DE4343117C2

DE4343117C2 - Fixationssystem für Knochen

Info

Publication number: DE4343117C2
Application number: DE19934343117
Authority: DE
Inventors: Dietmar Wolter; Uwe Schuemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2013-12-18
Also published as: DE4343117A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fixationssystem für Knochen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Fixationssysteme werden in der Osteosynthese verwendet, wobei die Knochenschrauben mit den Fragmenten verbunden werden und die Knochenplatten die Fraktur über brücken. Hierbei ist wünschenswert, die Knochenschraube in Anpassung an die Gegebenheiten des zu verbindenden Knochenteiles unter verschiedenen Winkeln in die Knochen platte einzubringen. Hierzu haben bei einem bekannten Fixationssystem die Knochenschrauben Köpfe mit etwa halb kugelförmiger Sitzfläche, denen eine Sitzfläche in Durch gangslöchern der Knochenplatte zugeordnet ist. Wenn bei spielsweise bei einer einfachen Unterschenkelfraktur die beiden Knochenstücke miteinander verbunden werden müssen, wird die metallische Knochenplatte auf die eingerichteten Knochenstücke gelegt. Danach werden die Schrauben in den Knochen so eingedreht, daß die Auflageflächen der Schrau benköpfe und der Plattenlöcher in Anlage aneinander kommen und die Platte gegen den Knochen gepreßt wird. Es resul tiert eine feste Verbindung von Knochenteilen, Knochen platte und Knochenschrauben.

Es hat sich gezeigt, daß eine Lockerung der Knochenschrau ben-Knochenplatten-Verbindung stattfinden kann. Eine der Ursachen liegt in der ungenügenden Stabilität der Winkel verbindung von Knochenschraube und Knochenplatte, die nur durch die Reibkräfte zwischen Schraubenkopf und Platten loch gesichert ist. Eine winkelstabile Verbindung von Kno chenschraube und Knochenplatte führt hingegen zu einem Stabilitätsgewinn der Gesamtmontage. Es sind verschiedene Lösungen bekannt, eine derartige stabile Verbindung zu er reichen.

Gemäß EP 0 201 024 A1 kann dies beispielsweise dadurch ge schehen, daß der Knochenplatte eine Druckplatte zugeordnet ist, die mit den Schraubenköpfen verspannbar ist und diese in einer gewählten Winkellage fixiert. Die aufwendigen Fixationssysteme mit einer Druckplatte sind aufgrund ihres verhältnismäßig großen Volumens in der Anwendbarkeit ein geschränkt.

Eine andere Lösung besteht gemäß WO 89/041 50 A1 darin, den - Schraubenkopf in einen Schlitzbereich mit einer Spreiz schraube aufzuweiten und hierdurch im Plattenloch einzu preßen. Dabei haben der Schraubenkopf bzw. ein diesen um gebender Einsatz sowie das Plattenloch kugelförmige Sitz flächen, die eine Ausrichtung unter verschiedenen Winkeln ermöglichen. Dieses Fixationssystem ist ebenfalls in Her stellung und Anwendung aufwendig.

Schließlich ist schon bekannt, den Schraubenkopf mit einem Aussengewinde und das Plattenloch mit einem Innengewinde zu versehen. Wird nun die Schraube in den Knochen einge dreht, so kommt es durch die Gewindeverbindung zu einer winkelstabilen Ausrichtung von Platte und Schraube. Diese Lösung hat jedoch den gravierenden Nachteil, daß die Schraube nicht in einem beliebigen Winkel, sondern nur in der durch die Gewindeachsen vorgegebenen Ausrichtungen in das Plattenloch eingebracht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fixations system der eingangs genannten Art mit wählbarem und fixier barem Winkel zwischen Knochenplatte und Knochenschraube zu schaffen, welches einen geringeren Platzbedarf hat und we niger aufwendig ist.

