WO2019170377A1 - Vorrichtung zur externen fixierung von knochenbrüchen - Google Patents

Vorrichtung zur externen fixierung von knochenbrüchen Download PDF

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WO2019170377A1
WO2019170377A1 PCT/EP2019/053564 EP2019053564W WO2019170377A1 WO 2019170377 A1 WO2019170377 A1 WO 2019170377A1 EP 2019053564 W EP2019053564 W EP 2019053564W WO 2019170377 A1 WO2019170377 A1 WO 2019170377A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
joint
tensile force
spring
central
elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/053564
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Durst
Martin Stuiber
Original Assignee
Heiko Durst
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heiko Durst filed Critical Heiko Durst
Publication of WO2019170377A1 publication Critical patent/WO2019170377A1/de

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • 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
    • A61B17/60—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 for external osteosynthesis, e.g. distractors, contractors
    • A61B17/64—Devices extending alongside the bones to be positioned
    • A61B17/6416—Devices extending alongside the bones to be positioned with non-continuous, e.g. hinged, pin-clamp connecting element

Definitions

  • the invention relates to a device for external fixation of
  • An "external fixator” is a device external to the body for externally fixing fractures of a patient's bone.
  • the device which is fixed to the bone via metal threaded rods, so-called pins, usually becomes open-fractured with soft-tissue damage
  • the subsequent removal of the external fixator and the definitive bone stabilization by means of plate and screws or with nails takes place in open fractures after reaching a clean wound or in multiple injured patients after reaching a stable state.
  • pin fixator pins, for example Schanz screws or Steinmann nails, are anchored in the bone tissue.
  • Such pins are usually steel pins with standardized dimensions.
  • the pins are firmly connected to each other with a rigid outer frame, which often consists of interconnected rods or tubes.
  • Alternative forms are the forceps fixator, the ring or halo fixator, and combined devices, so-called hybrid fixatives. If a patient is admitted to the emergency department who has had a high-grade open fracture (grade 3 ° b or 3 ° c), this fracture should not be stabilized directly with a plate or nail. Instead, in these cases an external fixator is first mounted, and after a few days, the fracture is finally restored. The external fixator is degraded and there is a definitive osteosynthesis for example by means of plate or nail.
  • Bone fracture should be completed as soon as possible, so that the patient can be moved to the intensive care unit as soon as possible.
  • the previous fixator systems do not allow this for the reasons mentioned above.
  • various external fixator embodiments make it difficult to anatomically adjust the fracture fragments because four or more bone pins must be aligned on a straight line, which may be difficult or impossible due to the pin position.
  • the design of the known rod and tube fixator systems is often bulky and bulky.
  • fixator systems have been developed to allow a better adaptation of the external fixator to the particular conditions of a fracture.
  • DE 101 25 742 CI shows a fixator external, in which a number of different, provided with a through hole individual modules are mounted on a tensioning cable.
  • the different types of individual modules have different lengths and / or connection angles.
  • special connection elements for bone pins and handrails are provided.
  • the individual elements have on a front-side connection surface in each case four pins and on the opposite side over four recesses, so that in each case two successive individual modules with four different angles of rotation can be arranged positively to each other.
  • the tensioning cable is tightened.
  • the individual modules are now also positively connected with each other in the direction of the tensioning cable.
  • the said external fixator allows only a relative coarse adaptation to the anatomical
  • US 5,944,719 shows a fixator external, in which a chain of ball joints and sleeves clamped with a tensioning cable and stiffened under train.
  • a plurality of sleeve members have pivotable pin retainers for externally attaching pins mounted in the bone tissue to the fixator.
  • the pin must be connected with its distal end via a nut with the Pin-Flaltevorraumen.
  • the distance of the fixator from the bone is therefore determined by the length of the pins, which is why they may be formed only relatively short. Due to the ball joints of the fixator is movable and in the shape of the exact
  • the position of the holding devices on the fixator is predetermined or the fixator must be prepared accordingly during assembly, said device is particularly suitable for prepared operations, but less for a primary care under high time pressure.
  • a similar device with a stiffenable by means of a tensioning cable chain of ball joints shows WO 99/20194 Al.
  • cuffs with pin retainers attachable later to the fixator chain are used so that the location of the retainers can be more quickly adjusted to the actual location of the pins.
  • WO 03/068085 A1 shows a variant of a fixator with ball joint elements analogously to the abovementioned device, in which the connections between the individual ball joints are fixed or released by means of a quick release lever closure. This allows a sequential build-up of the fixator from individual parts on site.
  • the overall shape can not be adjusted so quickly because first a plurality of shutters must be released.
  • the device comprises a plurality of modular components, each formed of a non-metallic material. It is at one end of a cut to a desired length rod
  • Attached locking element which is provided for engagement in a further rod.
  • JP 2004 298253 A describes an external bone fixation device having a plurality of pins that are inserted into a bone, a plurality of
  • Ball joint means which are formed against each other and against the pins rotatable, and fastening screws for fixing the pins to the ball joint means. By Loosening the fixing screws, the pins can be set at the desired angle.
  • an external fixator which is particularly suitable for fixing fractures of small bones in children.
  • the fixator comprises a pair of bone pin clamps connected by means of securable ball joints to a central body of adjustable length comprising at least one male element and one female element.
  • One of the telescopically formed female elements is made of a material which is highly permeable to X-rays, while another of the telescopic elements is substantially made of one
  • radiopaque rigid material is made.
  • the sidewalls of this telescopic element are so thin that they are at least partially transmissive to X-rays so as to permit radioscopy of the fracture through the central body.
  • Joint elements consists, which are lined up on a central, flexible traction element. Two adjacent joint elements each form a ball joint.
  • Conventional pins which are anchored in advance in the individual bone fragments to be fixed, are clamped by the joint elements, thus spatially stabilizing the bone fragments.
  • the clamping of the pins and the stiffening of the device is carried out simultaneously by applying the central traction element with a sufficiently high tensile force.
  • the bearing surfaces of the ball joints are pressed together, creating a stable frictional connection between the individual joint elements of the device and the device is completely stiffened.
  • the pins are clamped, either between two adjacent hinge elements or in two-piece hinge elements.
  • the object of the invention is to provide a device for external fixation of broken bones with extended life.
  • the object of the invention is to provide a device for external fixation of broken bones with extended life.
  • the present invention provides a device for external fixation of
  • Bone fragments of a patient with an outside of the body of the patient can be arranged support of a plurality of juxtaposed joint elements available. There are at least two with their proximal end in the post
  • the joint elements are lined up on a central traction element and have an upper ball joint surface in the form of an outer spherical disk surface and a lower ball joint surface designed as a joint socket in the form of an inner spherical disk surface.
  • Two adjacent joint elements together form a ball joint, wherein the individual ball joints and thus the support by a Switzerlandkraftbeaufschlagung the central tensile force element are reversibly positively fixed.
  • the hinge elements are designed such that a pin by the Switzerlandbeaufschlagung the central
  • Traction element is non-positively fastened to the support.
  • At least one spring element is arranged between at least two adjacent hinge elements forming a ball joint, wherein the individual ball joints and thus the support are reversibly frictionally fixed against the spring force of the at least one spring element by the tensile force of the central tensile force element.
  • the present invention represents a further development of the device known from WO 2009/152633 A1. For this reason, the basic structure of this device will be explained in more detail below with reference to FIGS. 1A, 1B and 2.
  • FIGS. 1A and 1B An embodiment of the device for external fixation of bone fractures known from WO 2009/152633 A1 is shown in FIGS. 1A and 1B, wherein FIG. 1A shows a side view and FIG. 1B shows a longitudinal section. Shown is the rear end of the support 11 of the device 1, with the six rearmost hinge elements 2, and a terminal tensioning device 5 for generating the necessary to stiffen the device 1 traction.
  • the running over the entire length of the support 11 traction element 3 extends from the tensioning device 5 through the longitudinal passages 24 of the hinge elements 2 and terminates at a not shown front end of the support in an abutment which receives an applied tensile force and transmits to the joint elements 2.
  • the traction element is designed as a fiber bundle, which has the highest possible tensile strength at the lowest possible thickness.
  • Suitable for this purpose for example, wire bundles, carbon fiber bundles or bundles of other suitable plastics.
  • the individual joint elements 2 have an upper ball joint surface, which essentially has the shape of a spherical cap 21, and a lower ball joint surface in the form of a joint socket 22, wherein the spherical cap 21 of a joint element 2 in each case in the joint socket 22 of the next joint element 2 rests, so that a sequence of ball joints arises.
  • the surfaces referred to as spherical caps are actually spherical disk surfaces, since longitudinal passages must always be provided for the tensile force element.
  • the tensioning device 5 is used to tension the traction element 3.
  • Voltage device 5 can be realized differently, with only a small amount of force being required to achieve the relatively high tensile force during stiffening and no greater leverage must be expended, which could be transferred to the fracture.
  • a threaded bolt 51 by means a suitable turning tool such as hexagon wrench, cordless screwdriver,
  • the counteracting spring force of the spring 52 leads to a force application of the threaded bolt 51.
  • the threaded bolt 51 is connected via a freely rotating coupling with the traction element 3, and thus transmits the spring force to the
  • the tensioning device 5 is an integral part of the device 1.
  • Actuator device which serves to generate the tensile force, and is temporarily mounted for this purpose on the device according to the invention.
  • a spring element can be tensioned with a suitable pneumatic, hydraulic or electric actuator device and then locked with the traction element, for example with a lock nut, so that then the actuator can be removed again.
  • Actuator device may be in the simplest case, for example, a pneumatically or electrically operated rotary key.
  • the spring may be attached to an abutment located at the front end of the device.
  • the spring may be attached to an abutment located at the front end of the device.
  • Spring force element can be used. For example, one with the
  • Traction element connected threaded bolt biased hydraulically with a defined tensile force, then fixed the bolt with a lock nut without effort and then the hydraulic tension is released again.
  • a tension device in which, after the assembly of the device, a trigger is actuated, which causes the traction element and the spring element are acted upon immediately with the tensile force and thus the device according to the invention is stiffened immediately.
  • FIG. 2 also shows in a longitudinal section a section from WO
  • Joint element 2 ' is temporarily lifted slightly from the first joint element 2. It is also possible that this temporary attachment is made via a type of snap closure, which provisionally holds the pin in place.
  • the position of the receiving groove with respect to the two joint elements may also be reversed.
  • the receiving groove is arranged on a spherical cap of a first joint element and the adjacent, second joint element has a joint socket without receiving groove.
  • Kugelkalotte and socket again form together a ball joint and the Switzerlandbeaufschlagung of the central tensile element is a pin between receiving groove and socket and form-fitting and non-positively fixed.
  • the geometry of the receiving groove is adapted to the outer contour of the pins. If an additional rotation of the pins in the fixed position to be achieved, so either the cooperating surfaces can be roughened accordingly, structured or formed, for example, in cross section polygonal.
  • the joint elements 2 all have a longitudinal passage 24, which is independent of the shape the support 11 of the device 1 forms a continuous channel extending from the tensioning device at the rear end to the abutment at the front end of the device, in which the traction element 3 extends.
  • the longitudinal passage 24 consists of an open against the spherical cap 21 cylindrical cavity 244, in the bottom of a smaller lower opening 242 leads to the socket 22.
  • the longitudinal passage can also be designed cone-shaped, but a cylindrical configuration is advantageous in machining production process.
  • the bearing surface between the spherical cap and ball joint socket is sufficient in all orientations of the ball joint and on all sides to ensure a stable support of the joint under train, and to prevent kinking of the support.
  • the maximum pivoting angle of two joint elements 2, 2 'to each other is determined by the edge 243 of the upper opening 241 of the longitudinal passage 24, at which the traction element 3 strikes at maximum pivoting.
  • Traction element 3 can cause shear forces to act on the tensile force element 3 at the edge 243, which can lead to signs of wear.
  • the carbon fiber materials which are particularly advantageous for the tensile force element 3 are very sensitive to such shear forces despite their extremely high tensile strength. Therefore, at the lower opening 242 of the longitudinal passage 24, a deflecting element 25 is arranged, which protects the traction element 3 from the edge of the lower opening 242, and limits the minimum bending radius of the central traction element 3 downwards.
  • the deflecting element 25 has a pin 251 which extends through the lower opening 242 and projects beyond the socket 22.
  • the pin 251 so on the one hand forms a stop which limits the maximum pivoting of the joint elements 2, 2 'to each other, and on the other hand, said pin 251 protects the traction element in front of the edge 243 of the upper opening 241 of the subsequent hinge element 2.
  • the material of the deflecting element is so chosen that
  • Joint element 2 and deflecting element 25 may also be integrally formed.
  • Bone fractures thus consists of a stiffening support of individual
  • Joint elements which are lined up on a central, flexible traction element. Two adjacent joint elements each form a ball joint.
  • Conventional pins which are anchored in advance in the individual bone fragments to be fixed, are clamped by the joint elements, and so the bone fragments to each other spatially stabilized.
  • the clamping of the pins and the stiffening of the device is carried out simultaneously by applying the central traction element with a sufficiently high tensile force.
  • the central tensile force element is subjected to a tensile force, the bearing surfaces of the ball joints are pressed against one another, whereby a frictional connection between the individual joint elements of the device is produced, and the device is completely stiffened.
  • the problem arises that the surfaces brought into contact with one another and fixed to one another show damage in the form of grooves and burrs after only a few cycles of use. The life of the device is thereby significantly reduced.
  • a spherical disk (also called spherical layer) is the part of a solid sphere that is cut out of two parallel planes.
  • the formation of a ball joint can be done by interaction of spherical disc and socket as well as by interaction of spherical cap and socket.
  • the upper ball joint surface is formed as a spherical disk, only the contact surface with the joint socket is reduced, but this does not detract from the functionality of the joint.
  • the height of the spherical disc can indeed be varied over wide ranges, but that this can not be chosen arbitrarily low, since then the contact surface with the socket would fall below a required minimum.
  • the fact that the upper ball joint surface may be formed as a spherical disk is due to the fact that the joint elements have a longitudinal passage through which the traction element is guided.
  • outer spherical disk surface and “inner spherical disk surface”.
