WO2004086991A1 - Bone screw - Google Patents

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WO2004086991A1
WO2004086991A1 PCT/CH2003/000221 CH0300221W WO2004086991A1 WO 2004086991 A1 WO2004086991 A1 WO 2004086991A1 CH 0300221 W CH0300221 W CH 0300221W WO 2004086991 A1 WO2004086991 A1 WO 2004086991A1
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WO
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thread
bone screw
tool
longitudinal axis
threaded shaft
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Application number
PCT/CH2003/000221
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German (de)
French (fr)
Inventor
Chad Munro
Cristian Raehle
Original Assignee
Stratec Medical Ag
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Publication date
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Priority to PCT/CH2003/000221 priority patent/WO2004086991A1/en
Priority to TW093106673A priority patent/TW200507797A/en
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Priority to CL200400673A priority patent/CL2004000673A1/en
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B17/8625—Shanks, i.e. parts contacting bone tissue
    • A61B17/863—Shanks, i.e. parts contacting bone tissue with thread interrupted or changing its form along shank, other than constant taper
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
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    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A61B17/866—Material or manufacture

Definitions

  • the invention relates to a bone screw according to the preamble of patent claim 1 and to a method for producing a bone screw according to the preamble of patent claim 11.
  • the bone screws that can be used in osteosynthesis are subject to various requirements, such as
  • Bone screws in particular pedicle screws, must be kept small in diameter because of the dimensions of pedicles or also of bone fragments;
  • the bone screws must withstand the static and dynamic loads.
  • Such a bone screw with a thread whose thread depth decreases towards the screw head is known from WO 90/02526 BLAIR.
  • the thread has a constant outside diameter, so that a stronger core can be produced due to the reduced thread depth, which gives the bone screw increased strength. Furthermore, the reduced thread depth compresses the bone material between the threads.
  • a disadvantage of this known bone screw is that the compression takes place only in the radial direction, as a result of which the load-bearing capacity of the bone is increased only in the radial direction.
  • the production of this known bone screw is very complex.
  • the width between the two thread flanks enclosing the thread rib remains constant, while the width between two thread ribs at the core of the thread increases.
  • the production of such a varying thread profile requires machining the thread in several steps or with several tools.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention has for its object to provide a bone screw with a threaded shaft, the thread of which can be produced without complex tool displacements and with a single tool.
  • the invention achieves the stated object with a bone screw, which has the features of claim 1, and with a method for producing a bone screw, which has the steps of claim 11.
  • the bone screw is suitable for use as a hip screw in the proximal femur;
  • a constant width can be produced at the core between two adjacent thread grooves, so that the thread can be produced with a single tool and one operation;
  • the reduction in the cross-sectional area of the thread groove viewed in a cross section orthogonal to the longitudinal axis is achieved by a core diameter D K increasing from the front end to the rear end of the threaded shaft.
  • this increase in the core diameter D ⁇ over the length L of the threaded shaft can be configured continuously or discontinuously. This has the advantage that compression of the spongy bone structure can be achieved without destroying it, which also enables better power transmission between the bone screw and the bone, with radial compression due to the increasing core diameter and on the other hand an axial compression between the threads can be achieved by the increasing thread profile with constant thread pitch.
  • flank angle of at least one flank segment of the threaded rib is constant over the length L of the threaded shaft.
  • the thread comprises a thread rib, which is viewed in a cross section orthogonal to the longitudinal axis and, measured at the core of the threaded shaft, has a constant flank angle ⁇ > 0 over at least part of the length L.
  • the flank angle ⁇ > 0 causes an axial compression of the bone material, which is thereby made more stable in the axial direction.
  • the flank angle ⁇ of the flank part bordering the thread core is in a range from 10 ° to 50 °, preferably from 20 ° to 40 °.
  • the thread comprises a thread rib which has a flank angle ß on the core and a flank angle ß 'on the thread periphery, the flank angles ß and ß' being different from one another at least over part of the length L.
  • the design of the thread rib with a flank angle ⁇ ' has the advantage that there is no "knife edge" without significantly reducing the amount of bone material lying between the individual turns. Efficient bone compression requires that as much bone material as possible in the thread grooves, thus drastically reducing the cutting effect of the thread when there is a relative movement between the bone and the screw under load.
  • the thread segment with the flank angle ⁇ ' extends only over a part of the length of the threaded shaft which borders on the front end of the external thread and disappears against the rear end of the threaded shaft.
  • the core diameter DK of the threaded shaft increases discontinuously towards the rear end of the threaded shaft. This version is essentially suitable for very small screw-in depths of the bone screw in the bone, where compression is still required.
  • the thread is designed with a symmetrical thread profile. This provides the advantage that the bone screw has approximately the same properties with regard to tensile and compressive stress (pulling out / puncturing).
  • the thread is designed with an asymmetrical thread profile, so that the bone screw can be optimized for one-sided loading, for example to max. Pull-out force, but low puncture force when the tensile load prevails or vice versa to max. Puncture force, but low pull-out force with prevailing pressure load.
  • the thread is a multi-start thread, preferably a 2-start thread.
  • the contact area between the thread and the bone must be increased.
  • a multiplication of the thread turns at the same pitch is advantageously used, so that the anchoring of the bone screw is also improved without, however, as in the first case, increasing the screwing time for the bone screw.
