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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Muttern für
Schrauben und insbesondere für
orthopädische
Schrauben, die verwendet werden, um eine Knochenschraube besser
zu sichern, beispielsweise bei einem gänzlich von Osteoporose befallenen
Knochen.
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Knochenschrauben
werden in der orthopädischen
Chirurgie vielfach verwendet. Beispielsweise können Knochenschrauben genutzt
werden, um ein Verstärkungs-
oder Stützglied,
wie eine Knochenplatte, an einem gebrochenen Knochen zu befestigen. Knochenschrauben
können
verwendet werden, um intramedulläre
Nägel in
dem intramedullären
Hohlraum zu befestigen. Die Knochenschrauben umfassen einen Kopf,
der gedreht oder mit einem Drehmoment betätigt werden kann, und einen
Schaft oder Kolben mit Gewinde. Einige Knochenschrauben umfassen
einen Abschnitt zum Gewindeschneiden, der bei Drehantrieb der Knochenschraube
ein Gewinde in den Knochen einschneidet.
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Knochenschrauben
können
eine Kraft ausüben,
die parallel zu der Längsachse
der Schraube oder quer zu der Längsachse
der Schraube ist. Knochenschrauben können verwendet werden, um zwei Abschnitte
eines gebrochenen Knochens aneinander zu befestigen, und sie können Gewindeformen
aufweisen, die insbesondere dazu ausgelegt sind, eine Längskraft
auszuüben
und zwei der Länge
nach getrennte Abschnitte zusammenzuziehen. Wenn eine „aktive
Druckplatte" verwendet
wird, kann das Gewindeloch in der Platte eine Querkraft an einer
Knochenschraube aufbringen, die durch die Knochenschraube auf den
Knochen übertragen
wird.
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Die
Fähigkeit
einer Schraube, in einem Knochen zu bleiben, das heißt die „Herauszugs-Festigkeit" einer Schraube,
hängt von
der Stärke
des Schraubengewindes, dem Außendurchmesser,
dem Kerndurchmesser und der Gewindeteilung oder -steigung und von
der Scherfestigkeit des Knochens ab, in dem die Schraube eingebracht
ist. Die Scherfestigkeit eines Knochens hängt von der Art, der Dichte und
dem Gesundheitszustand des Knochens ab. Spongiosa ist im allgemeinen
weniger dicht als kortikaler Knochen und weist daher weniger Scherfestigkeit
auf. Knochenschrauben, die für
Spongiosa vorgesehen sind, haben üblicherweise ein anderes Schraubengewinde
als Knochenschrauben, die für kortikale
Knochen vorgesehen sind. Um, wenn der Knochen schwach ist, für eine größere Herauszugs-Festigkeit
mehr Knochen zwischen die Gewinde zu bringen, weisen Gewindeformen,
die für
Spongiosa ausgeführt
sind, eine größere Steigung
und einen größeren Unterschied
zwischen größeren und kleineren
Durchmessern auf. Bei manchen Patienten ist die Knochendichte oder
das Knochengerüst schwach
oder osteoporotisch und weist eine geringere Scherfestigkeit auf
als gesunde Knochen. Kortikaler Knochen, der osteoporotisch ist,
ist schwächer
als normaler, gesunder kortikaler Knochen, kann aber immer noch
stärker
sein als gesunde Spongiosa.
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In
Knochen mit geringer Scherfestigkeit können sowohl kortikale Knochenschrauben
als auch Spongiosa-Schrauben sich „ausdrehen" oder mit der Zeit in dem Knochen lose
werden. Das Ausdrehen einer Knochenschraube kann zahlreiche schädliche Wirkungen
haben. Die Knochenplatte, ein intramedullärer Nagel oder Stift oder andere
verstärkende Teile,
die anhand der Knochenschraube befestigt sind, können sich von ihrem Bestimmungsort
wegwandern. Die Knochenschraube kann sich „hin- und herbewegen" oder sich relativ
zu dem Knochen, in dem sie befestigt ist, bewegen, was die Belastungs- oder
Beanspruchungskonzentration an dem Gewinde stark erhöht. Dies
kann zu einer vorzeitigen Ermüdung
entweder des Gegengewindes oder des Gegengewindes in dem Knochen
führen.
Die Instabilität oder
das Hin- und Herbewegen kann auch dazu führen, daß ein Abschnitt der Knochenschraube,
der für eine
doppelte Scherbelastung positioniert ist, nur eine einzige Scherkraft überträgt. Insbesondere
kann bei Spongiosa-Schrauben mit kleinem Kern-Durchmesser das Positionieren
der Schraube für
eine einzige Scherbelastung zu einem vorzeitigen Ermüdungsbruch
des Schraubenschafts führen.