  • a spherical disk is the part of a solid sphere that is cut out of two parallel planes.
  • the convexly curved surface part of a spherical disk is generally called “spherical zone” and is referred to in the context of the present text as “outer spherical disk surface”.
  • an "inner spherical disk surface” is understood to mean the concavely curved surface part of a spherical disk, wherein in this case the spherical disk does not comprise the part of a spherical disk cut from two parallel planes Solid ball, but about the cut of two parallel planes part of a hollow sphere.
  • a spherical disk is characterized by two limiting circles with different radii and by the height of the spherical disk.
  • “upper limit circle” is referred to in the context of the present application, the cover circle, ie the
  • Limiting circle with a smaller diameter.
  • the term “lower limit circle” refers to the basic circle, ie the
  • Spherical disc surface formed with an upper boundary circle and a lower boundary circle, wherein the radius of the lower boundary circle substantially equal to half a diameter of the support perpendicular to the central traction element and the radius of the upper bounding circle at least 50% of the radius of the lower bounding circle, preferably at least 60% , Particularly preferably at least 70%, more preferably at least 80% of the radius of the lower limit circle.
  • the lower ball joint surface is formed in the form of an inner spherical disk surface, which extends as far as possible to the outside, thus having the largest possible radius (radius of the lower boundary circle corresponds substantially to half of a diameter of the support perpendicular to the central traction element).
  • the radius of the upper bounding circle is at least 50% of the radius of the lower bounding circle, more preferably at least 60%, most preferably at least 70%, and finally most preferably at least 80% of the radius of the lower one
  • the production is greatly simplified because no exact spherical shape must be formed, but rather larger manufacturing tolerances are possible and still good contact training is achieved to the outer spherical disk surface of the adjacent joint element.
  • This fact is also expressed by the fact that the inner spherical disk surface, in particular in the case of a very small height of the spherical disk, is not a spherical disk surface in the must act in an exact sense, but that the surface in extreme cases can have virtually no curvature and in this case to a truncated cone surface.
  • it will be an "inner spherical disk surface", but it should be made clear that this term “inner truncated cone surfaces” are understood with low height of the truncated cone.
  • At least one spring element is arranged between at least two adjacent hinge elements forming a ball joint, wherein the individual ball joints and thus the support are reversibly frictionally fixed against the spring force of the at least one spring element by the tensile force of the central tensile force element.
  • the entire device has a basic voltage which, on the one hand, causes a certain dimensional stability of the device, but on the other hand, the pins can still be latched without any problems into the receiving grooves of the joint elements.
  • the hinge elements can be easily pushed apart against the resistance of the at least one spring element, wherein only two to three of the adjacent
  • the central tensile force element When the central tensile force element is subjected to a tensile force, the at least one or more spring elements are then compressed first. First Upon further application of tensile force, the two ball joint surfaces of adjacent joint elements come into frictional contact with each other and realize the power transmission from joint element to joint element. Overall, this is the known from the prior art abrasive processes when the pins and when moving the joint elements for repositioning of the break, which to
  • Ball joint surfaces of adjacent joint elements detached from each other and slightly spaced apart even before a lateral movement takes place. This avoids any kind of friction that damages the surfaces.
  • the at least one spring element is a compression spring enclosing the central traction element or a plurality of compression springs arranged outside the central traction element or a plastic disc enclosing the central traction element.
  • a spring element a wide range of components can be used as a spring element. The underlying idea can be realized by each component, which is the two
  • Ball joint surfaces of adjacent joint elements spaced from each other against a restoring force. It is understood by those skilled in the art that the adjacent hinge elements may not be pressed apart arbitrarily far. Limits are given here by the maximum elongation of the spring element and by the length of the support limiting length of the traction element.
  • annular groove running around the central tensile force element and bounded by a groove bottom and by two groove walls is provided.
  • a spring element in contact with the groove bottom and a plastic sleeve in contact with the spring element and the groove walls are arranged.
  • the plastic sleeve protrudes partially out of the annular groove and is in its spring element facing away from the edge region with the spherical disk of the adjacent joint element in contact.
  • This embodiment has been found in various tests to be outstandingly suitable for the device for external fixation of bone fragments of a patient according to the present invention.
  • the spring element is securely and immovably added to the circumferential groove.
  • the central tensile force element When the central tensile force element is subjected to a tensile force, the at least one spring element provided in the circumferential groove is then compressed first.
  • the plastic sleeve is already in contact with the spherical disk of the adjacent joint element at this time.
  • tensile force Upon further application of tensile force then come the two ball joint surfaces of adjacent joint elements in non-positive contact with each other and realize the power transmission of
  • Ball joint surfaces of adjacent joint elements detached from each other and slightly spaced apart even before a lateral movement takes place. This avoids any kind of friction that damages the surfaces.
  • the plastic sleeve consists of polyoxymethylene (POM), polyoxymethylene modified with polyethylene (PE), polyphenylsulfone (PPSU), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET) or one of these mixtures.
  • POM polyoxymethylene
  • PE polyoxymethylene
  • PPSU polyphenylsulfone
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • a wave spring is used, which may be a single-layer wave spring or a multi-layered wave spring, in particular a two-layered wave spring act. Wave springs are also called axial
  • Wave springs or corrugated springs are wound or stamped, springy parts, which are made of flat material or flat wire. Their spring action they receive through the incorporated shaft. When loaded, the waves become
  • Wave spring travel - up to 50 percent less spring height compared to conventional compression springs, a wave spring is ideally suited for very compact installation situations. Despite this reduced height, wave springs produce the same force as compression springs.
  • the required spring constant can be determined and produced by the number of turns, the number of waves and the wave sizes. Wave springs can be stacked as packages.
  • the spring element is particularly preferably made of metal, in particular of stainless steel, of plastic, of foam or of an elastomer.
  • metal in particular of stainless steel, of plastic, of foam or of an elastomer.
  • wave spring this is particularly preferably made of stainless steel.
  • material and spring geometry should be coordinated. When choosing a particular spring geometry, a particular material may prove to be particularly favorable, while in an alternative spring geometry, another material can bring special benefits.
  • the hinge elements made of a metal, in particular aluminum, a fiber-reinforced polymer material or a suitable high-strength
  • Plastic material Since the joint elements are exposed to higher pressure forces at the contact surfaces for a long time, the material should have a high creep resistance.
  • fiber-reinforced plastics are particularly suitable.
  • inventively provided spring element and in particular the preferred provided annular groove with spring element allows the use of materials that would be particularly quickly and directly destroyed by the abrasive coatings.
  • materials that would be particularly quickly and directly destroyed by the abrasive coatings.
  • other, particularly advantageous properties of these materials such as low specific weight, high mechanical stability or easy machinability, can be used.
  • fiber-reinforced polymer material and plastics also has the advantage that the inventive device
  • tensile force element is formed radiopaque, and also has no metallic parts which would cause artefacts in an MRI scanner or prohibit their application in the magnetic field of the MRI.
  • All suitable materials, in particular metals and fiber-reinforced plastics, can be used for the tensile force element.
  • the traction elements are preferably wires, ribbons, ropes or more preferably fiber bundles of metal, carbon fiber or other suitable plastics or combinations of the above used, which can absorb very high tensile forces at low weight without deforming over a period of months.
  • the central task of the device according to the invention is the clamping of conventional pins, which have been anchored in advance in the individual bone fragments to be fixed. These pins are held clamped by the joint elements and thus spatially stabilized the bone fragments.
  • the pinching fixing the pins on the support of the device according to the invention can be carried out when subjected to the central tensile force element with a sufficiently high tensile force, in principle, regardless of the geometry of the joint elements.
  • Particular advantages and a particularly good fit of the pins arise when corresponding receiving grooves are provided in the joint elements. Particularly advantageous these grooves are adapted to the dimensioning of the pins.
  • receiving groove can only be provided in the spherical disk or only in the socket.
  • Gelenkpfanneningnut and outer spherical disk surface is frictionally fixable.
  • a joint member on a ball receiving groove wherein in the Switzerlandkraftbeaufschlagung the central traction element is a pin between
  • Kugelabilitynut and inner spherical disk surface is frictionally fixable.
  • Embodiments of the present invention in which at least one joint element consists of two pivotally connected parts are very particularly preferred.
  • a first part has a cooperating with a lower ball joint surface of a first adjacent joint element upper ball joint surface, and a second part with an upper ball joint surface of a second adjacent
  • the central tensile force element is a pin between the two parts form and locks fixed. Due to the pivotable connection of the two parts of the joint element a particularly simple, fast and secure fixation of a pin on the joint element and thus on the support is possible.
  • the first part has a lower-side receiving groove and the second part has an upper-side receiving groove, wherein a pin between the underside receiving groove of the first part and the upper side receiving groove of the second part is positively and non-positively fixed in the Switzerlandkraftbeaufschlagung the central tensile element.
  • a spring connected to the central traction element is provided by means of which the central traction element can be subjected to a tensile force.
  • a tensioning device is preferably provided by means of which a force acting on the central tension element tensile force can be generated, wherein the
  • Voltage device is arranged at one end of the support of the device and / or disassembled.
  • the contact surfaces of the joint elements which are to adhere to one another in a force-fitting manner can be suitably treated in order to increase the coefficient of friction.
  • the contact surfaces can be roughened or coated.
  • the bearing surfaces can also be provided with a toothing.
  • the surface of the socket and / or the surface of the Gelenkpfanneningnut and / or the surface of the ball-receiving groove is equipped with a reibwerter Ecknden coating.
  • this friction-increasing coating comprises on the surface of the socket and / or on the surface of the
  • the hard particles are particularly preferably made of diamond, a diamond-like amorphous carbon (DLC) or a carbide,
  • tungsten carbide in particular tungsten carbide, chromium carbide, molybdenum carbide, boron carbide, silicon carbide, or mixtures thereof.
  • the diameter of a joint element of a device according to the invention is preferably between 30 and 40 mm, in which case a compromise between mechanical stability and space consumption must be chosen.
  • the diameter of the joint elements can be 40 mm, the height 23 mm, and the radius of the ball
  • Ball washer 20 mm In the stretched state, this results in a distance of 20 mm between two individual joint elements.
  • Pick-up grooves are adapted to the diameter of the pins to be clamped, which by default is 5 mm, but can also accommodate the also common pins with a diameter of 4 mm or 6 mm. Also feasible are hinge elements with different grooves for different pin diameters.
  • the fixator device according to the invention for temporary supply to the definitive fracture supply is provided with nails or plates, due to their advantages in terms of handling and speed, especially in emergency situations.
  • Another area of application is crisis missions, such as earthquakes or war situations, in which severely injured patients need to be made transportable in the shortest possible time using makeshift means.
  • a fixator device according to the invention is also suitable for a definitive treatment of a fracture.
  • the device according to the invention may additionally comprise coupling means for coupling the device to other fixator devices or ancillary devices.
  • a screw coupling can be attached to a front end of the device according to the invention, with which it can be connected to a front end of another device according to the invention or a coupling element.
  • a coupling element for example in the form of a plate with a plurality of suitably arranged pins, which can be latched in two devices according to the invention to be connected and connect them so. In this way also intermediate segments can be introduced, for example for
  • Longer fixator external for example, from the hip to the ankle, are preferably made of two or more individual
  • Assembled devices according to the invention since the necessary tensile forces grow in proportion to the length of the fixator device. If necessary, further constituents can be integrated into the fixator device according to the invention, which allow, for example, a distraction, axis correction or extension, and can thus be used to influence the fracture healing. Examples are Distraction elements and damping spring elements. It is also possible to make individual or all joint elements extendable.
  • an intermediate element over the fracture site of the bone may also be advantageous.
  • the intermediate element may be, for example, a telescopic element with helical surfaces.
  • a device according to the invention can also be connected in a star shape to two or more additional devices according to the invention via a suitable coupling element.
  • a hybrid fixator can be realized, which has a device according to the invention, which is attached to pins, and which merges on a coupling element in two to four arms, which are also designed as a device according to the invention, and which are connected to a ring fixator.
  • Bone fractures are anchored to reposition the fracture in the osseous tissue of each bone fragment of a patient using the known methods of a plurality of pins. Typically, two pins are placed per large bone fragment, a total of four to six pins.
  • the pins may be used with the invention
  • the Device can be positioned without great care on the still to be attached fixator external. For mechanical reasons, the distance between the pins on the same fragment should be as large as possible.
  • the pins are latched to the fixator device according to the invention. Due to the pivoting of about 15 ° between adjacent hinge elements and their free rotation also oblique pins can be easily fixed.
  • the distances between the pins can be selected essentially without measuring.
  • the flexible moldable support of the device according to the invention can easily follow these irregularities.
  • the individual elements of the device are pivotally movable against each other without Switzerlandkraftbeaufschlagung and follow the movements of the pins in the reduction of the bone by the surgeon.
  • Joint elements reaches a certain basic tension in the device. Nevertheless, the joint elements can be easily moved when manually aligning the fracture. In addition, there is enough clearance to be able to engage the pins in the grooves of the joint elements, the force and friction between pins and joint elements prevents spontaneous slippage of the pins.
  • Another advantageous effect of this basic tension is that the link chain-like support has a certain dimensional stability and does not sag during repositioning. The basic stress is so low that the joint elements can be easily moved against each other to reduce the fracture. However, the existing basic stress is not sufficient to keep the fracture reduced.
  • the position of the pins is not changed during this process of stiffening.
  • a tensile force of 500 to 2000 N must be applied. This is preferably possible by manual operation.
  • the device is now provisionally secured. Subsequently, preferably with an actuator device, the tensile force is increased to a definite value of 5000 to 15000 N.
  • the device according to the invention is designed in such a way that the tension does not diminish at all or only insignificantly over several months. It is also possible to have one
  • Device to equip with an optical indicator, for example, depending on the tensile force and / or mode (mounting mode, clamping mode first and second stage, etc.) shows different colors, numbers and / or letters. Also, pressure sensors of various types can be used to determine and monitor the actually applied traction.
  • Figure 2 is a longitudinal section through a portion of a device known from the prior art.
  • 3A shows a longitudinal section parallel to the pin axes through a portion of a device according to the invention.