  • the bone screw according to the invention can be used alone or together with other osteosynthetic devices.
  • the bone screw according to the invention can be used as a hip screw together with an intramedullary nail for the fixation of the hip joint head.
  • the bone screw has advantages especially in cancellous bone in places where high stress occurs, particularly on condyles, tibia proximal and distal, humerus proximal, foot or spine.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the threaded shaft of an embodiment of the bone screw according to the invention.
  • FIG. 2 shows a view of an embodiment of the bone screw according to the invention
  • FIG. 3 shows a detail from the thread on the front segment of the threaded shaft of the embodiment of the bone screw according to the invention shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a detail from the thread on the rear segment of the threaded shaft of the embodiment of the bone screw according to the invention shown in FIG. 2;
  • Fig. 5 is a schematic representation of the method for producing a bone screw.
  • the thread 6 has a constant outside diameter D and has a thread rib 17 and a thread groove 18.
  • the flank angle ⁇ of the thread rib 17 and the width b of the thread groove 18 measured in the front and rear segment 11; 12 of the thread shaft 5 at the core 7 of the thread shaft 5 are constant between the front end 3 and the rear end 4 of the threaded shaft 5.
  • the cross-sectional area of the threaded groove 18 viewed in a cross section orthogonal to the longitudinal axis 2 is reduced between the front end 3 and the rear end 4 of the threaded shaft 5 for the purpose of compressing the bone material in the axial and radial directions.
  • the reduction in the cross-sectional area of the thread groove 18 is achieved in this embodiment of the bone screw 1 according to the invention in that in the rear segment 12 of the threaded shaft 5 the core diameter DK of the threaded shaft 5 is larger than in the front segment 12 of the threaded shaft 5.
  • the configuration of the thread groove 18 with a width b at the core 7 of the threaded shaft 5 which is constant over the length L and a constant flank angle ⁇ of the thread rib 17 means that the cross-sectional area 20 of the thread groove 18 having a height h in the rear segment 12 is identical to a part of the cross-sectional area 19 having the height h in the front segment 11.
  • FIG. 2 Shown in FIG. 2 is a bone screw 1, the thread 6 of which differs from the thread 6 shown in FIG. 1 only in that, in a cross section orthogonal to the longitudinal axis 2, the threaded rib 17 in the front segment 11 has two different flank angles ⁇ ; 'Flank segments 9; 10 (FIG. 3), the threaded rib 17 comprising an inner flank segment 10 adjacent to the core 7 of the threaded shaft 5 and an outer flank segment 9 bordering the thread periphery 8.
  • the flank angle ⁇ 'of the peripheral flank part 9 measured at the outer diameter D is 0 °
  • the flank angle ⁇ of the flank part 10 bordering the thread core 7 is 40 ° here.
  • FIG. 5 the method for producing a bone screw 1 (Fig. 2) is shown schematically. The process includes the following steps:
  • steps c) to f) are repeated until the penetration depth Xj corresponds to the desired thread depth T.

Abstract

The invention relates to a bone screw (1) comprising a threaded shank (5) with a longitudinal axis (2), a length L, a front end (3), a rear end (4) and a thread (6) that has a thread profile P. The external diameter D and the pitch of the thread (6) remain constant over the length L and the thread profile P reduces towards the rear end (4) of the threaded shank over at least one section of the length L. The thread profile P at the core (7) of the threaded shank has a constant width b, measured over the length L.

Description

Knochenschraubebone screw
Die Erfindung bezieht sich auf eine Knochenschraube, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Knochenschraube, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.The invention relates to a bone screw according to the preamble of patent claim 1 and to a method for producing a bone screw according to the preamble of patent claim 11.
An die in der Osteosynthese einsetzbaren Knochenschrauben werden verschiedenste Anforderungen gestellt, wieThe bone screws that can be used in osteosynthesis are subject to various requirements, such as
- Knochenschrauben, insbesondere Pedikelschrauben müssen wegen der Abmessungen von Pedikeln oder auch von Knochenfragmenten im Durchmesser klein gehalten werden;- Bone screws, in particular pedicle screws, must be kept small in diameter because of the dimensions of pedicles or also of bone fragments;
- und müssen andererseits einen maximalen Halt im porösen Knochenmaterial gewährleisten, was beispielsweise ein spezielles Gewindeprofil erfordert; und- and on the other hand must ensure maximum hold in the porous bone material, which requires, for example, a special thread profile; and
- die Knochenschrauben müssen den statischen und dynamischen Belastungen standhalten.- The bone screws must withstand the static and dynamic loads.
