DE102012008172A1 - Interlocking nail for fixing implant for treatment of fractures of e.g. head of proximal femur of patient, has convex rounded surface tangentially placed in wall of inclined perforation and outwardly extended in direction - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verriegelungsnagel für die humanmedizinische Behandlung von Frakturen des proximalen Femurs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie den Unteransprüchen 2 bis 5.The invention relates to a locking nail for the human medical treatment of fractures of the proximal femur, according to the preamble of
Es ist bekannt, zur Versorgung von Frakturen des Trochanters, des Schenkelhalses oder des Femurkopfes einen Verriegelungsnagel zu verwenden, der von proximal in den Femur eintreibbar ist. Derartige Verriegelungsnägel besitzen einen oder zwei schräg verlaufende Durchbrüche, welche zur Lagerung von einem oder zwei Befestigungselementen dienen. Die entsprechenden Befestigungselemente sind zum Beispiel nach Art einer Klinge, oder in Gestalt von einem oder von zwei mehr oder weniger zylindrischen Bolzen ausgeführt, wobei diese in der Regel mit einem Gewinde versehen sind und daher in vorteilhafter Weise über den Schenkelhals des Femurs in den Femurkopf einschraubbar sind. Ein derartiger Bolzen mit Gewinde wird allgemein als Schenkelhalsschraube bezeichnet. Es ist auch bekannt, im proximalen Bereich des Verriegelungsnagels einen Verriegelungsstift vorzusehen, welcher mit der Schenkelhalsschraube so zusammenwirkt, daß diese sich zwar in der schrägen Durchbohrung axial nur in einer Richtung bewegen, jedoch nicht rotieren kann.It is known to use a locking nail to drive fractures of the trochanter, femoral neck or femoral head, which can be driven proximally into the femur. Such locking nails have one or two oblique openings, which serve for the storage of one or two fasteners. The corresponding fastening elements are designed, for example, in the manner of a blade, or in the form of one or two more or less cylindrical bolts, which are usually provided with a thread and therefore can be screwed into the femoral head in an advantageous manner via the femoral neck of the femur are. Such a threaded stud is commonly referred to as a femoral neck screw. It is also known to provide a locking pin in the proximal region of the locking nail, which cooperates with the femoral neck screw so that they move in the oblique bore axially only in one direction, but can not rotate.
Die beim Laufen oder Stehen des mit einem derartigen Implantat versorgten Patienten sich ergebenden statischen und dynamischen Kräfte werden im Wesentlichen von der Schenkelhalsschraube in den Verriegelungsnagel eingeleitet. Es kommt zu einer komplexen Spannung im belasteten Nagelquerschnitt, die sich aus Biege- und Zugspannungen zusammensetzt. Bei Überlast ist eine Rissbildung zu befürchten, und zwar an der Stelle, an der die höchste Zugspannung auftritt. Die höchste Spannungskonzentration entsteht an den scharfen seitlichen Kanten auf gegenüber liegenden Seiten der Schenkelhalsschraube, wenn diese sich unter Last in der schrägen Durchbohrung befindet. Die sogenannte Zeitfestigkeit des Implantats ist mithin abhängig von dem kritischen Bereich mit der scharfkantigen Geometrie der Kanten. Die größten auf den Verriegelungsnagel wirkenden Zugspannungen treten naturgemäß am Eintritts- und Austrittsende seitlich der schrägen Durchbohrung auf.The static and dynamic forces resulting from the running or standing of the patient supplied with such an implant are essentially introduced into the locking nail by the femoral neck screw. It comes to a complex stress in the loaded nail cross-section, which is composed of bending and tensile stresses. In case of overload, cracking is to be expected at the point where the highest tensile stress occurs. The highest stress concentration occurs at the sharp lateral edges on opposite sides of the femoral neck screw when it is under load in the oblique bore. The so-called time stability of the implant is therefore dependent on the critical area with the sharp-edged geometry of the edges. The largest tensile stresses acting on the locking nail naturally occur at the inlet and outlet ends laterally of the oblique bore.