  • Fig. 3B is a longitudinal section transverse to the pin axes through a portion of a device according to the invention
  • Figure 4 in detail of Figure 3A the area of the circumferential groove with spring element and plastic sleeve.
  • FIGS. 5A, 5B show a two-part embodiment of a hinge element, (A) in FIG.
  • Fig. 6 schematically a stabilized with a device according to the invention
  • FIGS. 3A and 3B are longitudinal sections through a portion of FIG.
  • FIG. 3A shows a longitudinal section parallel to the axes of the pins 4, and FIG. 3B shows a longitudinal section transversely to the axes of the pins 4.
  • the hinge elements 2 each consist of an upper part 2a with a ball disc 21 as formed
  • the traction element 3 running over the entire length of the support 11 extends from the tensioning device (not shown) through the longitudinal passages 24 of the hinge elements 2 and terminates at an unillustrated front end of the support in an abutment receiving an applied tensile force and on the hinge elements 2 transmits.
  • the traction element 3 is designed as a plastic fiber bundle, which has the highest possible tensile strength at the lowest possible thickness and has X-ray transparency and is insensitive to magnetic fields.
  • the individual joint elements 2 have an upper ball joint surface, which essentially has the shape of a spherical disc 21, and a lower ball joint surface in the form of a joint socket 22, wherein the spherical disk 21 of a joint element 2 in each case in the joint socket 22 of the next joint element 2 rests, so that a sequence of ball joints arises.
  • the joint sockets 22 of the joint elements 2 are provided with a reibwerter crampnden
  • an annular groove circulating around the central tensile force element 3, through a groove bottom 80 and through two groove walls 81, 81 ' is provided (see also FIG. 4).
  • a single-layered wave spring 85 which is in contact with the groove bottom 80
  • a plastic sleeve 88 which is in contact with the wave spring 85 made of stainless steel and the groove walls 81, 81 '.
  • Plastic sleeve 88 is made of polyphenylsulfone (PPSU) protrudes partially out of the annular groove and is in its side facing away from the wave spring 85 edge region with the spherical disk 21 of the adjacent joint member 2 in contact.
  • PPSU polyphenylsulfone
  • Articulated element 2 provided annular groove, arranged by the arranged in this annular groove 85 and shaft through the partially protruding from the annular groove, with the spherical disc 21 of the adjacent joint member 2 in contact plastic sleeve 88 is achieved that the two ball joint surfaces 21, 22 adjacent
  • FIGS. 3A and 3B show the state after the central traction element 3 has been subjected to a tensile force.
  • the wave spring 85 is compressed and the two ball joint surfaces 21, 22 of adjacent joint elements are in frictional contact with each other. As a result, a power transmission of
  • Joint element allows joint element.
  • two pins 4 are shown, which are fixed positively and positively in the receiving grooves described in more detail in connection with FIGS. 5A and 5B. These pins 4 can be easily latched into the receiving grooves of the joint elements in the state of the device which is slightly biased only by the wave spring 85.
  • the upper 2a and the lower part 2b of the corresponding joint element with little effort by pivoting about the pivot axis 27 are spaced from each other and so the pin 4 are inserted into the grooves.
  • FIG. 4 shows in detail the annular groove provided in the edge area of the joint socket of the lower part of a joint element and encircling the central tensile element, by a groove bottom 80 and by two groove walls 81, 81 '.
  • a single-layered wave spring 85 which is in contact with the groove bottom 80
  • a plastic sleeve 88 which is in contact with the wave spring 85 made of stainless steel and the groove walls 81, 81 '.
  • the plastic sleeve 88 is made of polyphenylsulfone (PPSU), protrudes partially out of the annular groove and is in its side facing away from the wave spring 85 edge region with the spherical disk 21 of the adjacent joint member in contact.
  • PPSU polyphenylsulfone
  • FIGS. 5A and 5B show a two-part embodiment of a joint element 2 of a device according to the invention, wherein, for the sake of clarity, the annular groove, the spring element and the plastic sleeve are not shown.
  • the joint element 2 consists of an upper part 2a with a spherical disk 21 and a lower part 2b pivotally connected to this upper part 2a via a hinge joint 27 with a joint socket 22.
  • FIG. 5A shows the joint element in a side view with a view of the hinge axis, FIG same joint element in perspective from below, looking into the joint socket.
  • two parallel receiving grooves 28, 28 ' are arranged, between which a pin 4 is clamped.
  • the hinge joint 27 can be constructed comparatively easily. Said embodiment is particularly robust, and allows a greater proximity of the grooves 28, 28 'to the traction element, and thus a higher clamping torque.
  • Hinge joints one of which is designated by the reference numeral 27.
  • This variant can be implemented quite generally in combination with all the embodiments of the present invention described above.
  • the advantage of these embodiments is that when clipping a pin, for example, in the receiving grooves 28, 28 'due to the longer lever arm significantly larger forces can be transmitted.
  • a plurality of pins 4 are anchored with their proximal end 41 in the bone tissue 61 of the patient and the distal ends 42 the pins 4 are provisionally attached to the support 11 of a device 1 according to the invention. Subsequently, the fragments 62, 62 'repositioned in their substantially anatomical original position, and a central tensile element of the device 1 is subjected to a tensile force, so that consisting of a plurality of hinge elements 2 support 11 of the
  • Stiffened device 1 and the pins 4 fixed to the support 11 by clamping and frictional engagement The tensile force acting on the traction element can be released to correct the reduction of bone fragments. Subsequently, the tensile force of the device 1 is again subjected to a tensile force, so that the support 11 of the device is stiffened again and the pins 4 are fixed to the support 11 by clamping and / or frictional engagement.

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung (1) zur externen Fixierung von Knochenfragmenten (62, 62') eines Patienten mit einer außerhalb des Körpers des Patienten anordenbaren Stütze (11) aus einer Mehrzahl von aneinander gereihten Gelenkelementen (2, 2'). An der Stütze (11) sind mindestens zwei mit ihrem proximalen Ende (41) im Knochengewebe (61) des Patienten verankerbare, perkutan anordenbare Pins (4) befestigbar und in ihrer räumlichen Lage zueinander fixierbar. Die Gelenkelemente (2, 2') sind auf einem zentralen Zugkraftelement (3) aufgereiht und weisen eine obere Kugelgelenkfläche in Form einer äußeren Kugelscheibenoberfläche (21) und eine als Gelenkpfanne ausgebildete untere Kugelgelenkfläche in Form einer inneren Kugelscheibenoberfläche (22) auf. Jeweils zwei benachbarte Gelenkelemente (2, 2') bilden zusammen ein Kugelgelenk, wobei die einzelnen Kugelgelenke und damit die Stütze (11) durch eine Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) reversibel kraftschlüssig fixierbar sind. Die Gelenkelemente (2, 2') sind derart ausgestaltet, dass ein Pin (4) durch die Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) kraftschlüssig an der Stütze (11) befestigbar ist. Zumindest zwischen zwei benachbarten, zusammen ein Kugelgelenk bildenden Gelenkelementen (2, 2') ist zumindest ein Federelement (85) angeordnet, wobei die einzelnen Kugelgelenke und damit die Stütze (11) durch die Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) entgegen der Federkraft des zumindest einen Federelements (85) reversibel kraftschlüssig fixierbar sind.

Description

Vorrichtung zur externen Fixierung von Knochenbrüchen
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur externen Fixierung von
Knochenbrüchen.
Stand der Technik Ein„Fixateur externe" ist eine außerhalb des Körpers angebrachte Vorrichtung zur externen Fixierung von Knochenbrüchen eines Patienten. Die Vorrichtung, die über Metall- Gewindestangen, so genannte Pins, am Knochen fixiert ist, wird in der Regel bei offenen Frakturen mit Weichteilschädigungen oder bei Mehrfachverletzten angewendet. Bei Notfalloperationen von Mehrfachverletzten ist es oft notwendig, die definitive Versorgung von Knochenbrüchen an Extremitäten, beispielsweise an Ober- oder Unterschenkel, zugunsten lebensbedrohlicher, weiterer Verletzungen zu verschieben, um das Leben des Patienten nicht zu riskieren. Nach einer ersten Reposition der Fraktur wird diese mit einem äußeren Gestell, dem Fixateur externe, provisorisch stabilisiert. Bei offenen Brüchen wiederum kann es ebenfalls notwendig sein, die Fraktur mit einem Fixateur externe zu stabilisieren, da eine definitive primäre Bruchversorgung mittels Platte, Schraube oder Nagel die Gefahr einer postoperativen Infektion erhöhen würde. Der spätere Abbau des Fixateur externe und die definitive Knochenstabilisierung mittels Platte und Schrauben oder mit Nägeln erfolgt bei offenen Brüchen nach Erreichen einer sauberen Wunde bzw. bei mehrfachverletzten Patienten nach Erreichen eines stabilen Zustands.
Beim sogenannten Pin-Fixateur werden Pins, zum Beispiel Schanz'sche Schrauben oder Steinmann-Nägel, im Knochengewebe verankert. Solche Pins sind in der Regel Stahlstifte mit standardisierten Abmessungen. Nach erfolgtem Einrichten des Knochenbruches werden die Pins mit einem starren äußeren Gestell fest miteinander verbunden, welches häufig aus miteinander verbundenen Stangen oder Röhren besteht. Alternative Formen sind der Zangen-Fixateur, der Ring- bzw. Halo-Fixateur, und kombinierte Vorrichtungen, sogenannte Hybridfixateure. Wenn ein Patient in die Notfallaufnahme eingeliefert wird, der eine höhergradige offene Fraktur (Grad 3°b oder 3°c) erlitten hat, darf diese Fraktur nicht direkt mit Platte oder Nagel stabilisiert werden. Stattdessen wird in diesen Fällen zunächst ein Fixateur externe montiert, nach einigen Tagen erfolgt dann die endgültige Versorgung der Fraktur. Der Fixateur externe wird abgebaut und es erfolgt eine definitive Osteosynthese zum Beispiel mittels Platte oder Nagel.
Die Montage eines Fixateur externe ist bei den bekannten Modellen oft sehr
zeitaufwändig, da nach der Einrichtung des Bruches in der Regel viele Schrauben angezogen und bei ungenügender Stellung zur Korrektur wieder gelöst und neu angezogen werden müssen. Wenn mehrere Stellungskorrekturen notwendig sind, kann dieser Vorgang sehr lange dauern. Da es sich in Notfallsituationen bei Patienten mit höhergradig offenen Frakturen oft um Schwerverletzte mit weiteren Verletzungen beispielsweise an Brustkorb oder Bauch handelt, sollte die erste Versorgung des
Knochenbruchs so schnell als möglich abgeschlossen werden, damit der Patient möglichst bald auf die Intensivstation verlegt werden kann. Die bisherigen Fixateur-Systeme lassen dies aus den oben genannten Gründen nicht zu. Verschiedene Ausführungsformen von Fixateurs externes erschweren zudem die anatomische Einstellung der Bruchfragmente, da vier oder mehr Knochenpins auf einer Geraden ausgerichtet werden müssen, was aufgrund der Pin-Position erschwert oder unmöglich sein kann. Zudem ist die Bauweise der bekannten Stangen- und Röhren-Fixateur-Systeme oft voluminös und sperrig.
Es wurde eine Reihe von Fixateur-Systemen entwickelt, die eine bessere Anpassung des Fixateur externe an die jeweiligen speziellen Gegebenheiten eines Bruchs erlauben sollen.
DE 101 25 742 CI zeigt einen Fixateur externe, bei dem eine Reihe von verschiedenen, mit einer Durchgangsöffnung versehenen Einzelmodulen auf ein Spannseil aufgezogen werden. Die verschiedenen Typen von Einzelmodulen weisen unterschiedliche Längen und/oder Anschlusswinkel auf. Zudem sind spezielle Anschlusselemente für Knochen-Pins und Haltestangen vorgesehen. Die einzelnen Elemente verfügen an einer stirnseitigen Anschlussfläche jeweils über vier Zapfen und an der gegenüberliegenden Seite über vier Vertiefungen, so dass jeweils zwei aufeinander folgende Einzelmodule mit vier verschiedenen Drehwinkeln zueinander formschlüssig angeordnet werden können. Nach dem Anpassen des Fixateurs wird das Spannseil verspannt. Die Einzelmodule sind nun auch in Richtung des Spannseils kraftschlüssig miteinander verbunden. Der genannte Fixateur externe erlaubt nur eine relative grobe Anpassung an die anatomischen
Verhältnisse. Nach dem Auffädeln auf das Spannseil ist zudem eine Feinjustierung bzw. Anpassung an die Lage der Pins nicht mehr möglich. Die Knochenschrauben werden deshalb erst nach dem Erstellen des Fixateurs in den Knochen eingedreht. US 5,944,719 zeigt einen Fixateur externe, bei dem eine Kette von Kugelgelenken und Manschetten mit einem Spannseil gespannt und unter Zug versteift wird. Eine Mehrzahl von Manschettenelementen verfügt über schwenkbare Pin-Haltevorrichtungen, mit denen im Knochengewebe angebrachte Pins am Fixateur externe befestigt werden können. Dazu muss der Pin mit seinem distalen Ende über eine Mutter mit den Pin-Flaltevorrichtungen verbunden werden. Der Abstand des Fixateurs vom Knochen ist also von der Länge der Pins vorgegeben, weshalb diese nur relativ kurz ausgebildet sein dürfen. Aufgrund der Kugelgelenke ist der Fixateur beweglich und in der Formgebung genau an die
anatomische Situation anpassbar. Da jedoch die Position der Haltevorrichtungen auf dem Fixateur vorgegeben ist bzw. der Fixateur beim Zusammenbau entsprechend vorbereitet werden muss, ist die genannte Vorrichtung vor allem für vorbereitete Operationen geeignet, jedoch weniger für eine Erstversorgung unter hohem Zeitdruck.
