmegtartó rögzítésére szolgáló külső mechanikus rögzítőszerkezetekhez, amelynek lényeges funkcionális részeként egy hegyben végződő enyhén kúpos menetes résszel rendelkező hengeres szára és a szár heggyel ellentétes másik végén kiképzett feje van. A hegy felé kúposán csökkenő átmérőjű menetes rész legalább meghatározott hossztengelyirányú szakasza egy állandó menetemelkedésű, csúcsszögként hegyesszögű háromszög alakú keresztmetszeti szelvényű menetbordás csavarmenettel van ellátva.

Csonttörések rögzítő ellátásához és kezeléséhez szakmai körökben ismert az úgynevezett külső rögzítőszerkezetek alkalmazása, amelyek lehetővé teszik, hogy az eltört csontrészek előírt helyzetben helyzetrögzíthetők legyenek, és ebben a rögzített helyzetben összeforrjanak az olyan igen kritikus területeken is, mint amilyenek az ízületek közvetlen szomszédságában lévő tartományok, vagy az olyan sérüléstartományokban, ahol a törés a környező részek és a bőrszövet olyan komoly károsodásával jártak együtt, amely folyamatos ellátást és kezelést igényel, és ezért a hagyományos kötözéses rögzítés nem megfelelő vagy kivitelezhetetlen.

A külső mechanikus rögzítőszerkezetek rendszerint bonyolult felépítésűek, és sokféle kivitelben kerülnek forgalomba azért, hogy a legkülönbözőbb sérülési esetekhez és testtartományokhoz alkalmazhatók legyenek. Rendelkeznek több irányban kinyúlható részekkel, amelyeket a csontállományba behajtott lehorgonyzócsavarokkal a törött csont vagy csontrendszer nem károsodott részeihez rögzítenek.

Sípcsonttörések ellátásához például egy megfelelő (sípcsonti) külső mechanikus rögzítőszerkezet átellenes végeit a törött résszel közvetlenül szomszédos csonttartományokba egy sebészeti műtét során behajtott csavarokkal rögzítik. Más esetekben, amikor a törés valamely ízületet, így például a bokát is érinti, a lehorgonyzócsavarokat a sípcsontba és a bokacsontba behajtva alakítják ki a külső mechanikus rögzítőszerkezet kihorgonyzási pontjait. Az ilyen szerkezeteknek a hatékonysága a lehorgonyzócsavarjaiknak tartóerejével együtt javul. A csavarok számos esetben haránt irányban, a kortikális részeken behatolva, majd azokon át a csontból kivezetve vannak a csontba beültetve.

Ezen a speciális orvosi-műszaki területen átfogó irodalma van a kutatómunkának, amely arra irányul, hogy meghatározza a lehorgonyozócsavarok tartóerejét befolyásoló kritikus paramétereket.

A „Cortical profile external fixation screw maintains torque in the metaphysis” címmel az Anatomy, Bristol, 1996. június 17-i számában megjelent cikk ismerteti például hogy a lehorgonyzócsavarokhoz viszonylag finom menet alkalmazása javítja a csavar tartóerejét.

A csavarra kifejtett radiális előfeszítés meggátolja vagy mérsékli a tartóerő-csökkenés vagy sejtbomlás problémáját a csont első és/vagy második kérgi részében, amint azt az „Introduction and prevention of pin loosening in external fixation” című cikk a Journal of

Orthopaedic Trauma, Vol. 5, No. 4, 485-492. oldalain ismerteti.

A csavar behelyezése előtt a csontban a csavarátmérőnek megfelelő méretű előfúrt lyuk kialakításával csökkenthető a behajtáskor fellépő hőfejlődés és az ezzel járó hőmérséklet-emelkedés, amely - ha túlzottan magas - károsíthatja a csavar körül a csont érintett kötőszövetét, amint azt a „Cancellous Boné Screw Thread Design and Holding Power” című, a Journal of Orthopaedic Trauma, Vol. 10, No. 7, 462-469. oldalain publikált cikk ismerteti.

A fenti meggondolások arra a következtetésre vezetnek, hogy a lehorgonyozócsavar tartóereje egy sor tényezőtől függ, amelyek szinergikusan kombinálódó hatással rendelkeznek.