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In
manchen Fällen
erstreckt sich die Knochenschraube durch den ganzen Knochen hindurch, so
daß der
mit einem Gewinde versehene Abschnitt aus der gegenüberliegenden
Seite des Knochens vorsteht. In diesen Fällen kann die Knochenschraube an
dem Knochen zusätzlich
mit einer orthopädischen Mutter
gesichert werden. Die orthopädische
Mutter verteilt Belastungen an der Unterseite der Mutter über einen
Bereich des Knochens anstatt sich allein auf die Herauszugs-Festigkeit
der Schraube in dem Knochen zu verlassen. Somit bieten die orthopädischen
Muttern den Chirurgen eine weitere Option, um eine Schraube in schwächeren Knochen
zu sichern; sie ermöglichen
dem Chirurgen nach wie vor entweder zwischen kortikalen Schrauben
oder Spongiosa-Schrauben zu wählen.
Gängige
orthopädische Schrauben sind
aus rostfreiem Stahl mit einer Gewindeform gebildet, die überdimensioniert
ist, so daß die Schraube
leicht aufgedreht werden kann.
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In
FR-A-2 729 074 ist eine orthopädische Mutter
der Bauart offenbart, die in dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs
1 beschrieben ist.
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In
EP-A-0 685 206 ist eine orthopädische Mutter
mit einer Kunststoffeinlage offenbart, um selbstsperrend zu sein.
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KURZABRISS
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine orthopädische
Mutter für
eine Knochenschraube bereitgestellt, wie in dem beigefügten Anspruch
1 angegeben ist. Das Polymer kann im Vergleich zu den Materialien,
die üblicherweise
in Knochenschrauben verwendet werden, kompressibel sein, und somit kann
es eine Sperrfunktion an der Knochenschraube bilden.
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Weitere
Aspekte der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht einer orthopädischen
Mutter der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der orthopädischen
Mutter gemäß 1.
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3 ist
eine Querschnittsansicht des Kopfabschnitts entlang den Linien 3-3
gemäß 1.
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4 ist
eine Querschnittsansicht des Scheibenabschnitts entlang den Linien
4-4 gemäß 1.
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer zweiten, alternativen Ausführung des
Kopfabschnitts.
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6 ist
eine Querschnittsansicht einer dritten, alternativen Ausführung des
Kopfabschnitts.
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7 ist
eine Draufsicht einer vierten, alternativen Ausführung des Kopfabschnitts mit
einer Polymerstift-Einlage.
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8 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Ausführung gemäß 7.
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9 ist
eine perspektivische Explosionsansicht einer fünften, alternativen Ausführung des
Kopfabschnitts.
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Während die
obigen Zeichnungsfiguren bevorzugte Ausführungen zeigen, werden auch
andere Ausführungen
der Erfindung erwogen, von denen einige in der Beschreibung erwähnt sind.
In allen Fällen zeigt
diese Offenbarung die beschriebenen Ausführungen der Erfindung nur auf
darstellende, nicht einschränkende
Art. Zahlreiche andere kleinere Abänderungen und Ausführungen
können
von den Fachleuten vorgenommen werden, welche Ausführungen in
den Schutzumfang dieser Erfindung fallen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Die
erfindungsgemäße orthopädische Mutter 10 umfaßt einen
Kopfabschnitt 12 und eine Scheibe 14. Die Mutter 20 ist
dazu ausgelegt, mit einer orthopädischen
Knochenschraube (nicht dargestellt) verwendet zu werden, die aus
einem Metall gebildet sein kann, wie rostfreier Stahl oder Titan.
Wegen der gewünschten
hohen Festigkeit des Knochenschraubenschafts und der Knochenschraubengewinde
weist das Knochenschraubenmaterial im allgemeinen eine geringe Kompressibilität auf.
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Der
Kopfabschnitt 12 ist aus einem Polymer gebildet, der weicher
ist und eine höhere
Kompressibilität
aufweist als herkömmliche
Knochenschrauben. Beispielsweise kann das Polymermaterial eine Härte A, B
oder D auf der Shore-Skala aufweisen, wobei das Material der Knochenschrauben
eine Härte
C auf der Rockwell-Skala aufweisen können, wie etwa im Bereich von
30–35
Rockwell C. Die relativ hohe Kompressibilität des Polymermaterials ermöglicht,
daß die
Mutter 10 eine Federdruckkraft an der Knochenschraube ausübt, wenn
die Mutter relativ zu der Knochenschraube festgezogen wird, und
die Federdruckkraft wirkt dem Ausdrehen oder Lösen bei Vibration entgegen.
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Das
Polymermaterial des Kopfabschnitts 12 sollte über einen
langen Zeitraum biokompatibel sein, wie beispielsweise bis zu einem
Jahr oder länger.
Beispielsweise kann der Kopfabschnitt 12 aus Polymermaterialien
geformt sein, die geprüft
und zugelassen oder vorher im Körper
verwendet wurden, wie Polyethylen, Acetal-Copolymer (DELRIN), Polysulfon
(LEXAN), Polypropylen, bestimmte Polyester, Celluloseacetat, Polybutyldien,
Polycarbonat, Polybutester, GORTEX u.s.w.
