WO2023186195A1 - Artificial bone presenting a fracture - Google Patents

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WO2023186195A1
WO2023186195A1 PCT/DE2022/100240 DE2022100240W WO2023186195A1 WO 2023186195 A1 WO2023186195 A1 WO 2023186195A1 DE 2022100240 W DE2022100240 W DE 2022100240W WO 2023186195 A1 WO2023186195 A1 WO 2023186195A1
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WO
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bone
fracture
artificial
connector
connectors
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100240
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German (de)
French (fr)
Inventor
Dankward HÖNTZSCH
Bedran ATICI
Raffael HEIERLI
Original Assignee
Marenco Ag
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.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30—Anatomical models
    • G09B23/34—Anatomical models with removable parts

Definitions

  • the invention relates to an artificial bone with a fracture with the features of the preamble of claim 1.
  • An “artificial bone” is a replica, in particular, of a human bone. “Fracture” means that the bone is broken or that part of the bone has broken off.
  • the artificial bone according to the invention is intended to illustrate the fracture and in particular to simulate an operation of the bone or to illustrate and simulate an assembly of the bone fragments in a position of the uninjured bone.
  • the artificial bone according to the invention has two or more bone fragments, of which one bone fragment, for example a largest bone fragment, is referred to here as the first bone part and another bone fragment is referred to as a fracture part for distinction.
  • the first bone part and the fracture part each have a fracture surface on which the fracture part has broken off from the first bone part.
  • the fracture surface of the fracture part matches the fracture surface of the first bone part, the fracture surface of the fracture part is, so to speak, a counterpart or a counter surface to the fracture surface of the first bone part.
  • the Fracture surfaces are irregular surfaces with irregular surface structures, which are modeled in particular on fracture surfaces of a broken bone, particularly a human bone.
  • the artificial bone has a movable connector which is an integral part of the artificial bone, that is to say which is integral with both the first bone part and the fracture part.
  • the movable connector movably connects the fracture part to the first bone part in such a way that the fracture part moves into an uninjured position, which it would have on the first bone part or in the uninjured bone if the bones were uninjured, and that the fracture part moves away from the fracture surface of the first bone part removed and/or twisted relative to the first bone part.
  • the artificial bone according to the invention enables the simulation of an operation on a bone fracture, that is to say an arrangement of the fractured part in the uninjured position on the first bone part or a movement of the fractured part with respect to the first bone part into the uninjured position and a fixation of the fractured part on the first bone part, for example by means of a surgical perforated plate, which is placed on the first bone part and on the fracture part, overlapping the fracture surface, and with surgical screws, which are screwed through holes in the perforated plate into the first bone part and into the fracture part.
  • the connector connects the fracture part preferably in a 3-dimensional translational manner relative to the first bone part and/or a 3-dimensional rotational movement relative to the first bone part.
  • the first bone part, the fracture part and the connector are manufactured in one piece with each other by 3D printing.
  • the invention provides for the artificial bone according to the invention to be produced by 3D printing from plastic, although production from another material, for example metal, is not excluded.
  • the connector is designed as a spiral spring, in particular as a non-straight spiral spring, which connects the fracture part elastically and movably to the first bone part.
  • the connector is designed as an arcuate spiral spring.
  • Other possible shapes of the spiral spring forming the connector are zigzag-shaped, having a corner(s) or bend(s), wave-shaped, spiral-shaped or helical, or combinations of such shapes. The list is an example and not exhaustive.
  • the shaping makes it possible to achieve the desired mobility and spring properties of the fracture part in relation to the first bone part.
  • One embodiment of the invention provides a linear, for example rope-shaped or rod-shaped, spiral spring as a connector.
  • a linear, for example rope-shaped or rod-shaped, spiral spring as a connector.
  • This refers to an approximately one-dimensional spiral spring whose cross section is small in relation to its length.
  • the cross section can basically have any shape and size and/or change over the length of the connector.
  • the spiral spring forming the connector is preferably not straight but in particular arcuate.
  • An embodiment of the invention is possible in which the connector, in the undeformed state, holds the fractured part with its fracture surface in the uninjured position on the fracture surface of the first bone part.
  • the connector in its undeformed state, holds the fractured part in a position on the fracture surface of the first bone part that the fractured part would have on the first bone part or in the bone if the bone was uninjured.
  • the connector is deformed in this embodiment of the invention.
  • Another embodiment of the invention provides, conversely, that the connector, in its undeformed state, holds the fractured part at a distance from the fracture surface of the first bone part and/or twisted with respect to the uninjured position on the first bone part. In this case, the connector is deformed when the fracture part is moved to the uninjured position on the fracture surface of the first bone part.
  • the artificial bone according to the invention preferably has two connectors for each fracture part, which connect the fracture part to the first bone part. More than two connectors for each fracture part are also possible.
  • the connectors are parallel to one another, which means that the connectors have the same or approximately the same shape and their distance from one another is constant or approximately constant over a length of the connectors. Exact parallelism is not necessary, deviations from parallelism in the range of a diameter or a thickness of the connectors that is small in relation to the length of the connectors and in particular only a fraction of the length of the connectors are possible and should still be considered “parallel “ be understood within the meaning of the invention. This certainly applies to undeformed connectors.
  • the parallelism of the connectors can be lost. This is particularly the case when the fracture part rotates in relation to the first bone part. If there are more than two connectors, at least two of the connectors or pairs of connectors are parallel to each other.
  • the first bone part, the fracture part or parts and the connector or connectors can be produced in one piece and from a material, for example from a plastic or from another material such as metal .
  • the connector or connectors are made of a different material than the first bone part and/or exist as the fractured part(s), wherein the fractured part(s) consist in particular of the same material as the first bone part. This is possible with two- or multi-component 3D printing.
  • the artificial bone can have one, two or more fracture parts, which are each movably connected to the first bone part by one, two or more connectors in the manner explained above.
  • One embodiment of the invention provides for the artificial bone or at least the first bone part of the artificial bone to be designed as a hollow part, in the interior of which the connector or connectors are arranged.
  • the artificial bone according to the invention can also be designed as a hollow part if a recreated natural bone is not a hollow or tubular bone.
  • the design of the artificial bone or at least its first bone part as a hollow part has the advantage that the connector or connectors can be accommodated in the first bone part and do not have to be arranged on the outside of the bone. When simulating the operation, the connector(s) are not in the way.
  • the fractured part or parts can also be hollow parts or, for example, cap-shaped, curved parts.
  • the artificial bone is a replica of a human bone with a fracture, which and its fracture or fracture surfaces are reproduced true to nature or at least approximately true to nature. This makes it possible to simulate an upcoming operation on a broken human bone.
  • One embodiment of the invention provides a position marker on the first bone part and/or on the fracture part(s), which enables non-contact, in particular optical, position detection.
  • the first bone part and/or the fracture parts In order to be able to record the position of the first bone part and/or the fracture part(s) in 2 dimensions or 3 dimensions, that is to say a spatial position of the fracture parts in relation to the first bone part, the first bone part and/or the fracture parts have two, three or more position markers at different, spaced apart locations positions.
  • Such position markers are known from biomechanics, where they are glued to different parts of a person/subject in order, for example, to be able to record their movements without contact, or from crash test dummies.
  • position markers There are also other position markers that can be used in the invention.
  • Figure 1 shows an artificial bone with a fracture according to the invention with bone parts separated from one another;
  • Figure 2 shows the artificial bone from Figure 1 with bone parts arranged next to one another;
  • Figure 3 shows a second embodiment of an artificial bone with a fracture according to the invention with bone parts separated from one another;
  • Figure 4 shows the artificial bone from Figure 3 with bone parts arranged together.
  • Figures 1 and 2 show a knee-side region of a shin bone, that is, a lower leg bone of a human being.
  • the artificial bone 1 is a hollow, tubular bone executed, which widens at its end to form a head 2, to which a knee joint would be connected in a human skeleton, the head 2 of the bone 1 being part of the knee.
  • the head 2 of the bone 1 is also designed as a hollow body.
  • the artificial bone 1 On the head 2, the artificial bone 1 has two fracture parts 3, which are designed as artificial bone pieces broken off from the head 2 of the bone 1. A remaining part of the bone 1 is referred to here as the first bone part 4.