Eine ähnliche Vorrichtung mit einer mittels eines Spannseils versteifbaren Kette von Kugelgelenken zeigt WO 99/20194 Al. In einer Ausführungsform werden anstelle der mit den Pin-Haltevorrichtungen ausgestatteten Kugelgelenkelemente nachträglich an der Fixateurkette anbringbare Manschetten mit Pin-Haltevorrichtungen verwendet, so dass die Lage der Haltevorrichtungen schneller an die tatsächliche Lage der Pins angepasst werden kann.
WO 03/068085 Al zeigt eine Variante eines Fixateurs mit Kugelgelenkelementen analog zur oben genannten Vorrichtung, bei welchem die Verbindungen zwischen den einzelnen Kugelgelenken mittels eines Schnellspannhebelverschlusses fixiert bzw. gelöst werden. Dies erlaubt einen sequentiellen Aufbau des Fixateurs aus einzelnen Teilen vor Ort.
Jedoch kann bei dieser Ausführungsform die Gesamtform nicht so schnell angepasst werden, weil zuerst eine Vielzahl von Verschlüssen gelöst werden muss.
Aus der US 2003/187432 Al ist eine Vorrichtung zur externen Fixierung von
Knochenfragmenten bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von modularen Komponenten, die jeweils aus einem nichtmetallischen Material gebildet sind. Dabei ist an einem Ende einer auf eine gewünschte Länge zugeschnittenen Stange ein
Verriegelungselement angebracht, welches zum Eingriff in eine weitere Stange vorgesehen ist. Durch Kombination von Klemmen, Stiften, Abstandhaltern und Federn wird die gewünschte Fixierung der Knochenfragmente erreicht.
Die JP 2004 298253 A beschreibt eine externe Knochen-Fixierungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Stiften, die in einen Knochen gesteckt werden, einer Vielzahl von
Kugelgelenkmitteln, die gegeneinander und gegen die Stifte verdrehbar ausgebildet sind, und Befestigungsschrauben zur Fixierung der Stifte an den Kugelgelenkmitteln. Durch Lösen der Befestigungsschrauben können die Stifte im jeweils gewünschten Winkel eingestellt werden.
Aus der EP 807 419 A2 ist ein externer Fixateur bekannt, der insbesondere zur Fixierung von Brüchen kleiner Knochen bei Kindern geeignet ist. Der Fixateur umfasst ein Paar Klemmen für Knochenbolzen, die mittels sicherbarer Kugelgelenke mit einem zentralen Körper einstellbarer Länge verbunden sind, der mindestens ein männliches Element und ein weibliches Element umfasst. Eines der teleskopisch ausgebildeten weiblichen Elemente ist aus einem Material hergestellt, das in hohem Maße für Röntgenstrahlen durchlässig ist, während ein anderes der teleskopischen Elemente aus einem im wesentlichen
strahlungsundurchlässigen starren Material hergestellt ist. Die Seitenwände dieses teleskopischen Elements weisen eine so geringe Dicke auf, dass sie zumindest teilweise durchlässig für Röntgenstrahlen sind, um so eine Radioskopie des Bruchs durch den zentralen Körper hindurch zuzulassen.
Schließlich ist aus der WO 2009/152633 Al eine Vorrichtung zum externen Fixieren von Knochenbrüchen bekannt, die aus einer versteifbaren Stütze aus einzelnen
Gelenkelementen besteht, welche auf einem zentralen, flexiblen Zugkraftelement aufgereiht sind. Jeweils zwei benachbarte Gelenkelemente bilden dabei ein Kugelgelenk. Herkömmliche Pins, welche vorab in den einzelnen zu fixierenden Knochenfragmenten verankert sind, werden durch die Gelenkelemente klemmend gehalten, und so die Knochenfragmente zueinander räumlich stabilisiert. Das Festklemmen der Pins und das Versteifen der Vorrichtung erfolgt gleichzeitig durch das Beaufschlagen des zentralen Zugkraftelements mit einer ausreichend hohen Zugkraft. Dabei werden die Auflageflächen der Kugelgelenke aufeinander gedrückt, wodurch eine stabile reibschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Gelenkelementen der Vorrichtung entsteht und die Vorrichtung vollständig versteift wird. Gleichzeitig werden die Pins festgeklemmt, entweder zwischen zwei benachbarten Gelenkelementen oder in zweiteiligen Gelenkelementen. Durch das Lösen der Zugkraft wird die Vorrichtung wieder entriegelt und die Verbindung zu den Pins gelöst.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden zur Versteifung der jeweiligen Vorrichtung die Oberflächen verschiedener Gelenkelemente zumindest abschnittsweise in Kontakt miteinander gebracht. Die Gelenkelemente werden durch eine auf sie ausgeübte Kraft kraftschlüssig aneinander fixiert. Dabei tritt das Problem auf, dass die miteinander in Kontakt gebrachten Oberflächen schon nach wenigen Nutzungszyklen Beschädigungen in Form von Rillen und Graten zeigen. Die Lebensdauer der Vorrichtung wird dadurch deutlich vermindert. Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zur externen Fixierung von Knochenbrüchen mit verlängerter Lebensdauer zur Verfügung zu stellen. Insbesondere sollen
Abnutzungserscheinungen an den miteinander in Kontakt tretenden Oberflächen der Gelenkelemente vermindert bzw. zumindest hinausgezögert werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung zur externen Fixierung von Knochenbrüchen gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Aspekte, Details und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur externen Fixierung von
Knochenfragmenten eines Patienten mit einer außerhalb des Körpers des Patienten anordenbaren Stütze aus einer Mehrzahl von aneinander gereihten Gelenkelementen zur Verfügung. An der Stütze sind mindestens zwei mit ihrem proximalen Ende im
Knochengewebe des Patienten verankerbare, perkutan anordenbare Pins befestigbar und in ihrer räumlichen Lage zueinander fixierbar. Die Gelenkelemente sind auf einem zentralen Zugkraftelement aufgereiht und weisen eine obere Kugelgelenkfläche in Form einer äußeren Kugelscheibenoberfläche und eine als Gelenkpfanne ausgebildete untere Kugelgelenkfläche in Form einer inneren Kugelscheibenoberfläche auf. Jeweils zwei benachbarte Gelenkelemente bilden zusammen ein Kugelgelenk, wobei die einzelnen Kugelgelenke und damit die Stütze durch eine Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements reversibel kraftschlüssig fixierbar sind. Die Gelenkelemente sind derart ausgestaltet, dass ein Pin durch die Zugkraftbeaufschlagung des zentralen
Zugkraftelements kraftschlüssig an der Stütze befestigbar ist.
Erfindungsgemäß ist zumindest zwischen zwei benachbarten, zusammen ein Kugelgelenk bildenden Gelenkelementen zumindest ein Federelement angeordnet, wobei die einzelnen Kugelgelenke und damit die Stütze durch die Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements entgegen der Federkraft des zumindest einen Federelements reversibel kraftschlüssig fixierbar sind.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung der aus der WO 2009/152633 Al bekannten Vorrichtung dar. Aus diesem Grund soll der grundsätzliche Aufbau dieser Vorrichtung nachfolgend anhand der Figuren 1A, 1B und 2 näher erläutert werden.
Eine Ausführungsform der aus der WO 2009/152633 Al bekannten Vorrichtung zur externen Fixierung von Knochenbrüchen ist in den Figuren 1A und 1B dargestellt, wobei Figur 1A eine Seitenansicht zeigt und Figur 1B einen Längsschnitt darstellt. Gezeigt ist das hintere Ende der Stütze 11 der Vorrichtung 1, mit den sechs hintersten Gelenkelementen 2, und einer endständigen Spannungsvorrichtung 5 zur Erzeugung der zur Versteifung der Vorrichtung 1 notwendigen Zugkraft.
Das über die gesamte Länge der Stütze 11 laufende Zugkraftelement 3 verläuft von der Spannungsvorrichtung 5 durch die Längsdurchgänge 24 der Gelenkelemente 2 und endet an einem nicht dargestellten vorderen Ende der Stütze in einem Widerlager, welches eine anliegende Zugkraft aufnimmt und auf die Gelenkelemente 2 überträgt.
Das Zugkraftelement ist als Faserbündel ausgestaltet, das bei möglichst geringer Dicke über eine möglichst hohe Zugfestigkeit verfügt. Geeignet sind dazu beispielsweise Drahtbündel, Kohlefaserbündel oder Bündel aus anderen geeigneten Kunststoffen.
Letztere haben den zusätzlichen Vorteil der Röntgentransparenz und der
Unempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern.
Die einzelnen Gelenkelemente 2 verfügen über eine obere Kugelgelenkfläche, die im Wesentlichen die Form einer Kugelkalotte 21 aufweist, und eine untere Kugelgelenkfläche in Form einer Gelenkpfanne 22, wobei die Kugelkalotte 21 eines Gelenkelements 2 jeweils in der Gelenkpfanne 22 des nächsten Gelenkelements 2 aufliegt, so dass eine Abfolge von Kugelgelenken entsteht. Bei den als Kugelkalotten bezeichneten Oberflächen handelt es sich eigentlich um Kugelscheibenoberflächen, da immer Längsdurchgänge für das Zugkraftelement vorgesehen sein müssen. Während der Montage der Vorrichtung 1 liegt keine oder nur eine reduzierte Zugkraft auf dem Zugkraftelement 3 an, so dass der Kraftschluss zwischen den Kugelgelenkflächen zweier benachbarter Gelenkelemente 2 gering ist, und die einzelnen Kugelgelenke vom Operateur wie gewünscht ausgerichtet und angeordnet werden können. Bei einer Erhöhung der Zugkraft wird die Haftreibung zwischen den Kugelgelenkflächen so hoch, dass eine starke reibschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Gelenkelementen 2 entsteht, und die Vorrichtung 1 so versteift wird, dass sie nicht mehr zerstörungsfrei verformt werden kann.
Es ist möglich, die Orientierung der Kugelgelenkelemente umgekehrt zu wählen, so dass die Kugelkalotten gegen die Spannungsvorrichtung gerichtet sind. Ebenfalls ist auch eine Gestaltungsform möglich, bei der zwei verschiedene Typen Gelenkelemente abwechselnd aneinander gereiht sind, wobei ein erster Typ zwei Kugelkalotten aufweist, und ein zweiter Typ zwei Gelenkpfannen aufweist.
Die Spannungsvorrichtung 5 dient dem Anspannen des Zugkraftelements 3. Eine
Spannungsvorrichtung 5 kann verschieden realisiert werden, wobei zum Erreichen der relativ hohen Zugkraft beim Versteifen nur ein geringer Kraftaufwand notwendig sein soll und keine größeren Hebelkräfte aufgewendet werden müssen, welche auf die Fraktur übertragen werden könnten. Im gezeigten Beispiel wird ein Gewindebolzen 51 mittels eines geeigneten Drehwerkzeugs wie z.B. Sechskant-Schlüssel, Akkuschrauber,
Handkurbel, Drehmomentschlüssel gedreht, wodurch über eine Platte 54 mit einem Gegengewinde eine in einem Gehäuse 53 angeordnete Feder 52 komprimiert wird. Um die Scherkraft des Drehwerkzeugs aufzufangen, muss die Spannungsvorrichtung 5, insbesondere das direkt mit dem ersten Gelenkelement 2 in Kontakt stehende Widerlager 55 fixiert werden, beispielsweise von Hand oder mit einer Zange.
Die gegenwirkende Federkraft der Feder 52 führt zu einer Kraftbeaufschlagung des Gewindebolzens 51. Der Gewindebolzen 51 ist über eine frei drehende Kopplung mit dem Zugkraftelement 3 verbunden, und überträgt damit die Federkraft auf das
Zugkraftelement, und damit auf die Gelenkelemente 2. Dabei bewegen sich jedoch die einzelnen Gelenkelemente 2 nicht, so dass die Position der Pins bei der definitiven Stabilisation nicht verändert wird. Die Feder 52 spannt unter Kraftbeaufschlagung die Gelenkelemente gegeneinander vor. Bei weiterem Anziehen des Gewindebolzens 51 wird die Feder 52 vollständig komprimiert und das Gehäuse 53 kommt mit einer Stirnfläche an einer gegenüberliegenden Stufe des Widerlagers 55 zu liegen. Der Federweg ist nun gleich Null und beim weiteren Anspannen des zentralen Zugkraftelements 3 werden die jeweils benachbarten Gelenkelemente entsprechend zunehmend stärker gegeneinander gepresst.
Im gezeigten Beispiel ist die Spannungsvorrichtung 5 ein integraler Bestandteil der Vorrichtung 1. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Spannungsvorrichtung 5 zweiteilig zu gestalten, mit einem am hinteren Ende der Vorrichtung angeordneten Widerlager, welches der Aufrechterhaltung der Zugkraft dient, und einer
Aktuatorvorrichtung, welche zum Erzeugen der Zugkraft dient, und zu diesem Zweck vorübergehend an der erfindungsgemäßen Vorrichtung montiert wird. Aus dem
Maschinenbau ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Erzeugung einer Zugkraft bekannt. Fest montierte, einteilige Spannungsvorrichtungen sollten jedoch Platz sparend und leicht ausgestaltet sein, um nicht aufgrund ihres Volumens oder Gewichts zu stören. Dies schränkt die technischen Gestaltungsmöglichkeiten ein, wobei aber andererseits eine Montage der Vorrichtung ohne aufwändige Hilfsmittel möglich ist. Bei zweiteiligen Ausgestaltungen der Spannungsvorrichtung 5 ist dagegen die Erzeugung höherer Zugkräfte möglich, ohne dass beim Erzeugen dieser Zugkräfte ein menschlicher
Operateur einen großen Krafteinsatz leisten muss oder die Vorrichtung beim Bedienen großen Scherkräften ausgesetzt ist.
Alternativ kann beispielsweise ein Federelement mit einer geeigneten pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Aktuatorvorrichtung gespannt und anschließend mit dem Zugkraftelement verriegelt werden, zum Beispiel mit einer Kontermutter, so dass anschließend die Aktuatorvorrichtung wieder entfernt werden kann. Eine
Aktuatorvorrichtung kann im einfachsten Fall beispielsweise auch ein pneumatisch oder elektrisch betriebener Drehschlüssel sein.
