DE3685961T2 - Externe fixateuranordnung. - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung bei Instrumenten zur Fixierung und Stabilisierung von gebrochenen Skeletteilen, und zwar jener Art, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 hervorgehoben ist.
Stand der Technik
• Instrumente der obengenannten und ähnlicher Art sind bekannt; vgl. z. B. die Seiten 4-11 in der Veröffentlichung "Complications of External Skeletal Fixation", veröffentlicht durch Charles C. Thomas, Springfield, Illinois, USA. Gemäß dieser Veröffentlichung sind die am meisten gebrauchten Instrumente jene, die von Hoffmann vorgeschlagen wurden (siehe Fig. 6 und 9). Diese Instrumente sind jedoch mit einer Reihe von Nachteilen behaftet, wobei der größte Nachteil ist, daß beträchtliche Kräfte erforderlich sind, um zuerst einen ersten Teil einer Haltevorrichtung zu verriegeln, welcher Teil seinerseits mit einer Verbindungsstange, einem zweiten drehbaren Teil dieser Vorrichtung verriegelbar ist, wobei überdies die Stäbe des zweiten Teiles zu verriegeln sind. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus unerwünschten Verschiebungen und/oder Drehungen zwischen gegenseitig verriegelten Teilen der Instrumente bei Aufbringung größerer Kräfte.
• In der US-PS 4 135 505 sind Instrumente beschrieben und gezeigt, bei denen die Verbindung zwischen einer Verbindungsstange und einer Stabhalteeinrichtung eine Kugel/ Pfannen-Kupplung aufweist, wobei deren Kugel zwischen Kugelsitzen in Form von schrägen Flächen eingeführt wird. Diese Kugelsitze werden durch Schrauben in Eingriff mit der Kugel gebracht. Bei moderneren Instrumenten, die als ORTHO- FIX (registrierte Marke) bezeichnet werden, weist die Verbindung zwischen einer Verbindungsstange und einer Stabhalteeinrichtung eine Kugel/ Pfannen-Kupplung auf, bei der die Kugel zwischen Kugelsitzen eingeführt wird, die Gegenflächen in Form von Teilkugelflächen besitzt, wobei der eine Sitz gegen die Kugel mittels einer drehbaren Nockenwelle gedrängt werden kann. Bei weiteren Instrumenten, die kürzlich unter der Bezeichnung EX-FI-RE Systeme, Kristiansand, Norwegen, hergestellt und vertrieben werden, weist die Verbindung zwischen einem Teil der Haltevorrichtung, die mit einer Verbindungsstange verriegelbar ist, und einem Stabverriegelungsteil eine Kugel/Pfannen-Kupplung auf. Eine geriffelte Kugel ist zwischen einem ersten Sitz in Form einer Teilkugelfläche eingeführt, wobei eine Flächenberührung zwischen der Kugel und dem Sitz stattfindet, und ein zweiter Sitz in Form einer hohlen Nut wird gegen den ersten Sitz geschraubt, so daß die Sitze gegeneinander gedrängt werden und dadurch die Kugel dazwischen verriegelt wird.
• Die drei letztgenannten Instrumente sind im wesentlichen mit den gleichen Nachteilen behaftet, wie sie in Bezug auf das von Hoffmann vorgeschlagene Instrument beschrieben wurden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, zumindest teilweise die Nachteile der bekannten Instrumente der oben beschriebenen Art zu vermeiden und eine Verbesserung der Instrumente insofern zu erreichen, als die beiden Teile der Haltevorrichtung miteinander und der eine Teil der Haltevorrichtung mit den Stäben mit Hilfe von verhältnismäßig kleinen Betätigungskräften miteinander verriegelt werden können, wobei die Verbesserung sichern soll, daß die genannten Teile fest verriegelt bleiben sollen, wenn die Instrumente in Gebrauch sind. Es soll ferner erreicht werden, daß die verschiedenen Teile der Haltevorrichtung in eine große Anzahl von Stellungen in Bezug zueinander und in relativ zu den zu heilenden Skeletteilen einstellbar sind, und daß diese Maßnahmen in einer einfachen Weise durchgeführt werden können.