  • the head 2 of the artificial bone that is to say the first bone part 4, has two annular fracture surfaces 5 on which the fracture parts 3 have broken off from the bone 1.
  • the two fracture parts 3 have opposite fracture surfaces 6 that match the fracture surfaces 5 of the head 2 of the artificial bone 1.
  • the fracture parts 3 are connected to the first bone part 4 with movable connectors 7 in such a way that the fracture parts 3 are limited by a mobility of the connectors 7 in a 3-dimensional translational and 3-dimensional rotational manner with respect to the first bone part 4. Due to the 3-dimensional translational mobility, the fracture parts 3 can be removed from the fracture surfaces 5 of the first bone part 4 as shown in Figure 1 or, as shown in Figure 2, with their fracture surfaces 6 fitting to the fracture surfaces 5 on the head 2 of the artificial bone 1, that means to arrange on the first bone part 4 of the artificial bone 1 according to the invention.
  • the position of the fracture parts 3, which is arranged with the fracture surfaces 6 to fit the fracture surfaces 5 of the first bone part 4 and shown in FIG first bone part 4 designated.
  • the connectors 7 are elastic, arcuate bending springs 8 with curvatures that change over their length.
  • the bending springs 8 are curved in one direction, that is, they do not have an opposite curvature, with the connectors 7 in the first bone part 4 and the respective fracture part 3 areas are more curved than in a central area in which the connectors 7 are almost straight.
  • the bending springs 8 forming the connectors 7 can be interpreted as linear, rod-shaped or rope-shaped; they have a circular cross section, the diameter of which is a fraction of the length of the respective connector 7.
  • the cross section of the connectors 7 can change over the length of the connectors 7 to change elastic bending properties of the connectors 7 over their length.
  • the spiral springs 8 forming the connectors 7 can be bent elastically, whereby the 3-dimensional translational and 3-dimensional rotational movement of the fracture parts 3 with respect to the first bone part 4 is possible. It is also possible for the connectors 7 to be elastically stretchable.
  • the bone 1 has two connectors 7 for each fracture part 3, which in the exemplary embodiment have the same or approximately the same shapes and are arranged congruently one behind the other in a viewing direction of Figures 1 and 2, whereby only one of the two connectors 7 is at the front in the viewing direction of the fracture parts 3 can be seen.
  • the connectors 7 are arranged parallel or at least approximately parallel to one another.
  • the described shape, arrangement and number of the bending springs 8 forming the connectors 7 is not mandatory for the invention; connectors with a different shape, connectors arranged differently in the bone 1 or with only one connector or with more than two connectors for each fracture part 3 are possible (not shown).
  • the connectors 7 are arranged in the tubular artificial bone 1, that is, in the hollow first bone part 4 and on or in hollow inner sides of the fracture parts 3, which can be understood as cap-shaped in Figures 1 and 2.
  • the connectors 7 When handling the bone 1, the connectors 7 are not in the way. In their undeformed state do they hold the connectors? forming bending springs 8, the fracture parts 3 at a distance from the fracture surfaces 5 of the first bone part 4, the fracture surfaces 6 of the fracture parts 3 facing the fracture surfaces 5 of the first bone part 4.
  • the fracture parts 3 can be rotated relative to the first bone part 4, the bending springs 8 forming the connectors 7 being bent elastically, and the fracture parts 3 can be arranged with their fracture surfaces 6 to fit the fracture surfaces 5 of the first bone part 4, i.e. in a position which had the fracture parts 3 on an uninjured (shin bone) bone 1. As written, this position is referred to here as the uninjured position.
  • the bending springs 8 forming the connectors 7 are also elastically de
  • An embodiment of the invention is also possible in which the fracture parts 3 assume the uninjured position with undeformed connectors 7, in which the fracture surfaces 6 of the fracture parts 3 fit snugly against the fracture surfaces 5 of the first bone part 4 (not shown).
  • the fracture parts 3 can be removed from the fracture surfaces 5 of the first bone part 4 and also rotated relative to the first bone part 4, with the bending springs 8 forming the connectors 7 being elastically deformed.
  • the artificial bone 1 is made of plastic by 3D printing, with the first bone part 4, the fracture parts 3 and the connectors 7 designed as bending springs 8 being produced in one printing process and thereby in one piece with one another. At their ends, the connectors 7 merge into the fracture parts 3 and the first bone part 4 without a transition.
  • the connectors 7 can be made of the same plastic as the fracture parts 3 and the first bone part 4, the connectors 7 being designed as bending springs 8 due to their shape and having their elasticity.
  • the first bone part 4 and the fracture part 3 have a high level of rigidity due to their shape and possibly wall thickness.
  • a two-component 3D printing of the artificial bone 1 is also possible, in which the connectors 7 are printed from a different plastic than the first Bone part 4 and the fracture parts 3.
  • a multi-component 3D printing of the artificial bone 1 is not excluded, in which the first bone part 4 is printed from a different plastic than the fracture parts 3 and the connectors 7 are printed from a third plastic.
  • the invention also does not exclude 3D printing of the artificial bone 1 or its fracture parts 3, the first bone part 4 and/or the connectors 7 made of a material other than plastic.
  • the artificial bone 1 according to the invention enables a simulation of an operation on a broken bone, in particular a practice of moving the fracture parts 3 with their fracture surfaces 6 into appropriate contact with the fracture surfaces 5 of the first bone part 4, i.e. moving the fracture parts 3 into the uninjured position.
  • the artificial bone 1 according to the invention enables the fracture parts 3 to be fixed in the uninjured position on the first bone part 4 using, for example, surgical wire or surgical screws and one or more surgical perforated plates.
  • One embodiment of the invention provides that the artificial bone 1 with the fracture or fractures is modeled on a broken human bone, that is, the fracture parts 3 and the fracture surfaces 5, 6 have the same shape as the broken human bone. In this way, an upcoming operation can be simulated.
  • Figures 3 and 4 show an artificial long bone with a fracture as a second exemplary embodiment of a bone 1 according to the invention with a fracture.
  • a section of the long bone with the fracture is drawn.
  • One of the two parts of the broken bone 1 is hereinafter referred to as the first bone part 4 and another as the fracture part 3, the assignment to the two parts of the broken bone 1 being arbitrary.
  • the fracture part 3 and the first bone part 4 have annular, essentially opposite and matching fracture surfaces 5, 6.
  • Connectors 7 designed as bending springs 8 connect the fracture part 3 with limited elasticity in a 3-dimensional translational and 3-dimensional rotational manner the first bone part 4.
  • the bending springs 8 also have the shape of spring clips curved in one direction in the second exemplary embodiment, whereby here the bending springs 8 are almost angled close to their ends, that is to say they are hook-shaped and are almost stretched between the bends. As written, other forms of connectors 7 are possible.
  • the connectors 7 are arranged in the hollow bone 1, which is designed as a tubular bone, or in the tubular first bone part 4 and in the likewise tubular fracture part 3.
  • the fracture part 3 can be arranged, as shown in Figure 4, with its fracture surface 6 fitting on the fracture surface 5 of the first bone part 4, that is to say in the uninjured position that the fracture part 3 would have on the first bone part 4 if the bone 1 was uninjured, the connectors 7 be elastically deformed.
  • the connectors 7 In the undeformed state ( Figure 3), the connectors 7 hold the fracture part 3 with its fracture surface 6 at a distance from the fracture surface 5 of the first bone part 4 and - in the exemplary embodiment - the fracture part 3 is slightly offset from the first bone part 4, which, however, is not mandatory for the invention is.
  • the bone 1 in the second exemplary embodiment of the invention is also made of plastic by 3D printing, whereby the connectors 7 can be made of a different plastic than the first bone part 4 and that by means of two-component or multi-component 3D printing Fracture part 3.
  • FIGS. 1 and 2 are additionally referred to.
  • the first bone part 4 and the fracture parts 3 are provided with position markers 9 in order to be able to detect their position without contact, in particular optically.
  • position markers 9 are known, for example, in biomechanics or from crash test dummies, although other position markers 9 can also be used.
