DE8907561U1 - Teleskop-Verrriegelungsmarknagel zur kontinuierlichen Verlängerung des Oberschenkelknochens nach dem Ilisarov-Prinzip - Google Patents

Description

Beschreibung:

^ Teleskop-Verriegelungsmarknagel zur kontinuierlichen Verlängerung des Oberschenkelknochens nach dem Ilisarov-Prinzip. "*>

Die Erfindung betrifft einen aus zwei Teilen oder Stäben zusammengesetzten Marknagel für den menschlichen Oberschenkel, wobei beida Stäbe teleskopartig ineinander passen. Beide Stäbe sind Hohlstäbe. Im größeren Hohlstab ist ein Elektromotor verankert, der über ein Getriebe mit einem Gewinde verbunden ist, des wiederum meinerseits über ein entsprechend pa^ssndes Gewinde im kleinet^n Hohlstab diesen teleskofärticj aus dem größeren Hohlstab herausdrückf-n kann.

Der Elektromotor u/ird durch eine- Stromquelle betrieben, die außerhalb des Marknagels liegt. Die Kontrolle der Teleskopbewegung übernimmt ein digitaler Impulsregler, der mit der Antriebswelle des Mi. ;ors verbunden ist.

Der Teleskopmarknagel wird nach seiner Plazierung im menschlichen Oberschenkelknochen in bekannter Technik am körpernahen und am körperfernen Ende durch Querbolzen, die durch Knochen und Marknagel getrieben werden, verriegelt. So wird eine stabile Verbindung zwischen Marknagel und Knochen gewährleistet.

Im Anschluß an die Plazierung des Marknagels wird eine körpernahe Osteotomie des Oberschenkelknochens mit einer geeigneten Säge gesetzt.

Nach einer Wartezeit von ca. 8-10 Tagen, in der neue Kapillaren den Osteotomiespalt überqueren können, beginnt die Distraktion des Oberschenkelknochens, d.h. die Verlängerung des Knochens durch Herausdrücken des schmaleren Hohlstabes aus dem größeren. In Teleskopbewegungen von 1 mm pro Tag wird der untere Teil des Marknagels durch das oben genannte Gewinde aus dem körpernahen Anteil des Marknagels herausgepreßt. Die Stromquelle wird unmittelbar unter die Haut plaziert und ist mit einem

automatischen Schalter versehen, sodaß der Motor jeweils in Abständen uon 6 Stunden angeschaltet werden kann. Der Motor wird automatisch nach Erreichen eines bestimmten Bruchteils eines Millimeters abgeschaltet. Nach Erreichen der gewünschten Verlängerung des Oberschenkelknochens werden Stromquelle und Schalter entfernt und somit r\-.-.i Motor stillgelegt. So läßt sich der menschliche Oberschenkel verlängern, ohne daß es zu Achsenveränderungen des Oberschenkels kommt. Insgesamt wird der Oberschenkel in Vorschüben von je 1/4 Millimeter pro Tag einen Millimeter verlängert.

Stand der Technik:

Die Verlängerung eines Knochens kann operativ durch intraoperative Durchtrennung des Knochens mittels Säge und nachfolgender Distraktion bis ca. 2 cm erfolgen, ohne daß üJeichteilgeuiebe, Nerven und Gefäße Schaden erleiden. Eine weitere einmalige aktive Verlängerung ist nicht möglich. Der so geschaffene Zwischenraum muß mit Knochenmaterial aufgefüllt werden. Dieses Knochenmaterial kommt entweder vom jeweiligen Patienten selbst oder von der Knochenbank. Eine Stabilität wird durch Anlegen einer Platte oder eines externen Fixateurs (äußerer Spanner) errreicht. Eine einmalige aktive Verlängerung mittels eines intramedulären Marknagels ist nicht bekannt. Der Nachteil einer in einer operativen Sitzung erfolgten Verlängerung ist die Begrenzung der Distraktionslänge. Ein Alternativverfahren zur Verlängerung von Knochen über 2 cm hinaus, ist das Verfahren von Ilisarov, dem russischen Orthopäden. Das Ilisarov-Prinzip beruht auf der Tatsache, daß die Distraktion, d.h. der Zug des Knochens in Läncsrichtung, ein Impuls für Knochenwachstum darstellt. Demnach entsteht eine knöcherne Überbrückung eines Knochenspaltes, wie er z. B. bei einei