Nachdem bis jetzt bei auf dem Markt befindlichen Verriegelungsnägeln der beschriebenen Art immer wieder Brüche zu beklagen sind – wenn auch in außerordentlich kleiner Anzahl – erwuchs die Aufgabe zur Abstellung des Problems. Es wäre nun ein Leichtes, den Durchmesser eines derartigen Verriegelungsnagels so weit zu vergrößern bis die berechneten Maximalspannungen unter dem für die z. B. verwendeten Werkstoffe (Titanlegierung TiAl6V4 oder TiAl6Nb7) zulässigen Wert für die Zeitstandfestigkeit von deutlich unter 400 MPa gesichert sind. Leider ist diese Vorgehensweise aus medizinischen Gründen nicht erwünscht, unter anderem wegen der Erfordernis, möglichst wenig der Knochensubstanz zu opfern.Since until now on the market locking nails of the type described again and again fractures are to complain - albeit in extremely small numbers - the task arose to remedy the problem. It would now be easy to increase the diameter of such a locking nail until the calculated maximum stresses below that for the z. As used materials (titanium alloy TiAl6V4 or TiAl6Nb7) allowable value for the creep rupture strength of well below 400 MPa are secured. Unfortunately, this approach is not desirable for medical reasons, among other things because of the need to sacrifice as little as possible of the bone substance.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verriegelungsnagel der genannten Art hinsichtlich der auftretenden Maximalspannungen auf Werte deutlich unter 400 MPa zu verbessern und so seine Zeitfestigkeit weiter zu erhöhen.The invention has for its object to improve a locking nail of the type mentioned with respect to the maximum stresses occurring to values well below 400 MPa and thus to further increase its time stability.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie der Unteransprüche 2 bis 5 gelöst.This object is solved by the features of
Bei dem erfindungsgemäßen Verriegelungsnagel sind die am Eintrittsende der schrägen Durchbohrung im proximalen Bereich und/oder die am Austrittsende der schrägen Durchbohrung im distalen Bereich liegenden Kanten verrundet und dabei im wesentlichen konvex ausgebildet. Dabei setzt die jeweilige Verrundungsfläche tangential in der Wandung der schrägen Durchbohrung an und erweitert sich in Richtung nach außen. Die Rundung kann dabei im vertikalen Schnittbild z. B. den Charakter eines Kreis-, eines Ellipsen- oder eines Parabelabschnittes aufweisen. Die jeweiligen Verrundungsflächen weisen im Prinzip ihre größte Breite im proximalen Bereich des Eintrittsfensters der schrägen Durchbohrung auf, und/oder im distalen Bereich des Austrittsfensters der schrägen Durchbohrung. Sie verlaufen dann mehr oder weniger weit in den Seitenbereich der schrägen Durchbohrung hinein und enden unter stetiger Verjüngung wahlweise dort oder später.In the case of the locking nail according to the invention, the edges located at the inlet end of the oblique bore in the proximal region and / or the edges located in the distal region at the outlet end of the oblique bore are rounded and in this case substantially convex. In this case, the respective rounding surface sets tangentially in the wall of the oblique bore and widens in the outward direction. The rounding can in the vertical section image z. B. have the character of a circular, elliptical or parabolic section. The respective fillet surfaces have, in principle, their greatest width in the proximal region of the entry window of the oblique throughbore, and / or in the distal region of the exit window of the oblique throughbore. They then run more or less far into the side area of the oblique bore and end under constant rejuvenation either there or later.