Alternativ kann die Feder bei einem am vorderen Ende der Vorrichtung angeordneten Widerlager angebracht werden. Anstatt separaten Federelementen kann auch die elastische Dehnung eines Stahlbolzens oder des Zugkraftelements selbst als
Federkraftelement verwendet werden. So kann beispielsweise ein mit dem
Zugkraftelement verbundener Gewindebolzen mit einer definierten Zugkraft hydraulisch vorgespannt, danach der Bolzen mit einer Kontermutter ohne Kraftaufwand fixiert und anschließend die hydraulische Zugkraft wieder abgelassen werden. Ebenfalls möglich ist eine Spannungsvorrichtung, bei der nach erfolgter Montage der Vorrichtung ein Auslöser betätigt wird, der dazu führt, dass das Zugkraftelement und das Federelement augenblicklich mit der Zugkraft beaufschlagt werden und damit die erfindungsgemäße Vorrichtung sofort versteift wird.
Figur 2 zeigt in einem Längsschnitt ebenfalls einen Abschnitt der aus der WO
2009/152633 Al bekannten Fixateur-Vorrichtung 1 mit zwei im Querschnitt dargestellten Pins 4, die jeweils zwischen zwei Gelenkelementen klemmend gehalten sind. Die zwei im Knochenwebe verankerten Pins 4 sind mit der Stütze 11 der Vorrichtung 1 kraftschlüssig verbunden, indem sie zwischen der Kugelkalotte 21 eines ersten Gelenkelements 2 und einer Aufnahmenut 23 eines daran anschließenden zweiten Gelenkelements 2' klemmend fixiert sind. Zur Montage der Pins 4 an der Vorrichtung 1 werden diese in die Lücke zwischen Aufnahmenut 23 und Kugelkalotte 21 eingeklinkt, wobei das zweite
Gelenkelement 2' vorübergehend leicht vom ersten Gelenkelement 2 abgehoben wird. Es ist auch möglich, dass diese provisorische Befestigung über eine Art Schnappverschluss erfolgt, der den Pin provisorisch an Ort und Stelle hält.
Die Lage der Aufnahmenut in Bezug auf die beiden Gelenkelemente kann auch vertauscht vorliegen. Dabei ist die Aufnahmenut an einer Kugelkalotte eines ersten Gelenkelements angeordnet und das benachbarte, zweite Gelenkelement weist eine Gelenkpfanne ohne Aufnahmenut auf. Kugelkalotte und Gelenkpfanne bilden wiederum zusammen ein Kugelgelenk und bei der Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements ist ein Pin zwischen Aufnahmenut und Gelenkpfanne form- und kraftschlüssig fixierbar.
Die Geometrie der Aufnahmenut ist an die Außenkontur der Pins angepasst. Soll eine zusätzliche Verdrehsicherung der Pins in der fixierten Stellung erreicht werden, so können entweder die zusammenwirkenden Oberflächen entsprechend aufgeraut, strukturiert oder zum Beispiel im Querschnitt mehrkantig ausgebildet werden. Die Gelenkelemente 2 verfügen alle über einen Längsdurchgang 24, welcher unabhängig von der Formgebung der Stütze 11 der Vorrichtung 1 einen von der Spannungsvorrichtung am hinteren Ende bis zum Widerlager am vorderen Ende der Vorrichtung verlaufenden, durchgehenden Kanal bildet, in dem das Zugkraftelement 3 verläuft. Im gezeigten Beispiel besteht der Längsdurchgang 24 aus einem gegen die Kugelkalotte 21 offenen zylindrischen Hohlraum 244, in dessen Boden eine kleinere untere Öffnung 242 zur Gelenkpfanne 22 führt.
Der Längsdurchgang kann auch kegelförmig gestaltet werden, wobei jedoch eine zylinderförmige Ausgestaltung bei spanabhebenden Herstellungsverfahren vorteilhaft ist. Prinzipiell ist bei der Gestaltung des Längsdurchgangs zu beachten, dass die Auflagefläche zwischen Kugelkalotte und Gelenkpfanne des Kugelgelenks in allen Orientierungen des Kugelgelenks und auf alle Seiten hin ausreichend ist, um eine stabile Abstützung des Gelenks unter Zug sicherzustellen, und ein Abknicken der Stütze zu verhindern.
Der maximale Verschwenkwinkel zweier Gelenkelemente 2, 2' zueinander wird durch den Rand 243 der oberen Öffnung 241 des Längsdurchgangs 24 bestimmt, an dem bei maximaler Schwenkung das Zugkraftelement 3 anschlägt. Das Anschlägen des
Zugkraftelements 3 kann jedoch dazu führen, dass am Rand 243 auf das Zugkraftelement 3 Scherkräfte wirken, was zu Verschleißerscheinungen führen kann. Zudem sind die für das Zugkraftelement 3 besonders vorteilhaften Kohlefasermaterialien trotz extrem hoher Zugfestigkeit sehr empfindlich gegenüber solchen Scherkräften. Deshalb ist an der unteren Öffnung 242 des Längsdurchgangs 24 ein Umlenkelement 25 angeordnet, welches das Zugkraftelement 3 vor der Kante der unteren Öffnung 242 schützt, und den minimalen Biegeradius des zentralen Zugkraftelements 3 nach unten begrenzt. Das Umlenkelement 25 verfügt über einen Zapfen 251, welcher durch die untere Öffnung 242 hindurch verläuft, und über die Gelenkpfanne 22 hinaus ragt.
Der Zapfen 251 bildet so einerseits einen Anschlag, der die maximale Verschwenkung der Gelenkelemente 2, 2' zueinander begrenzt, und andererseits schützt der genannte Zapfen 251 das Zugkraftelement vor der Kante 243 der oberen Öffnung 241 des anschließenden Gelenkelements 2. Das Material des Umlenkelementes ist so gewählt, dass das
Zugelement nicht einschneidet und dass es sich nicht deformiert, wenn das Zugelement anliegt und angezogen wird. Gelenkelement 2 und Umlenkelement 25 können auch einstückig geformt sein.
Diese aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Fixieren von
Knochenbrüchen besteht somit aus einer versteifbaren Stütze aus einzelnen
Gelenkelementen, welche auf einem zentralen, flexiblen Zugkraftelement aufgereiht sind. Jeweils zwei benachbarte Gelenkelemente bilden ein Kugelgelenk. Herkömmliche Pins, welche vorab in den einzelnen zu fixierenden Knochenfragmenten verankert sind, werden durch die Gelenkelemente klemmend gehalten, und so die Knochenfragmente zueinander räumlich stabilisiert. Das Festklemmen der Pins und das Versteifen der Vorrichtung erfolgt gleichzeitig durch das Beaufschlagen des zentralen Zugkraftelements mit einer ausreichend hohen Zugkraft. Beim Beaufschlagen des zentralen Zugkraftelements mit einer Zugkraft werden die Auflageflächen der Kugelgelenke aufeinander gedrückt, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Gelenkelementen der Vorrichtung entsteht, und die Vorrichtung vollständig versteift wird. Dabei tritt das Problem auf, dass die miteinander in Kontakt gebrachten und aneinander fixierten Oberflächen schon nach wenigen Nutzungszyklen Beschädigungen in Form von Rillen und Graten zeigen. Die Lebensdauer der Vorrichtung wird dadurch deutlich vermindert.
Zur Lösung dieses Problems ist ausgehend von der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur externen Fixierung von
Knochenbrüchen zumindest zwischen zwei benachbarten, zusammen ein Kugelgelenk bildenden Gelenkelementen zumindest ein Federelement angeordnet, wobei die einzelnen Kugelgelenke und damit die Stütze durch die Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements entgegen der Federkraft des zumindest einen Federelements reversibel kraftschlüssig fixierbar sind.
Bei einer Kugelscheibe (auch Kugelschicht genannt) handelt es sich um den Teil einer Vollkugel, der von zwei parallelen Ebenen ausgeschnitten wird. Die Ausbildung eines Kugelgelenks kann durch Zusammenwirken von Kugelscheibe und Gelenkpfanne ebenso erfolgen wie durch Zusammenwirken von Kugelkalotte und Gelenkpfanne. Bei Ausbildung der oberen Kugelgelenkfläche als Kugelscheibe verringert sich lediglich die Kontaktfläche mit der Gelenkpfanne, was aber der Funktionsfähigkeit des Gelenks keinen Abbruch tut. Für den Fachmann ist es klar, dass die Höhe der Kugelscheibe zwar über weite Bereiche variiert werden kann, dass diese aber nicht beliebig gering gewählt werden kann, da dann die Kontaktfläche mit der Gelenkpfanne unter ein erforderliches Mindestmaß sinken würde. Die Tatsache, dass die obere Kugelgelenkfläche als Kugelscheibe ausgebildet sein kann, ist dadurch bedingt, dass die Gelenkelemente einen Längsdurchgang aufweisen, durch den das Zugkraftelement geführt ist.
Der Vollständigkeit halber soll explizit klar gestellt werden, was unter den Begriffen „äußere Kugelscheibenoberfläche" und„innere Kugelscheibenoberfläche" verstanden wird. Wie bereits erläutert, handelt es sich bei einer Kugelscheibe um den Teil einer Vollkugel, der von zwei parallelen Ebenen ausgeschnitten wird. Der konvex gekrümmte Flächenteil einer Kugelscheibe heißt im allgemeinen„Kugelzone" und wird im Rahmen des vorliegenden Textes als„äußere Kugelscheibenoberfläche" bezeichnet. Unter einer „inneren Kugelscheibenoberfläche" wird im Rahmen des vorliegenden Textes der konkav gekrümmte Flächenteil einer Kugelscheibe verstanden, wobei es sich in diesem Fall bei der Kugelscheibe nicht um den von zwei parallelen Ebenen ausgeschnittenen Teil einer Vollkugel handelt, sondern um den von zwei parallelen Ebenen ausgeschnittenen Teil einer Hohlkugel.
Eine Kugelscheibe ist charakterisiert durch zwei Begrenzungskreisen mit unterschiedlichen Radien und durch die Höhe der Kugelscheibe. Als„oberer Begrenzungskreis" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung der Deckkreis bezeichnet, also der
Begrenzungskreis mit geringerem Durchmesser. Als„unterer Begrenzungskreis" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung der Basiskreis bezeichnet, also der
Begrenzungskreis mit größerem Durchmesser.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeweils die untere Kugelgelenkfläche der Gelenkelemente in Form einer inneren
Kugelscheibenoberfläche mit einem oberen Begrenzungskreis und einem unteren Begrenzungskreis ausgebildet, wobei der Radius des unteren Begrenzungskreises im Wesentlichen der Hälfte eines Durchmessers der Stütze senkrecht zu dem zentralen Zugkraftelement entspricht und der Radius des oberen Begrenzungskreises mindestens 50% des Radius des unteren Begrenzungskreises, bevorzugt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 70%, insbesondere bevorzugt mindestens 80% des Radius des unteren Begrenzungskreises beträgt.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist die untere Kugelgelenkfläche in Form einer inneren Kugelscheibenoberfläche ausgebildet, welche sich möglichst weit nach außen erstreckt, also einen möglichst großen Radius aufweist (Radius des unteren Begrenzungskreises entspricht im Wesentlichen der Hälfte eines Durchmessers der Stütze senkrecht zu dem zentralen Zugkraftelement). Dadurch wird ein möglichst großer Abstand zu dem zentralen Zugkraftelement erreicht, wodurch der Hebelarm bei
Biegebelastung entsprechend groß ausfällt.
Gemäß besonders bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Radius des oberen Begrenzungskreises mindestens 50% des Radius des unteren Begrenzungskreises, insbesondere bevorzugt mindestens 60%, ganz besonders bevorzugt mindestens 70% und schließlich insbesondere bevorzugt mindestens 80% des Radius des unteren
Begrenzungskreises. Dadurch kommt zum Ausdruck, dass die Höhe der Kugelscheibe und damit auch die Höhe der inneren Kugelscheibenoberfläche relativ gering sein kann .
Dadurch wird insbesondere die Herstellung stark vereinfacht, da keine exakte Kugelform gebildet werden muss, sondern vielmehr größere Fertigungstoleranzen möglich sind und trotzdem noch eine gute Kontaktausbildung zur äußeren Kugelscheibenoberfläche des benachbarten Gelenkelements erreicht wird. Diese Tatsache kommt auch dadurch zum Ausdruck, dass es sich bei der inneren Kugelscheibenoberfläche, insbesondere im Falle einer sehr geringen Höhe der Kugelscheibe, nicht um eine Kugelscheibenoberfläche im exakten Sinn handeln muss, sondern dass die Oberfläche im Extremfall praktisch keine Krümmung aufweisen kann und in diesem Fall zu einer Kegelstumpfoberfläche wird. In der Regel wird es sich um eine„innere Kugelscheibenoberfläche", es soll aber klar gestellt werden, dass unter diesem Begriff auch„innere Kegelstumpfoberflächen" mit geringer Höhe des Kegelstumpfes verstanden werden.
Es soll ausdrücklich darauf hingewiesen sein, dass die einzelnen Merkmale und
Eigenschaften der im Zusammenhang mit den Figuren 1A, 1B und 2 beschriebenen bekannten Vorrichtung auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklicht sind, soweit sie deren grundsätzliche Funktionsfähigkeit betreffen, bzw. optional verwirklicht sein können. So sind beispielsweise alle Ausführungen zu dem Längsdurchgang, zum Umlenkelement, zu dem zentralen Zugkraftelement wie auch zu der
Spannungsvorrichtung als bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen. Lediglich zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf diejenigen Merkmale nicht näher eingegangen, die bereits im Zusammenhang mit der aus der WO 2009/152633 Al bekannten Vorrichtung oben explizit diskutiert wurden. Diese Merkmale können aber optional und bevorzugt auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklicht sein.
Erfindungsgemäß ist zumindest zwischen zwei benachbarten, zusammen ein Kugelgelenk bildenden Gelenkelementen zumindest ein Federelement angeordnet, wobei die einzelnen Kugelgelenke und damit die Stütze durch die Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements entgegen der Federkraft des zumindest einen Federelements reversibel kraftschlüssig fixierbar sind. Dadurch wird erreicht, dass die beiden Kugelgelenkflächen benachbarter Gelenkelemente im entspannten Zustand der Vorrichtung leicht voneinander beabstandet sind. Dabei ist eine Beabstandung von 0,2 bis 0,5 mm vollkommen ausreichend.