Osteotomie entsteht. Bei kontinuierlicher Verlängerung, d.h. bei Vergrößerung dieses Knochenspaltes won 1 Millimeter pro Tag» bewegen sich die durch die Osteotomie hergestellten Fragmente auseinander. Der Spalt wird &ugr;&ogr;&eegr; Callus überbrückt, d.h. Gefäße und Knorpel &zgr; ellen wachsen in den Spalt ein. inlanay die Fragmente voneinander distrahiert werden, solange fügen sich neue Osteone (zunächst als Knorpelzellen) in den immer größer werdenden Spalt hinzu. Die bereits ansässigen Zellen konsolidieren sich mit der Zeit zu Callus, dann Knochen. Hört die Verlängerung auf, wandelt sich auch der Grenzbezirk zum angehaltenen Fragment in Knochen um.

Nach Erreichen der gewünschten Verlängerung des Knochens erfolgt eine längere Phase der Konsolitf -.orung der zwischen den Hauptfragmenten entstandenen weichen Kallusmasse. Die Durchblutung dieser Kallusmasse erfolgt sowohl von der äußeren Knochenhaut, dem Periosteum, als auch vom Intramedulärraum. Es ist bekannt, daß bei Zerstörung des Intramedullärraumes das Periosteum einen Großteil der Durchblutung des Knochens übernimmt, wobei im Normalfall der intramedulläre Raum die maßgeblichen Gefäße für die Ernährung des Knochens enthält. Solange keine geringere Geschwindigkeit der üistraktion gewählt wird, kommt es zu keiner stabilisierenden knöchernen oder kailösen Überbrückung, sodaß eine weitere Distraktion möglich ist.

So können sehr große Strecken der Verlängerung erreicht werden. Die Dauer einer Verlängerung ist andererseits für die üJeichteile nicht nachteilig, da aufgrund der langsamen Verlängerungsgeschwindigkeit üleichteile (Muskulatur, Nerven und Arterien) mitwachsen und sich ohne Schaden oder funktioneile Störungen dehnen. Die Stabilisierung beider Fragmente in der Zeit dar Distraktion erfolgt bislang (nach Ilisarov) über einen externen Fixateur, d.h. über einen aufwendigen externen Apparat, der zirkulär an der jeweiligen Extremität angebracht

wird. Hierbei uerden radspeichenartig Drähte durch den Weichteilmantel und durch den Knochen geführt, die dann jeweils auf beiden Seiten durch einen Stahlring v/erspannt werden, über ein System von mehreren fingen, die miteinander durch längsverlaufende Stäbn verbunden werden, kann der Knochen manuell kontinuierlich verlängert werden.

Kritik des Standes der Technik:

Die äußere Fixation eines Knochens birgt bekannte Risiken. Diese sind einmal di« Infektion der die Haut, Muskel und Knochen durchbohrenden Öffnungen, durch die die Fi^ationsdrähte verlaufen. Die Stabilität des externen Fixateurs nach Ilisarow kann nur durch einen sehr aufwendigen, viel Raum beanspruchenden und zirkulär zur Extremität angebrachten Apparat erfolgen. Diese Anordnung ist für den Patienten beim Laufvorgang sehr hinderlich. Kleider müssen maßgeschneidert werden und die Hernmschmelle, sich in der Öffentlichkeit mit einem Apparat dieses Ausmaßes zu zeigen, ist groß. Auch alle anderen Methoden der kontinuierlichen Verlängerung des Oberschenkels sind bisher vom Typ des externen Fixateurs gewesen. Neben der immer drohenden Infektionsgefahr nicht nur der Ideichteile sondern auch des Knochens, ist das Problem der Wanderung der äußeren Fixationsstäbe durch die liJeichteile nicht gelöst. Dies bedeutet, daß die Haut jeweils sukzessiv aufgeschnitten werden muß, damit die Fixationsstäbe, die von außen zum Knochen führen, Platz haben. Die Haut kann sich insgesamt über der ganzen Länge eines Femurs gut dehnen, die einzelnen Strecken, die jedoch von den Fixationsbolzen oder Stäben hinterlegt uierden, strapazieren die Haut an punktuellen Stellen. Dies begründet die Notwendigkeit der wiederholten chirurgischen Eingriffe.