Elvégzett saját vizsgálataink arra a felismerésre vezettek, hogy a csontban a csavar tartóerejét alapvetően befolyásoló tényező a menetszelvény geometriai kialakítása. Azt tapasztaltuk, hogy a lehorgonyzócsavarok hagyományosan alkalmazott menetszelvényeinek megvan az a közös hátrányuk, hogy csak csekély mértékben osztják el a csont kéregrészének átfúrásához kifejtett erő által ébresztett feszültséget.

Emellett a hagyományos lehorgonyzócsavarok adott érintkező csontfelületre vetítve elég nagy terjedelműek. A találmánnyal megoldandó feladatot olyan továbbfejlesztett lehorgonyzócsavar kialakítása képezi, amely az ismert csavarokkal szemben a behajtáshoz jobb önmetsző és önbehúzó szerkezeti és funkcionális jellemzőkkel rendelkezik, és behajtott állapotban a csavart felvevő csontszövettel nagyobb terheléseket is elviselő kapcsolódást eredményez.

A kitűzött célt a bevezető bekezdésben felsorolt jegyekkel rendelkező olyan lehorgonyzócsavar kialakításával és alkalmazásával érjük el, amelyen a találmány szerint a hegy felé kúposán csökkenő átmérőjű menetes rész legalább meghatározott hossztengelyirányú szakasza egy állandó menetemelkedésű, csúcsszögként hegyesszögű háromszög alakú keresztmetszeti szelvényű menetbordás csavarmenettel van ellátva, és a menetbordák közötti menethorony homorú fenékfelületét kúposán összetartó két síkfelület alkotja.

Az ilyen találmány szerinti menetszelvény-geometria lehetővé teszi a menetes rész hosszúkás kúp alakú szelvényének legjobb kihasználását, és kiterjedt érintkezési felületet biztosít a csont és a csavar között, ami hatásosan csökkenti a behajtott csavar környezetében a csontszövetben ébredő terhelőfeszültségeket.

A menetbordák közötti menethorony homorú fenékfelületét előnyösen a csavar hosszmetszeti szelvényében nézve a csavar hossztengelye felé célszerűen legalább 150°-os tompaszöget bezárva kúposán összetartó két síkfelület alkotja. A menetbordák keresztmetszeti szelvényének csúcsszöge előnyösen 15°-30° tartományba eső értékű hegyesszög, míg a menetes rész meghatározott hossztengelyirányú szakasza előnyösen 1,25 mm-es állandó menetemelkedésű csavarmenettel van ellátva.

Előnyösnek bizonyult, ha a csavarmenet két-két szomszédos menetbordájának egymással szembené2

HU 224 276 Β1 ző fala a csavar hossztengelye felé összetartó legfeljebb 30°-os, előnyösen a 15°-30° tartományba eső hegyesszöget zár be, továbbá a menetes rész hosszúsága a csavar teljes hosszának közelítőleg egyharmadával, míg a menetborda magassága a menetemelkedés háromötödével egyenlő.

A találmány szerinti lehorgonyzócsavar további jellemzőit és előnyeit az alábbiakban csupán példaképpen! előnyös kiviteli alakjai bemutatásával a csatolt rajz ábráira hivatkozva ismertetjük részletesebben. A rajzon az

1. ábra egy példaképpen! találmány szerinti lehorgonyzócsavar térbeli nézete, a

2. ábra az 1. ábrán feltüntetett csavar oldalnézete, a

3. ábra az 1. és 2. ábrán feltüntetett csavar menetes része végtartományának kiemelt részletét a menetszelvény geometriáját is érzékeltetve bemutató kinagyított nézetvázlat, a

4. ábra a 3. ábrán feltüntetett menetszelvény egy kiemelt részletét fokozottan kinagyítva feltüntető vázlat, az

5A. és 5B. ábra az 1. ábrán látható csavar hegyének kialakítását kiemelt, kinagyított részletként egymással szöget bezáró két különböző irányból nézve feltüntető vázlatok, a

6. ábra az 1. ábrán látható példaképpen! találmány szerinti lehorgonyzócsavart a csavarhegy felőli homloknézetben tünteti fel, míg a

7. ábra az 1. és 2. ábrán látható csavar fej és szár közötti közbenső tartományának egy előnyös kialakítását kiemelt részletként bemutató vázlat.

A csatolt rajz 1-3. ábráin feltüntetett 1 csavar a humán- és az állatgyógyászatban csonttörések rögzítő ellátásához és kezeléséhez szolgáló, a rajzon nem feltüntetett mechanikus rögzitőszerkezethez társított lehorgonyzóelemként használható. A 2. ábrán bejelölt X hossztengelyü példaképpen! találmány szerinti 1 csavar egyes funkcionális részeit egy hengeres 4 szár, a 4 szár egy 2 hegyben végződő enyhén kúpos 5 menetes része és az 1 csavar 2 heggyel ellentétes másik végén kiképzett 3 fej alkotja.