Bezüglich der einzelnen Kantenabschnitte am Eintritts- und am Austrittsende der schrägen Durchbohrung werden die zum proximalen oder zum distalen Ende des Verriegelungsnagels hin gerichteten Kantenabschnitte von solchen unterschieden, die zu den Seiten des Verriegelungsnagels hin liegen. Bezüglich den Letzteren stellen diese Kantenabschnitte bei den bekannten Verriegelungsnägeln für die Belastung die am meisten kritischen Abschnitte dar, weil sie im Bereich reduzierten Querschnittes liegen. Erstaunlicherweise hat sich nun gezeigt, dass eine Umgestaltung dieser Kanten weniger Verbesserungspotential birgt als eine Optimierung der zum proximalen oder zum distalen Ende des Verriegelungsnagels hin gerichteten Kantenabschnitte. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, bei letzteren Kantenabschnitten durch Verrundung etwas Material fortzunehmen in der Weise, dass nicht nur die Gefahr der Bildung von Spannungsspitzen in diesem Bereich vermieden wird, sondern sich auch eine positive Rückwirkung in dem Bereich der anderen Kanten einstellt. Eine Überprüfung der Lastverhältnisse mittels einer FE-Analyse bestätigt mit einer berechneten Maximalspannung in Höhe von 377 MPa die überraschende Entdeckung. Trotz der Materialentfernung wird offensichtlich die Belastbarkeit erhöht. Darüber hinaus kann die gesamte Auflagefläche für die Schenkelhalsschraube in der schrägen Durchbohrung wie sie durch die Geometrie der Schenkelhalsschraube und der schrägen Durchbohrung vorgegeben ist, im Wesentlichen beibehalten werden.With respect to the individual edge portions at the inlet and at the outlet end of the oblique bore are the proximal or the distal end of the locking nail directed towards edge portions of such differences, which lie to the sides of the locking nail out. With regard to the latter, these edge sections are the most critical sections in the known locking nails for loading, because they are in the area of reduced cross-section. Surprisingly, it has now been shown that reshaping these edges has less potential for improvement than optimizing the edge sections directed towards the proximal or distal end of the locking nail. With the invention it is proposed to remove some material in the latter edge sections by rounding in such a way that not only the risk of the formation of stress peaks in this area is avoided, but also sets a positive reaction in the region of the other edges. A check of the load conditions by means of a FE analysis confirms the surprising discovery with a calculated maximum stress of 377 MPa. Despite the material removal, the load capacity is obviously increased. In addition, the total support surface for the femoral neck screw in the oblique bore as dictated by the geometry of the femoral neck screw and the oblique bore can be substantially maintained.
Mit der Erfindung wird zusätzlich vorgeschlagen, mittels eines geringfügig vergrößerten Schaftdurchmessers des Verriegelungsnagels dessen Zeitfestigkeit weiter zu erhöhen. Danach hat diese Verdickung des Verriegelungsnagels eine ballige Gestalt und besitzt ihren größten Durchmesser vorzugsweise im Bereich des Schnittpunktes zwischen den Mittellinien des Verriegelungsnagels und der schrägen Durchbohrung. Die ballige Außenkontur des Verriegelungsnagels läuft dann nach wenigen Zentimetern z. B. symmetrisch proximal und distal auf die zylindrische Oberfläche des Verriegelungsnagels zu. Wenn dann z. B. der originäre Durchmesser des Verriegelungsnagels im proximalen Bereich 15,5 mm beträgt und der vergrößerte Durchmesser des Verriegelungsnagels im Bereich der schrägen Durchbohrung 16 mm, dann nimmt gemäß einer FE-Analyse die berechnete Maximalspannung nochmals von 377 MPa auf 279 MPa ab.With the invention it is additionally proposed to further increase its time stability by means of a slightly enlarged shaft diameter of the locking nail. Thereafter, this thickening of the locking nail has a spherical shape and has its largest diameter preferably in the region of the intersection between the center lines of the locking nail and the oblique bore. The spherical outer contour of the locking nail then runs after a few centimeters z. B. symmetrically proximal and distal to the cylindrical surface of the locking nail. If then z. B. the original diameter of the locking nail in the proximal region is 15.5 mm and the enlarged diameter of the locking nail in the
Die Erfindung soll nun im Folgenden anhand der vier Zeichnungsfiguren näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail below with reference to the four drawing figures.
In
Die
Der in den
Der Verriegelungsnagel ist über seine gesamte längenmäßige Erstreckung durchbohrt, und zwar im proximalen Bereich mit einem Durchmesser
Das spezielle Merkmal der Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung der Kanten der schrägen Durchbohrung
Die in
Das in
Insgesamt wird mit der Erfindung ein Verriegelungsnagel mit einer deutlich erhöhten Zeitfestigkeit zur Verfügung gestellt, welcher eine drastisch reduzierte Anzahl von Ermüdungsbrüchen erwarten lässt. Dabei ist der erfindungsgemäße Verriegelungsnagel unproblematisch und praktisch ohne Mehrkosten herstellbar.Overall, the invention provides a locking nail having a significantly increased fatigue life, which can be expected to drastically reduced number of fatigue fractures. In this case, the locking nail according to the invention is unproblematic and can be produced practically without additional costs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1857062 A1 [0005] EP 1857062 A1 [0005]
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