Ein weiterer Nachteil der externen Fixation ist die ungünstige Kraftübertragung, die im Vergleich zur Femurschaftachse exzentrisch, d.h. außerhalb der Tragachse des Femurs verläuft. Diese exzentrisch gelegene Kraftübertragung ist sowohl anfällig für Biegekräfte, die auf das Femur einwirken, als auch für Kompressionskräfte, die bei jedem Schritt auftreten. Als Folge der ungünstigen Biomechanik ist nach Erreichen der endgültigen Knochenlänge ein Wechsel des Verfahrens zu einer Plattenosteosynthese (Überbrückung des Kallusabschnitts) zur Stabilisierung des Femurs während der Zeit der knöchernen Konsolidierung in den meisten Fällen notwendig.

Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Implantat zu entwickeln, daß im statischen Bereich günstige biomechanische Eigenschaften besitzt und gleichzeitig eine aktive kontinuierliche Verlängerung des Oberschenkels ohne äußere Fixation erlaubt. Gefordert ist ein geschlossenes System, das nach Einbringung keine Verbindung zur Außenwelt hat und dadurch die Gefahr einer Infektion minimiert.

Gleichzeitig muß das Implantat mit den Ansprüchen moderner aktiver Menschen zu vereinbaren sein. Ferner muß das Implantat eine funktioneile Nachbehandlung, d.h. eine Übung der Muskulatur ohne Interferenz durch Implantate oder schmerzverursachende externe Fixationsmechanismen erlauben.

Das Implantat muß die Prinzipien der Knochenheilung bzw. des Knochenuie "hstums beachten und nach Abschluß der Verlängerung für eine statische Stabilisation sorgen, sodaß in der zweiten Phase der Knochenkonsolidierung bis zur Eigenstabilität des Knochens keine weiteren großen Eingriffe durchgeführt werden müssen.

Der motorisierte Teleskopnagel zur kontinuierlichen Verlängerung des menschlichen Oberschenkelknochens nach dem Ilisarow-Prinzip erfüllt alle diese Bedingungen. Die biomechanische Stabilität ist ideal, da der intramedulläre KrafttrMger eine konzentrische Lastübertragung erlaubt, die dem des Femurknochervs identisch ist. Aufgrund der Wandstärke beider Anteile des Nagels ist eine mehr als ausreichende Stabilität gegenüber Torsions- und Biegekräften gegeben, zumal die 'Isteotomie, d.h. die Duichsägung des Knochens, in einem Bereich des Knochens erfolgt, der durch den dicksten Anteil des Nagels geschient wird. Die Verriegelung sowohl im oberen als auch im unteren Teil des Knochens erfolgt mit 3 Querbolzen, die zueinander in verschiedenen Winkeln verlaufen. Dies hat zur Folge, daß die Rotation absolut stabil ist und daß der Nage] nur teleskopartige Bewegungen, die durch den motor verursacht werden, erlaubt und keine weiteren ungewollten Verkürzungen oder Verlängerungen zuläßt. Der geringe Querschnitt des Mageis erlaubt es bei der überwiegenden Zahl von Erwachsenen, einen ausreichenden Teil der intramedullärer Durchblutung zu schonen, da insbesondere im Bereich der Osteotomie nicht bis zum harten Teil des Knochens, also bis zur Cortikalis, aufgebohrt werden muß.