Eine solche Knochenschraube mit einem Gewinde, dessen Gewindetiefe gegen den Schraubenkopf hin abnimmt, ist aus der WO 90/02526 BLAIR bekannt. Das Gewinde weist einen konstanten Aussendurchmesser auf, so dass durch die verringerte Gewindetiefe ein stärkerer Kern herstellbar ist, wodurch die Knochenschraube eine erhöhte Festigkeit erhält. Ferner wird durch die verringerte Gewindetiefe das Knochenmaterial zwischen den Gewindegängen komprimiert. Nachteilig an dieser bekannten Knochenschraube ist, dass die Kompression nur in radialer Richtung erfolgt, wodurch auch nur in radialer Richtung die Tragfähigkeit des Knochens erhöht wird. Zudem ist die Herstellung dieser bekannten Knochenschraube sehr aufwendig. Die Breite zwischen den zwei die Gewinderippe einschliessenden Gewindeflanken bleibt konstant, während die Breite zwischen zwei Gewinderippen am Kern des Gewindes zunimmt. Die Herstellung eines solchen variierenden Gewindeprofiles erfordert ein Bearbeiten des Gewindes in mehreren Schritten respektive mit mehreren Werkzeugen. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Knochenschraube mit einem Gewindeschaft zu schaffen, dessen Gewinde ohne aufwendige Werkzeugverschiebungen und mit einem einzigen Werkzeug herstellbar ist.Such a bone screw with a thread whose thread depth decreases towards the screw head is known from WO 90/02526 BLAIR. The thread has a constant outside diameter, so that a stronger core can be produced due to the reduced thread depth, which gives the bone screw increased strength. Furthermore, the reduced thread depth compresses the bone material between the threads. A disadvantage of this known bone screw is that the compression takes place only in the radial direction, as a result of which the load-bearing capacity of the bone is increased only in the radial direction. In addition, the production of this known bone screw is very complex. The width between the two thread flanks enclosing the thread rib remains constant, while the width between two thread ribs at the core of the thread increases. The production of such a varying thread profile requires machining the thread in several steps or with several tools. The invention seeks to remedy this. The invention has for its object to provide a bone screw with a threaded shaft, the thread of which can be produced without complex tool displacements and with a single tool.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Knochenschraube, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer Knochenschraube, welches die Schritte des Anspruchs 11 aufweist.The invention achieves the stated object with a bone screw, which has the features of claim 1, and with a method for producing a bone screw, which has the steps of claim 11.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Knochenschraube:The advantages achieved by the invention can essentially be seen in the fact that, thanks to the bone screw according to the invention:
- für den Gewindeschaft im Knochenmaterial, insbesondere in der porösen Spongiosa durch deren Kompression ein besserer Halt in radialer und axialer Richtung erreichbar ist;- For the threaded shaft in the bone material, in particular in the porous cancellous bone, a better hold in the radial and axial direction can be achieved by the compression thereof;
- die Knochenschraube für eine Anwendung als Hüftschraube im proximalen Femur geeignet ist;- The bone screw is suitable for use as a hip screw in the proximal femur;
- die „Durchschneidewirkung" des Gewindes quer zur Schraubenachse deutlich verringert wird;- The "cutting effect" of the thread transverse to the screw axis is significantly reduced;
- am Kern eine konstante Breite zwischen zwei benachbarten Gewinderillen herstellbar ist, so dass das Gewinde mit einem einzigen Werkzeug und einem Arbeitsgang herstellbar ist; unda constant width can be produced at the core between two adjacent thread grooves, so that the thread can be produced with a single tool and one operation; and
- somit keine bedeutenden Merkosten in der Herstellung verursacht werden.- thus no significant production costs are incurred.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verringerung der in einem zur Längsachse orthogonalen Querschnitt betrachteten Querschnittsfläche der Gewinderille durch einen vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Gewindeschaftes zunehmenden Kerndurchmesser DK erreicht. In verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung kann diese Zunahme des Kerndurchmessers Dκ über der Länge L des Gewindeschaftes kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgestaltet sein. Hierdurch ist der Vorteil erreichbar, dass eine Kompression der schwammartigen Knochenstruktur ohne Zerstörung derselben erreichbar ist, wodurch ebenfalls eine bessere Kraftübertragung zwischen der Knochenschraube und dem Knochen erreichbar ist, wobei einerseits eine radiale Kompression durch den zunehmenden Kerndurchmesser und andererseits eine axiale Kompression zwischen den Gewindegängen durch das zunehmende Gewindeprofil bei konstanter Gewindesteigung erreichbar ist.In a preferred embodiment, the reduction in the cross-sectional area of the thread groove viewed in a cross section orthogonal to the longitudinal axis is achieved by a core diameter D K increasing from the front end to the rear end of the threaded shaft. In various configurations of the invention, this increase in the core diameter D κ over the length L of the threaded shaft can be configured continuously or discontinuously. This has the advantage that compression of the spongy bone structure can be achieved without destroying it, which also enables better power transmission between the bone screw and the bone, with radial compression due to the increasing core diameter and on the other hand an axial compression between the threads can be achieved by the increasing thread profile with constant thread pitch.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Flankenwinkel mindestens eines Flankensegmentes der Gewinderippe über der Länge L des Gewindeschaftes konstant.In a further embodiment, the flank angle of at least one flank segment of the threaded rib is constant over the length L of the threaded shaft.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Gewinde eine Gewinderippe, welche in einem zur Längsachse orthogonalen Querschnitt betrachtet und beim Kern des Gewindeschaftes gemessen mindestens über einem Teil der Länge L einen konstanten Flankenwinkel ß > 0 aufweist. Der Flankenwinkel ß > 0 bewirkt eine axiale Kompression des Knochenmaterials, welches dadurch auch in axialer Richtung tragfähiger gemacht wird.In another embodiment, the thread comprises a thread rib, which is viewed in a cross section orthogonal to the longitudinal axis and, measured at the core of the threaded shaft, has a constant flank angle β> 0 over at least part of the length L. The flank angle β> 0 causes an axial compression of the bone material, which is thereby made more stable in the axial direction.