• Diese Ziele werden völlig durch die Anordnung gemäß der Erfindung erreicht, die die kennzeichnenden Merkmale in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein menschliches Bein und Instrumente für die Fixierung und Stabilisierung von gebrochenen Skeletteilen des Beines, wobei diese Instrumente erfindungsgemäß ausgebildet sind; die Fig. 2 und 3 zeigen Ansichten mit auseinandergezogenen Teilen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
• Die Fig. 1 zeigt Instrumente, die im wesentlichen zwei identische Gruppen oder Anordnungen 1 und 2 aufweist, zwischen denen sich gleiche Stäbe 3 erstrecken. Die Stäbe 3 besitzen einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und sind in vorgebohrte Öffnungen in gebrochenen Teilen des Knochens eines Beines 4 eingesetzt, das schematisch strichpunktiert dargestellt ist, so daß das gebrochene Bein bis zur Heilung fixiert und stabilisiert wird. Selbstverständlich können die Instrumente in Verbindung mit anderen Skeletteilen und nicht nur in Verbindung mit dem Knochen eines Beines verwendet werden, und es kann zuweilen genügen, nur eine der gezeigten Gruppen 1 und 2 zusammen mit den Stäben 3 zu verwenden.
• Die Konstruktion der Gruppe 1 sowie die Art der Montage und die der Anwendung soll nunmehr detailliert beschrieben werden.
• Die Gruppe 1 enthält drei hauptsächliche Teile, nämlich eine Verbindungsvorrichtung in Form eines geraden Stahlrohres und zwei identische Haltevorrichtungen 6, von denen jede einen ersten Teil 7 aufweist, der axial entlang des Rohres 5 beweglich ist und an dem Rohr in ausgewählten Stellungen verriegelbar ist und einem zweiten Teil 8, der drehbar mit dem ersten Teil 7 verbunden ist und mit diesem verriegelt werden kann und der mit Stabverriegelungsorganen versehen ist, die nachfolgend detailliert beschrieben werden.
• Der erste Teil 7 der Anordnung 1 weist eine Stahlplatte 9 auf, die vier parallele Öffnungen oder Löcher 10, 11, 12 und 13 besitzt, von denen nur die Öffnung 13 mit einem Gewinde versehen ist. Ferner ist eine Stahlplatte 14 vorgesehen, die vier parallele Öffnungen 15, 16, 17 und 18 aufweist, von denen die Öffnung 15 mit einem Gewinde versehen ist; die Achse einer fünften Öffnung 19 erstreckt sich quer zu den Achsen der obgenannten Öffnungen und durchsetzt einen Schlitz 20 (siehe Fig. 1), der sich zwischen der Öffnung 16 und der Außenfläche der Platte erstreckt. Nur jener Teil der Öffnung 19, der an einer Seite des Schlitzes 20 angeordnet ist, ist mit einem Gewinde versehen.
• Die Öffnung 12 in der Platte 9 wird durch eine zylindrische innere Wand 12a gebildet, die eine scharfe ringförmige Kante 12b besitzt. Die Öffnung 17 in der Platte 14 wird durch eine zylindrische innere Wand 17a gebildet, die eine scharfe ringförmige Kante 17b besitzt.
• Die scharfen Kanten 12b und 17b haben eine Verriegelungsfunktion, die detailliert nachstehend noch beschrieben wird und um eine wirksame Kantenverriegelungswirkung auch nach langem Gebrauch der Instrumente zu erhalten, müssen die Kanten hart und verschleißfest sein. Dies wird dadurch erreicht, daß die Platten 9 und 12 mindestens im Bereich der Kanten 12b, 17b der entsprechenden Öffnungen 12, 17 gehärtet werden oder daß diese Kanten durch eigene ringförmige Einsätze gebildet werden, die in die entsprechenden Öffnungen gepreßt werden. Die Kanten 12b, 17b bestehen aus rostfreiem und säurefestem Stahl mit einer Härte von 220 bis 250 Brinell.
• Der andere Teil 8 der Gruppe 1 weist eine Stahlwelle 21 auf, die eine kurbelartige Form besitzt. An einem Ende ist eine Kugel 22 aus rostfreiem Stahl angeordnet, die eine glatte äußere Oberfläche besitzt und auf eine Brinellhärte von 220 bis 250 gehärtet ist. Am anderen Ende der Welle ist ein im wesentlichen parallelepipedischer Körper 23 angeordnet, der mit drei V-förmigen Ausnehmungen oder Nuten 24 an einer Seite und drei V-förmigen Ausnehmungen oder Nuten 25 an der gegenüberliegenden Seite versehen ist; ferner ist ein parallelepipedischer Körper 26 vorgesehen, der drei V- förmige Ausnehmungen oder Nuten 27 an seiner einen Seite aufweist. Die Körper 23 und 26 sind mit entsprechenden Öffnungen 28 und 29 versehen, von denen nur die Öffnungen 28 Gewinde besitzen.