Lediglich im Bereich des Isthmus erreicht die Aufbohrung ·1&egr;&eegr; harten Teil des Knochens und benachteiligt in diesem Abschnitt die innere Durchblutung. Dies ist im oberen Anteil, in dem die Durchblutung zur Überbrückung des Osteotomiespaltes notwendig ist, nicht der Fall. Die durch jede intramed^i^.are Schienung verursachte dinderdurchblutung im Intramedullärraum wird vollkommen ausreichend durch die verstärkte, vom Periosteum ausgehende Durchblutung des Knochens kompensiert. Die biomechanische Stabilität wird außerdem durch das Rohrsystem als solches gegeben, da das Prinzip "Rohr im Rohr" allen anderen Systemen wie äußerer Fixation oder Plattenosteosynthese in biomechanischer Hinsicht überlegen ist. Durch die Gewährleistung, daß elektronisch eine bestimmte Verlängerung

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in einem oestimmten Zeitabschnitt automatisch durchgeführt wird, ist dieses Implantat unabhängig von der Mitwirkung des Patienten. Der Patient muß sich lediglich auf die Entlastung des Beines konzentrieren, kann jedoch, uias für die Knochenheilung maßgeblich ist, funktionell behandelt werden. Übungsbehandlungen zur Erhaltung der Kraft der betroffenen Muskulatur können durchgeführt uierden. So wird eine Einsteifung angrenzender Gelenke verhindert. Die Kompatabilität dieses Implantates mit den Ansprüchen moderner aktiver Menschen ist groE, da das Implantat unsichtbar ist und den Patienten, abgesehen von der Entlastung des Beines, in keiner Weise in seiner Lebensqualität eingeschränkt.

Nach Abschluß der beliebigen Verlängerung verbleibt das Implantat als statischer Stabilisator im Knochen, bis die Verlängerungslücke vollkommen knöchern überbrückt und konsolidiert ist. Erst dann werden die Verriegelungsbolzen und der Marknagel entfernt.

Dieser motorisierte Teleskop-Verriegelungsnagel stellt das einzige intramedulläre Implantat dar, daß speziell zur Verlängerung des Oberschenkes entwickelt worden ist.

Die wesentlichen Vorteile dieses Marknagels gegenüber allen herkömmlichen Implantaten sind die ideale konzentrische Kraftübertragung und somit Stabilität, die Einhaltung biologischer Kriterien der Knochenheilung und des Knochenwachstums durch das Distraktionsprinzip, die Verringerung auftretender Komplikationen und das Ermöglichen einer schmerzfreien postoperativen funktionellen Nachbehandlung der betroffenen Extremität.

Beschreibung der technischen Zeichnung des Teleskopverriegelungsmarknagels zur kontinuierlichen Verlängerung des Oberschenkels.

Die technische Zeichnung wird beschrieben:

Die Zeichnung z%iqt zwei Hohlstab«, die teleskopartig miteinander verbunden werden können (siehe Blatt I bis IV). Das Material der Stäbe, bzw. des Nabels ist ein handelsüblicher Implantatstahl. Oer obers Teil der Zeichnung zeigt den Tsil des flax'inagels, der Getriebe und Motor enthält (A, Blatt I - IV). Der untere Teil der Zeichnung stellt den im Umfang kleineren Teil des Marknagels dar (B, Blatt I - III), der teleskopsrtig in den eben gezeichnteten Teil (A) hineinpaßt.

Teil A ist a.fSen rund und hat je nach Abschnitt des Nagels eine unterschiedliche Wandstärke. An einem Ende ist er leicht konisch geformt (vgl. Blatt I), am anderen Ende ist er offen (siehe Blatt IV). Die einzelnen Wandstärken und Querschnitte uierden in mm angegeben.

Der im Umfang geringere Teil des Nagels (B) paßt schlüssig in den Hohlraum (3) zwischen Mantel 1 (Querschnitt 2) und Gewinde h des Gewindestabes (4 und 13) von Teil A. Der Gewindestab ist unmittelbar mit Motor und Getriebe verbunden (vgl. Blatt III). Der Bereich 5 von Teil B ist ebenfalls ein Gewinde, in das das Gewinde 4 hineinpaßt. Eine Rotation des Nagelteils B im Nagelteil A wird dadurch verhindert, daß der Querschnitt des Teils B ein Sechskant als Außenform aufweist. Dieses Sechskant paßt formschlüssig in Teil A, das innen ebenfalls eine Sechskantform hat siehe Querschnitt 2, Blatt II). Der Querschnitt des Teils B ist mit 6 (siehe Blatt III) beschrieben.