Der Flankenwinkel ß des an den Gewindekern grenzenden Flankenteiles liegt in einem Bereich von 10° - 50 °, vorzugsweise von 20° - 40°.The flank angle β of the flank part bordering the thread core is in a range from 10 ° to 50 °, preferably from 20 ° to 40 °.
In wiederum einer anderen Ausführungsform umfasst das Gewinde eine Gewinderippe, welche am Kern einen Flankenwinkel ß und an der Gewindeperipherie einen Flankenwinkel ß' aufweist, wobei die Flankenwinkel ß und ß' mindestens auf einem Teil der Länge L voneinander verschieden sind. Die Ausgestaltung der Gewinderippe mit einem Flankenwinkel ß' hat den Vorteil, dass keine „Messerkante" entsteht, ohne dass dadurch die Menge des Knochenmaterials, welche zwischen den einzelnen Windungen liegt, wesentlich reduziert wird. Eine effiziente Knochenkompression setzt nämlich voraus, dass möglichst viel Knochenmaterial in den Gewinderillen liegt. Somit wird die Durchschneidewirkung des Gewindes, bei einer Relativbewegung zwischen dem Knochen und der Schraube unter Belastung, drastisch reduziert.In yet another embodiment, the thread comprises a thread rib which has a flank angle ß on the core and a flank angle ß 'on the thread periphery, the flank angles ß and ß' being different from one another at least over part of the length L. The design of the thread rib with a flank angle β 'has the advantage that there is no "knife edge" without significantly reducing the amount of bone material lying between the individual turns. Efficient bone compression requires that as much bone material as possible in the thread grooves, thus drastically reducing the cutting effect of the thread when there is a relative movement between the bone and the screw under load.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich das Gewindesegment mit dem Flankenwinkel ß' nur auf einen, an das vordere Ende des Aussengewindes grenzenden Teil der Länge des Gewindeschaftes und verschwindet gegen das hintere Ende des Gewindeschaftes. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass auf einem Teil der Länge des Gewindeschaftes eine Knochenkompression bis an den Aussendurchmesser des Gewindeschaftes erreichbar ist. In wiederum einer weiteren Ausführungsform nimmt der Kerndurchmesser DK des Gewindeschaftes kontinuierlich gegen das hintere Ende des Gewindeschaftes zu. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass die Steifigkeit der Knochenschraube kontinuierlich zunimmt, wodurch bessere Eigenschaften bei Dauerbeanspruchung, insbesondere eine bessere Dauerfestigkeit erreichbar sind. Ferner nimmt die Kompression des Knochenmaterials kontinuierlich zu, so dass ein besseres Einschraubverhalten der Knochenschraube erreichbar ist.In a further embodiment, the thread segment with the flank angle β 'extends only over a part of the length of the threaded shaft which borders on the front end of the external thread and disappears against the rear end of the threaded shaft. This provides the advantage that bone compression up to the outer diameter of the threaded shaft can be achieved over part of the length of the threaded shaft. In yet another embodiment, the core diameter DK of the threaded shaft increases continuously towards the rear end of the threaded shaft. The advantage of this design is that the stiffness of the bone screw increases continuously, which means that better properties can be achieved under long-term stress, in particular better fatigue strength. Furthermore, the compression of the bone material increases continuously, so that better screwing behavior of the bone screw can be achieved.
In einer anderen Ausführungsform nimmt der Kerndurchmesser DK des Gewindeschaftes diskontinuierlich gegen das hintere Ende des Gewindeschaftes zu. Diese Ausführung eignet sich im wesentlichen bei sehr geringen Einschraubtiefen der Knochenschraube in den Knochen, wo dennoch eine Kompression benötigt wird.In another embodiment, the core diameter DK of the threaded shaft increases discontinuously towards the rear end of the threaded shaft. This version is essentially suitable for very small screw-in depths of the bone screw in the bone, where compression is still required.
In wiederum einer anderen Ausführungsform ist das Gewinde mit einem symmetrischen Gewindeprofil ausgestaltet. Hierdurch ist der Vorteil erreichbar, dass die Knochenschraube bezüglich Zug- und Druckbelastung (Ausreissen/Durchstossen) annähernd gleiche Eigenschaften aufweist.In yet another embodiment, the thread is designed with a symmetrical thread profile. This provides the advantage that the bone screw has approximately the same properties with regard to tensile and compressive stress (pulling out / puncturing).