A törésellátás általában első fázisát képező műtéti beavatkozások során a sebész az 1 csavar 2 hegyét beülteti a csont kérgi részébe, majd az 1 csavar 5 menetes részét az 1 csavar 3 fejéhez időlegesen csatlakoztatott szerszám segítségével kívánt mélységig behajtja a csontba.

A hosszúkás kúp alakú 5 menetes rész 1 csavar 2 hegye felé haladva fokozatosan csökkenő kezdeti legnagyobb átmérője azonos a hengeres 4 szár palástátmérőjével. Az 5 menetes rész hossza általában kb. a csavar teljes hosszának egyharmadát teszi ki, de természetesen lehet ennél hosszabb vagy rövidebb is.

Az 1 csavar előnyösen önmetsző típusú, ami alatt azt értjük, hogy a rávágott emelkedő spirálmenet szelvénygeometriájából eredően kellően nagy behajtónyomaték alkalmazása esetén is behatol és befúrja magát az adott esetben előfúrt ellendarabba, azaz a csontba, anélkül, hogy abban előzetesen külön menetmetsző szerszám alkalmazásával megfelelő fogadó anyamenet kialakítására szükség lenne.

A 3. ábra a példaképpen! találmány szerinti 1 csavar 5 menetes része menetszelvényének kinagyított nézete. Előnyösnek bizonyult, ha az 5 menetes részre vágott önmetsző csavarmenetet 1,25 mm-es állandó menetemelkedésű, 15°-30° közötti csúcsszögű háromszög alakú keresztmetszeti szelvényű 9 menetbordás spirálmenetként alakítjuk ki.

Két-két szomszédos 9 menetborda egymással szembenéző fala az 1 csavar X hossztengelye felé összetartó a hegyesszöget zár be, amelynek értéke a 4. ábrán bemutatott példaképpen! szelvénygeometria esetében előnyösen legfeljebb 30°.

A 9 menetbordák közötti 10 menethornyok fenékfelületei a szomszédos 9 menetbordák töveit összekötő homorú felületekként vannak kialakítva, aminek köszönhetően a 9 menetbordák tőtartományaiban nem alakulnak ki idő előtti anyagmegfolyást eredményezhető feszültséggyűjtő helyek, és behajtása során az 1 csavar a befogadó csontszövetet is kevésbé teszi ki helyi torziós és más roncsoló igénybevételeknek. A 10 menethorony fenékfelületét egymás felé lejtő, a csavar hosszmetszeti szelvényében nézve a csavar X hossztengelye felé β tompaszöget bezáróan kúposán összetartó két síkfelület alkotja. A csavarmenet szelvénygeometriáját is érzékeltető 3. és 5. ábrán egyaránt berajzolt β tompaszög célszerűen 120° és 150° közötti, előnyösen 150° nagyságú. A 9 menetbordák bordatöveinél és a 10 menethornyok fenékfelületét alkotó két ferde sík áthatási vonala mentén alkalmazott átmeneti R sugár értékét előnyösen 0,2 mm-re, míg a 9 menetbordák magasságát célszerűen az 1,25 mm-es állandó menetemelkedés háromötödének megfelelő 0,75 mm értékre választjuk meg.

A csavarmenet szelvényének ilyen méretezése esetén a behajtáshoz alkalmazott csavarónyomaték optimális X hossztengelyirányú behúzó erőkomponenst ébreszt. Előnyösnek bizonyult 175 mm-es teljes hosszúságú olyan találmány szerinti 1 csavarok kialakítása és alkalmazása, amelyeken az 5 menetes rész hossza 60 mm.

A praxisban előnyösnek bizonyult, ha a műtétet végző sebész lehorgonyzócsavarok megfelelő méretválasztékából választhatja ki az adott esethez és beavatkozási helyhez legalább közelítőleg megfelelő méretű, különösen hosszúságú lehorgonyzó- 1 csavart. Az ilyen méretválaszték előnyösen tartalmazhat például 40 mm hosszú 5 menetes részt tartalmazó 140 mm teljes hosszúságú 1 csavarokat, 70 mm hosszú 5 menetes részű 210 mm hosszú csavarokat és legalább 80 mm-es menetrészű 255 mm hosszú csavarokat is.