Durch die Formschlüssigkeit zwischen den Teilen A und Teil B ist die innere Stabilität beider Nagelanteile gegeben. Teil B wird durch Drehbewegungen des Gewindestabes (4 und 13, Blatt I,II,III & VI) teleskopartig herausgeschoben. Vor Implantierung in den menschlichen Femur wird Teil B vollständig in Teil A hineingebracht» sodaß eine entsprechende Verlängerung vorgenommen werden kann. Die innere Stabilität des Teleskopaufbaues wird dadurch gewährleistet, daß Teil B 140 mm in Teil A hineingebracht wird.

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So können maximale Uerlängerungsdistanzen &ugr;&ogr;&eegr; 8 mm erreicht werden (vgl. Blatt WII).

Die Verankerung von Teil B im Knochen erfolgt über Bolzen, Laie durch die Öffnungen 7,8 und 9 in Teil B (Blatt I) gebracht werden und die Spitze &ugr;&ogr;&eegr; Teil B mit dem körperfernen Ende des Oberschenkelknochens (Femur) fest verankern. Die Osteotomie erfolgt in einem Bereich des körpernahen Endes des Femurs, sodaB die 7elesknP'beüiegufig den Knochen entlang dar Außenfläche von Teil A zieht,

Teil A wird im körpernahen Femuranteil durch Bolzen ueranViätt, dia sowohl durch S3^r' Knochen als auch durch die öffnungen 10, 11 üw 12 «on Teil A verlaufen (ygl. Blatt IV). Die verschiedenen Querschnitte werden im unters?·: Teil &uacgr;&zgr; &tgr; Blätter I bis IV der technischen Zeichnung dargestellt.

Teil 13 ist ein Bestandteil des Gewindestabes und ohne axiale Verschiebemöglichkeit in Teil 14 verankert. Teil 14 ist seinerseits in der Außer, lulle durch ein Gewinde und festen Stop im Mantel (20) von Teil A verankert. So wird die axiale Kraft, die auf dem Gewindestab (4 und 13) lastet über den Bereich 13 von der Struktur 14 aufgefangen. Der über ein Getriebe mit dem Motor verbundene Gewindestab gibt somit axiale Belastungskräfte nicht an Motor und Getriebe weiter (vgl. Blatt III und V). Der Motor samt Getriebe (15) liegt formschlüssig im zylindrischen Abschnitt von Teil A. Er wird durch eine Dichtung 16 (Querschnitt 17, Blatt III) abgedichtet. Eine weitere Dichtung 18 (Querschnitt 19) schließt die Beziehung 20, 14 und 13 zum Hohlraum 3 von Teil A ab. Der Motor wird fest im Teil A durch eine mit Gewinde versehene Schraube 21 (Querschnitte 22 und 23) blockiert,durch die die notwendigen Drähte geführt werden (siehe Blatt III und V). Die gesamte Konstruktion wird mit geeigneten Instrumenten in den Oberschenkelknochen eingetrieben. Der Nagel wird gehalten und gelenkt durch ein Verbindungsstück, das mit Gewinde in den inneren Raum des körpernahen Endes des Teiles A (24) hineingeschraubt wird und nach endgültiger Plazierung des Nagels entfernt wird.

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III

Aus dem Hohlraum des körpernahen Nagelanteils (24, Querschnitt ^ 25, Blatt IU) ragen die Stromleitungen die zu der Stromquelle und Ü zu dnm regulatorischen Mechanismus führen, der dem Motor die nö-5g tigen Impulse gibt, in bestimmten Zeitabständen eine uorbestimmte S: Anzahl won Umdrehungen durchzuführen, sodaß der Gewindestab (4 t* und 13) sich um sine entsprechende Zahl won Umdrehungen beilegt, •f; wodurch wiederum Teil B des Teleskopnagels herausgeschoben wird. &PSgr;- Blatt V der technischen Zeichnung Zeichnung gibt den Charakter der

Verankerung (14) des Gewindestabes (4 und 13) wieder. Diese Ver-.; ankerung wird mittels Außengewinde in das Innengewinde des körpernahen Anteils von feil A eingebracht. Ein Mitrotitren uon Teil 14 mit dem Gewindestab wird dadurch v/erhindert, daß beide die gleiche Drehrichtung haben. Eine Lockerung der Verankerung (14) ist somit nicht möglich. Die Verankerung besteht aus 2 gleichgestalteten Zylinderhälften, die aneinanderpassen und gleichzeitig formschlüssig die Ausbuchtungen des Gewindestabes im Bereich 13 umgeben. Bei zusammengesetztem Nagel (Teil B ist in Teil A eingeführt) wird das Gewinde (4) des Gewindestabes in Gewinde (5) und Hohlraum (28, Querschnitt 29) won Teil B geführt.