In einer weiteren Ausführungsform ist das Gewinde mit einem asymmetrischen Gewindeprofil ausgestaltet, so dass die Knochenschraube auf eine einseitige Belastung hin optimiert werden kann, beispielsweise auf max. Ausreisskraft, aber niedrige Durchstosskraft bei vorherrschender Zugbelastung oder umgekehrt auf max. Durchstosskraft, aber niedrige Ausreisskraft bei vorherrschender Druckbelastung.In a further embodiment, the thread is designed with an asymmetrical thread profile, so that the bone screw can be optimized for one-sided loading, for example to max. Pull-out force, but low puncture force when the tensile load prevails or vice versa to max. Puncture force, but low pull-out force with prevailing pressure load.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist das Gewinde ein mehrgängiges Gewinde, vorzugsweise ein 2-gängiges Gewinde. Um eine bessere Verankerung der Knochenschraube zu erreichen, muss die Kontaktfläche zwischen Gewinde und Knochen erhöht werden. Anstelle einer Erhöhung der Anzahl Flanken im Knochen durch Verringerung der Gewindesteigung wird vorteilhafterweise eine Vervielfachung der Gewindegänge bei gleicher Steigung angewendet, so dass ebenfalls die Verankerung der Knochenschraube verbessert wird, ohne allerdings - wie im ersten Fall - die Einschraubzeit für die Knochenschraube zu erhöhen. Die erfindungsgemässe Knochenschraube lässt sich allein oder zusammen mit anderen osteosynthetischen Vorrichtungen verwenden. Beispielsweise kann die erfindungsgemässe Knochenschraube als Hüftschraube zusammen mit einem Marknagel zur Fixation des Hüftgelenkkopfes verwendet werden. Die Knochenschraube bringt Vorteile speziell in der Spongiosa an Stellen, wo hohe Belastungen auftreten, insbesondere an Kondylen, Tibia proximal und distal, Humerus proximal, Fuss oder Wirbelsäule.In yet another embodiment, the thread is a multi-start thread, preferably a 2-start thread. In order to achieve better anchoring of the bone screw, the contact area between the thread and the bone must be increased. Instead of increasing the number of flanks in the bone by reducing the thread pitch, a multiplication of the thread turns at the same pitch is advantageously used, so that the anchoring of the bone screw is also improved without, however, as in the first case, increasing the screwing time for the bone screw. The bone screw according to the invention can be used alone or together with other osteosynthetic devices. For example, the bone screw according to the invention can be used as a hip screw together with an intramedullary nail for the fixation of the hip joint head. The bone screw has advantages especially in cancellous bone in places where high stress occurs, particularly on condyles, tibia proximal and distal, humerus proximal, foot or spine.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.The invention and further developments of the invention are explained in more detail below on the basis of the partially schematic representations of several exemplary embodiments.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Gewindeschaft einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Knochenschraube;1 shows a longitudinal section through the threaded shaft of an embodiment of the bone screw according to the invention.
Fig. 2 eine Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Knochenschraube;2 shows a view of an embodiment of the bone screw according to the invention;
Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Gewinde am vorderen Segment des Gewindeschaftes der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Knochenschraube;3 shows a detail from the thread on the front segment of the threaded shaft of the embodiment of the bone screw according to the invention shown in FIG. 2;
Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Gewinde am hinteren Segment des Gewindeschaftes der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Knochenschraube; und4 shows a detail from the thread on the rear segment of the threaded shaft of the embodiment of the bone screw according to the invention shown in FIG. 2; and
Fig. 5 eine schematische Darstellung betreffend des Verfahrens zur Herstellung einer Knochenschraube.Fig. 5 is a schematic representation of the method for producing a bone screw.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Knochenschraube 1 dargestellt, welche einen zur Längsachse 2 koaxialen Gewindeschaft 5 mit einem eine konstante Gewindesteigung aufweisenden Gewinde 6 umfasst. Das Gewinde 6 weist einen konstanten Aussendurchmesser D auf und hat eine Gewinderippe 17 und eine Gewinderille 18. Der Flankenwinkel ß der Gewinderippe 17 und die im vorderen und hinteren Segment 11 ;12 des Gewindeschaftes 5 am Kern 7 des Gewindeschaftes 5 gemessene Breite b der Gewinderille 18 sind zwischen dem vorderen Ende 3 und dem hinteren Ende 4 des Gewindeschaftes 5 konstant. Die in einem zur Längsachse 2 orthogonalen Querschnitt betrachtete Querschnittsfläche der Gewinderille 18 verringert sich zwischen dem vorderen Ende 3 und dem hinteren Ende 4 des Gewindeschaftes 5 zwecks Kompression des Knochenmaterials in axialer und radialer Richtung. Die Verringerung der Querschnittsfläche der Gewinderille 18 wird bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemässen Knochenschraube 1 dadurch erreicht, dass im hinteren Segment 12 des Gewindeschaftes 5 der Kerndurchmesser DK des Gewindeschaftes 5 grösser ist als im vorderen Segment 12 des Gewindeschaftes 5.1 shows an embodiment of the bone screw 1 according to the invention, which has a threaded shaft 5 coaxial with the longitudinal axis 2 with a one includes constant thread pitch thread 6. The thread 6 has a constant outside diameter D and has a thread rib 17 and a thread groove 18. The flank angle β of the thread rib 17 and the width b of the thread groove 18 measured in the front and rear segment 11; 12 of the thread shaft 5 at the core 7 of the thread shaft 5 are constant between the front end 3 and the rear end 4 of the threaded shaft 5. The cross-sectional area of the threaded groove 18 viewed in a cross section orthogonal to the longitudinal axis 2 is reduced between the front end 3 and the rear end 4 of the threaded shaft 5 for the purpose of compressing the bone material in the axial and radial directions. The reduction in the cross-sectional area of the thread groove 18 is achieved in this embodiment of the bone screw 1 according to the invention in that in the rear segment 12 of the threaded shaft 5 the core diameter DK of the threaded shaft 5 is larger than in the front segment 12 of the threaded shaft 5.