  • the first bone part 4 and the fracture parts 3 each have a plurality of position markers 9, which are arranged at distances from one another, whereby a spatial position of the first bone part 4 and the fracture parts 3 and thus also the spatial position of the fracture parts 3 in relation to the first bone part 4 can be detected without contact.
  • the position markers 9 are drawn in the first bone part 4 and in the fracture parts 3 for the sake of simplicity. In fact, the position markers 9 are located on the outside or at least at locations of the first bone part 4 and the fracture parts 3 that are accessible, for example optically accessible, for detecting their position.

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Abstract

The invention relates to a hollow artificial bone (1) produced by 3D printing from a plastics material, for use in the simulation of an operation. Said bone has a first bone piece (4) and one or more fracture pieces (3) that are integrally connected to the bone (1) by 3D printing by means of bow-shaped torsional springs (8) inside the hollow bone (1).

Description

KÜNSTLICHER KNOCHEN MIT FRAKTUR ARTIFICIAL BONE WITH FRACTURE
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft einen künstlichen Knochen mit einer Fraktur mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein „künstlicher Knochen“ ist eine Nachbildung insbesondere eines menschlichen Knochens. „Fraktur“ bedeutet, dass der Knochen gebrochen oder dass ein Teil des Knochens abgebrochen ist. Der erfindungsgemäße künstliche Knochen ist zu einer Veranschaulichung der Fraktur und insbesondere zu einer Simulation einer Operation des Knochens beziehungsweise zu einer Veranschaulichung und Simulation eines Aneinandersetzens der Knochenbruchteile in einer Position des unverletzten Knochens vorgesehen. The invention relates to an artificial bone with a fracture with the features of the preamble of claim 1. An “artificial bone” is a replica, in particular, of a human bone. “Fracture” means that the bone is broken or that part of the bone has broken off. The artificial bone according to the invention is intended to illustrate the fracture and in particular to simulate an operation of the bone or to illustrate and simulate an assembly of the bone fragments in a position of the uninjured bone.
Der erfindungsgemäße künstliche Knochen weist zwei oder mehr Knochenbruchteile auf, von denen ein Knochenbruchteil, beispielsweise ein größtes Knochenbruchteil, hier als erstes Knochenteil und ein anderes Knochenbruchteil zur Unterscheidung als Frakturteil bezeichnet wird. Das erste Knochenteil und das Frakturteil weisen jeweils eine Bruchfläche auf, an der das Frakturteil von dem ersten Knochenteil abgebrochen ist. Die Bruchfläche des Frakturteils passt zur Bruchfläche des ersten Knochenteils, die Bruchfläche des Frakturteils ist sozusagen eine Gegenstück oder eine Gegenfläche zur Bruchfläche des ersten Knochenteils. Die Bruchflächen sind unregelmäßige Flächen mit unregelmäßigen Oberflächenstrukturen, die insbesondere Bruchflächen eines gebrochenen insbesondere menschlichen Knochens nachgebildet sind. The artificial bone according to the invention has two or more bone fragments, of which one bone fragment, for example a largest bone fragment, is referred to here as the first bone part and another bone fragment is referred to as a fracture part for distinction. The first bone part and the fracture part each have a fracture surface on which the fracture part has broken off from the first bone part. The fracture surface of the fracture part matches the fracture surface of the first bone part, the fracture surface of the fracture part is, so to speak, a counterpart or a counter surface to the fracture surface of the first bone part. The Fracture surfaces are irregular surfaces with irregular surface structures, which are modeled in particular on fracture surfaces of a broken bone, particularly a human bone.
Erfindungsgemäß weist der künstliche Knochen einen beweglichen Verbinder auf, der einstückiger Bestandteil des künstlichen Knochens, das heißt der einstückig sowohl mit dem ersten Knochenteil als auch mit dem Frakturteil ist. Der bewegliche Verbinder verbindet das Frakturteil beweglich mit dem ersten Knochenteil derart, dass sich das Frakturteil in eine unverletzte Stellung, die es bei unverletzten Knochen an dem ersten Knochenteil beziehungsweise in dem unverletzten Knochen hätte, bewegen und dass sich das Frakturteil von der Bruchfläche des ersten Knochenteils entfernen und/oder gegenüber dem ersten Knochenteil verdrehen lässt. According to the invention, the artificial bone has a movable connector which is an integral part of the artificial bone, that is to say which is integral with both the first bone part and the fracture part. The movable connector movably connects the fracture part to the first bone part in such a way that the fracture part moves into an uninjured position, which it would have on the first bone part or in the uninjured bone if the bones were uninjured, and that the fracture part moves away from the fracture surface of the first bone part removed and/or twisted relative to the first bone part.
Der erfindungsgemäße künstliche Knochen ermöglicht die Simulation einer Operation eines Knochenbruchs, das heißt eine Anordnung des Frakturteils in der unverletzten Stellung am ersten Knochenteil beziehungsweise eine Bewegung des Frakturteils in Bezug auf das erste Knochenteil in die unverletzte Stellung und eine Festlegung des Frakturteils am ersten Knochenteil beispielsweise mittels eines chirurgischen Lochblechs, das die Bruchfläche überlappend an dem ersten Knochenteil und an dem Frakturteil angelegt wird, und mit chirurgischen Schrauben, die durch Löcher des Lochblechs in das erste Knochenteil und in das Frakturteil geschraubt werden. The artificial bone according to the invention enables the simulation of an operation on a bone fracture, that is to say an arrangement of the fractured part in the uninjured position on the first bone part or a movement of the fractured part with respect to the first bone part into the uninjured position and a fixation of the fractured part on the first bone part, for example by means of a surgical perforated plate, which is placed on the first bone part and on the fracture part, overlapping the fracture surface, and with surgical screws, which are screwed through holes in the perforated plate into the first bone part and into the fracture part.
Der Verbinder verbindet das Frakturteil vorzugsweise 3-dimensional gegenüber dem ersten Knochenteil translatorisch und/oder 3-dimensional rotatorisch gegenüber dem ersten Knochenteil beweglich. The connector connects the fracture part preferably in a 3-dimensional translational manner relative to the first bone part and/or a 3-dimensional rotational movement relative to the first bone part.
In bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Knochenteil, das Frakturteil und der Verbinder durch 3D-Druck einstückig miteinander hergestellt. Dadurch lässt sich eine gute mechanische Verbindung des Verbinders mit dem ersten Knochenteil und mit dem Frakturteil erreichen und es lassen sich alle Elemente des künstlichen Knochens mit der Fraktur in einem Schritt herstellen, nämlich durch den 3D-Druck. Insbesondere sieht die Erfindung eine Herstellung des erfindungsgemäßen künstlichen Knochens durch 3D-Druck aus Kunststoff vor, wobei eine Herstellung aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise aus Metall, nicht ausgeschlossen ist. In a preferred embodiment of the invention, the first bone part, the fracture part and the connector are manufactured in one piece with each other by 3D printing. This makes it possible to achieve a good mechanical connection of the connector with the first bone part and with the fracture part and all elements of the artificial bone with the fracture can be produced in one step, namely through 3D printing. In particular, the invention provides for the artificial bone according to the invention to be produced by 3D printing from plastic, although production from another material, for example metal, is not excluded.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Verbinder als Biegefeder, insbesondere als nicht gerade Biegefeder ausgeführt ist, die das Frakturteil elastisch und beweglich mit dem ersten Knochenteil verbindet. Insbesondere ist der Verbinder als bogenförmige Biegefeder ausgeführt. Andere mögliche Formen der den Verbinder bildenden Biegefeder sind zick-zack-förmig, eine Ecke/n oder Abwink- lung/en aufweisend, wellenförmig, spiralförmig oder schraubenlinienförmig oder Kombinationen solcher Formen. Die Aufzählung ist beispielhaft und nicht abschließend. Durch die Formgebung lässt sich eine gewünschte Beweglichkeit und Federeigenschaften des Frakturteils in Bezug auf das erste Knochenteil erreichen. One embodiment of the invention provides that the connector is designed as a spiral spring, in particular as a non-straight spiral spring, which connects the fracture part elastically and movably to the first bone part. In particular, the connector is designed as an arcuate spiral spring. Other possible shapes of the spiral spring forming the connector are zigzag-shaped, having a corner(s) or bend(s), wave-shaped, spiral-shaped or helical, or combinations of such shapes. The list is an example and not exhaustive. The shaping makes it possible to achieve the desired mobility and spring properties of the fracture part in relation to the first bone part.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine linienförmige, beispielsweise seilförmige oder stabförmige Biegefeder als Verbinder vor. Damit ist eine näherungsweise eindimensionale Biegefeder gemeint, deren Querschnitt klein im Verhältnis zu ihrer Länge ist. Der Querschnitt kann eine grundsätzlich beliebige Form und Größe aufweisen und/oder sich über die Länge des Verbinders ändern. Wie vorstehend geschrieben, ist die den Verbinder bildende Biegefeder vorzugsweise nicht gerade sondern insbesondere bogenförmig. One embodiment of the invention provides a linear, for example rope-shaped or rod-shaped, spiral spring as a connector. This refers to an approximately one-dimensional spiral spring whose cross section is small in relation to its length. The cross section can basically have any shape and size and/or change over the length of the connector. As written above, the spiral spring forming the connector is preferably not straight but in particular arcuate.