Die gesamte Vorrichtung weist dadurch eine Grundspannung auf, die einerseits eine gewisse Formstabilität der Vorrichtung bewirkt, andererseits aber die Pins immer noch problemlos in die Aufnahmenuten der Gelenkelemente eingeklinkt werden können. Die Gelenkelemente lassen sich gegen den Widerstand des zumindest einen Federelements leicht auseinanderschieben, wobei lediglich zwei bis drei der benachbarten
Gelenkelemente bewegt werden müssen um den für das Einklinken eines Pins
erforderlichen Freiraum zu schaffen. Außerdem lassen sich die einzelnen Gelenkelemente immer noch ohne großen Kraftaufwand gegeneinander verschieben um die Fraktur zu reponieren.
Beim Beaufschlagen des zentralen Zugkraftelements mit einer Zugkraft wird dann zunächst das zumindest eine bzw. die mehreren Federelemente zusammengedrückt. Erst bei weiterer Beaufschlagung mit Zugkraft kommen die beiden Kugelgelenkflächen benachbarter Gelenkelemente in kraftschlüssigen Kontakt miteinander und realisieren die Kraftübertragung von Gelenkelement zu Gelenkelement. Insgesamt werden dadurch die aus dem Stand der Technik bekannten abrasiven Vorgänge beim Einklinken der Pins und beim Verschieben der Gelenkelemente zur Reposition des Bruchs, welche zu
Beschädigungen bis zum Funktionsverlust der Kugelgelenkoberflächen führen, deutlich reduziert, was in einer erhöhten Lebensdauer der gesamten Vorrichtung resultiert.
Beim Lösen der Vorrichtung ergeben sich die gleichen Vorteile. Durch die von dem zumindest einen Federelement ausgeübte Druckkraft werden die beiden
Kugelgelenkflächen benachbarter Gelenkelemente voneinander gelöst und leicht voneinander beabstandet noch bevor eine laterale Bewegung stattfindet. Dadurch wird jede Art von die Oberflächen zerstörender Reibung vermieden.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem zumindest einen Federelement um eine das zentrale Zugkraftelement umschließende Druckfeder oder um mehrere, außerhalb des zentralen Zugkraftelements angeordnete Druckfedern oder um eine das zentrale Zugkraftelement umschließende Kunststoffscheibe. Grundsätzlich kann als Federelement eine weite Bandbreite an Bauteilen verwendet werden. Die zu Grund liegende Idee kann durch jedes Bauteil verwirklicht werden, welches die beiden
Kugelgelenkflächen benachbarter Gelenkelemente gegen eine Rückstellkraft voneinander beabstandet. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass die benachbarten Gelenkelemente nicht beliebig weit auseinandergedrückt werden dürfen. Grenzen sind hier durch die maximale Dehnung des Federelements und durch die die Länge der Stütze begrenzende Länge des Zugkraftelements vorgegeben.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einem der Gelenkpfanne benachbarten Randbereich des Gelenkelements eine um das zentrale Zugkraftelement umlaufende, durch einen Nutboden und durch zwei Nutwände begrenzte Ringnut vorgesehen. In der Ringnut sind ein mit dem Nutboden in Kontakt stehendes Federelement und eine mit dem Federelement und den Nutwänden in Kontakt stehende Kunststoffhülse angeordnet. Die Kunststoff hülse ragt teilweise aus der Ringnut heraus und steht in ihrem dem Federelement abgewandten Randbereich mit der Kugelscheibe des benachbarten Gelenkelements in Kontakt.
Durch die im Randbereich der Gelenkpfanne des Gelenkelements vorgesehene, um das zentrale Zugkraftelement umlaufende Ringnut, durch das in dieser Ringnut angeordnete Federelement sowie die teilweise aus der Ringnut herausragende, mit der Kugelscheibe des benachbarten Gelenkelements in Kontakt stehende Kunststoffhülse wird erreicht, dass die beiden Kugelgelenkflächen benachbarter Gelenkelemente im entspannten Zustand der Vorrichtung leicht voneinander beabstandet sind. Dabei ist eine Beabstandung von 0,2 bis 0,5 mm vollkommen ausreichend.
Diese Ausführungsform hat sich in verschiedensten Tests als hervorragend geeignet für die Vorrichtung zur externen Fixierung von Knochenfragmenten eines Patienten gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Federelement ist sicher und unverrückbar in die umlaufende Nut aufgenommen. Durch die mit der Kugelscheibe des benachbarten Gelenkelements in Kontakt stehende Kunststoffhülse wird erreicht, dass die beiden ein Kugelgelenk bildenden Gelenkelemente trotz der in der Vorrichtung vorhandenen
Grundspannung mit geringem Kraftaufwand gegeneinander verdrehen lassen. Trotz der bereits ausgebildeten Formstabilität der Vorrichtung können die Pins immer noch problemlos in die Aufnahmenuten der Gelenkelemente eingeklinkt werden.
Beim Beaufschlagen des zentralen Zugkraftelements mit einer Zugkraft wird dann zunächst das zumindest eine in der umlaufenden Nut vorgesehene Federelement zusammengedrückt. Die Kunststoffhülse steht zu diesem Zeitpunkt bereits in Kontakt mit der Kugelscheibe des benachbarten Gelenkelements. Bei weiterer Beaufschlagung mit Zugkraft kommen dann die beiden Kugelgelenkflächen benachbarter Gelenkelemente in kraftschlüssigen Kontakt miteinander und realisieren die Kraftübertragung von
Gelenkelement zu Gelenkelement. Abrasive Vorgänge beim Einklinken der Pins und beim Verschieben der Gelenkelemente zur Reposition des Bruchs, welche zu Beschädigungen bis zum Funktionsverlust der Kugelgelenkoberflächen führen, werden deutlich reduziert, was in einer erhöhten Lebensdauer der gesamten Vorrichtung resultiert.
Beim Lösen der Vorrichtung ergeben sich die gleichen Vorteile. Durch die von dem zumindest einen Federelement ausgeübte Druckkraft werden die beiden
Kugelgelenkflächen benachbarter Gelenkelemente voneinander gelöst und leicht voneinander beabstandet noch bevor eine laterale Bewegung stattfindet. Dadurch wird jede Art von die Oberflächen zerstörender Reibung vermieden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Kunststoffhülse aus Polyoxymethylen (POM), aus mit Polyethylen (PE) modifiziertem Polyoxymethylen, aus Polyphenylsulfon (PPSU), aus Polybutylenterephthalat (PBT), aus Polyethylenterephthalat (PET) oder aus einem derer Gemische. Bei diesen bevorzugten Materialien handelt es sich um Kunststoffe mit hoher Festigkeit und Formstabilität.
Gleichzeitig besitzen diese Materialien geringe Adhäsionskräfte und weisen daher gute Gleiteigenschaften auf. Weitere hervorzuhebende Eigenschaften sind die hohe
Zugfestigkeit, die hohe Schlagzähigkeit, die hohe Reißdehnung sowie die geringe
Wasseraufnahme. Besonders bevorzugt wird als Federelement eine Wellenfeder verwendet, wobei es sich um eine einlagige Wellenfeder oder um eine mehrlagige Wellenfeder, insbesondere um eine zweilagige Wellenfeder, handeln kann. Wellenfedern werden auch als axiale
Wellenfedern oder Wellfedern bezeichnet. Es handelt sich um gewundene oder gestanzte, federnde Teile, die aus Flachmaterial oder Flachdraht gefertigt werden. Ihre Federwirkung erhalten sie durch die eingearbeitete Welle. Bei Belastung werden die Wellen
herausgebogen. Mit einer - bei gleichbleibender Federkraft und gleichbleibendem
Federweg - um bis zu 50 Prozent gegenüber herkömmlichen Druckfedern reduzierten Federhöhe ist eine Wellenfeder ideal für sehr kompakte Einbausituationen geeignet. Trotz dieser reduzierten Bauhöhe erzeugen Wellenfedern die gleiche Kraft wie Druckfedern. Die geforderte Federkonstante lässt sich durch die Anzahl der Windungen, die Anzahl der Wellen sowie der Wellengrößen bestimmen und hersteilen. Wellenfedern können als Pakete übereinander geschichtet werden.
Besonders bevorzugt ist das Federelement aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, aus Kunststoff, aus Schaumstoff oder aus einem Elastomer gefertigt. Im Falle der
Verwendung einer Wellenfeder ist diese besonders bevorzugt aus Edelstahl gefertigt. Dem Fachmann ist klar, dass Material und Federgeometrie aufeinander abgestimmt sein sollten. Bei Wahl einer bestimmten Federgeometrie kann sich ein bestimmtes Material als besonders günstig heraussteilen, während bei einer alternativen Federgeometrie ein anderes Material besondere Vorteile mit sich bringen kann.
Bevorzugt bestehen die Gelenkelemente aus einem Metall, insbesondere Aluminium, einem faserverstärkten Polymermaterial oder einem geeigneten hochfesten
Kunststoffmaterial. Da die Gelenkelemente an den Kontaktflächen über längere Zeit höheren Druckkräften ausgesetzt sind, sollte das Material über eine hohe Kriechfestigkeit verfügen. Speziell geeignet sind beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Federelement und insbesondere die bevorzugt vorgesehene Ringnut mit Federelement ermöglicht den Einsatz von Werkstoffen, die von den abrasiven Beschichtungen besonders schnell und unmittelbar zerstört werden würden. Damit können andere, besonders vorteilhafte Eigenschaften dieser Materialien, wie beispielsweise geringes spezifisches Gewicht, hohe mechanische Stabilität oder leichte Bearbeitbarkeit, genutzt werden. Mit faserverstärktem Polymermaterial und Kunststoffen ist zudem der Vorteil verbunden, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
röntgendurchlässig ausgebildet ist, und auch keine metallischen Teile aufweist, welche in einem Kernspintomografen Artefakte verursachen oder deren Anwendung im Magnetfeld des Kernspintomografen verbieten würden. Für das Zugkraftelement können sämtliche geeigneten Werkstoffe, insbesondere Metalle und faserverstärkte Kunststoffe, verwendet werden. Für die Zugkraftelemente werden bevorzugt Drähte, Bänder, Seile oder besonders bevorzugt Faserbündel aus Metall, Kohlefaser oder aus anderen geeigneten Kunststoffen oder Kombinationen der vorgenannten verwendet, welche bei geringem Gewicht sehr hohe Zugkräfte aufnehmen können, ohne sich auch über einen Zeitraum von Monaten zu verformen.
Wie bereits erläutert besteht die zentrale Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Festklemmen herkömmlicher Pins, die vorab in den einzelnen zu fixierenden Knochenfragmenten verankert wurden. Diese Pins werden durch die Gelenkelemente klemmend gehalten und so die Knochenfragmente zueinander räumlich stabilisiert. Das einklemmende Fixieren der Pins an der Stütze der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann bei Beaufschlagung des zentralen Zugkraftelements mit einer ausreichend hohen Zugkraft grundsätzlich unabhängig von der Geometrie der Gelenkelemente erfolgen. Besondere Vorteile und ein besonders guter Sitz der Pins ergeben sich dann, wenn entsprechende Aufnahmenuten in den Gelenkelementen vorgesehen sind. Besonders vorteilhaft sind diese Aufnahmenuten an die Dimensionierung der Pins angepasst. Eine solche
Aufnahmenut kann grundsätzlich nur in der Kugelscheibe oder nur in der Gelenkpfanne vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist
ein Gelenkelement eine Gelenkpfannenaufnahmenut auf, wobei bei der
Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements ein Pin zwischen
Gelenkpfannenaufnahmenut und äußerer Kugelscheibenoberfläche kraftschlüssig fixierbar ist.
Ebenfalls bevorzugt weist ein Gelenkelement eine Kugelaufnahmenut auf, wobei bei der Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements ein Pin zwischen
Kugelaufnahmenut und innerer Kugelscheibenoberfläche kraftschlüssig fixierbar ist.
Ganz besonders bevorzugt sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen zumindest ein Gelenkelement aus zwei schwenkbeweglich verbundenen Teilen besteht. Dabei weist ein erster Teil eine mit einer unteren Kugelgelenkfläche eines ersten benachbarten Gelenkelements zusammenwirkende obere Kugelgelenkfläche auf, und ein zweiter Teil eine mit einer oberen Kugelgelenkfläche eines zweiten benachbarten
Gelenkelements zusammenwirkende untere Kugelgelenkfläche. Bei der
Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements ist ein Pin zwischen den beiden Teilen form- und kraftschlüssig fixierbar. Durch die schwenkbewegliche Verbindung der beiden Teile des Gelenkelements ist eine besonders einfache, schnelle und sichere Fixierung eines Pins an dem Gelenkelement und damit an der Stütze möglich. Insbesondere bevorzugt weist der erste Teil eine unterseitige Aufnahmenut auf und der zweite Teil weist eine oberseitige Aufnahmenut auf, wobei bei der Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements ein Pin zwischen der unterseitigen Aufnahmenut des ersten Teils und der oberseitigen Aufnahmenut des zweiten Teils form- und kraftschlüssig fixierbar ist. Durch diese Ausgestaltung ist der Pin sowohl von oben wie auch von unten von einer Führungsschiene eingeschlossen, wodurch ein versehentliches Lösen des Pins von der Stütze praktisch ausgeschlossen wird.
Bevorzugt ist eine mit dem zentralen Zugkraftelement verbundene Feder vorgesehen mittels der das zentrale Zugkraftelement mit einer Zugkraft beaufschlagbar ist.
Außerdem ist bevorzugt eine Spannungsvorrichtung vorgesehen mittels derer eine auf das zentrale Zugkraftelement wirkende Zugkraft erzeugbar ist, wobei die
Spannungsvorrichtung an einem Ende der Stütze der Vorrichtung angeordnet und/oder demontierbar ist.