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Das
bevorzugte Polymermaterial ist ein Polyethylen sehr hoher Molmasse,
das als HYLEMER bekannt ist und von DePuy/DuPont entwickelt wurde. Das
Polyethylen sehr hoher Molmasse ist extrudiert zu ASTM-648 geformt.
Nach dem Formen kann das Polyethylen sehr hoher Molmasse mit ein-,
drei- oder zweigängigem
Gewinde maschinell bearbeitet werden. Im Vergleich zu anderen Polymeren
ist das Polyethylen sehr hoher Molmasse ein festes, hartes Material,
mit beispielsweise einer Härte
im Bereich von 60–70
Shore. Gleichzeitig ist das Polyethylen sehr hoher Molmasse weich
und kompressibel im Vergleich zu Titan- oder Edelstahlmaterialien
herkömmlicher
Knochenschrauben.
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Der
Kopfabschnitt 12 weist vorzugsweise einen Kopf 16 auf,
der dazu ausgeführt
ist, in einem Drehwerkzeug (nicht dargestellt) aufgenommen zu werden.
Der Kopf 16 sollte groß genug
sein, um formfest zu sein, damit die notwendige Drehkraft auf den Kopfabschnitt 12 übertragen
werden kann, jedoch nicht so groß sein, damit ein leichtes Übermaß zwischen
dem Drehwerkzeug und den orthopädischen Muttern
benachbarter Knochenschrauben zugelassen wird. Bei der bevorzugten
Ausführung
hat der Kopfabschnitt 12 einen hexagonalen Kopf 16 mit
einem Durchmesser von etwa 0,39 Inch (9,9 mm) über Seitenflächen 18 und
von etwa 0,45 Inch (11,4 mm) über
Ecken 20, so daß er
bei einem kleinen Zwischenraum oder Abstand in einem 10 mm-Standard-Schraubenschlüssel (nicht
dargestellt) von dem externen Befestigungssystem ACE FISHER aufgenommen
werden kann. Fachleute werden es zu schätzen wissen, daß der Kopfabschnitt 12 viele
verschiedene andere Formen aufweisen kann, um in einem korrespondierend
geformten Drehwerkzeug aufgenommen zu werden.
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Der
bevorzugte Kopfabschnitt 12 umfaßt ein Gewindeloch 22,
das dort hindurch um eine Längskopfachse 24 definiert
ist. Der Kopfabschnitt 12 weist ein Gewinde 26 auf,
um mit einer ausgewählten
Knochenschraube, wie einer kortikalen Schraube von 4,5 mm, einer
kortikalen Schraube von 6,5 mm oder einer Spongiosa-Schraube von
6,5 mm, verschraubt zu werden und somit können verschiedenste Gewindeausführungen
verwendet werden. 3 zeigt ein bevorzugtes dreigängiges Gewinde,
wie es einer Schraube von 6,5 mm für kortikale Knochen zugeordnet
werden kann. Das mehrgängige
Gewinde 26 ermöglicht,
daß die
Knochenschraube und die Mutter 10 auf eine Drehung hin
mit einer hohen Geschwindigkeit aufeinander zubewegt werden, wobei
ein großer
Kontaktbereich zwischen dem Gewinde der Knochenschrauben und dem
Gewinde 26 der Mutter 10 bereitgestellt ist. 5 zeigt
eine größere Eingang-Gewindeform,
die genau mit einem Gewinde an einer Knochenschraube für Spongiosa
von 6,5 mm zusammenpaßt. 6 zeigt
eine dritte Ausführung
mit einem zweigängigen
Gewinde.
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Das
Gewinde 26 kann während
der Herstellung des Kopfabschnitts 12 in den Kopfabschnitt 12 hineingeformt
oder hineingearbeitet werden. Alternativ, insbesondere weil das
Polymermaterial des Kopfabschnitts 12 weicher als das Material
typischer Knochenschrauben ist, kann das Gewinde 26 durch
die Knochenschraube selbst in den Kopfabschnitt 12 eingeschnitten
werden. In vielen Fällen
wird das Polymermaterial des Kopfabschnitts 12 weicher
als gesundes Knochenmaterial sein, und ein selbständiges Gewindeschneiden
der Knochenschraube durch den Kopfabschnitt 12 wird das
Drehmoment nicht wesentlich erhöhen,
das notwendig ist, um die Knochenschraube durch den Knochen und
den Kopfabschnitt 12 zu treiben. Der Kopfabschnitt 12 kann
je nach Herstellung ein glattes, zylindrisches Gewindeloch 22 mit einem
Innendurchmesser aufweisen, der an den kleineren Durchmesser der
zuzuordnenden Knochenschraube angepaßt ist. Als dritte Alternative
kann der Kopfabschnitt 12 ganz ohne Gewindeloch 22 hergestellt
sein, wobei das ganze Gewindeloch 22 durch das selbsttätige Gewindeschneiden
der Knochenschraube geschnitten wird. Solange die gewindeschneidende
Knochenschraube zumindest einen Abschnitt des Gewindes 26 schneidet,
wird es eine enge oder enge Befestigung oder Haftung zwischen dem
Kopfabschnitt 12 und der Knochenschraube geben, um ein
Hin- oder Herbewegen oder Vibrationen der Knochenschraube relativ
zu dem Knochenabschnitt 12 zu verhindern.