Durch die Ausgestaltung der Gewinderille 18 mit einer über der Länge L konstanten Breite b am Kern 7 des Gewindeschaftes 5 und einem konstanten Flankenwinkel ß der Gewinderippe 17 ist erreichbar, dass die Querschnittsfläche 20 der eine Höhe h aufweisenden Gewinderille 18 im hinteren Segment 12 identisch ist zu einem die Höhe h aufweisenden Teil der Querschnittsfläche 19 im vorderen Segment 11.The configuration of the thread groove 18 with a width b at the core 7 of the threaded shaft 5 which is constant over the length L and a constant flank angle β of the thread rib 17 means that the cross-sectional area 20 of the thread groove 18 having a height h in the rear segment 12 is identical to a part of the cross-sectional area 19 having the height h in the front segment 11.
In Fig. 2 dargestellt ist eine Knochenschraube 1 , deren Gewinde 6 sich von dem in Fig. 1 dargestellten Gewinde 6 nur darin unterscheidet, dass in einem zur Längsachse 2 orthogonalen Querschnitt betrachtet die Gewinderippe 17 im vorderen Segment 11 zwei einen unterschiedlichen Flankenwinkel ß;ß' aufweisende Flankensegmente 9;10 umfasst (Fig. 3), wobei die Gewinderippe 17 ein an den Kern 7 des Gewindeschaftes 5 angrenzendes, inneres Flankensegment 10 und an die Gewindeperipherie 8 grenzend ein äusseres Flankensegment 9 umfasst. Im vorderen Gewindesegment 11 beträgt der am Aussendurchmesser D gemessene Flankenwinkel ß' des peripheren Flankenteiles 9 0°, während der Flankenwinkel ß des an den Gewindekern 7 grenzenden Flankenteiles 10 hier 40° beträgt. Im hinteren Gewindesegment 12 - mit dem grösseren Kerndurchmesser - fallen die beiden Flankenteile 9 und 10 zusammen und weisen den gemeinsamen Flankenwinkel ß auf (Fig. 4). Durch die Zunahme des Kerndurchmessers geht somit der Teil des Gewindes mit dem Flankenwinkel ß' verloren. In Fig. 5 wird das Verfahren zur Herstellung einer Knochenschraube 1 (Fig. 2) schematisch dargestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:Shown in FIG. 2 is a bone screw 1, the thread 6 of which differs from the thread 6 shown in FIG. 1 only in that, in a cross section orthogonal to the longitudinal axis 2, the threaded rib 17 in the front segment 11 has two different flank angles β; 'Flank segments 9; 10 (FIG. 3), the threaded rib 17 comprising an inner flank segment 10 adjacent to the core 7 of the threaded shaft 5 and an outer flank segment 9 bordering the thread periphery 8. In the front thread segment 11, the flank angle β 'of the peripheral flank part 9 measured at the outer diameter D is 0 °, while the flank angle β of the flank part 10 bordering the thread core 7 is 40 ° here. In the rear thread segment 12 - with the larger core diameter - the two flank parts 9 and 10 coincide and have the common flank angle β (FIG. 4). Due to the increase in the core diameter, the part of the thread with the flank angle β 'is lost. In Fig. 5, the method for producing a bone screw 1 (Fig. 2) is shown schematically. The process includes the following steps:
a) Einspannen des Schraubenrohlinges 30 an seinem hinteren Ende 33 in einer Antriebsvorrichtung (nicht gezeichnet); b) Rotieren des Schraubenrohlinges 30 um seine Längsachse 2 mittels der Antriebsvorrichtung; c) Positionieren eines Werkzeuges 31 , welches eine zum Gewindeprofil des Gewindes 6 komplementär ausgestaltete Werkzeugspitze 35 aufweist, in einer ersten Position, so dass die Werkzeugspitze 35 axial ausserhalb des Schraubenrohlinges 30 liegt; d) Verschieben des Werkzeuges 31 senkrecht zur Längsachse 2 gegen das Innere des Schraubenrohlinges 30, bis sich das freie Ende 32 der Werkzeugspitze 35 in einer von der Mantelfläche 36 des Schraubenrohlinges 30 senkrecht zur Längsachse 2 gemessenen Eindringtiefe x < R befindet, wobei R der Radius der Mantelfläche 36 ist; e) Verschieben des Werkzeuges 31 parallel zur Längsachse (2) bis zum eingespannten, hinteren Ende 33, wobei die Geschwindigkeit der Verschiebung derart gewählt ist, dass bei vorgegebener Umdrehungszahl eine Gewinderille mit der Steigung des gewünschten Gewindes 6 geschnitten wird; f) Verschieben des Werkzeuges 31 senkrecht zur Längsachse 2 derart, dass während der axialen Verschiebung des Werkzeuges 31 dieses zusätzlich dort, wo der Kerndurchmesser des Gewindes 6 variiert, bis die lokale Eindringtiefe x bei jeder axialen Position des Werkzeuges 31 komplementär zum gewünschten Radius RK des Gewindekernes an dieser Stelle ist.a) clamping the screw blank 30 at its rear end 33 in a drive device (not shown); b) rotating the screw blank 30 about its longitudinal axis 2 by means of the drive device; c) positioning a tool 31, which has a tool tip 35 designed to complement the thread profile of the thread 6, in a first position, so that the tool tip 35 lies axially outside of the screw blank 30; d) Moving the tool 31 perpendicular to the longitudinal axis 2 against the inside of the screw blank 30 until the free end 32 of the tool tip 35 is at a penetration depth x <R measured by the lateral surface 36 of the screw blank 30 perpendicular to the longitudinal axis 2, where R is the radius the outer surface is 36; e) displacement of the tool 31 parallel to the longitudinal axis (2) to the clamped, rear end 33, the speed of the displacement being selected such that a thread groove is cut with the pitch of the desired thread 6 at a predetermined number of revolutions; f) Moving the tool 31 perpendicular to the longitudinal axis 2 such that during the axial displacement of the tool 31 this, where the core diameter of the thread 6 varies, until the local depth of penetration x at each axial position of the tool 31 is complementary to the desired radius RK of Thread core at this point is.