Egy 175 mm hosszú találmány szerinti 1 csavar 4 szárának átmérője előnyösen 6 mm. Ugyancsak 6 mm az 5 menetes rész legnagyobb külső átmérője, és ez az átmérő fokozatosan a 2 hegynél mérhető 4 mm-re csökken. A fentebb ismertetett menetszelvény geometria méretei mellett ez azt jelenti, hogy az 5 me3

HU 224 276 Β1 netes rész legnagyobb 4,5 mm-es magátmérője a 2 begyig 2,5 mm-re csökken.

Előnyösnek bizonyult, ha 1 csavar 2 hegyét egymással szemben elhelyezkedő, síkmarással előállított két 11, 12 levágással látjuk el. A 11, 12 levágások ferde síkjai az 1 csavar X hossztengelyével előnyösen 150°-os φ hajlásszöget zárnak be.

Az ilyen 11, 12 vágatok megkönnyítik az 1 csavar 2 hegyének bevezetését a csontban előfúrt lyukba, és a behajtás kezdőfázisában ugyancsak megkönnyítik az önmetszés, azaz a menetvágás korrekt és viszonylag csontszövetkímélő megkezdését.

Egy, az 1 csavar 3 fejének közelében fekvő gyűrű alakban körbefutó 15 beszúrás megkönnyíti továbbá az 1 csavar külső mechanikus rögzítőszerkezetből adott esetben feleslegesen és környezetzavaróan kinyúló maradék részének utólagos levágását.

A találmány szerinti 1 csavar egyébként az ismert, szokványos műtéti technikával kezelhető és alkalmazható. Előnyösnek bizonyult azonban, ha a csontot előre kifúrjuk annak érdekében, hogy az 1 csavar találmány szerinti szelvénygeometriájú kialakításából eredő önmetsző és önbehúzó hatásmechanizmus optimálisan érvényre juthasson, és a behajtás során ne lépjen fel a szövetkörnyezet túlzott helyi felmelegedése.

Kísérleti úton és az összehasonlító kísérletekhez társított végeselemmódszer (FÉM) szerinti számításokkal értékeltük a találmány szerinti szelvénygeometriájú 1 csavarok és az azoknak megfelelő méretű hagyományos lehorgonyzócsavarok, valamint az azokat befogadó szivacsos csontállomány kölcsönhatását három jellemző állapot,

1. a csavar és a csont közötti teljes alakzáró kapcsolódás (interferencia),

2. a spontán kihúzódási helyzet, és

3. a szimulált tényleges terhelési helyzet modellezésével.

Elöljáróban meg kell jegyezni, hogy a csontban keltett feszültségek vizsgálata nem szolgáltathat abszolút értékeket, mivel a csont nem lineárisan rugalmas anyag. Ebből következik, hogy a végeselemmódszerrel végzett analízisből kapott értékek csak összehasonlításos alapon, tehát a referenciaként használt hagyományos lehorgonyozócsavarok értékeivel összevetve értelmezhető relatív értékek.

Az 1. állapotot az 5 menetes rész átlagos kúpátmérőjének megfelelő 5 mm átlagos menetesrész-átmérőjű és a fentebb ismertetett 0,75 mm menetborda-magasságú 1 csavar 3,2 mm átmérőjű előfúrt lyukba feltételezett behajtásának esetére vettük fel. Ez azt jelenti, hogy az 5 menetes rész átlagos magátmérője 3,5 mm, az „i” interferencia, azaz a magátmérő és az előfúrt lyukátmérő különbségének félértéke tehát egyenlő „i”=(3,5-3,2)/2=0,15 mm-rel.

A 2. állapot, azaz a spontán kihúzódási helyzet szimulálásához a behajtott menetes csavarban egységnyi húzófeszültséget (p=1N/mm²=1Mpa) ébresztő húzóerőt vettünk fel, és megvizsgáltuk annak a csavarral interferenciamentes kötésben lévő szivacsos csontra kifejtett hatását. Ez a helyzet a spontán kihúzódási viszonyokat szimulálja az olyan esetekre, amikor hasonlóan a csontsejtbomlásos helyzetekhez, egyáltalán nincs csavar/csont interferencia.

A 3. paraméter, a valós terhelési helyzet az előbbi két helyzet kombinációjaként áll elő, és ennek szimulációs vizsgálatához „i”=0,15 mm interferenciaértéket és a csavarban 8,5 Mpa belső húzófeszültséget indukáló kihúzóerőt vettünk fel.