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Die
Mutter ist dazu ausgelegt, mit einer Knochenschraube mit einer Standardgewindeform
gemäß ISO-Abmessungen
verwendet zu werden. Mit einer derartigen Standard-Gewindeform wird
die Knochenschraube an ihrem größeren und
kleineren Durchmesser abgerundet sein. Im Gegensatz dazu kann der
Kopfabschnitt scharfe Ränder
oder Kanten aufweisen, die an dem größeren und/oder kleineren Durchmesser
des Gewindes 26 geschnitten sind, um eine Passung mit leichtem
Zwischenraum bereitzustellen. Alternativ oder in Verbindung mit
den unterschiedlichen Gewindeformen können der größere und/oder der kleinere
Durchmesser des Gewindelochs 22 geringfügig kleiner sein als der entsprechende
größere und/oder
kleinere Durchmesser der Knochenschrauben, um eine Passung mit leichtem
Zwischenraum bereitzustellen. Beispielsweise weist die bevorzugte
Ausführung
ein Gewinde 26 auf, das mit einem kleineren Durchmesser
von etwa 0,15 Inch (3,8 mm) und einem größeren Durchmesser von etwa
0,18 Inch (4,6 mm) geschnitten ist. Wenn es an eine Standard-Knochenschraube
angepaßt
ist, weist das Gewindeloch 22 der bevorzugten Mutter 10 einen
kleinen Zwischenraum an dem kleineren Durchmesser auf, jedoch ein
leichtes Übermaß an dem größeren Durchmesser.
Das bevorzugte größere Durchmesser-Übermaß beträgt 0,002
bis 0,008 Inch (0,05 bis 0,20 mm), wie beispielsweise ein nominales Übermaß von 0,005
Inch mit einer Toleranz des größeren Durchmessers
von 0,003 Inch (0,13 + 0,08 mm). Ein derartiges Übermaß an dem größeren Durchmesser/Zwischenraum
bei einer Konfiguration mit kleinerem Durchmesser stellt sicher,
daß die
Knochenschraube zumindest einen Abschnitt des Gewindes 26 in
den Kopfabschnitt 12 für
eine sichere, nicht bewegliche Passung schneidet, wobei jedoch die
Polymerspäne,
die durch dieses Schneiden gebildet werden, innerhalb des Zwischenraums
des kleineren Durchmessers aufgefangen werden und nicht in den Körper des
Patienten freigegeben werden.
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Die
Mutter 10 weist vorzugsweise eine Ausführung mit insgesamt flachem
Profil auf, so daß das Gewebe
an der gegenüberliegenden
Seite oder Mutterseite des Knochens minimal agitiert oder betätigt wird.
Um ein flaches Profil bereitzustellen, umfaßt der Kopfabschnitt vorzugsweise
eine Hülse 28,
die sich in Längsrichtung
von dem Kopf 16 erstreckt. Die Hülse 28 erstreckt sich
innerhalb der Scheibe 14 und innerhalb des Gewindelochs
in dem Knochen, und somit ist eine große Gewindelänge ohne Hochprofil an der
Mutter 10 bereitgestellt. Beispielsweise die Gewindelänge der
Hülse 28 zweimal
oder mehrfach länger
als die Länge
des Kopfes 16 sein. Bei einer bevorzugten Ausführung ist
der Kopfabschnitt 12 etwa 0,31 Inch (7,9 mm) lang, die
aus einem 0,14 Inch (3,6 mm) langen Kopf 16 mit einer 0,17
Inch (4,3 mm) langen Hülse 28 zusammengesetzt
ist. Die große
Gewindelänge
ermöglicht
dem Kopfabschnitt 12, eine sehr große Herauszugs-Festigkeit aufzuweisen,
sogar dann, wenn ein kompressibles Polymermaterial mit geringerer
Stärke
für den
Kopfabschnitt 12 verwendet wird.
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Die
Wanddicke der Kopfhülse 28 ist
vorzugsweise so dünn
wie möglich,
wobei nach wie vor eine angemessene Längsfestigkeit für das Gewinde 26 beibehalten
wird. Eine bevorzugte Wanddicke der Kopfhülse 28 ist etwa 0,03
Inch (0,7 mm) größer als der
größere Durchmesser.
Das heißt,
daß für einen Kopfabschnitt 12 mit
Gewinde 26 mit einem größeren Durch messer
von 0,18 Inch (4,6 mm) die Kopfhülse 28 einen
Außendurchmesser
von etwa 0,23 Inch (5,9 mm) aufweisen kann.
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Die
Scheibe 14 umfaßt
eine Schulter 30 und vorzugsweise eine Scheibenhülse 32.