Insbesondere die Kontaktflächen der Gelenkelemente, welche kraftschlüssig aufeinander haften sollen, können geeignet behandelt werden, um den Reibungskoeffizienten zu erhöhen. So können die Kontaktflächen beispielsweise aufgeraut oder beschichtet werden. Die Auflageflächen können auch mit einer Zahnung versehen werden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche der Gelenkpfanne und/oder die Oberfläche der Gelenkpfannenaufnahmenut und/oder die Oberfläche der Kugelaufnahmenut mit einer reibwerterhöhenden Beschichtung ausgestattet. Insbesondere umfasst diese reibwerterhöhende Beschichtung auf die Oberfläche der Gelenkpfanne und/oder auf die Oberfläche der
Gelenkpfannenaufnahmenut und/oder auf die Oberfläche der Kugelaufnahmenut abgeschiedene Hartpartikel, wobei die Hartpartikel besonders bevorzugt aus Diamant, aus einem diamantähnlichen amorphen Kohlenstoff (DLC) oder aus einem Carbid,
insbesondere Wolframcarbid, Chromcarbid, Molybdäncarbid, Borcarbid, Siliziumcarbid, oder deren Mischungen, bestehen.
Durch eine reibwerterhöhende Beschichtung und insbesondere durch eine Beschichtung mit den genannten Arten von Hartpartikeln kann eine extrem beständige und
unverrückbare Verbindung der beiden Kugelgelenkflächen benachbarter Gelenkelemente erreicht werden. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung bei ihrem Einsatz am Patienten über Monate hinweg auch im Falle externer Krafteinwirkung exakt ihre Form beibehalten soll, ist der Einsatz der genannten Beschichtungen in diesem Zusammenhang mit besonderen Vorteilen verbunden. Die erfindungsgemäß vorgesehene Ringnut mit
Federelement macht den Einsatz extrem abrasiver Beschichtungen möglich. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung würden solche Beschichtungen schon nach geringsten Bewegungen die mit der Beschichtung in Kontakt stehende Kugelgelenkfläche zerstören. Dies wird durch die Beabstandung der Kugelgelenkoberflächen vor
Zugkraftbeaufschlagung gemäß der vorliegenden Erfindung verhindert.
Der Durchmesser eines Gelenkelements einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt bevorzugt zwischen 30 und 40 mm, wobei hier ein Kompromiss zwischen mechanischer Stabilität und Platzverbrauch gewählt werden muss. So kann der Durchmesser der Gelenkelemente 40 mm betragen, die Höhe 23 mm, und der Kugelradius der
Kugelscheibe 20 mm. In gestreckten Zustand resultiert so ein Abstand von 20 mm zwischen zwei einzelnen Gelenkelementen. Die Formgebung und Position der
Aufnahmenuten ist auf den Durchmesser der zu klemmenden Pins angepasst, welcher standardmäßig 5 mm beträgt, aber auch die ebenfalls gebräuchlichen Pins mit einem Durchmesser von 4 mm oder 6 mm aufnehmen kann. Machbar sind auch Gelenkelemente mit verschiedenen Nuten für verschiedene Pin-Durchmesser.
Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Fixateur-Vorrichtung zur temporären Versorgung bis zur definitiven Fraktur-Versorgung mit Nägeln oder Platten vorgesehen, aufgrund ihrer Vorteile bezüglich Handling und Geschwindigkeit vor allem in Notfallsituationen. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Kriseneinsätze, wie beispielsweise Erdbeben oder Kriegssituationen, bei denen schwer verletzte Patienten mit notdürftigen Mitteln in kürzester Zeit transportfähig gemacht werden müssen. Eine erfindungsgemäße Fixateur- Vorrichtung ist jedoch auch für eine definitive Behandlung einer Fraktur geeignet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich Kopplungsmittel aufweisen, um die Vorrichtung mit anderen Fixateur-Vorrichtungen oder Zusatzvorrichtungen zu koppeln. Beispielsweise kann an einem vorderen Ende der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Schraubkopplung angebracht sein, mit der diese mit einem vorderen Ende einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung oder einem Kopplungselement verbindbar ist. Ebenfalls denkbar ist ein Kopplungselement beispielsweise in der Form einer Platte mit mehreren geeignet angeordneten Pins, welche in zwei zu verbindenden erfindungsgemäßen Vorrichtungen eingeklinkt werden können und diese so verbinden. Auf diese Art und Weise können auch Zwischensegmente eingebracht werden, beispielsweise zur
Überbrückung größerer Distanzen. Längere Fixateur externe, beispielsweise von der Hüfte bis zum Sprunggelenk, werden vorzugsweise aus zwei oder mehr einzelnen
erfindungsgemäßen Vorrichtungen zusammengesetzt, da die notwendigen Zugkräfte proportional zur Länge der Fixateur-Vorrichtung wachsen. Bei Bedarf können weitere Bestandteile in die erfindungsgemäße Fixateur-Vorrichtung integriert werden, die beispielsweise eine Distraktion, Achskorrektur oder Verlängerung zulassen, und über die so Einfluss auf die Frakturheilung genommen werden kann. Beispiele sind Distraktionselemente und dämpfende Federelemente. Es ist auch möglich, einzelne oder alle Gelenkelemente verlängerbar auszuführen.
Zur leichteren Reponierung kann auch ein Zwischenelement über der Bruchstelle des Knochens von Vorteil sein. Bei dem Zwischenelement kann es sich beispielsweise um ein Teleskopelement mit Schraubenflächen handeln.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch über ein geeignetes Kopplungselement sternförmig mit zwei oder mehr zusätzlichen erfindungsgemäßen Vorrichtungen verbunden werden. Auf diese Weise ist beispielsweise ein Hybridfixateur realisierbar, der eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, die an Pins befestigt wird, und die an einem Kopplungselement in zwei bis vier Arme übergeht, die ebenfalls als erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sind, und die mit einem Ringfixateur verbunden sind.
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fixieren von
Knochenbrüchen werden zur Reposition der Fraktur in das Knochengewebe der einzelnen Knochenfragmente eines Patienten mit den bekannten Methoden eine Mehrzahl von Pins verankert. In der Regel werden zwei Pins je großes Knochenfragment, insgesamt vier bis sechs Pins gesetzt. Die Pins können zur Anwendung mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ohne große Rücksichtnahme auf den noch anzubringenden Fixateur externe positioniert werden. Aus mechanischen Überlegungen wird der Abstand der Pins am gleichen Fragment möglichst groß gewählt werden.
Bei der Einstellung von offenen Frakturen in einer Notfallsituation, wo später noch eine definitive Osteosynthese mittels Platte oder Nagel erfolgt, wird in aller Regel nicht auf den Millimeter genau korrigiert, hier sind die Fragmente gelegentlich noch bis zu 5 bis 10 mm disloziert. Im Anbetracht der Begleitverletzungen ist eine schnelle Versorgung wichtig, und nicht die perfekte Reposition des Bruchs. Wichtig ist primär, dass keine Fragmente gegen die Haut, die Nerven, die Muskeln oder die Blutgefäße drücken. Bei definitiven Osteosynthesen hingegen wird versucht, bei der Reposition weniger als 5 mm Dislokation und 5° Achsabweichung zu erreichen.
Nach dem Setzen der Pins und einer ersten, provisorischen Reposition der Fragmente werden die Pins an die erfindungsgemäße Fixateur-Vorrichtung angeklinkt. Durch die Verschwenkbarkeit von ca. 15° zwischen benachbarten Gelenkelementen und deren freie Drehbarkeit können auch schräg zueinander stehende Pins problemlos fixiert werden.
Auch die Abstände zwischen den Pins können im Wesentlichen ohne Abmessen gewählt werden. Die flexibel formbare Stütze der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese Unregelmäßigkeiten problemlos nachvollziehen. Die einzelnen Elemente der Vorrichtung sind ohne Zugkraftbeaufschlagung gegeneinander schwenkbar beweglich und folgen den Bewegungen der Pins bei der Reposition des Knochens durch den Operateur.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch das durch die in der Ringnut angeordneten Federelemente verursachte leichte Auseinanderdrücken der
Gelenkelemente eine gewisse Grundspannung in der Vorrichtung erreicht. Trotzdem können die Gelenkelemente beim manuellen Richten der Fraktur problemlos verschoben werden. Außerdem ist genügend Spiel vorhanden um die Pins in die Aufnahmenuten der Gelenkelemente einklinken zu können, wobei der Kraft- und Reibschluss zwischen Pins und Gelenkelementen ein spontanes Verrutschen der Pins verhindert. Ein weiterer vorteilhafter Effekt dieser Grundspannung besteht darin, dass die gliederkettenartige Stütze eine gewisse Formstabilität aufweist und beim Reponieren nicht durchhängt. Die Grundspannung ist aber so gering, dass die Gelenkelemente problemlos gegeneinander bewegt werden können um die Fraktur zu reponieren. Allerdings genügt die vorhandene Grundspannung nicht um die Fraktur reponiert zu halten.
Nach Zugkraftbeaufschlagung ist die erfindungsgemäße Fixateur-Vorrichtung versteift.
Die Position der Pins wird bei diesem Vorgang des Versteifens nicht verändert. Um die Fraktur reponiert zu halten muss eine Zugkraft von 500 bis 2000 N angelegt werden. Dies ist vorzugsweise durch manuelle Bedienung möglich. Die Vorrichtung ist nun provisorisch gesichert. Anschließend wird vorzugsweise mit einer Aktuatorvorrichtung die Zugkraft auf einen definitiven Wert von 5000 bis 15000 N erhöht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart ausgelegt, dass die Spannung über mehrere Monate gar nicht oder nur unwesentlich nachlässt. Es ist auch möglich, eine
erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem optischen Indikator auszustatten, der beispielsweise je nach Zugkraft und/oder Modus (Montagemodus, Spannmodus erste und zweite Stufe, etc.) verschiedene Farben, Zahlen und/oder Buchstaben zeigt. Ebenfalls können Drucksensoren verschiedener Art zur Bestimmung und Überwachung der tatsächlich anliegenden Zugkraft verwendet werden.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1A, 1B das hintere Ende einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung,
(A) in Seitenansicht und (B) in einem Längsschnitt;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung;
Fig. 3A einen Längsschnitt parallel zu den Pin-Achsen durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3B einen Längsschnitt quer zu den Pin-Achsen durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 im Detail der Figur 3A den Bereich der umlaufenden Nut mit Federelement und Kunststoffhülse;
Fig. 5A, 5B eine zweiteilige Ausführungsform eines Gelenkelements, (A) in
Seitenansicht und (B) perspektivisch;
Fig. 6 schematisch einen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung stabilisierten
Knochenbruch.
Wege zur Ausführung der Erfindung Die Figuren 3A und 3B zeigt Längsschnitte durch einen Abschnitt einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Figur 3A einen Längsschnitt parallel zu den Achsen der Pins 4 zeigt und Figur 3B einen Längsschnitt quer zu den Achsen der Pins 4.
Gezeigt ist ein Abschnitt der Stütze 11 einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Mehrzahl an Gelenkelementen 2. Die Gelenkelemente 2 bestehen jeweils aus einem oberen Teil 2a mit einer als Kugelscheibe 21 ausgebildeten
Kugelgelenkfläche und einem mit diesem oberen Teil 2a über ein Gelenk 27
schwenkbeweglich verbundenen unteren Teil 2b mit einer Gelenkpfanne 22. Das über die gesamte Länge der Stütze 11 laufende Zugkraftelement 3 verläuft von der Spannungsvorrichtung (nicht gezeigt) durch die Längsdurchgänge 24 der Gelenkelemente 2, und endet an einem nicht dargestellten vorderen Ende der Stütze in einem Widerlager, welches eine anliegende Zugkraft aufnimmt und auf die Gelenkelemente 2 überträgt.
Das Zugkraftelement 3 ist als Kunststofffaserbündel ausgestaltet, das bei möglichst geringer Dicke über eine möglichst hohe Zugfestigkeit verfügt sowie Röntgentransparenz aufweist und unempfindlich gegenüber Magnetfeldern ist.
Die einzelnen Gelenkelemente 2 verfügen über eine obere Kugelgelenkfläche, die im Wesentlichen die Form einer Kugelscheibe 21 aufweist, und eine untere Kugelgelenkfläche in Form einer Gelenkpfanne 22, wobei die Kugelscheibe 21 eines Gelenkelements 2 jeweils in der Gelenkpfanne 22 des nächsten Gelenkelements 2 aufliegt, so dass eine Abfolge von Kugelgelenken entsteht.
Die Gelenkpfannen 22 der Gelenkelemente 2 sind mit einer reibwerterhöhenden
Beschichtung aus auf die Oberfläche der Gelenkpfanne 22 abgeschiedenen Diamant- Hartpartikeln ausgestattet. Im Randbereich der Gelenkpfanne 22 des unteren Teils 2b eines Gelenkelements 2 ist eine um das zentrale Zugkraftelement 3 umlaufende, durch einen Nutboden 80 und durch zwei Nutwände 81, 81' begrenzte Ringnut vorgesehen (siehe auch Figur 4). In der Ringnut sind eine mit dem Nutboden 80 in Kontakt stehende einlagige Wellenfeder 85 und eine mit der aus Edelstahl gefertigten Wellenfeder 85 und den Nutwänden 81, 81' in Kontakt stehende Kunststoffhülse 88 angeordnet. Die
Kunststoffhülse 88 ist aus Polyphenylsulfon (PPSU) gefertigt, ragt teilweise aus der Ringnut heraus und steht in ihrem der Wellenfeder 85 abgewandten Randbereich mit der Kugelscheibe 21 des benachbarten Gelenkelements 2 in Kontakt.