Die Aufgabe wird durch ein Fixationssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Systems sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einem erfindungsgemäßen Fixationssystem sind die Sitz flächen von Knochenplatte und Knochenschraube so gestal tet, daß sie eine gegenseitige Ausrichtung unter verschie denen Winkellagen zulassen. Hierzu kann die Knochenschrau be eine sphärische Sitzfläche an einem Schraubenkopf und die Knochenplatte eine zylindrische, konische oder sphä rische Sitzfläche in einem Durchgangsloch haben. Ferner sind die Sitzflächen mit den Mitteln zum Festlegen einer bestimmten Winkelausrichtung von Knochenschraube und Knochenplatte versehen, die ein vorgeformtes Gewinde an mindestens einer der Sitzflächen aufweisen. Beim Eindrehen der Knochenschraube in den Knochen unter einem bestimmten Winkel bildet das mindestens eine Gewinde eine Gewindever bindung der Sitzflächen, welche die Schraube unter ihrem Einschraubwinkel an der Platte sichert. Die Gewindeverbin dung kann unter Umformung des Materiales entstehen und durch Kraftschluß (Reibschluß) und/oder Stoffschluß (Reib schweißen) zwischen den Sitzflächen gesichert sein. Dabei kann sich die Materialumformung durch Anpassung des vorge formten Gewindes einer Sitzfläche an seine durch den Schraubwinkel bestimmten Kontaktflächen der anderen Sitz fläche und umgekehrt ergeben. Die reibschlüssige bzw. stoffschlüssige Verbindung kann eine Folge der Materialum formung sein. Statt einer Platte kommen auch andere chi rurgische/orthopädische Verbindungsträger unterschiedli cher Gestaltung in Betracht.

Die Steigung des vorgeformten Gewindes kann geringfügig kleiner als die Steigung des Knochengewindes der Schraube sein, um einen Anpreßdruck der Platte gegen die Knochen fläche zu erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung hat das vorgeformte Gewinde voneinander beabstandete Gewindesegmente, deren Abstandsbereiche das Eindringen eines Gegengewindes unter verschiedenen Einschraubwinkeln begünstigen. Die Gewinde segmente können jeweils einen Einlaufbereich mit einem zum Einlaufende hin konvergierenden Gewindeprofil haben. Ähn lich wie eine Schlittenkufe erleichtern diese solchermaßen gestalteten Segmente das Aufnehmen bzw. Einfädeln eines Gegengewindes. Die Anzahl der Gewindesegmente pro Gewinde gang kann verschieden gewählt sein und bei einem Gewinde variieren. Vorzugsweise hat jeder Gewindegang des vorge formten Gewindes 2-4 Gewindesegmente. Insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen können die Gewindesegmente in bestimmten Umfangsbereichen des vorgeformten Gewindes gruppiert angeordnet sein.

Sowohl die Sitzfläche der Knochenplatte als auch die Sitz fläche der Knochenschraube können ein vorgeformtes Gewinde aus voneinander beabstandeten Gewindesegmenten haben. Durch das Eindringen der Knochenschraube in die Knochen platte kann es dann zu einer Verhakung der Segmente ver schiedener Gewinde kommen, die ein sekundäres Lockern und Herausdrehen erschwert.

Statt dessen kann aber auch eine Sitzfläche ein vorgeform tes Gewinde mit Gewindesegmenten und die andere Sitzfläche ein vorgeformtes durchgehendes Gewinde aufweisen, was ins besondere fertigungstechnische Vorteile bietet. Dabei kön nen die Gewindesegmente an der Schraube oder der Platte und kann das durchgehende Gewinde an der Platte oder der Schraube angeordnet sein.