Es ist eine Ausgestaltung der Erfindung möglich, bei der der Verbinder in unverformtem Zustand das Frakturteil mit seiner Bruchfläche in der unverletzten Stellung an der Bruchfläche des ersten Knochenteils hält. Das heißt in seinem unverformten Zustand hält der Verbinder das Frakturteil in einer Stellung an der Bruchfläche des ersten Knochenteils, die das Frakturteil bei unverletztem Knochen am ersten Knochenteil beziehungsweise im Knochen hätte. Bei einem Entfernen oder Verdrehen des Frakturteils wird bei dieser Ausgestaltung der Erfindung der Verbinder verformt. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht umgekehrt vor, dass der Verbinder in seinem unverformten Zustand das Frakturteil in einem Abstand von der Bruchfläche des ersten Knochenteils und/oder verdreht in Bezug auf die unverletzte Stellung an dem ersten Knochenteil hält. In diesem Fall wird der Verbinder verformt, wenn das Frakturteil in die unverletzte Stellung an der Bruchfläche des ersten Knochenteils bewegt wird. An embodiment of the invention is possible in which the connector, in the undeformed state, holds the fractured part with its fracture surface in the uninjured position on the fracture surface of the first bone part. This means that in its undeformed state, the connector holds the fractured part in a position on the fracture surface of the first bone part that the fractured part would have on the first bone part or in the bone if the bone was uninjured. When the fractured part is removed or twisted, the connector is deformed in this embodiment of the invention. Another embodiment of the invention provides, conversely, that the connector, in its undeformed state, holds the fractured part at a distance from the fracture surface of the first bone part and/or twisted with respect to the uninjured position on the first bone part. In this case, the connector is deformed when the fracture part is moved to the uninjured position on the fracture surface of the first bone part.
„Unverformt“ bedeutet, dass der Verbinder weder elastisch noch plastisch verformt ist. “Undeformed” means that the connector is neither elastically nor plastically deformed.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße künstliche Knochen zwei Verbinder für jedes Frakturteil auf, die das Frakturteil mit dem ersten Knochenteil verbinden. Möglich sind auch mehr als zwei Verbinder für jedes Frakturteil. Insbesondere sind die Verbinder parallel zueinander, womit gemeint ist, dass die Verbinder eine gleiche oder näherungsweise gleiche Form aufweisen und ihr Abstand voneinander über eine Länge der Verbinder konstant oder näherungsweise konstant ist. Eine exakte Parallelität ist nicht notwendig, Abweichungen von der Parallelität im Bereich eines Durchmessers oder einer Dicke der Verbinder, die klein in Bezug auf die Länge der Verbinder und insbesondere nur einen Bruchteil der Länge der Verbinder ist, sind möglich und sollen immer noch als „parallel“ im Sinne der Erfindung aufgefasst werden. Das gilt jedenfalls für unverformte Verbinder. Durch - insbesondere elastische - Verformung durch Bewegung des Frakturteils in Bezug auf das erste Knochenteil kann die Parallelität der Verbinder verloren gehen. Das ist insbesondere bei einer Rotation des Frakturteils in Bezug auf das erste Knochenteil der Fall. Bei mehr als zwei Verbindern sind mindestens zwei der Verbinder oder Verbinderpaare parallel zueinander. The artificial bone according to the invention preferably has two connectors for each fracture part, which connect the fracture part to the first bone part. More than two connectors for each fracture part are also possible. In particular, the connectors are parallel to one another, which means that the connectors have the same or approximately the same shape and their distance from one another is constant or approximately constant over a length of the connectors. Exact parallelism is not necessary, deviations from parallelism in the range of a diameter or a thickness of the connectors that is small in relation to the length of the connectors and in particular only a fraction of the length of the connectors are possible and should still be considered “parallel “ be understood within the meaning of the invention. This certainly applies to undeformed connectors. Due to - in particular elastic - deformation caused by movement of the fracture part in relation to the first bone part, the parallelism of the connectors can be lost. This is particularly the case when the fracture part rotates in relation to the first bone part. If there are more than two connectors, at least two of the connectors or pairs of connectors are parallel to each other.
Durch die Herstellung des künstlichen Knochens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch 3D-Druck lassen sich das erste Knochenteil, das oder die Frakturteile und der oder die Verbinder einstückig und aus einem Werkstoff, beispielsweise aus einem Kunststoff oder auch aus einem anderen Werkstoff wie beispielsweise Metall herstellen. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der oder die Verbinder aus einem anderen Werkstoff als das erste Knochenteil und/oder als das oder die Frakturteile bestehen, wobei das das oder die Frakturteile insbesondere aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie das erste Knochenteil. Möglich ist das mit einem Zwei- oder Mehrkomponenten 3D-Druck. By producing the artificial bone according to one embodiment of the invention by 3D printing, the first bone part, the fracture part or parts and the connector or connectors can be produced in one piece and from a material, for example from a plastic or from another material such as metal . Another embodiment of the invention provides that the connector or connectors are made of a different material than the first bone part and/or exist as the fractured part(s), wherein the fractured part(s) consist in particular of the same material as the first bone part. This is possible with two- or multi-component 3D printing.