Der Außendurchmesser
der Schulter 30 ist dazu ausgeführt, so groß wie möglich zu sein, weil ein größerer Scheibendurchmesser
den größeren Oberflächenbereich
für einen
Lagerkontakt mit dem darunter liegenden Knochen bietet. Ein großer Kontaktbereich
trägt zur
Verteilung der Belastung unter der Scheibe 14 an dem Knochen
bei und hilft bei der Befestigung an dem osteoporotischen Knochen.
Die Schulter 30 sollte jedoch nicht so groß sein,
daß sie
eine nebeneinander gelagerte Verwendung mit einer benachbarten Knochenschraube
stört.
Beispielsweise kann der distale Sperr- oder Verriegellochabstand
eines typischen intramedullären
Nagels zwischen den Löchern
0,79 Inch (20 mm) betragen. Für
die Verwendung zwischen derartigen Löchern muß der Außendurchmesser der Schulter
etwa 0,52 Inch (13,2 mm) aufweisen. Dieser Außendurchmesser stellt einen
größeren Kontaktbereich
bereit als mit dem Kopfabschnitt 12 allein möglich ist,
weil die Schulter 30 der Scheibe 14 nicht in einem
Drehwerkzeug aufgenommen werden muß und für das Drehwerkzeug keinen Zwischenraum
schaffen muß.
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Die
bevorzugte Schulter 30 ist flach und eben, um so gut wie
möglich
mit vielen verschiedenen darunterliegenden Knochenformen zusammenzupassen.
Wenn gewünscht,
kann die Schulter 30 alternativ konturiert sein, um besser
mit einem Knochen mit einem entsprechenden Umriß zusammenzupassen bzw. ihn
besser zu stützen.
Die bevorzugte Schulter 30 weist eine kreisförmige Außenform
auf, wobei eiförmige,
rechteckige, hexagonale oder andere Formen alternativ auch verwendet
werden können.
Wenn gewünscht,
kann die untere Fläche
der Schulter einen anderen Umriß und/oder
eine andere Form als die obere Fläche der Schulter aufweisen,
jedoch ist für
eine leichtere Herstellung ein Ausbilden der Schulter mit einheitlicher
Dicke bevorzugt.
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Die
Scheibenhülse 32 umgibt
die Kopfhülse 28 und
verleiht ihr Festigkeit. Demgemäß entspricht der
Innendurchmesser der Scheibenhülse 32 dem Außendurchmesser
der Kopfhülse 28 mit
einem leichten Zwischenraum. Die Wanddicke der Scheibenhülse 32 ist
so ausgewählt,
daß eine
angemessene Festigkeit bereitgestellt ist. Die Scheibe 14 kann gekennzeichnet
sein, um die Herstellerproduktnummer auf der Scheibe 14 und
auf der Mutter 10 zu zeigen.
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Die
Scheibe 14 ist aus einem biokompatiblen Material ausgebildet.
Polyethylen mit sehr hoher Molmasse und die meisten anderen Polymermaterialien sind
strahlendurchlässig,
und die Scheibe 14 ist vorzugsweise aus einem strahlungsundurchlässigen Material
geformt, um das Lokalisieren der orthopädischen Mutter 10 an
der Rückseite
des Knochens zu erleichtern, wenn diese auf einem Röntgenschirm oder
einem anderen Beobachtungsgerät
betrachtet wird. Das Scheibenmaterial benötigt keine relativ hohe Kompressibilität. Obwohl
die Festigkeit der Scheibe 14 wichtig ist, ist die Festigkeit
für das
Scheibenmaterial weniger wesentlich als für die Knochenschraube. Die
bevorzugte Scheibe 14 ist aus Titan, wie TI-6A1-4V eli.,
gebildet. Dieses Titan, das biokompatibel und strahlenundurchlässig ist,
bietet eine ausreichende Festigkeit. Bei der Verwendung von Titan
beträgt
eine bevorzugte Materialdicke der Schulter 30 etwa 0,025
Inch (0,64 mm), und eine bevorzugte Wanddicke für die Scheibenhülse 32 beträgt auch etwa
0,025 Inch (0,64 mm), was für
die Scheibe 14 eine ausreichende Festigkeit bereitstellt.
Alternativ kann die Scheibe 14 aus anderen Titanarten,
wie technisch reinen Titanarten von Grad 1 bis 4, oder aus Edelstahl,
wie 316L, 316 oder 22Cr-13Ni-5Mn-Edelstahl, gebildet sein. Fachleute werden
zu schätzen
wissen, daß die
Scheibe 14 alternativ aus zahlreichen, verschiedensten
Materialien gebildet werden kann, wobei die Dicke je nach Festigkeit
des verwendeten Materials geeignet auszuwählen ist.