A kísérletek és az elvégzett végeselem-módszeres (FÉM) analízis eredményei azt mutatták, hogy a találmány szerinti 1 csavarok alkalmazása esetén lényegesen kedvezőbb a behajtott csavar 5 menetes része környezetében a csontszövetben kialakuló feszültségeloszlás. A kihúzódási ellenállást szimuláló vizsgálat során nyert nyomófeszültség-megoszlás azt mutatja, hogy a találmány szerinti csavar esetében a csavar több menete veszi fel a húzófeszültséget, tehát több menet viseli a terhelést. Ezzel szemben a hagyományos csavarok esetében a terhelést főként csak egyetlen menet hordja.

A szimulációs eredmények azt is valószínűsítették, hogy a találmány szerinti csavarok még interferencia teljes hiánya, konkrétan például túl nagy méretű előre fúrt lyuk, sejtbomlás vagy csontritkulás esetében is kedvezőbbek a hagyományos csavaroknál, mert a több menetre szétoszló teherhordás nagyobb kihúzó-, illetve kihúzódási erővel szembeni eredő ellenállást eredményez.

A találmány szerinti lehorgonyzócsavar amellett tehát, hogy megfelel a találmánnyal elérni kívánt célnak, számos további előnnyel is rendelkezik. Ezek közül kiemelkedik az, hogy menetszelvényének találmány szerinti geometriája miatt a behajtott csavar környezetében a csontban optimális feszültségmegoszlás alakul ki. Ez nagy valószínűséggel a menetbordák viszonylag nagy felületének, valamint annak köszönhető, hogy a találmány szerint homorú fenékfelületű, relatív széles menethornyokba kellő mennyiségű, kezdetben laza, majd fokozatosan keményebbé váló csontszövet tud berakódni. Emiatt azonos terhelés kisebb feszültségeket ébreszt a csontban, és a csavar behajtásához szükséges csavarónyomaték értéke is kisebb.

Claims (10)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Ortopédsebészeti lehorgonyozócsavar, különösen csonttörések ellátásához a csontok helyzetmegtartó rögzítésére szolgáló külső mechanikus rögzítőszerkezetekhez, amelynek lényeges funkcionális részekként egy hegyben végződő enyhén kúpos menetes résszel rendelkező hengeres szára és a szár heggyel ellentétes másik végén kiképzett feje van, és a hegy felé kúposán csökkenő átmérőjű menetes rész legalább meghatározott hossztengelyirányú szakasza egy állandó menetemelkedésű, csúcsszögként hegyesszögű háromszög alakú keresztmetszeti szelvényű menetbordás csavarmenettel van ellátva, azzal jellemezve, hogy a menetbordák (9) közötti menethorony (10) homorú fenékfelületét kúposán összetartó két síkfelület alkotja.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a menetbordák (9) közötti menethorony (10) homorú fenékfelületét a csavar (1) hosszmetszeti szelvényében nézve a csavar (1) hossztengelye (X) felé tompaszöget (β) bezáróan kúposán összetartó két síkfelület alkotja.
3. 3. A 2. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a menethorony (10) homorú fenékfelületét alkotó síkfelületek által bezárt tompaszög (β) legalább 150°-os,
4. 4. Az 1. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a menetbordák (9) keresztmetszeti szelvényének csúcsszöge 15°-30° tartományba eső értékű hegyesszög.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a menetes rész (5) meghatározott hossztengely- (X) irányú szakasza 1,25 mm-es állandó menetemelkedésű csavarmenettel van ellátva.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a csavarmenet két-két szomszédos menetbordájának (9) egymással szembenéző fala a csavar (1) hossztengelye (X) felé összetartó hegyesszöget (a) zár be.
7. 7. A 6. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a csavarmenet két-két szomszédos menetbordájának (9) egymással szembenéző fala a csavar (1) hossztengelye (X) felé összetartó legfeljebb 30°-os, előnyösen a 15“-30° tartományba eső hegyesszöget (a) zár be.
8. 8. Az 1. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a menetes rész (5) hosszúsága a csavar (1) teljes hosszának közelítőleg egyharmadával egyenlő.
9. 9. Az 1. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a menetborda (9) magassága a menetemelkedés háromötödével egyenlő.
10. 10. A 9. igénypont szerinti lehorgonyzócsavar, azzal jellemezve, hogy a menetborda (9) magassága 0,75 mm.