Erfindungsgemäß kann der künstliche Knochen ein, zwei oder mehr Frakturteile aufweisen, die in der vorstehend erläuterten Weise jeweils durch einen, zwei oder mehr Verbinder beweglich mit dem ersten Knochenteil verbunden sind. According to the invention, the artificial bone can have one, two or more fracture parts, which are each movably connected to the first bone part by one, two or more connectors in the manner explained above.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Ausbildung des künstlichen Knochens oder jedenfalls des ersten Knochenteils des künstlichen Knochens als Hohlteil vor, in dessen Innenraum der oder die Verbinder angeordnet sind. Der erfindungsgemäße künstliche Knochen kann auch dann als Hohlteil ausgeführt sein, wenn ein nachgebilter natürlicher Knochen kein hohler- oder Röhrenknochen ist. Die Ausbildung des künstlichen Knochens oder jedenfalls seines ersten Knochenteils als Hohlteil hat den Vorteil, dass der oder die Verbinder in dem ersten Knochenteil untergebracht werden können und nicht außen am Knochen angeordnet werden müssen. Bei der Simulation der Operation ist der beziehungsweise sind die Verbinder dadurch nicht störend im Weg. Das oder die Frakturteile können ebenfalls Hohlteile oder beispielsweise kappenförmig gewölbte Teile sein. One embodiment of the invention provides for the artificial bone or at least the first bone part of the artificial bone to be designed as a hollow part, in the interior of which the connector or connectors are arranged. The artificial bone according to the invention can also be designed as a hollow part if a recreated natural bone is not a hollow or tubular bone. The design of the artificial bone or at least its first bone part as a hollow part has the advantage that the connector or connectors can be accommodated in the first bone part and do not have to be arranged on the outside of the bone. When simulating the operation, the connector(s) are not in the way. The fractured part or parts can also be hollow parts or, for example, cap-shaped, curved parts.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der künstliche Knochen eine Nachbildung eines menschlichen Knochens mit einer Fraktur ist, der und dessen Fraktur beziehungsweise Bruchflächen naturgetreu oder zumindest näherungsweise naturgetreu nachgebildet ist. Dadurch lässt sich eine bevorstehende Operation eines gebrochenen menschlichen Knochens simulieren. A further development of the invention provides that the artificial bone is a replica of a human bone with a fracture, which and its fracture or fracture surfaces are reproduced true to nature or at least approximately true to nature. This makes it possible to simulate an upcoming operation on a broken human bone.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Positionsmarker an dem ersten Knochenteil und/oder an dem oder den Frakturteilen vor, die eine berührungslose, insbesondere optische Positionserfassung ermöglichen. Um die Position des ersten Knochenteils und/oder des oder der Frakturteile 2-dimensional oder 3 dimensional, das heißt eine räumliche Lage der Frakturteile in Bezug zu dem ersten Knochenteil erfassen zu können, weisen das erste Knochenteil und/oder die Frakturteile zwei, drei oder mehr Positionsmarker an verschiedenen, voneinander beabstandeten Stellen auf. Solche Positionsmarker sind aus der Biomechanik, wo sie auf verschiedene Stellen eines Menschen/Probanden geklebt werden, um beispielsweise dessen Bewegungen berührungslos erfassen zu können, oder von Crashtest Dummies bekannt. Es gibt auch andere Positionsmarker, die für die Erfindung verwendbar sind. One embodiment of the invention provides a position marker on the first bone part and/or on the fracture part(s), which enables non-contact, in particular optical, position detection. In order to be able to record the position of the first bone part and/or the fracture part(s) in 2 dimensions or 3 dimensions, that is to say a spatial position of the fracture parts in relation to the first bone part, the first bone part and/or the fracture parts have two, three or more position markers at different, spaced apart locations positions. Such position markers are known from biomechanics, where they are glued to different parts of a person/subject in order, for example, to be able to record their movements without contact, or from crash test dummies. There are also other position markers that can be used in the invention.
Sämtliche in der Beschreibung genannte und/oder der Zeichnung dargestellte Merkmale können einzeln für sich oder in jeder beliebigen Kombination bei Ausführungen der Erfindung verwirklicht sein. Ausführungen der Erfindung, die nicht alle, sondern nur einen Teil der Merkmale eines Anspruchs, auch des unabhängigen Anspruchs, aufweisen, sind möglich. All features mentioned in the description and/or shown in the drawing can be implemented individually or in any combination in embodiments of the invention. Embodiments of the invention that do not have all, but only some, of the features of a claim, including the independent claim, are possible.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:
Figur 1 einen künstlichen Knochen mit einer Fraktur gemäß der Erfindung mit voneinander entfernten Knochenteilen; Figure 1 shows an artificial bone with a fracture according to the invention with bone parts separated from one another;
Figur 2 den künstlichen Knochen aus Figur 1 mit aneinander angeordneten Knochenteilen; Figure 2 shows the artificial bone from Figure 1 with bone parts arranged next to one another;
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines künstlichen Knochens mit einer Fraktur gemäß der Erfindung mit voneinander entfernten Knochenteilen; und Figure 3 shows a second embodiment of an artificial bone with a fracture according to the invention with bone parts separated from one another; and
Figur 4 den künstlichen Knochen aus Figur 3 mit aneinander angeordneten Knochenteilen. Figure 4 shows the artificial bone from Figure 3 with bone parts arranged together.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Basically, the same parts in the figures are provided with the same reference numbers.
Als Beispiel eines künstlichen Knochens 1 zeigen Figuren 1 und 2 einen knieseitigen Bereich eines Schienbeinknochens, das heißt eines Unterschenkelknochens eines Menschen. Der künstliche Knochen 1 ist als hohler, röhrenförmiger Knochen ausgeführt, der sich an seinem Ende zu einem Kopf 2 erweitert, an den sich in einem menschlichen Skelett ein Kniegelenk anschließen würde, wobei der Kopf 2 des Knochens 1 Bestandteil des Knies ist. Der Kopf 2 des Knochens 1 ist ebenfalls als Hohlkörper ausgeführt. As an example of an artificial bone 1, Figures 1 and 2 show a knee-side region of a shin bone, that is, a lower leg bone of a human being. The artificial bone 1 is a hollow, tubular bone executed, which widens at its end to form a head 2, to which a knee joint would be connected in a human skeleton, the head 2 of the bone 1 being part of the knee. The head 2 of the bone 1 is also designed as a hollow body.
Am Kopf 2 weist der künstliche Knochen 1 zwei Frakturteile 3 auf, die als von dem Kopf 2 des Knochens 1 abgebrochene, künstliche Knochenstücke ausgeführt sind. Ein übriger Teil des Knochens 1 wird hier als erstes Knochenteil 4 bezeichnet. On the head 2, the artificial bone 1 has two fracture parts 3, which are designed as artificial bone pieces broken off from the head 2 of the bone 1. A remaining part of the bone 1 is referred to here as the first bone part 4.
Der Kopf 2 des künstlichen Knochens 1 , das heißt also das erste Knochenteil 4, weist zwei ringförmige Bruchflächen 5 auf, an denen die Frakturteile 3 vom Knochen 1 abgebrochen sind. Die beiden Frakturteile 3 weisen gegengleiche, zu den Bruchflächen 5 des Kopfes 2 des künstlichen Knochens 1 passende Bruchflächen 6 auf. The head 2 of the artificial bone 1, that is to say the first bone part 4, has two annular fracture surfaces 5 on which the fracture parts 3 have broken off from the bone 1. The two fracture parts 3 have opposite fracture surfaces 6 that match the fracture surfaces 5 of the head 2 of the artificial bone 1.
Die Frakturteile 3 sind mit beweglichen Verbindern 7 mit dem ersten Knochenteil 4 verbunden derart, dass die Frakturteile 3 durch eine Beweglichkeit der Verbinder 7 begrenzt 3-dimensional translatorisch und 3-dimensional rotatorisch in Bezug auf das erste Knochenteil 4 beweglich sind. Durch die 3-dimensionale translatorische Beweglichkeit lassen sich die Frakturteile 3 wie in Figur 1 gezeigt von den Bruchflächen 5 des ersten Knochenteils 4 entfernen oder wie es Figur 2 zeigt mit ihren Bruchflächen 6 passend an den Bruchflächen 5 am Kopf 2 des künstlichen Knochens 1 , das heißt an dem ersten Knochenteil 4 des erfindungsgemäßen künstlichen Knochens 1 , anordnen. Die mit den Bruchflächen 6 passend an den Bruchflächen 5 des ersten Knochenteils 4 angeordnete, in Figur 2 gezeichnete Lage der Frakturteile 3 entspricht einer Anordnung, die die Frakturteile 3 bei unverletztem Knochen 1 am Knochen 1 hätten und wird hier als unverletzte Stellung der Frakturteile 3 am ersten Knochenteil 4 bezeichnet. The fracture parts 3 are connected to the first bone part 4 with movable connectors 7 in such a way that the fracture parts 3 are limited by a mobility of the connectors 7 in a 3-dimensional translational and 3-dimensional rotational manner with respect to the first bone part 4. Due to the 3-dimensional translational mobility, the fracture parts 3 can be removed from the fracture surfaces 5 of the first bone part 4 as shown in Figure 1 or, as shown in Figure 2, with their fracture surfaces 6 fitting to the fracture surfaces 5 on the head 2 of the artificial bone 1, that means to arrange on the first bone part 4 of the artificial bone 1 according to the invention. The position of the fracture parts 3, which is arranged with the fracture surfaces 6 to fit the fracture surfaces 5 of the first bone part 4 and shown in FIG first bone part 4 designated.
