DE19635975C1 - Befestigungsmittel für Knochen und Knochenfragmente - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungsmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Osteosynthesen dienen der Wiederherstellung der Funktion und Gestalt eines Knochens. Operative Verfahren verwenden Stützkonstruktionen, die mit Hilfe von Befestigungsmitteln, wie Schrauben, Nägel oder Drähte, im folgenden unter dem Begriff Pin zusammengefaßt, den Knochen und ggf. vorhandene Knochenfragmente fixieren. Intra- und postoperative Be­ lastungen der Stützkonstruktion führen zu einer hohen Beanspruchung des Knochens an den Verankerungspunkten der Befestigungsmittel. Die mechanische Schädigung des Knochens durch eine Überbeanspruchung kann direkt oder indirekt im Zusammenspiel mit weiteren Faktoren, wie Infektionen, zu einer Lockerung der Verankerung der Befestigungsmittel und damit zu einem Funktionsverlust des Osteosyntheseverfahrens führen.

Fixateur externe sind Osteosyntheseverfahren mit einer außerhalb des Körpers befindlichen Stützkonstruktion. Durch den im Vergleich zu internen Verfahren größeren Abstand zwischen dem Verankerungspunkt im Knochen und der Befestigung am äußeren Rahmen, treten bei transkortikalen Pins neben Quer- und Axialkräften auch Biegemomente auf, die zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung und damit höheren Spannungskonzentration in der Kortikalis führen (R. HUISKES, Y.S. CHAO UND TE. CRIPPEN (1985): Parametric Analyses of Pin-Bone Stresses in External Fracture Fixation Devices, Journal of Orthopaedic Research, 3,341-349).

In der DE 38 05 303 C1 wird die schädigende Wirkung der Verformung des Befestigungsmit­ tels auf die Randbereiche des Knochens auf die unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften von Knochen und Befestigungsmittel zurückgeführt. Zur Behebung dieses Nachteils wird vorgeschlagen, daß das Befestigungsmittel einen Elastizitätsmodul aufweisen soll, der dem des Knochens angepaßt ist, so daß im Kontaktbereich zwischen Knochen und Befestigungs­ mittel im wesentlichen gleiche Elastizitätsmodule vorliegen. Mit dieser Ausbildung kann die zugrundeliegende Aufgabe nicht gelöst werden. Die Belastung des Kno­ chens im Kontaktbereich zwischen Knochen und Befestigungsmittel ist abhängig von der Verformung des Befestigungsmittels und damit auch abhängig von den Steifigkeiten, den Randbedingungen und der Belastung. Eine Verringerung des Elastizitätsmoduls des Befe­ stigungsmittels bewirkt eine Zunahme der Verformungen des Befestigungsmittels und der Belastung des Knochens. Das EP 313556 B1 beschreibt einen Mechanismus aus gekoppelten Viergelenkrahmen an den äußeren Verbindungsstäben. Sie sollen durch die eingeschränkte Bewegung der Pin-Befestigung am Verbindungsstab eine momentenfreie Belastung der Pin- Verankerung im Knochen gewährleisten. Zum einen kann die vorgeschlagene Kinematik die momentenfreie Einleitung grundsätzlich nicht gewährleisten und zum anderen ist durch die eingeschränkte Bewegung die Fixation des Knochens nicht mehr gegeben.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, die mechanische Belastung des Knochens an der Ver­ ankerung des Befestigungsmittels der Osteosynthesevorrichtung zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Befestigungsmittel gelöst. Durch die Ausbildung eines Bereiches des Befestigungsmittels mit geringerer Biegesteifigkeit nahe der Verankerungsstelle am Knochen wird das Biegemoment dort zwangsläufig verringert. Hierdurch und durch die damit einhergehende geringere Krümmung des Pins wird der Kno­ chen im Vergleich zu einem herkömmlichen Befestigungsmittel mit nahezu konstanter Ver­ teilung der Biegesteifigkeit erheblich entlastet. Die Verringerung der Belastung ist umso ausgeprägter, je näher der Bereich geringerer Biegesteifigkeit an der Verankerungsstelle des Knochens liegt und je geringer das von diesem Bereich übertragene Biegemoment ist. Sehr wirkungsvoll ist daher die Ausbildung eines Gelenkes gemäß dem Anspruch 2.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt exem­ plarisch die Ausführung eines Pins 1 mit einem Gabelgelenk 3. Der Pin 1 ist im Knochen 2 verankert und mit der Stützkonstruktion 4 verbunden. Muß der Bereich niedrigerer Biege­ steifigkeit subkutan liegen, sind die Ausführungen vorteilhaft, bei denen das Material des Bereiches mit veringerter Biegesteifigkeit einen im Vergleich zum übrigen Befestigungs­ mittel geringeren Elastizitätsmodul aufweist oder bei denen das Flächenmoment zweiten Grades des Bereiches mit verringerter Biegesteifigkeit im Vergleich zu dem des übrigen Be­ festigungsmittels deutlich verringert ist, da hier Probleme mit einem möglichen Verschleiß des Gelenkes vermieden werden. Fig. 2 zeigt exemplarisch die Ausführung eines Pins 5 mit ei­ nem Bereich 6 verringerter Biegesteifigkeit, dessen Material einen im Vergleich zum übrigen Befestigungsmittel geringeren Elastizitätsmodul besitzt.

Strukturmechanische Betrachtungen legen nahe, daß die erfindungsgemäße Modifikation des Pins nicht zu einer wesentlichen Veränderung der Steifigkeit des Osteosyntheseverfahrens führt, wenn der Pin mit zunehmendem Abstand vom modifizierten Bereich ausreichend dimensioniert wird. Eine ausreichende Dimensionierung des Pins ist auch durch die Ver­ lagerung der maximalen Belastung des Pins in den Bereich der Einspannung, an der Stütz­ konstruktion des Osteosyntheseverfahrens erforderlich und stellt aufgrund der externen Lage kein Problem dar. Bei der Wahl der Gelenke und ihrer Achsen ist zu beachten, daß der Grad der statischen Überbestimmtheit der Stützkonstruktion des Osteosyntheseverfahrens hierdurch reduziert wird. Dieses stellt jedoch in der klinischen Praxis keine Einschränkung dar.

Claims (4)

1. Befestigungsmittel, wie eine Schraube oder ein Nagel für Knochen und Knochenfrag­ mente, an der Stützvorrichtung einer Osteosynthesevorrichtung, vorzugsweise eines Fixateur externe, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegesteifigkeit des Bereiches des Befestigungsmittels, der nahe an der Verankerungsstelle des Befestigungsmittels am Knochen oder Knochenfragment liegt, so reduziert ist, daß der Ort des geringsten Betrages des Biegemomentes im Befestigungsmittel zum Knochen hin oder Knochen­ fragment hin verlagert ist und damit das Biegemoment im Befestigungsmittel am Knochen oder Knochenfragment verringert ist.

2. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mit verringerter Biegesteifigkeit als Gelenk mit einer Achse oder mehreren Achsen ausge­ bildet ist.

3. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Bereiches mit verringerter Biegesteifigkeit einen im Vergleich zum übrigen Befesti­ gungsmittel geringeren Elastizitätsmodul besitzt.

4. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenmo­ ment zweiten Grades des Bereiches mit verringerter Biegesteifigkeit im Vergleich zu dem des übrigen Befestigungsmittels deutlich verringert ist.