Falls das Gewinde 6 nicht in einem Durchgang geschnitten werden kann und die Eindringtiefe x kleiner als die gewünschte Gewindetiefe T ist, werden die Schritte c) bis f) solange wiederholt, bis die Eindringtiefe Xj der gewünschten Gewindetiefe T entspricht. If the thread 6 cannot be cut in one pass and the penetration depth x is smaller than the desired thread depth T, steps c) to f) are repeated until the penetration depth Xj corresponds to the desired thread depth T.

Claims

Patentansprüche claims
1. Knochenschraube (1 ) umfassend1. Comprehensive bone screw (1)
A) einen Gewindeschaft (5) mit einer Längsachse (2), einer Länge L, einem vorderen Ende (3), einem hinteren Ende (4) und einem ein Gewindeprofil P aufweisenden Gewinde (6), wobeiA) a threaded shaft (5) with a longitudinal axis (2), a length L, a front end (3), a rear end (4) and a thread (6) having a thread profile P, wherein
B) der Aussendurchmesser D und die Gewindesteigung des Gewindes (6) über der Länge L konstant ist; undB) the outer diameter D and the thread pitch of the thread (6) is constant over the length L; and
C) das Gewindeprofil P sich gegen das hintere Ende (4) des Gewindeschaftes mindestens auf einem Teil der Länge L verringert, dadurch gekennzeichnet, dassC) the thread profile P is reduced towards the rear end (4) of the threaded shaft at least over part of the length L, characterized in that
D) das Gewindeprofil P am Kern (7) des Gewindeschaftes (5) gemessen über der Länge L eine konstante Breite b aufweist.D) the thread profile P on the core (7) of the threaded shaft (5) measured over the length L has a constant width b.
2. Knochenschraube (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (6) eine Gewinderippe (17) umfasst, welche im zur Längsachse (2) orthogonalen Querschnitt betrachtet und beim Kern (7) gemessen mindestens über einem Teil der Länge L einen konstanten Flankenwinkel ß > 0 aufweist.2. Bone screw (1) according to claim 1, characterized in that the thread (6) comprises a threaded rib (17) which is viewed in cross section orthogonal to the longitudinal axis (2) and measured at least over part of the length L in the core (7) has a constant flank angle β> 0.
3. Knochenschraube (1) nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel ß des an den Gewindekern (7) grenzenden Flankenteiles (10) im Bereich von 10° - 50 β, vorzugsweise von 20° - 40° liegt.3. Bone screw (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the flank angle β of the flank part (10) bordering on the thread core (7) is in the range from 10 ° - 50 β , preferably from 20 ° - 40 °.
4. Knochenschraube nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (6) eine Gewinderippe (17) umfasst, welche am Kern (7) einen Flankenwinkel ß und an der Gewindeperipherie (8) einen Flankenwinkel ß' aufweisen, wobei die Flankenwinkel ß und ß' mindestens auf einem Teil der Länge L voneinander verschieden sind.4. Bone screw according to one of claims 1-3, characterized in that the thread (6) comprises a thread rib (17) which has a flank angle β on the core (7) and a flank angle β 'on the thread periphery (8), wherein the flank angles ß and ß 'differ from one another at least over part of the length L.
5. Knochenschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindesegment mit dem Flankenwinkel ß' gegen das hintere Ende (4) des Gewindeschaftes (5) verschwindet. 5. Bone screw according to claim 4, characterized in that the threaded segment with the flank angle β 'against the rear end (4) of the threaded shaft (5) disappears.
6. Knochenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser DK des Gewindeschaftes (5) kontinuierlich gegen das hintere Ende (4) des Gewindeschaftes (5) zunimmt.6. Bone screw according to one of claims 1 to 5, characterized in that the core diameter DK of the threaded shaft (5) increases continuously against the rear end (4) of the threaded shaft (5).
7. Knochenschraube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser DK des Gewindeschaftes (5) diskontinuierlich gegen das hintere Ende (4) des Gewindeschaftes (5) zunimmt.7. Bone screw according to claim 6, characterized in that the core diameter DK of the threaded shaft (5) increases discontinuously against the rear end (4) of the threaded shaft (5).
8. Knochenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (6) mit einem symmetrischen Gewindeprofil ausgestaltet ist.8. Bone screw according to one of claims 1 to 7, characterized in that the thread (6) is designed with a symmetrical thread profile.
9. Knochenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (6) mit einem asymmetrischen Gewindeprofil ausgestaltet ist.9. Bone screw according to one of claims 1 to 7, characterized in that the thread (6) is designed with an asymmetrical thread profile.
10. Knochenschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (6) ein mehrgängiges Gewinde, vorzugsweise ein 2-gängiges Gewinde ist.10. Bone screw according to one of claims 1 to 9, characterized in that the thread (6) is a multi-start thread, preferably a 2-start thread.
11. Verfahren zur Herstellung einer Knochenschraube gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den Schritten a) Einspannen eines Endes (33) eines Schraubenrohlinges (30) in einer Antriebsvorrichtung ; b) Rotieren des Schraubenrohlings (30) um die Längsachse (2) mittels der Antriebsvorrichtung; c) Positionieren eines Werkzeuges (31), welches eine zum Gewindeprofil des Gewindes (6) der Knochenschraube (1) komplementär ausgestaltete Werkzeugspitze (35) aufweist, axial ausserhalb des Schraubenrohlinges (30); d) Radiales Verschieben des Werkzeuges (31) senkrecht gegen die Längsachse (2), bis sich das freie Ende 32 der Werkzeugspitze (35) in einer von der Mantelfläche (36) des Schraubenrohlinges (30) senkrecht zur Längsachse (2) gemessenen Eindringtiefe x < R befindet; e) Verschieben des Werkzeuges (31) parallel zur Längsachse (2) bis zum eingespannten Ende (33) des Schraubenrohlinges (30) mit einer Geschwindigkeit, welche bei vorgegebener Umdrehungszahl der Steigung des zu schneidenden Gewindes (6) entspricht; und f) Verschieben des Werkzeuges (31) während der Ausführung von Schritt e) senkrecht zur Längsachse (2), so dass die Eindringtiefe x bei jeder axialen Position des Werkzeuges (31) komplementär zum gewünschten Radius RK des Gewindekernes an dieser Stelle ist.11. A method for producing a bone screw according to one of claims 1 to 10 with the steps a) clamping an end (33) of a screw blank (30) in a drive device; b) rotating the screw blank (30) about the longitudinal axis (2) by means of the drive device; c) positioning a tool (31), which has a tool tip (35) designed to complement the thread profile of the thread (6) of the bone screw (1), axially outside the screw blank (30); d) Radial displacement of the tool (31) perpendicular to the longitudinal axis (2) until the free end 32 of the tool tip (35) in a penetration depth x measured from the lateral surface (36) of the screw blank (30) perpendicular to the longitudinal axis (2) <R is located; e) moving the tool (31) parallel to the longitudinal axis (2) to the clamped end (33) of the screw blank (30) at a speed which corresponds to the pitch of the thread (6) to be cut at a predetermined number of revolutions; and f) moving the tool (31) during the execution of step e) perpendicular to the longitudinal axis (2), so that the penetration depth x is complementary to the desired radius RK of the thread core at this point for each axial position of the tool (31).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es anschliessend an den Schritt f) die folgenden Schritte umfasst: g) Positionieren des Werkzeuges (31) axial ausserhalb des Schraubenrohlinges (30); h) Verschieben des Werkzeuges (31) senkrecht gegen die Längsachse (2) bis sich das freie Ende 32 der Werkzeugspitze (35) in einer von der Mantelfläche (36) des12. The method according to claim 11, characterized in that it includes the following steps after step f): g) positioning the tool (31) axially outside the screw blank (30); h) moving the tool (31) perpendicularly against the longitudinal axis (2) until the free end 32 of the tool tip (35) in one of the lateral surface (36) of the
Schraubenrohlinges (30) senkrecht zur Längsachse (2) gemessenen Eindringtiefe x < R befindet, wobei die Eindringtiefe x-, > x ist; i) Verschieben des Werkzeuges (31) parallel zur Längsachse (2) bis zum eingespannten Ende (33) des Schraubenrohlinges (30) mit einer Geschwindigkeit, welche bei vorgegebener Umdrehungszahl der Steigung des zu schneidendenScrew blank (30) perpendicular to the longitudinal axis (2) measured penetration depth x <R, the penetration depth being x-,> x; i) moving the tool (31) parallel to the longitudinal axis (2) to the clamped end (33) of the screw blank (30) at a speed which, at a predetermined number of revolutions, corresponds to the pitch of the workpiece to be cut
Gewindes (6) entspricht; und k) Verschieben des Werkzeuges (31) während der Ausführung von Schritt e) senkrecht zur Längsachse (2), so dass die Eindringtiefe xι bei jeder axialen Position desThread (6) corresponds; and k) moving the tool (31) during the execution of step e) perpendicular to the longitudinal axis (2), so that the depth of penetration xι at each axial position of the
Werkzeuges (31) komplementär zum gewünschten Radius RK des Gewindekernes ist.Tool (31) is complementary to the desired radius RK of the thread core.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es anschliessend an den Schritt k) die Wiederholung der Schritte g) bis k) umfasst, bis die Eindringtiefe x; komplementär zu gewünschten Radius RK des Gewindekernes ist. 13. The method according to claim 12, characterized in that it comprises, after step k), repeating steps g) to k) until the penetration depth x; is complementary to the desired radius RK of the thread core.
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