• Der zweite Teil 8 wird am ersten Teil 7 dadurch befestigt, daß er ohne den Körper 26 durch das Loch 12 in der Platte 9 gesteckt wird, bis die Kugel 22 an der ringförmigen Kante 12b anliegt, wobei der Durchmesser der Kugel größer als der der ringförmigen Kante ist. Die Platte 14 wird dann an der Platte 9 mittels Schrauben (nicht dargestellt) befestigt, die von zwei Richtungen her durch die Öffnungen 10, 13, 15, 18 ragen, wodurch die Kugel 22 an der ringförmigen Kante 17b anliegt, wobei der Durchmesser der Kugel größer als der dieser Kante ist. Beim Anziehen der Schrauben wird die durch einander gegenüberliegende Löcher 13, 18 gesteckte Schraube in einem Ausmaß angezogen, das jenem Ausmaß entspricht, mit dem alle genannten Schrauben letztlich angezogen werden, wogegen die verbleibenden Schrauben in einem Ausmaß angezogen werden, das gerade ausreicht, daß die an den entsprechenden Kanten 12b und 17b der Platten 9 und 14 nur linienförmig anliegende Kugel 22 durch händische Betätigung der Welle 21 dreh- und schwenkbar ist.
• Die derart montierten Teile 7 und 8 werden dann an dem Rohr 5 dadurch befestigt, daß dieses durch die Löcher 11 und 16 der entsprechenden Teile gesteckt wird, wobei eine Schraube (nicht dargestellt) in das Loch 19 eingeschraubt und soweit angezogen wird, daß die an gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes 20 gelegenen Teile der Platte 14 gegeneinander gedrängt werden, um die Einheit auf dem Rohr lose zu befestigen.
• Eine weitere Gruppe mit ersten und zweiten Teilen 7 und 8, die in ähnlicher Weise wie die erstgenannte Gruppe zusammengestellt wurde, wird dann am Rohr 5 befestigt und die beiden Gruppen werden in Bezug auf die Stellungen der vorher in die zu heilenden Skeletteile eingesetzten Stäbe 3 eingerichtet, so daß die Stäbe in den Ausnehmungen oder Nuten 24 oder 25 liegen.
• Das Einrichten der beiden Gruppen wird durch eine axiale Verstellung der Teile 7 und 8 entlang des Rohres 5 und durch eine Drehung oder Verschwenkung der Welle 21 durchgeführt. Zufolge der kurbelartigen Gestalt der Welle 21 kann von einer Vielzahl von möglichen Stellungen jene Stellung eingestellt werden, in der die Instrumente möglichst stabil sind und die Schrauben für eine nachträgliche Manipulation leicht erreicht werden können. Der Körper 26 wird dann am Körper 23 befestigt, wobei die Ausnehmung 27 entweder der Ausnehmung 24 oder der Ausnehmung 25 gegenüberliegt. Welche der Ausnehmungen 24 oder 25 ausgewählt wird, hängt von der Zugänglichkeit dieser Ausnehmung und/oder der Zugänglichkeit der Schrauben (nicht dargestellt) ab, die durch die Löcher 28 und 29 durchgesteckt werden und die Körper 23, 26 derart gegeneinander drängen, daß die ausgesuchte Ausnehmung 24 oder 25 und die Ausnehmung 27 in axialer Übereinstimmung mit den Stäben 3 gebracht wird, so daß eine verhältnismäßig kleine Kraft zum Anziehen der Schrauben erforderlich ist.
• Anschließend an die Durchführung von kleineren Verstellungen in der Lage der Montageeinheiten 6 wird die durch die Löcher 10, 15 gesteckte, die Platte 9 und 14 verbindende Schraube angezogen; die Löcher 10, 15 befinden sich in einem größeren Abstand von der Kugel/Pfannen-Kupplung 12b, 17b, 22 als die Löcher 13, 18, wodurch die ringförmigen Kanten 12b und 17b in eine linienförmige Berührung mit der Fläche der Kugel 22 gepreßt werden, wobei die zum Anziehen der Montageeinheit erforderliche Kraft und die erreichte Verriegelungskraft entsprechend kleiner bzw. größer als die vergleichbaren Kräfte im Falle einer flächenförmigen Berührung ist.
• Das Material, aus dem die Kugel 22 und die Platten 9 und 14 und die scharfen ringförmigen Kanten 12b, 17b bestehen, ist für das Erreichen eines optimalen Verriegelungseffektes wichtig. Die Anordnung der beiden ringförmigen Anlagelinien zwischen den genannten Kanten und der Kugel ist jedoch ebenfalls wichtig. Es wurde gefunden, daß, wenn die Kugel und die Platten aus dem oben beschriebenen Material bestehen, die Anlagelinien in einem geringen Abstand voneinander verlaufen sollen. Mit Rücksicht darauf sollte ein vom Mittelpunkt der Kugel zur Tangente jeder Anlagelinie an die Kugelfläche gelegter Radius mit einer durch den Mittelpunkt der Kugel in vertikaler Ebene in Fig. 2 gezogenen Linie einen maximalen und gleichzeitig optimalen Winkel von etwa 67,3 Grad einschließen. Wird dieser Winkel überschritten, wird die Kugelfläche durch die aufgebrachten Schwerkräfte plastisch verformt, wodurch der Verriegelungseffekt verschlechtert wird. In Verbindung mit dem obgenannten kritischen optimalen Winkel beträgt das Verhältnis zwischen dem Durchmesser jeder ringförmigen Kante 12b, 17b und dem Durchmesser der Kugel 22 0,9-0,91.