Die Verbinder 7 sind im Ausführungsbeispiel elastische, bogenförmige Biegefedern 8 mit sich über ihre Länge ändernden Krümmungen. Im Ausführungsbeispiel sind die Biegefedern 8 in einer Richtung gekrümmt, das heißt sie weisen keine entgegengesetzte Krümmung auf, wobei die Verbinder 7 in dem ersten Knochenteil 4 und dem jeweiligen Frakturteil 3 nahen Bereichen stärker gekrümmt sind als in einem Mittelbereich, in dem die Verbinder 7 nahezu gestreckt verlaufen. Im Ausführungsbeispiel können die die Verbinder 7 bildenden Biegefedern 8 als linienförmig, als stabförmig oder als seilförmig aufgefasst werden, sie weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf, dessen Durchmesser einen Bruchteil einer Länge des jeweiligen Verbinders 7 beträgt. Der Querschnitt der Verbinder 7 kann sich über die Länge der Verbinder 7 ändern, um elastische Biegeeigenschaften der Verbinder 7 über ihre Länge zu verändern. In the exemplary embodiment, the connectors 7 are elastic, arcuate bending springs 8 with curvatures that change over their length. In the exemplary embodiment, the bending springs 8 are curved in one direction, that is, they do not have an opposite curvature, with the connectors 7 in the first bone part 4 and the respective fracture part 3 areas are more curved than in a central area in which the connectors 7 are almost straight. In the exemplary embodiment, the bending springs 8 forming the connectors 7 can be interpreted as linear, rod-shaped or rope-shaped; they have a circular cross section, the diameter of which is a fraction of the length of the respective connector 7. The cross section of the connectors 7 can change over the length of the connectors 7 to change elastic bending properties of the connectors 7 over their length.
Die die Verbinder 7 bildenden Biegefeder 8 lassen sich elastisch biegen, wodurch die 3-dimensionale translatorische und 3-dimensionale rotatorische Bewegung der Frakturteile 3 in Bezug auf das erste Knochenteil 4 möglich ist. Möglich ist auch, dass die Verbinder 7 elastisch dehnbar sind. The spiral springs 8 forming the connectors 7 can be bent elastically, whereby the 3-dimensional translational and 3-dimensional rotational movement of the fracture parts 3 with respect to the first bone part 4 is possible. It is also possible for the connectors 7 to be elastically stretchable.
Im Ausführungsbeispiel weist der Knochen 1 für jedes Frakturteil 3 zwei Verbinder 7 auf, die im Ausführungsbeispiel gleiche oder näherungsweise gleiche Formen aufweisen und in einer Blickrichtung der Figuren 1 und 2 deckungsgleich hintereinander angeordnet sind, wodurch jeweils nur ein in Blickrichtung vorderer der jeweils zwei Verbinder 7 der Frakturteile 3 zu sehen ist. Im Ausführungsbeispiel sind die Verbinder 7 parallel oder jedenfalls näherungsweise parallel zueinander angeordnet. In the exemplary embodiment, the bone 1 has two connectors 7 for each fracture part 3, which in the exemplary embodiment have the same or approximately the same shapes and are arranged congruently one behind the other in a viewing direction of Figures 1 and 2, whereby only one of the two connectors 7 is at the front in the viewing direction of the fracture parts 3 can be seen. In the exemplary embodiment, the connectors 7 are arranged parallel or at least approximately parallel to one another.
Die beschriebene Form, Anordnung und Anzahl der die Verbinder 7 bildenden Biegefedern 8 ist nicht zwingend für die Erfindung, Verbinder mit anderer Form, anders im Knochen 1 angeordnete Verbinder oder mit nur einem Verbinder oder mit mehr als zwei Verbindern für jedes Frakturteil 3 sind möglich (nicht dargestellt). The described shape, arrangement and number of the bending springs 8 forming the connectors 7 is not mandatory for the invention; connectors with a different shape, connectors arranged differently in the bone 1 or with only one connector or with more than two connectors for each fracture part 3 are possible ( not shown).
Die Verbinder 7 sind in dem röhrenförmigen künstlichen Knochen 1 angeordnet, das heißt in dem hohlen ersten Knochenteil 4 und an oder in hohlen Innenseiten der Frakturteile 3, die in den Figuren 1 und 2 als kappenförmig aufgefasst werden können. Bei einer Handhabung des Knochens 1 sind die Verbinder 7 dadurch nicht im Weg. In ihrem unverformten Zustand halten die die Verbinder ? bildenden Biegefedern 8 die Frakturteile 3 in einem Abstand von den Bruchflächen 5 des ersten Knochenteils 4, wobei die Bruchflächen 6 der Frakturteile 3 den Bruchflächen 5 des ersten Knochenteils 4 zugewandt sind. Die Frakturteile 3 lassen sich gegenüber dem ersten Knochenteil 4 drehen, wobei die die Verbinder 7 bildenden Biegefedern 8 elastisch gebogen werden, und die Frakturteile 3 lassen sich mit ihren Bruchflächen 6 passend an den Bruchflächen 5 des ersten Knochenteils 4 anordnen, also in einer Lage, die die Frakturteile 3 an einem unverletzten (Schienbein-) Knochen 1 hätten. Wie geschrieben wird diese Lage hier als unverletzte Stellung bezeichnet. Auch dabei werden die die Verbinder 7 bildenden Biegefedern 8 elastisch verformt. The connectors 7 are arranged in the tubular artificial bone 1, that is, in the hollow first bone part 4 and on or in hollow inner sides of the fracture parts 3, which can be understood as cap-shaped in Figures 1 and 2. When handling the bone 1, the connectors 7 are not in the way. In their undeformed state do they hold the connectors? forming bending springs 8, the fracture parts 3 at a distance from the fracture surfaces 5 of the first bone part 4, the fracture surfaces 6 of the fracture parts 3 facing the fracture surfaces 5 of the first bone part 4. The fracture parts 3 can be rotated relative to the first bone part 4, the bending springs 8 forming the connectors 7 being bent elastically, and the fracture parts 3 can be arranged with their fracture surfaces 6 to fit the fracture surfaces 5 of the first bone part 4, i.e. in a position which had the fracture parts 3 on an uninjured (shin bone) bone 1. As written, this position is referred to here as the uninjured position. The bending springs 8 forming the connectors 7 are also elastically deformed.
Es ist auch eine Ausführung der Erfindung möglich, bei der die Frakturteile 3 bei unverformten Verbindern 7 die unverletzte Stellung einnehmen, in der die Bruchflächen 6 der Frakturteile 3 passend an den Bruchflächen 5 des ersten Knochenteils 4 anliegen (nicht dargestellt). In diesem Fall lassen sich die Frakturteile 3 von den Bruchflächen 5 des ersten Knochenteils 4 entfernen und ebenfalls gegenüber dem ersten Knochenteil 4 verdrehen, wobei die die Verbinder 7 bildenden Biegefedern 8 elastisch verformt werden. An embodiment of the invention is also possible in which the fracture parts 3 assume the uninjured position with undeformed connectors 7, in which the fracture surfaces 6 of the fracture parts 3 fit snugly against the fracture surfaces 5 of the first bone part 4 (not shown). In this case, the fracture parts 3 can be removed from the fracture surfaces 5 of the first bone part 4 and also rotated relative to the first bone part 4, with the bending springs 8 forming the connectors 7 being elastically deformed.
Im Ausführungsbeispiel ist der künstliche Knochen 1 durch einen 3D-Druck aus Kunststoff hergestellt, wobei das erste Knochenteil 4, die Frakturteile 3 und die als Biegefedern 8 ausgeführten Verbinder 7 in einem Druckvorgang und dadurch einstückig miteinander hergestellt sind. An ihren Enden gehen die Verbinder 7 ohne einen Übergang in die Frakturteile 3 und in das erste Knochenteil 4 über. In the exemplary embodiment, the artificial bone 1 is made of plastic by 3D printing, with the first bone part 4, the fracture parts 3 and the connectors 7 designed as bending springs 8 being produced in one printing process and thereby in one piece with one another. At their ends, the connectors 7 merge into the fracture parts 3 and the first bone part 4 without a transition.