Ein vorgeformtes Gewinde kann aber auch nur in einer der Sitzflächen vorhanden sein, die aus einem härteren Mate rial als die andere Sitzfläche ist. Durch das Eindrehen der Schraube kommt es dann zu einer Gewindeausbildung in der Plattensitzfläche durch Umformungsvorgänge und zu ei nem durch Reibschluß bzw. Stoffschluß gesicherten Gewinde sitz. Das vorgeformte Gewinde ist bevorzugt an der Schrau be ausgebildet und kann ein durchgehendes Gewinde sein. Der Einschraubvorgang wird dadurch erleichtert, daß geeig nete Materialien für Platte und Schraube verwendet werden. Bei veredelten Stählen kann die gewindetragende Sitzfläche einer Schraube gehärtet sein. Eine weitere Lösung besteht darin, daß bei Titan die Sitzfläche der Schraube aus einer harten Titan-Legierung besteht und die Platte aus weiche rem Rein-Titan gefertigt ist und das Gewinde an der Schraube muß dabei so vorgeformt werden, daß der Schnei de-/Umformvorgang erleichtert wird.

Durch Einsatz eines mehrgängigen Gewindes läßt sich insbe sondere bei vorgeformten Gewinden mit Gewindesegmenten eine größere Variabilität der Winkelausrichtung erreichen.

Bevorzugt ist die Sitzfläche der Knochenschraube an der Mantelfläche eines Schraubenkopfes ausgebildet. Um ein Durchtreten des Schraubenkopfes durch die Knochenplatte weiter zu behindern kann dieser einen Anschlag für Anlage an ei nen Gegenanschlag der Knochenplatte haben. Die Knochen platte hat hingegen ihre Sitzfläche bevorzugt in einem Durchgangsloch ausgebildet.

Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Lösungen einer winkelstabilen Verbindung an einem Fixationssystem für Knochen vor allem die folgenden Vorteile.

- Das System besteht aus nur zwei Komponenten, nämlich der Knochenplatte und der Knochenschrauben.
- Weitere Bauteile, die beispielsweise auftragen oder die Montage kompliziert gestalten, werden vermieden.
- Die Sicherung der Schraube unter einem bestimmten Winkel an der Platte ist von großer Festigkeit. Die Gefahr des Lösens an kugelförmigen Sitzflächen wird vermieden.
- Die Operationstechnik wird durch die erfindungsgemäße Lö sung verändert, weil das Festlegen des Winkels zwischen Schraube und Platte zugleich mit dem Eindrehen in den Knochen erfolgt. Das Anziehen von Zusatzteilen bekannter winkelstabiler Verbindungen entfällt. Der Einsatz von Drehmomentenschraubenziehern ist in Betracht zu ziehen, um ein Zerstören der Gewinde der Verbindung durch Über drehen zu vermeiden. Drehmomentenschraubenzieher werden auch schon bei den bekannten Implantatsystemen verwendet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der anliegenden Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen. In den Zeich nungen zeigen:

Fig. 1 Knochenschraube vor Verbindung mit verschiedenen Knochenplatten a-c im Teilschnitt;

Fig. 2 Knochenschraube mit Anschlag im Teilschnitt;

Fig. 3 Knochenschraube mit durchgehendem mehrgängigem Ge winde im Teilschnitt;

Fig. 4 Knochenschraube mit zweigängigem unterbrochenem Ge winde im Teilschnitt;

Fig. 5 Knochenschraube mit gehärtetem Formgewinde im Teil schnitt;

Fig. 6 Teil einer Knochenplatte mit durchgehendem Innenge winde in der Draufsicht;

Fig. 7 Teil einer Knochenplatte mit 4-fachem unterbroche nem Innengewinde in der Draufsicht;

Fig. 8 Teil einer Knochenplatte mit 3-fachem unterbroche nem Innengewinde in der Draufsicht.

Bei einem Fixationssystem gemäß Fig. 1 trägt eine Knochen schraube 1 an einem Schaft 2 einen Schraubenkopf 3, der an der Unterseite eine im wesentlichen sphärische Sitzfläche 4 und an der Oberseite eine Abflachung 5 hat. In der Sitz fläche 4 ist ein Außengewinde 6 vorgeformt. Das Außenge winde 6 hat eine Steigung, die geringfügig kleiner als die Steigung eines Knochengewindes am abgebrochenen Teil des Schaftes 2 ist. In der Abflachung 5 ist eine Aufnahme 7 für ein formschlüssiges Gegenteil eines Eindrehwerkzeuges ausgebildet.