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Die
Scheibe 14 ist vorzugsweise an dem Kopfabschnitt 12 befestigt
oder befestigbar, jedoch getrennt davon ausgebildet. Das Anbringen
oder Befestigen der Scheibe 14 an dem Kopfabschnitt 12 ermöglicht dem
Chirurgen, sowohl die Scheibe 14 als auch den Kopfabschnitt 12 gleichzeitig
an einer Knochenschraube zu montieren. Das Ausbilden der Scheibe 14 getrennt
von dem Kopfabschnitt 12 erlaubt auch die Drehung der Scheibe 14 relativ
zu dem Kopfabschnitt 12. Weil sich die Scheibe 14 nicht
mit dem Kopfabschnitt 12 drehen muß, wird die Drehung des Kopfabschnitts 12 zum
Festziehen der Mutter 10 die Scheibe 14 nicht
mitdrehen. Dafür
ist jede Drehung der Scheibe 14 auf die Gegenreibung der Scheibe 14 an
dem Kopfabschnitt 12 im Vergleich zu dem Knochen zurückzuführen. Wenn
der Kopfabschnitt 12 aus einem Polyethylen mit sehr hoher
Molmasse und die Scheibe 14 aus Titan gebildet ist und bei
einer ebenen Oberflächenwechselwirkung
zwischen dem Kopf 16 und der Schulter 30, ist
ein relativ niedriger Reibungskoeffizient zwischen dem Kopfabschnitt 12 und
der Scheibe 14 eingerichtet. Ein hoher Reibungskoeffizient
wird zwischen der Scheibe 14 und der rauhen Oberfläche des
Knochens vorhanden sein. Dementsprechend wird die Scheibe sich nicht mit
dem Kopfabschnitt 12 weiterdrehen, nachdem die Scheibe 14 den
Knochen berührt
hat, und die Scheibe 14 wird im allgemeinen nach dem Einbau
keine Schäden
wegen Schleifen oder Abnutzung am darunterliegenden Knochen bewirken.
Fachleute werden zu schätzen
wissen, daß viele
alternative Ausführungen
möglich
sind, damit sich der Kopfabschnitt 12 leicht relativ zur
Scheibe 14 verdreht, abhängig von den gewählten Materialien
und Konturen, wie die Zugabe eines biokompatiblen Schmiermittels
zwischen den Kopfabschnitt 12 und die Scheibe 14.
Bei der bevorzugten Konfiguration ist jedoch kein Schmiermittel
notwendig.
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Um
den Kopfabschnitt 12 drehbar an der Scheibe 14 zu
befestigen, kann die Hülse 28 des Kopfabschnitts 12 einen
Umfangs-Vorsprung 34 umfassen, der derart bemessen und
positioniert ist, daß er
mit der entsprechenden Aussparung 36 in der Scheibenhülse 32 zusammenpaßt. Wegen
der Kompressibilität
des Kopfabschnitt-Materials kann der Vorsprung 34 während der
Montage der Scheibe 14 an dem Kopfabschnitt 12 von
der Scheibe 14 einfach nach innen zu dem Umfang der Kopfhülse 28 gebogen
oder gedrückt
werden. Wenn die Scheibe 14 in Längsrichtung auf den Kopfabschnitt 12 aufgedrückt wird,
mit einem ausreichenden Abstand, schnappt der Vorsprung 34 nach
außen
in die Aussparung 36. Der in der Aussparung 36 aufgenommene
Umfangs-Vorsprung 34 ermöglicht eine freie Drehung der
Scheibe 14 relativ zu dem Kopfabschnitt 12, verhindert
jedoch eine Längsbewegung
der Scheibe 14 relativ zu dem Kopfabschnitt 12.
Bei der bevorzugten Ausführung
sind der Vorsprung 34 und die entsprechende Aussparung 36 im
Querschnitt ein rechtwinkliges Dreieck, das sich etwa 0,01 Inch
(0,3 mm) in die Scheibenhülse 32 erstreckt,
wobei der Winkel der Flächen
relativ zur Längsachse 24 45° beträgt.
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Fachleute
werden zu schätzen
wissen, daß zahlreiche
alternative Ausführungen
verwendet werden können,
um die Scheibe 14 an dem Kopfabschnitt 12 drehbar
zu befestigen. Beispielsweise können
viele in Längsrichtung
mit Zwischenraum angeordnete Umfangs-Vorsprünge an der Kopfhülse 28 mit
entsprechend vielen in Längsrichtung
mit Zwischenraum angeordneten Aussparungen an der Scheibenhülse 32 vorgesehen
werden. Ein derartiges Befestigen an vielen in Längsrichtung mit Zwischenraum
angeordneten Positionen trägt
dazu bei, daß die
Wand der Kopfhülse 28 einem
Kriechen oder Wandern in Längsrichtung
aufgrund der Belastung durch die Knochenschraube standhält. In weiteren Alternativen
ist es nicht notwendig, daß der
Vorsprung die Hülse 28 umgibt
oder der Vorsprung kann vielmehr an der Scheibe 14 positioniert
werden, nicht an dem Kopfabschnitt 12.
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Alternativ
könnte
die Scheibe 14 ein Gewinde umfassen (nicht dargestellt),
um jedwedes Gewinde 26 an der Kopfhülse 28 zu tragen,
so daß das Scheibengewinde
einen beträchtlichen Teil
der von der Knochenschraube ausgeübten Belastung aushält. Obwohl
eine derartige Ausführung
Vorteile in der Gewindefestigkeit bietet, wäre die Scheibe 14 nicht frei,
sich relativ zum Kopfabschnitt 12 und der Knochenschraube
zu drehen.