• Bei durchgeführten Versuchen mit gleichen Materialien der Kugel 22 und der kugelförmigen Kanten 12b, 17b mit einer Brinellhärte von 220 bis 215 wurde bei optimalen Winkeln ein maximales Verriegelungsmoment von 35 Nm erreicht. Dieses Drehmoment wurde bei Aufbringen eines Anziehmomentes auf die durch die Löcher 10, 15 gesteckten Schrauben von 4 Nm erhalten, wobei kein Ansteigen mit ansteigendem Moment beobachtet wurde. Das Verriegelungsmoment kann bis über 50 Nm gesteigert werden, wenn die Oberflächenhärte der Kanten und der Kugel so ausgesucht wird, daß das Verhältnis mindestens 2 : 1 beträgt.
• Der verhältnismäßig große Hebeleffekt zwischen der Kugel/Pfannen-Kupplung und den Löchern 10, 15 ermöglicht ein kleineres aufzubringendes Moment als es erforderlich wäre, wenn die genannten Entfernungen gleich wären oder wenn die in die Öffnungen 13, 18 eingesetzte Schraube anschließend an das Anziehen der in die Öffnungen 10, 15 eingesetzten Schraube angezogen wird.
• Schließlich werden die in die Löcher 19 eingesetzten Schrauben voll angezogen, so daß die Instrumente ihre Funktion völlig erfüllen können.

Claims (7)

1. Anordnung bei Instrumenten zur externen Fixierung und Stabilisierung von gebrochenen Skeletteilen, umfassend wenigstens ein Verbindungselement (5), das sich entlang der Skeletteile erstreckt und auf dem zumindest eine Stabhalteeinrichtung (6) zum Festhalten eines in jeden Skeletteil eingeführten Stabes (3) befestigt ist, wobei ein erster Montageteil (7) zumindest der einen Halteeinrichtung entlang des Verbindungselementes verschiebbar und in gewählten Positionen entlang desselben verriegelbar ist, und wobei ein zweiter Montageteil (8) der Stabhalteeinrichtung mit dem ersten Montageteil drehbar verbunden und auf diesem mittels einer Kugel/Pfannen-Kupplung verriegelbar sowie mit Organen (23-29) zur Verriegelung der Stäbe versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel/Pfannen-Kupplung auf jedem der Kugelsitze, gegen welche die Kugel gedrückt werden kann, zwischen der Kugel (22) und einer scharfen ringförmigen Kante (12b, 17b) eine linienförmige Abstützung hat.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die lineare Abstützung entlang zweier im wesentlichen kreisförmiger Linien auf der Oberfläche der Kugel (22) erstreckt, unabhängig von der Position in welche die Kugel gedreht und in bezug auf die Kugelsitze (12b, 17b) geschwenkt worden ist.

3. Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Durchmesser jeder Kante (12b, 17b) und dem Durchmesser der Kugel (22) etwa 0,9 beträgt.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelsitze (12b, 17b) mittels sie verbindender Elemente (bei 10, 15 bzw. 13, 18) mit der Kugel (22) in Eingriff drückbar sind, wobei eines dieser Elemente in größerem Abstand von der Kugel angeordnet ist als das andere.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (22) auf dem zweiten Montageteil (8) angeordnet ist, der die Form eines vorzugsweise kurbelähnlichen Armes (21) aufweist, welcher vom ersten Montageteil (7) vorragt und dessen von der Kugel entferntes Ende mit den Organen (23-29) zur Verriegelung der Stäbe (3) versehen ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe (23-29) zur Verriegelung der Stäbe (3) zwei Sperrelemente (23-26) umfassen, die gegeneinander drückbar und mit gegenüberliegenden V-förmigen Nuten (24, 25, 27) versehen sind, in welche die Stäbe eingesetzt sind und in linearer Abstützung mit diesen dagegen angepreßt werden.

7. Anordnung nach Patentanspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Organ (23) einen Teil des zweiten Montageteils (8) bildet und mit wenigstens einer V-förmigen Nut (24 bzw. 25) an zwei entgegengesetzten Seiten desselben versehen ist.