Es können die Verbinder 7 aus dem gleichen Kunststoff hergestellt sein wie die Frakturteile 3 und das erste Knochenteil 4, wobei die Verbinder 7 durch ihre Formgebung als Biegefedern 8 ausgebildet sind und ihre Elastizität aufweisen. Das erste Knochenteil 4 und die Frakturtele 3 weisen aufgrund ihrer Form und gegebenenfalls Wanddicke eine hohe Steifigkeit auf. The connectors 7 can be made of the same plastic as the fracture parts 3 and the first bone part 4, the connectors 7 being designed as bending springs 8 due to their shape and having their elasticity. The first bone part 4 and the fracture part 3 have a high level of rigidity due to their shape and possibly wall thickness.
Möglich ist auch ein Zweikomponenten 3D-Druck des künstlichen Knochens 1 , bei dem die Verbinder 7 aus einem anderen Kunststoff gedruckt werden als das erste Knochenteil 4 und die Frakturteile 3. Nicht ausgeschlossen ist ein Mehrkomponenten 3D-Druck des künstlichen Knochens 1 , bei dem das erste Knochenteil 4 aus einem anderen Kunststoff als die Frakturteile 3 und die Verbinder 7 aus einem dritten Kunststoff gedruckt sind. Auch schließt die Erfindung einen 3D-Druck des künstlichen Knochens 1 oder seiner Frakturteile 3, des ersten Knochenteils 4 und/o der Verbinder 7 aus einem anderen Werkstoff als Kunststoff nicht aus. A two-component 3D printing of the artificial bone 1 is also possible, in which the connectors 7 are printed from a different plastic than the first Bone part 4 and the fracture parts 3. A multi-component 3D printing of the artificial bone 1 is not excluded, in which the first bone part 4 is printed from a different plastic than the fracture parts 3 and the connectors 7 are printed from a third plastic. The invention also does not exclude 3D printing of the artificial bone 1 or its fracture parts 3, the first bone part 4 and/or the connectors 7 made of a material other than plastic.
Der erfindungsgemäße künstliche Knochen 1 ermöglicht eine Simulation einer Operation eines gebrochenen Knochens, insbesondere eine Einübung einer Bewegung der Frakturteile 3 mit ihren Bruchflächen 6 in passende Anlage an den Bruchflächen 5 des ersten Knochenteils 4, also ein Verbringen der Frakturteile 3 in die unverletzte Stellung. Außerdem ermöglicht der erfindungsgemäße künstliche Knochen 1 ein Fixieren der Frakturteile 3 in der unverletzten Stellung an dem ersten Knochenteil 4 mit beispielsweise chirurgischem Draht oder chirurgischen Schrauben und einem oder mehreren chirurgischen Lochblechen. The artificial bone 1 according to the invention enables a simulation of an operation on a broken bone, in particular a practice of moving the fracture parts 3 with their fracture surfaces 6 into appropriate contact with the fracture surfaces 5 of the first bone part 4, i.e. moving the fracture parts 3 into the uninjured position. In addition, the artificial bone 1 according to the invention enables the fracture parts 3 to be fixed in the uninjured position on the first bone part 4 using, for example, surgical wire or surgical screws and one or more surgical perforated plates.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der künstliche Knochen 1 mit der Fraktur beziehungsweise den Frakturen einem gebrochenen menschlichen Knochen nachgebildet ist, das heißt die Frakturteile 3 und die Bruchflächen 5, 6 weisen dieselbe Form wie bei dem gebrochenen menschlichen Knochen auf. Auf diese Weise lässt sich eine bevorstehende Operation simulieren. One embodiment of the invention provides that the artificial bone 1 with the fracture or fractures is modeled on a broken human bone, that is, the fracture parts 3 and the fracture surfaces 5, 6 have the same shape as the broken human bone. In this way, an upcoming operation can be simulated.
Die Figuren 3 und 4 zeigen einen künstlichen Röhrenknochen mit einer Fraktur als zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Knochens 1 mit einer Fraktur. Gezeichnet ist ein Abschnitt des Röhrenknochens mit der Fraktur. Eines der beiden Teile des gebrochenen Knochens 1 wird nachfolgend als erstes Knochenteil 4 und ein anderes als Frakturteil 3 bezeichnet, wobei die Zuordnung zu den beiden Teilen des gebrochenen Knochens 1 willkürlich ist. Wie auch im ersten Ausführungsbeispiel weisen das Frakturteil 3 und das erste Knochenteil 4 ringförmige, im wesentlichen gegengleiche und zueinander passende Bruchflächen 5, 6 auf. Figures 3 and 4 show an artificial long bone with a fracture as a second exemplary embodiment of a bone 1 according to the invention with a fracture. A section of the long bone with the fracture is drawn. One of the two parts of the broken bone 1 is hereinafter referred to as the first bone part 4 and another as the fracture part 3, the assignment to the two parts of the broken bone 1 being arbitrary. As in the first exemplary embodiment, the fracture part 3 and the first bone part 4 have annular, essentially opposite and matching fracture surfaces 5, 6.
Als Biegefedern 8 ausgeführten Verbinder 7 verbinden das Frakturteil 3 begrenzt elastisch 3-dimensional translatorisch und 3-dimensional rotatorisch beweglich mit dem ersten Knochenteil 4. Die Biegefedern 8 weisen auch im zweiten Ausführungsbeispiel die Form in einer Richtung gekrümmter Federbügel auf, wobei hier die Biegefedern 8 nahe an ihren Enden nahezu abgewinkelt, das heißt hakenförmig und zwischen den Abwinklungen nahezu gestreckt sind. Wie geschrieben sind andere Formen der Verbinder 7 möglich. Connectors 7 designed as bending springs 8 connect the fracture part 3 with limited elasticity in a 3-dimensional translational and 3-dimensional rotational manner the first bone part 4. The bending springs 8 also have the shape of spring clips curved in one direction in the second exemplary embodiment, whereby here the bending springs 8 are almost angled close to their ends, that is to say they are hook-shaped and are almost stretched between the bends. As written, other forms of connectors 7 are possible.
Die Verbinder 7 sind in dem hohl als Röhrenknochen ausgebildeten Knochen 1 beziehungsweise in dem röhrenförmigen ersten Knochenteil 4 und in dem ebenfalls röhrenförmigen Frakturteil 3 angeordnet. The connectors 7 are arranged in the hollow bone 1, which is designed as a tubular bone, or in the tubular first bone part 4 and in the likewise tubular fracture part 3.
Das Frakturteil 3 lässt sich wie in Figur 4 gezeichnet mit seiner Bruchfläche 6 passend an der Bruchfläche 5 des ersten Knochenteils 4, das heißt in der unverletzten Stellung anordnen, die das Frakturteil 3 bei unverletztem Knochen 1 am erste Knochenteil 4 hätte, wobei die Verbinder 7 elastisch verformt werden. In unverformtem Zustand (Figur 3) halten die Verbinder 7 das Frakturteil 3 mit seiner Bruchfläche 6 in einem Abstand von der Bruchfläche 5 des ersten Knochenteils 4 und - im Ausführungsbeispiel - das Frakturteil 3 etwas versetzt zum ersten Knochenteil 4, was allerdings nicht zwingend für die Erfindung ist. The fracture part 3 can be arranged, as shown in Figure 4, with its fracture surface 6 fitting on the fracture surface 5 of the first bone part 4, that is to say in the uninjured position that the fracture part 3 would have on the first bone part 4 if the bone 1 was uninjured, the connectors 7 be elastically deformed. In the undeformed state (Figure 3), the connectors 7 hold the fracture part 3 with its fracture surface 6 at a distance from the fracture surface 5 of the first bone part 4 and - in the exemplary embodiment - the fracture part 3 is slightly offset from the first bone part 4, which, however, is not mandatory for the invention is.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist auch der Knochen 1 im zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch 3D-Druck aus Kunststoff hergestellt, wobei durch einen Zweikomponenten- oder einen Mehrkomponenten 3D-Druck die Verbinder 7 aus einem anderen Kunststoff hergestellt sein können als das erste Knochenteil 4 und das Frakturteil 3. As in the first exemplary embodiment, the bone 1 in the second exemplary embodiment of the invention is also made of plastic by 3D printing, whereby the connectors 7 can be made of a different plastic than the first bone part 4 and that by means of two-component or multi-component 3D printing Fracture part 3.