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Die
Hülse 32 der
Scheibe 14 kann eine winklige Führungsecke 38 entlang
ihres Außendurchmessers
aufweisen. Bei der bevorzugten Ausführung hat die Führungsecke 38 der
Scheibe 14 eine Außenfläche, die
in einem Kegelwinkel von 75° gegenüber der Längsachse 24 angeordnet
ist. Die winklige Führungsecke 38 erleichtert
das Einsetzen der Mutter 10 in das Gewindeloch des Knochens.
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Die
Kopfhülse 28 kann
eine winklige Führungsecke 40 entlang
ihres Außendurchmessers
aufweisen. Die Scheibe 14 kann entlang ihres Innendurchmessers
eine winklige Auslaufecke 42 aufweisen. Die winklige Führungsecke 40 der
Kopfhülse 28 und
die winklige Auslaufecke 42 der Scheibe 14 erleichtern
das Einsetzen der Mutter 10 in den Scheiben (14)-Abschnitt
während
der Montage.
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Die
Montage der Scheibe 14 an dem Kopfabschnitt 12 kann
von dem Chirurgen vor dem Befestigen an der Knochenschraube vorgenommen
werden. Alternativ kann die Scheibe 14 vor der Befestigung
des Kopfabschnitts 12 an der Knochenschraube um die Knochenschraube
herum angeordnet werden, wobei die Befestigung des Kopfabschnitts 12 an der
Scheibe 14 durch Vorrücken
des Kopfabschnitts 12 entlang der Knochenschraube erzielt
wird. Diese Montageverfahren sind insbesondere für die Verwendung mit Scheiben
vorteilhaft, die Schultern mit besonderer Form für den Befestigungsbereich aufweisen.
Beispielsweise können
dem Chirurgen Scheiben mit Schultern bereitgestellt werden, die
viele verschiedene Formen aufweisen, um die passendste Schulterform
für den
Befestigungsort auszuwählen. Wenn
die bevorzugte Scheibe 14 mit einer kreisförmigen,
flachen Schulter 30 versehen ist, ist das bevorzugte Montageverfahren
der Scheibe 14 an dem Kopfabschnitt 12 ein letzter
Schritt bei der Herstellung, so daß der Chirurg die Montage nicht
getrennt durchführen
muß.
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Bei
dem bevorzugten Verwendungsverfahren wird der Chirurg die Knochenschraube
ganz durch den Knochen gewindeschneidend drehen, bevor er die Mutter 10 positioniert.
Die Verriegelungsmutter 10 wird dann auf die ortsfeste
Knochenschraube aufgeschraubt, wie beispielsweise mit einem 10mm-Schraubenschlüssel. Alternativ
kann die Scheibe 14 festgehalten werden, bevor die Knochenschraube
durch den Knochen gedreht wird, oder die Knochen schraube und die
Mutter 10 können
gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden.
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Die
Mutter 10 wird an der Knochenschraube befestigt, wobei
die Hülsen 28, 32 in
die Knochenschraube vorrücken,
bis die Schulter 30 gegen die Knochenfläche drückt. In Abhängigkeit von der Gegenausführung des
Gewindes der Knochenschraube und des Gewindes 26 (falls
vorhanden), so wie sie am Kopfabschnitt 12 hergestellt
wurden, kann das Befestigen der Mutter 10 an einer Schneid-Knochenschraube
mit einem gleichzeitigen Schneiden eines Gewindes 26 in
den Kopfabschnitt 12 einhergehen. Sobald die Schulter 30 gegen
die Knochenfläche drückt, kann
die Mutter weiterhin relativ zu der Knochenschraube zweckmäßig derart
gedreht werden, daß eine
Federdruckkraft an dem Gewinde 26 des Kopfabschnitts 12 bereitgestellt
wird. Die Kompressibilität
des Materials des Kopfabschnitts 12 ermöglicht dem Kopfabschnitt, die
Knochenschraube ortsfest zu verriegeln, und die Knochenschraube
wird sich nicht, wie beispielsweise unter Einfluß von Vibrationen, ausdrehen
oder lösen.
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Weder
Polyethylen mit sehr hoher Molmasse noch Titan sind biologisch abbaubar,
und der Chirurg kann verlangen, die orthopädische Mutter 10 genau dann
zu entfernen, wenn die Knochenschraube entfernt wird, was etwa ein
Jahr oder länger
nach der Implantation der Fall sein kann. Alternativ können entweder
der Kopfabschnitt 12 oder die Scheibe 14 oder beide
aus einem biologisch abbaubaren Polymermaterial gebildet sein. Exemplarische
biologisch abbaubare Polymermaterialien umfassen polylaktische Säuren, poly-L-laktische
Säuren
und Polyglykonatsäuren.