Dieser Knochenschraube 1 können verschiedene Knochenplat ten 8 zugeordnet werden, die in den Teilen a-c der Fig. 1 dargestellt sind. Den Knochenplatten 8 ist gemeinsam, daß sie ein Durchgangsloch 9 zum Durchführen des Schaftes 2 und zur Aufnahme des Kopfes 3 der Schraube 1 haben. Sämt liche Durchgangslöcher sind mit einem Innengewinde 10 ver sehen. Die Innengewinde 10 sind an Sitzflächen 11 ausge bildet, die gemäß Teildarstellung a zylindrisch, gemäß Teildarstellung b konisch und gemäß Teildarstellung c sphärisch sind.

Das Eindrehen der Knochenschraube 1 in eine der Knochen platten 8 ist unter verschiedenen Winkelausrichtungen mög lich. Bei Neigung der Schraubenachse zur Lochachse findet im Bereich der Gewinde 6, 10 eine Materialumformung statt, die zu einer Reibschluß- bzw. Reibschweißverbindung zwischen Schraube 1 und Platte 8 führt. Zugleich legt sich die Platte 8 an den zu versorgenden Knochen an.

Die Knochenschraube 1 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen lediglich dadurch, daß der Schrau benkopf 3 angrenzend an die oberseitige Abflachung 5 einen seitlich überstehenden Anschlag 12 aufweist. Der Anschlag 12 soll verhindern, daß die Schraube 1 durch das Durch gangsloch einer Platte 8 tritt, indem sie sich mit dem An schlag an deren Oberseite anlegt.

Die Knochenschraube 1 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 durch ein mehrgängiges Gewinde 6 an der sphärischen Sitzfläche 4. Wie bei den zuvor erläuterten Knochenschrauben 1 sind die Gewindegänge 6 durchgehend ausgebildet.

Bei der Variante einer Knochenschraube 1 gemäß Fig. 4 weist hingegen der Schraubenkopf 3 an einer sphärischen Sitzfläche 4 ein zweigängiges Gewinde 6 auf, bei dem jeder Gewindegang aus voneinander beabstandeten Gewindesegmenten 13 besteht. Jedes Gewindesegment 13 ist linsenförmig aus geführt, d. h. hat ein zu seinem Einlaufende 14 und seinem Auslaufende 15 hin konvergierendes Profil. Bei dieser Schraube 1 haben die Gewindesegmente 13 einen konstanten Abstand, sind jedoch in den verschiedenen Gewindegängen an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet.

Bei der Knochenschraube gemäß Fig. 5 trägt die sphärische Sitzfläche 4 des Schraubenkopfes 3 Gewindesegmente 13 ei nes Außengewindes 6, die in den verschiedenen Gewindegän gen in Gruppen 15 übereinander angeordnet sind. Zwischen den Gruppen 15 sind also meridionale gewindefreie Ab standsbereiche 16 ausgebildet. Bei dieser Schraube 1 han delt es sich um einen am Kopf 3 gehärteten Gewindeformer, der in ein gewindefreies Durchgangsloch einer Knochenplat te 8 eindrehbar ist. Dabei können die Abstandsbereiche 16 als Spannuten dienen.

Die Fig. 6 zeigt eine Knochenplatte 8, deren Durchgangs loch 9 ein durchgehendes Innengewinde 10 aufweist. Diese Platte 8 entspricht der Teildarstellung a der Fig. 1.

Die Knochenplatte 8 der Fig. 7 hat im Durchgangsloch 9 ein Innengewinde 10 aus voneinander beabstandeten Gewindeseg menten 17. Jeder Gewindegang weist vier Gewindesegmente 17 auf, deren Profile jeweils zu den beiden Enden 18, 19 hin konvergieren.

Die Knochenplatte 8 der Fig. 8 unterscheidet sich von der vorherigen dadurch, daß nur drei Gewindesegmente 17 pro Gewindegang vorgesehen sind.