Zur Erläuterung des zweiten, in Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiels des die Fraktur aufweisenden, erfindungsgemäßen künstlichen Knochens 1 werden ergänzend die Erläuterungen der Figuren 1 und 2 in Bezug genommen. To explain the second exemplary embodiment of the artificial bone 1 according to the invention, which has the fracture and is shown in FIGS. 3 and 4, the explanations in FIGS. 1 and 2 are additionally referred to.
Das erste Knochenteil 4 und die Frakturteile 3 sind mit Positionsmarkern 9 versehen, um ihre Lage berührungslos, insbesondere optisch erfassen zu können. Solche Positionsmarker 9 sind beispielsweise in der Biomechanik oder von Crashtest Dummies bekannt, wobei auch andere Positionsmarker 9 verwendbar sind. Insbe- sondere weisen das erste Knochenteil 4 und die Frakturteile 3 jeweils mehrere Positionsmarker 9 auf, die in Abständen voneinander angeordnet sind, wodurch eine räumliche Lage des ersten Knochenteils 4 und der Frakturteile 3 und damit auch die räumliche Lage der Frakturteile 3 in Bezug zu dem ersten Knochenteil 4 berüh- rungslos erfassbar sind. In den Figuren sind die Positionsmarker 9 der Einfachheit halber in dem ersten Knochenteil 4 und in den Frakturteilen 3 gezeichnet. Tatsächlich befinden sich die Positionsmarker 9 außen oder jedenfalls an für die Erfassung ihrer Lage zugänglichen, beispielsweise optisch zugänglichen Stellen des ersten Knochenteils 4 und der Frakturteile 3. The first bone part 4 and the fracture parts 3 are provided with position markers 9 in order to be able to detect their position without contact, in particular optically. Such position markers 9 are known, for example, in biomechanics or from crash test dummies, although other position markers 9 can also be used. In particular In particular, the first bone part 4 and the fracture parts 3 each have a plurality of position markers 9, which are arranged at distances from one another, whereby a spatial position of the first bone part 4 and the fracture parts 3 and thus also the spatial position of the fracture parts 3 in relation to the first bone part 4 can be detected without contact. In the figures, the position markers 9 are drawn in the first bone part 4 and in the fracture parts 3 for the sake of simplicity. In fact, the position markers 9 are located on the outside or at least at locations of the first bone part 4 and the fracture parts 3 that are accessible, for example optically accessible, for detecting their position.

Claims

Patentansprüche Künstlicher Knochen mit einer Fraktur zur Simulation einer Operation des Knochens, wobei der Knochen (1) ein erstes Knochenteil (4) mit einer Bruchfläche (5) und ein Frakturteil (3) mit einer Bruchfläche (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Frakturteil (3) durch einen beweglichen Verbinder (7), der einstückiger Bestandteil des Knochens (1) ist, beweglich mit dem ersten Knochenteil (4) verbunden ist derart, dass sich das Frakturteil (3) in eine unverletzte Stellung an der Bruchfläche (5) an dem ersten Knochenteil (4), die das Frakturteil (3) bei unverletztem Knochen (1) hätte, bewegen und begrenzt von der Bruchfläche (5) des ersten Knochenteils (4) entfernen lässt und/oder derart, dass sich das Frakturteil (3) gegenüber dem ersten Knochenteil (4) verdrehen lässt. Künstlicher Knochen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich das Frakturteil (3) 3-dimensional gegenüber dem ersten Knochenteil (4) translatorisch und/oder 3-dimensional rotatorisch bewegen lässt. Künstlicher Knochen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Knochenteil (4), das Frakturteil (3) und der Verbinder (7) einstückig miteinander durch 3D-Druck hergestellt sind. Künstlicher Knochen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (7) eine vorzugsweise nicht gerade Biegefeder (8) aufweist. Künstlicher Knochen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (7) eine bogenförmige Biegefeder (8) mit sich ändernder Krümmung aufweist. Künstlicher Knochen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (7) die Form einer stabförmigen oder seilförmigen Biegefeder (8) aufweist. Künstlicher Knochen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (7) in einem unverformten Zustand das Frakturteil (3) in der unverletzten Stellung mit seiner Bruchfläche (6) an der Bruchfläche (5) des ersten Knochenteils (4) anliegend oder dass der Verbinder (7) in unverformtem Zustand das Frakturteil (3) in einem Abstand von der Bruchfläche (5) des ersten Knochenteils (4) und/oder verdreht gegenüber der unverletzten Stellung am ersten Knochenteil (4) hält. Künstlicher Knochen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Knochen (1) zwei oder mehr Verbinder (7) aufweist. Künstlicher Knochen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Knochen (1) zueinander parallele Verbinder (7) aufweist. Künstlicher Knochen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (7) aus einem anderen Werkstoff besteht als das erste Knochenteil (4) und/oder als das Frakturteil (3). Künstlicher Knochen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Knochen (1) das erste Knochenteil (4)) und zwei oder mehrere Frakturteile (3) aufweist, die durch Verbinder (7), die einstückige Bestandteile des Knochens (1 ) sind, beweglich mit dem ersten Knochenteil (4) verbunden sind. Künstlicher Knochen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der künstliche Knochen (1) ein Hohlteil ist und sich der Verbinder (7) in dem Knochen (1) befindet. Künstlicher Knochen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass der künstliche Knochen (1) eine Nachbildung eines menschlichen Knochens mit einer Fraktur ist, wobei insbesondere auch die Fraktur naturgetreu nachgebildet ist. Künstlicher Knochen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Knochenteil (4) und/oder das Frakturteil einen Positionsmarker (9) aufweist, der eine berührungslose Positionserfassung ermöglicht. Claims Artificial bone with a fracture for simulating an operation on the bone, the bone (1) having a first bone part (4) with a fracture surface (5) and a fracture part (3) with a fracture surface (6), characterized in that Fracture part (3) is movably connected to the first bone part (4) by a movable connector (7), which is an integral part of the bone (1), such that the fracture part (3) moves into an uninjured position on the fracture surface (5 ) on the first bone part (4), which the fracture part (3) would have if the bone (1) was uninjured, can be moved and removed to a limited extent from the fracture surface (5) of the first bone part (4) and / or in such a way that the fracture part ( 3) can be twisted relative to the first bone part (4). Artificial bone according to claim 1, characterized in that the fracture part (3) can be moved in a 3-dimensional translational and/or 3-dimensional rotational manner relative to the first bone part (4). Artificial bone according to claim 1 or 2, characterized in that the first bone part (4), the fracture part (3) and the connector (7) are produced in one piece with each other by 3D printing. Artificial bone according to one or more of the preceding claims, characterized in that the connector (7) has a preferably non-straight spiral spring (8). Artificial bone according to claim 4, characterized in that the connector (7) has an arcuate spiral spring (8) with changing curvature. Artificial bone according to claim 4 or 5, characterized in that the connector (7) has the shape of a rod-shaped or cable-shaped spiral spring (8). Artificial bone according to one or more of the preceding claims, characterized in that the connector (7) in an undeformed state holds the fracture part (3) in the uninjured position with its fracture surface (6) on the fracture surface (5) of the first bone part (4). adjacent or that the connector (7) holds the fracture part (3) in an undeformed state at a distance from the fracture surface (5) of the first bone part (4) and/or twisted relative to the uninjured position on the first bone part (4). Artificial bone according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bone (1) has two or more connectors (7). Artificial bone according to claim 8, characterized in that the bone (1) has connectors (7) that are parallel to one another. Artificial bone according to one or more of the preceding claims, characterized in that the connector (7) consists of a different material than the first bone part (4) and/or than the fracture part (3). Artificial bone according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bone (1) has the first bone part (4)) and two or more fracture parts (3) which are connected by connectors (7) which are integral parts of the bone (1 ) are movably connected to the first bone part (4). Artificial bone according to one or more of the preceding claims, characterized in that the artificial bone (1) is a hollow part and the connector (7) is located in the bone (1). Artificial bone according to one or more of the preceding claims, characterized in that the artificial bone (1) is a replica of a human bone with a fracture, in particular the fracture also being reproduced true to nature. Artificial bone according to one or more of the preceding claims, characterized in that the first bone part (4) and/or the fracture part has a position marker (9) which enables non-contact position detection.
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