Wenn sie aus einem biologisch abbaubaren Polymer gebildet ist, sollte
der Abbau derart langsam sein, daß die Mutter 10 zumindest
solange stark und sicher befestigt bleibt, bis der Knochen geheilt
ist. Wenn die orthopädische
Mutter 10 sich anschließend biologisch abbaut, wird
es für
den Chirurgen nicht notwendig sein, an der Mutterseite des Knochens eine Öffnung anzubringen
oder Zugang zu erhalten, und die Knochenschraube kann der Länge nach
gezogen werden, nachdem der Knochen geheilt ist, wobei die biologisch
abbaubare Mutter 10 an Ort und Stelle gelassen wird.
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Die 7 und 8 zeigen
einen alternativen erfindungsgemäßen Kopfabschnitt 50.
Anstatt daß der
gesamte Kopfabschnitt 50 aus einem Polymer geformt ist,
ist nur eine Paß-
oder Eingriffskomponente, wie beispielsweise ein Einsatzteil oder
Stift 52, aus dem biologisch abbaubaren Polymer gebildet.
Der restliche Mutterabschnitt 54 des Kopfabschnitts 50 kann
aus einem biologisch abbaubaren Metall gebildet sein. Das Gewinde 26 in
dem Mutterabschnitt 54 kann mit einem großen Zwischenraum für die vorgesehene
Knochenschraube gebildet sein. Vorzugsweise wird nach dem Ausbilden
des Mutterabschnitts 54 mit Gewinde 26 und Flächen 18 ein Einsatzloch 56 in
den Mutterabschnitt hineingearbeitet, das sich mit dem Gewindeloch 22 kreuzt.
Der Stift 52 ist durch Preßpassung oder auf andere Art
in dem Einsatzloch 56 derart gesichert, daß zumindest
ein Abschnitt des Stifts 52 sich über den größeren Durchmesser des Gewindes 26 erstreckt.
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Der
Kopfabschnitt 50 kann in Verbindung mit der Scheibe 14 der
vorangegangenen Ausführungen verwendet
werden, oder ein Scheibenabschnitt 58 kann mit dem Mutterabschnitt 54 einstückig gebildet sein.
Auf die Verwendung des Kopfabschnitts 50 hin berührt die
Knochenschraube das Ende des Stifts 52 und schneidete Gewinde
in das Ende des Stifts 52 hinein. Analog zu den vorher
beschriebenen Ausführungen
ermöglicht
die Kompressibilität
des Stifts 52 und die feste Passung, die dadurch erreicht
wird, daß die
Knochenschraube in den Stift 52 Gewinde hineinschneidet,
daß der
Stift 52 für
den Kopfabschnitt 50 eine Verriegelungsfunktion ausführt.
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9 zeigt
einen alternativen erfindungsgemäßen Kopfabschnitt 60.
In dieser Ausführung
ist nur ein mit Gewinde versehenes Einsatzteil 62 aus dem biologisch
abbaubaren Polymer geformt. Der restliche Mutterabschnitt 64 des
Kopfabschnitts 60 kann aus einem biologisch abbaubaren
Metall geformt sein. Der mit Gewinde versehene Einsatz 62 schnappt
in ein zentrales Loch 66 des Mutterabschnitts 64 ein.
Der mit Gewinde versehen Einsatz 62 kann an dem Mutterabschnitt 64 durch
Preßpassung oder
mit einem Klebstoff drehend gesichert werden. Alternativ kann der
mit Gewinde versehen Einsatz 62 eine nicht-zylindrische
Außenform
aufweisen (nicht dargestellt), die mit einem entsprechend geformten zentralen
Loch in dem Mutterabschnitt 64 formschlüssig zusammenpaßt, um das
Drehen des mit Gewinde versehenen Einsatzes 62 relativ
zu dem Mutterabschnitt 64 zu verhindern. Der mit Gewinde versehene
Einsatz 62 umfaßt
einen Vorsprung 68, der gegen die Schulter 70 auf
den Mutterabschnitt 64 drückt, um die Kraft der Knochenschraube
auf den Mutterabschnitt 64 zu übertragen.
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Der
Kopfabschnitt 60 kann in Verbindung mit der Scheibe 14 der
vorhergehenden Ausführungen verwendet
werden, oder ein Scheibenabschnitt 72 kann mit dem Mutterabschnitt 64 einstückig geformt sein.
Auf die Verwendung des Kopfabschnitts 60 hin wird die Knochenschraube
in dem mit Gewinde versehenen Einsatz 62 aufgenommen. Analog
zu den vorher beschriebenen Ausführungen
ermöglicht
die Kompressibilität
des mit Gewinde versehenen Einsatzes 62 und/oder die feste
Passung, die dadurch erreicht wird, daß die Knochenschraube in den
mit Gewinde versehenen Einsatz 62 Gewinde hineinschneidet,
daß der
mit Gewinde versehene Einsatz 62 für den Kopfabschnitt 60 eine
Verriegelungsfunktion ausführt.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungen beschrieben worden
ist, werden Fachleute erkennen, daß die Form sowie Details geändert werden
können,
ohne den Umfang der Erfindung, so wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist, zu verlassen.