Durch die im Randbereich der Gelenkpfanne 22 des unteren Teils 2b eines
Gelenkelements 2 vorgesehene Ringnut, durch die in dieser Ringnut angeordnete Wellenfeder 85 sowie durch die teilweise aus der Ringnut herausragende, mit der Kugelscheibe 21 des benachbarten Gelenkelements 2 in Kontakt stehende Kunststoffhülse 88 wird erreicht, dass die beiden Kugelgelenkflächen 21, 22 benachbarter
Gelenkelemente im entspannten Zustand der Vorrichtung leicht voneinander beabstandet sind. In den Figuren 3A und 3B ist der Zustand nach Beaufschlagung des zentralen Zugkraftelements 3 mit einer Zugkraft gezeigt. Die Wellenfeder 85 ist zusammengedrückt und die beiden Kugelgelenkflächen 21, 22 benachbarter Gelenkelemente befinden sich in kraftschlüssigen Kontakt miteinander. Dadurch wird eine Kraftübertragung von
Gelenkelement zu Gelenkelement ermöglicht. In Figur 3B sind zwei Pins 4 gezeigt, die in den im Zusammenhang mit den Figuren 5A und 5B näher beschriebenen Aufnahmenuten kraft- und formschlüssig fixiert sind. Diese Pins 4 können im lediglich durch die Wellenfeder 85 leicht vorgespannten Zustand der Vorrichtung problemlos in die Aufnahmenuten der Gelenkelemente eingeklinkt werden. Dazu können der obere 2a und der untere Teil 2b des entsprechenden Gelenkelements mit geringem Kraftaufwand durch Schwenken um die Schwenkachse 27 voneinander beabstandet werden und so der Pin 4 in die Aufnahmenuten eingelegt werden.
Figur 4 zeigt im Detail die im Randbereich der Gelenkpfanne des unteren Teils eines Gelenkelements vorgesehene, um das zentrale Zugkraftelement umlaufende, durch einen Nutboden 80 und durch zwei Nutwände 81, 81' begrenzte Ringnut. In der Ringnut sind eine mit dem Nutboden 80 in Kontakt stehende einlagige Wellenfeder 85 und eine mit der aus Edelstahl gefertigten Wellenfeder 85 und den Nutwänden 81, 81' in Kontakt stehende Kunststoffhülse 88 angeordnet. Die Kunststoffhülse 88 ist aus Polyphenylsulfon (PPSU) gefertigt, ragt teilweise aus der Ringnut heraus und steht in ihrem der Wellenfeder 85 abgewandten Randbereich mit der Kugelscheibe 21 des benachbarten Gelenkelements in Kontakt.
Die Figuren 5A und 5B zeigen eine zweiteilige Ausführungsform eines Gelenkelements 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Übersichtlichkeit halber die Ringnut, das Federelement und die Kunststoffhülse nicht gezeigt sind. Das Gelenkelement 2 besteht aus einem oberen Teil 2a mit einer Kugelscheibe 21 und einem mit diesem oberen Teil 2a über ein Scharniergelenk 27 schwenkbeweglich verbundenen unteren Teil 2b mit einer Gelenkpfanne 22. Figur 5A zeigt das Gelenkelement in Seitenansicht mit Blick auf die Scharnierachse, Figur 5B das selbe Gelenkelement perspektivisch von unten mit Blick in die Gelenkpfanne. Auf den einander gegenüberliegenden inneren Seiten der beiden Teile 2a, 2b sind zwei parallele Aufnahmenuten 28, 28' angeordnet, zwischen denen ein Pin 4 festgeklemmt ist. Da die Zugkraft des Zugkraftelements im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Scharniergelenks 27 verläuft, kann das Scharniergelenk 27 vergleichsweise leicht gebaut sein. Die genannte Ausführungsform ist besonders robust, und erlaubt eine größere Nähe der Aufnahmenuten 28, 28' zum Zugkraftelement, und damit ein höheres Klemm-Drehmoment.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass in den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen das obere Teil 2a mit dem unteren Teil 2b ausschließlich in dem zentralen Abschnitt zwischen den Aufnahmenuten 28, 28' und den Aufnahmenuten 29,
29' in Kontakt steht. Die beiden randseitigen, außerhalb der Aufnahmenuten 28, 28' bzw. der Aufnahmenuten 29, 29' angeordneten Abschnitte waren in diesen Ausführungsformen voneinander beabstandet. In der in den Figuren 5A und 5B gezeigten Ausführungsform stehen das obere Teil 2a und das untere Teil 2b auch außerhalb der Aufnahmenuten 28, 28' bzw. der Aufnahmenuten 29, 29' miteinander in Kontakt und bilden dort
Scharniergelenke, von denen eines mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet ist. Diese Variante kann ganz allgemein in Kombination mit sämtlichen, oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden. Der Vorteil dieser Ausführungsformen liegt darin, dass bei dem Einclipsen eines Pins beispielsweise in die Aufnahmenuten 28, 28' aufgrund des längeren Hebelarms deutlich größere Kräfte übertragen werden können. Bei außerhalb der Aufnahmenuten 29, 29' beabstandeten Teilen 2a, 2b endet der Hebelarm an der Innenseite der Aufnahmenuten 29, 29', während der Hebelarm bei außerhalb der Aufnahmenuten 29, 29' in Kontakt stehenden Teilen 2a, 2b am äußeren Rand der Teile 2a, 2b endet, also an der mit dem Bezugszeichen 27 als Scharniergelenk bezeichneten Stelle.
Bei der Anwendung der Vorrichtung 1 zur externen Fixierung von gebrochenen Knochen 62, 62’ eines Patienten (siehe Figur 6), insbesondere der Extremitäten, werden eine Mehrzahl von Pins 4 mit ihrem proximalen Ende 41 im Knochengewebe 61 des Patienten verankert und die distalen Enden 42 der Pins 4 werden provisorisch an der Stütze 11 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 befestigt. Anschließend werden die Fragmente 62, 62’ in ihre im wesentlichen anatomische Ursprungslage repositioniert, und ein zentrales Zugkraftelement der Vorrichtung 1 wird mit einer Zugkraft beaufschlagt, so dass die aus einer Mehrzahl von Gelenkelementen 2 bestehende Stütze 11 der
Vorrichtung 1 versteift und die Pins 4 an der Stütze 11 klemmend und reibschlüssig fixiert. Die auf das Zugkraftelement wirkende Zugkraft kann gelöst werden, um die Reposition der Knochenfragmente zu korrigieren. Anschließend wird das Zugkraftelement der Vorrichtung 1 erneut mit einer Zugkraft beaufschlagt, so dass die Stütze 11 der Vorrichtung wieder versteift wird und die Pins 4 an der Stütze 11 klemmend und/oder reibschlüssig fixiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur externen Fixierung von Knochenbrüchen
11 Stütze
2, 2' Gelenkelement
2a, 2b Teil eines Gelenkelements
21 Kugelscheibe
22 Gelenkpfanne
23, 23a Nut zur Aufnahme des Pins
24 Längsdurchgang
241 obere Öffnung
242 untere Öffnung
243 Rand
244 Hohlraum
25 Umlenkelement
251 Zapfen
27 Scharniergelenk
28, 28' Aufnahmenuten
29, 29' Aufnahmenuten
3 Zugkraftelement
4 Pin
41 proximales Ende des Pins
42 distales Ende des Pins
5 Spannungsvorrichtung
51 Gewindebolzen
52 Feder
53 Gehäuse
54 Platte
55 Widerlager
61 Knochengewebe
62, 62’ Knochenfragment
80 Nutboden
81, 81' Nutwände
85 Federelement
88 Kunststoff hülse

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur externen Fixierung von Knochenfragmenten (62, 62') eines
Patienten mit einer außerhalb des Körpers des Patienten anordenbaren Stütze (11) aus einer Mehrzahl von aneinander gereihten Gelenkelementen (2, 2'), wobei an der Stütze (11) mindestens zwei mit ihrem proximalen Ende (41) im Knochengewebe (61) des Patienten verankerbare, perkutan anordenbare Pins (4) befestigbar und in ihrer räumlichen Lage zueinander fixierbar sind, wobei die Gelenkelemente (2, 2') auf einem zentralen Zugkraftelement (3) aufgereiht sind und die Gelenkelemente (2, 2') eine obere Kugelgelenkfläche in Form einer äußeren Kugelscheibenoberfläche (21) und eine als Gelenkpfanne ausgebildete untere Kugelgelenkfläche in Form einer inneren Kugelscheibenoberfläche (22) aufweisen, wobei jeweils zwei benachbarte Gelenkelemente (2, 2') zusammen ein Kugelgelenk bilden, wobei die einzelnen Kugelgelenke und damit die Stütze (11) durch eine Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) reversibel kraftschlüssig fixierbar sind, wobei die Gelenkelemente (2, 2') derart ausgestaltet sind, dass ein Pin (4) durch die
Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) kraftschlüssig an der Stütze (11) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei benachbarten, zusammen ein Kugelgelenk bildenden Gelenkelementen (2, 2') zumindest ein Federelement (85) angeordnet ist, wobei die einzelnen Kugelgelenke und damit die Stütze (11) durch die Zugkraftbeaufschlagung des zentralen
Zugkraftelements (3) entgegen der Federkraft des zumindest einen Federelements (85) reversibel kraftschlüssig fixierbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem
zumindest einen Federelement (85) um eine das zentrale Zugkraftelement (3) umschließende Druckfeder handelt oder dass es sich um mehrere, außerhalb des zentralen Zugkraftelements (3) angeordnete Druckfedern handelt oder dass es sich um eine das zentrale Zugkraftelement (3) umschließende Kunststoffscheibe handelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der
Gelenkpfanne (22) benachbarten Randbereich des Gelenkelements (2, 2') eine um das zentrale Zugkraftelement (3) umlaufende, durch einen Nutboden (80) und durch zwei Nutwände (81, 81') begrenzte Ringnut vorgesehen ist, wobei in der Ringnut das mit dem Nutboden (80) in Kontakt stehende Federelement (85) und eine mit dem Federelement (85) und den Nutwänden (81, 81') in Kontakt stehende Kunststoffhülse (88) angeordnet sind, wobei die Kunststoffhülse (88) teilweise aus der Ringnut herausragt und die Kunststoffhülse (88) in ihrem dem Federelement (85) abgewandten Randbereich mit der oberen Kugelgelenkfläche (21) des benachbarten Gelenkelements (2, 2') in Kontakt steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhülse (88) aus Polyoxymethylen (POM), aus mit Polyethylen (PE) modifiziertem
Polyoxymethylen, aus Polyphenylsulfon (PPSU), aus Polybutylenterephthalat (PBT), aus Polyethylenterephthalat (PET) oder aus einem derer Gemische besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Federelement (85) um eine einlagige Wellenfeder oder um eine mehrlagige
Wellenfeder, insbesondere um eine zweilagige Wellenfeder, handelt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (85) aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, aus Kunststoff, aus Schaumstoff oder aus einem Elastomer besteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkelemente (2, 2') aus Metall, insbesondere Aluminium, einem faserverstärkten Polymermaterial oder einem Kunststoffmaterial bestehen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gelenkelement (2') eine Gelenkpfannenaufnahmenut (23) aufweist, wobei bei der Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) ein Pin (4) zwischen Gelenkpfannenaufnahmenut (23) und äußerer Kugelscheibenoberfläche (21) kraftschlüssig fixierbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gelenkelement (2) eine Kugelaufnahmenut aufweist, wobei bei der
Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) ein Pin (4) zwischen Kugelaufnahmenut und innerer Kugelscheibenoberfläche (22) kraftschlüssig fixierbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Gelenkelement (2) aus zwei schwenkbeweglich verbundenen Teilen (2a, 2b) besteht, wobei ein erster Teil (2a) eine mit einer unteren Kugelgelenkfläche (22) eines ersten benachbarten Gelenkelements (2) zusammenwirkende obere Kugelgelenkfläche (21) aufweist, und ein zweiter Teil (2b) eine mit einer oberen Kugelgelenkfläche (21) eines zweiten benachbarten Gelenkelements (2)
zusammenwirkende untere Kugelgelenkfläche (22) aufweist, und wobei bei der Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) ein Pin (4) zwischen den beiden Teilen (2a, 2b) form- und kraftschlüssig fixierbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (2a) eine unterseitige Aufnahmenut (28) aufweist, und der zweite Teil (2b) eine oberseitige Aufnahmenut (28') aufweist, wobei bei der Zugkraftbeaufschlagung des zentralen Zugkraftelements (3) ein Pin (4) zwischen der unterseitigen Aufnahmenut (28) des ersten Teils (2a) und der oberseitigen Aufnahmenut (28') des zweiten Teils (2b) form- und kraftschlüssig fixierbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem zentralen Zugkraftelement (3) verbundene Feder (52) vorgesehen ist, mittels der das zentrale Zugkraftelement (3) mit einer Zugkraft beaufschlagbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsvorrichtung (5) vorgesehen ist, mittels derer eine auf das zentrale Zugkraftelement (3) wirkende Zugkraft erzeugbar ist, wobei die
Spannungsvorrichtung (5) an einem Ende der Stütze (11) der Vorrichtung (1) angeordnet und/oder demontierbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die untere Kugelgelenkfläche der Gelenkelemente (2, 2’) in Form einer inneren Kugelscheibenoberfläche (21) mit einem oberen Begrenzungskreis und einem unteren Begrenzungskreis ausgebildet ist, wobei der Radius des unteren
Begrenzungskreises im Wesentlichen der Hälfte eines Durchmessers der Stütze (11) senkrecht zu dem zentralen Zugkraftelement (3) entspricht und der Radius des oberen Begrenzungskreises mindestens 50% des Radius des unteren
Begrenzungskreises, bevorzugt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 70%, insbesondere bevorzugt mindestens 80% des Radius des unteren
Begrenzungskreises beträgt.
15. Vorrichtung nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Gelenkpfanne (22) und/oder die Oberfläche der
Gelenkpfannenaufnahmenut (23) und/oder die Oberfläche der Kugelaufnahmenut mit einer reibwerterhöhenden Beschichtung ausgestattet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die reibwerterhöhende
Beschichtung auf die Oberfläche der Gelenkpfanne (22) und/oder auf die Oberfläche der Gelenkpfannenaufnahmenut (23) und/oder auf die Oberfläche der
Kugelaufnahmenut abgeschiedene Hartpartikel umfasst.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartpartikel aus Diamant, aus einem diamantähnlichen amorphen Kohlenstoff (DLC) oder aus einem Carbid, insbesondere Wolframcarbid, Chromcarbid, Molybdäncarbid, Borcarbid, Siliziumcarbid, oder deren Mischungen bestehen.
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