Die Knochenplatte 8 gemäß Fig. 6 wird bevorzugt mit einer Knochenschraube 1 gemäß Fig. 4 kombiniert. Das durchgehen de Innengewinde 10 der Knochenplatte 8 kann unter ver schiedenen Schraubwinkeln in die Abstandsbereiche der Ge windesegmente 13 der Knochenschraube 1 eintreten.

Die Knochenplatten 8 der Fig. 7 und 8 können beispiels weise mit Knochenschrauben 1 gemäß Fig. 3 oder 4 benutzt werden. Die Abstandsbereiche zwischen den Gewindesegmenten 17 lassen sowohl ein Eindringen des durchgehenden als auch des segmentierten Schraubengewindes 6 zu.

Claims

1. Fixationssystem für Knochen mit einer Knochenplatte (8) mit wenigstens einem Durchgangsloch (9), wenigstens ei ner in ein Durchgangsloch eingesetzten Knochenschraube (1), eine gegenseitige Ausrichtung unter verschiedenen Winkeln ermöglichenden Sitzflächen (4, 11) von Knochen platte (8) und Knochenschraube (1) und Mitteln zum Festlegen der Knochenschraube in einem bestimmten Winkel zur Knochenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Festlegen eine durch Eindrehen der Knochenschraube (1) in dem bestimmten Winkel von einem vorgeformten Gewinde (6, 10) an mindestens einer Sitz fläche (4, 11) gebildete Gewindeverbindung der Sitz flächen von Knochenplatte (8) und Knochenschraube (1) aufweisen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des vorgeformten Gewindes (6, 10) geringfügig kleiner als die Steigung eines Knochengewindes der Knochenschraube (1) ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeformte Gewinde (6, 10) voneinander beab standete Gewindesegmente (13, 17) hat.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindesegmente (13, 17) jeweils einen Einlaufbereich mit zum Einlaufende (14, 19) hin konvergierendem Gewin deprofi 1 haben.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gewindegang des vorgeformten Gewindes (6, 10) zwei bis vier Gewindesegmente (13, 17) hat.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gewindesegmente (13, 17) in bestimm ten Umfangsbereichen des vorgeformten Gewindes (6, 10) in Gruppen (15) angeordnet sind.

7. System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß sowohl die Sitzfläche (11) der Knochen platte (8) als auch die Sitzfläche (4) der Knochen schraube (1) ein vorgeformtes Gewinde (6, 10) aus von einander beabstandeten Gewindesegmenten (13, 17) hat.

8. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sitzfläche (4) der Knochenschraube (1) ein vorgeformtes Gewinde (6) aus voneinander beab standeten Gewindesegmenten (13) und die Sitzfläche (11) der Knochenplatte (8) ein vorgeformtes, durchgehendes Gewinde (10) hat.

9. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sitzfläche (11) der Knochenplatte (8) ein vorgeformtes Gewinde (10) aus voneinander beabstan deten Gewindesegmenten (17) und die Sitzfläche (4) der Knochenschraube (1) ein durchgehendes, vorgeformtes Ge winde (6) hat.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß nur eine der Sitzflächen (4) ein vorgeformtes Gewinde (6) hat und aus einem härteren Material als die andere Sitzfläche ist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeformte Gewinde der einen Sitzfläche (4) ein durchgehendes Gewinde (6) ist.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich net, daß die Knochenschraube (1) das eine Gewinde (6) hat.

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß das vorgeformte Gewinde ein mehrgän giges Gewinde (6) ist.

14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sitzfläche (4) der Knochen schraube (1) sphärisch ist.

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sitzfläche (4) der Knochen schraube (1) an der Unterseite eines Schraubenkopfes (3) ausgebildet ist.

16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schraubenkopf (3) einen Anschlag (12) für Anlage an einem Gegenanschlag der Knochen platte (8) hat.

17. System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sitzfläche (11) der Knochenplat te (8) zylindrisch, konisch oder sphärisch ist.

18. System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sitzfläche (11) der Knochenplat te (8) in einem Durchgangsloch (9) ausgebildet ist.