Blatt VI der technischen Zeichnung stellt nochmals den Gewindestab (4 und 13) mit entsprechenden Querschnitten dar.

Motor und Getriebe (15) sind handelsübliche Geräte, der Motor wird durch elektrischen Strom betrieben.

Nicht geneigt sind die Querbolzen, die in die Löcher 10, 11, 12 won Teil A (Blatt IV), sowie in die Löcher 7, 8, 9, Querschnitte 26 und 27 (Blatt I) won Teil B passen. Diese sind handelsübliche Schraubbolzen von 5 mm Stärke und unterschiedlicher Länge.

Die mit Blatt VII bezifferte Zeichnung zeigt einen motorgetriebenen Teleskopverriegelungsmarknagel in Position im Oberschenkelknochen eines Menschen in schematischer Darstellung. Abb. a zeigt den Nagel im Intramedullärraum mit körpernaher und körperferner

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Verriegelung durch Querbolzen. Die Teleskopbewegung ist am Punkt 0, d.h., der Nagel hat seine geringste Länge. Abb. b zeigt die gleiche Position des Nagels, aber eine mögliche Position einer queren Osteotomie mit der Bezeichnung 0. Die Ostpntomie ist mit einer geeigneten Drahtsäge durchzuführen.

Abb. c zeigt den Zustand nach einer Verlängerung won relativ gesehen mehreren Zentimetern, wobei täglich 1 mm verlängert worden ist. Din verlängerte Distanz ist mit dem Buchstaben V gekennzeichnet. Die schraffierte Gegend zwischen beiden Knochenhauptfragmenten stellt den Beqinn einer Verknöcherunn in diesem Gebiet dar. Der Gesamtknochen ist um diese Länge V verlängert worden. Der untere Teil des Nagels (in der Zeichnung I mit B bezeichnet) hat bereits die Teleskopbewegung um die Strecke V ausgeführt. Der untere Knochenanteil ist am Marknagel entlang gezogen worden. Die ungebrochene Hülle des Knochens dient der Stabilität des gesamten Nagel-Knochenbereiches, der mit D bezeichnet wird. Nach Erreichen der gewünschten Verlängerung des Knochens wird die Regulierung der Umdrehungszahl des Plotors beendet. Dann übernimmt der Verriegelungsmarknagel eine statische Funktion bis die Distanz V vollständig knöchern durchbaut ist. Der Marknagel wird mit dem gleichen Instrumentarium entfernt, mit dem er in den Oberschenkelknochen hineingetrieben wurde.

Nicht abgebildet sind Drähte und Stromquelle mit regulativen Funktionsteilen.

Claims (1)

1. Schutzansprüche:

   Teleskop-V/erriegelunqsmarknaqel zur kontinuierlichen Ver längerung des Oberschenkelknochens nach dem dadurch gekennzeichnet, daß der Teleskopnagel aus zwei hohlen Stäben besteht, won dem der eine in den anderen hineinpaßt und zum langsamen und kontinuierlichen Herausschieben aus dem ersten Stab ein durch Motor antreibbares Gewinde vorgesehen ist.

   Teleskop-Verriegelungsmarknagel nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der größere Stab, aus dem der im Umfang kleinere Stab herausgedrückt wird, einen Elektromotor enthält, der sich im Hohlraum des S-.abes befindet und dort bbfpstigt ist und einen Anschluß für eine außerhalb des Stabes befindliche Stromquelle aufweist. Zur Kontrolle der Teleskopbeiuegung ist ein digitales Meßinstrument uorgesehen.