CH672245A5

CH672245A5 - Inner osteosynthesis fastener with bone screws

Info

Publication number: CH672245A5
Application number: CH35387A
Authority: CH
Inventors: Joram Pd Dr Dr Raveh
Original assignee: Synthes Ag
Priority date: 1987-02-02
Filing date: 1987-02-02
Publication date: 1989-11-15

Abstract

The osteosynthesis fastener comprises a plate (1) with holes (2) for bone screws (3). In the bottom zone, adjacent to the bone contact face, the holes are of reduced cross-section (5), while the screws have expanding heads (7) for clamping against the inside walls of the holes. Thus the plate and screws are rigidly coupled together. The heads pref. have convex surfaces, fitting against concave ones of the holes.

Description

       

  
 



   BESCHREIBUNG



   Die Erfindung bezieht sich auf einen Fixateur interne für die Osteosynthese, bestehend aus einer Osteosyntheseplatte mit mindestens zwei Schraubenlöchern und darin einsetzbaren Knochenschrauben.



   Interne Fixationsvorrichtungen für die Osteosynthese sind schon seit langem bekannt. Die meisten Systeme ermöglichen jedoch keine rigide, stabile Fixation zwischen Kopf der Knochenschraube und Osteosyntheseplatte, was oft eine Knochenresorption an der Kontaktfläche zwischen Osteosyntheseplatte und Knochen zur Folge hat, mit einer oft nachfolgenden Instabilität und Lockerung. Bei anderen, rigiden Systemen kann die relative Lage von Platte und Schrauben nicht variiert werde.



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile eines Fixateur externe mit denjenigen der internen Plattenosteosynthese zu kombinieren und eine langfristig stabile Verankerung des Implantats zu erreichen, wobei die axiale Stellung der Knochenschrauben gegenüber der Osteosyntheseplatte in einem grösseren Bereich variabel ist.



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Fixateur interne, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.



   Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank des erfindungsgemässen Fixateur interne erstens die Stabilität des Implantats mit der   Üegedauer    und der Belastung zunimmt, zweitens die Stabilität der Osteosynthese nicht mehr durch das Andrücken der Platte an den Knochen, sondern durch die rigide Fixation der Schraube an die Platte erzielt werden kann und drittens die Anforderungen an die Richtungsgenauigkeit der Bohrungen für die Knochenschrauben wegen der Rotierbarkeit des Schraubenkopfes, weniger hoch sind.



   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches zugleich das Funktionsprinzip erläutert, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.



   Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Fixateur interne dar;
Fig. 2 stellt einen Querschnitt längs der Linie   II - II    in Figur 1 dar;
Fig. 3 stellt einen Seitenriss der Osteosyntheseplatte dar;
Fig. 4 stellt eine Aufsicht auf die Osteosyntheseplatte dar;
Fig. 5 stellt einen zu Figur 2 parallelen Schnitt, jedoch durch die Knochenschraube dar;
Fig. 6 zeigt den Schraubenkopf aus Figur 5, mit dem bevorzugten kontinuierlich abnehmenden Querschnitt, in vergrössertem Massstab;
Fig. 7 stellt eine Aufsicht auf den Schraubenkopf aus Fi   gur 6 dar;   
Fig. 8 stellt einen Querschnitt durch die für den Knochenkontakt bestimmte bioinerte poröse Oberfläche der Osteosyntheseplatte, bzw. der Knochenhohlschraube dar;
Fig. 9 stellt eine perspektivische Ansicht des als Einsatz dienenden, geschlitzten Hohlzylinders dar;

  ;  
Fig. 10 stellt einen Querschnitt analog zu Figur 5 dar mit einem Hohlzylinder gemäss Figur 9; und
Fig. 11 stellt einen Querschnitt analog zu Figur 5 dar ohne Hohlzylinder gemäss Figur 9.



   In Figur 1 sind verschiedene Aspekte des erfindungsgemässen Fixateur interne dargestellt. In die Schraubenlöcher 2 der Osteosyntheseplatte   1    werden die Knochenschrauben 3, wie im zweiten Schraubenloch von links gezeigt, mit ihrem Schaft 9 in den Knochen 4 eingeschraubt. Der Schraubenkopf 7 ist wie in Figur 6 und 7 dargestellt mit Längsschlitzen 10 und einer Bohrung 25 versehen, so dass der als Spreizschraube mit einem Aussengewinde 14 ausgestaltete Einsatz 11 in die mit einem Innengewinde 13 versehene Bohrung 25 unter Aufweitung des Schraubenkopfes 7 eingeschraubt werden kann. Das Einschrauben erfolgt zweckmässigerweise mittels eines in die Längsschlitze 12 des Einsatzes 11 eingreifenden Instrumentes.

  Dabei verkeilt sich die konvexe Mantelfläche 18 des Schraubenkopfes 7 mit der konkav ausgebildeten Bohrwandung 8 des Schraubenloches 2, wodurch sich eine äusserst rigide Verbindung zwischen Osteosyntheseplatte 1 und Schraube 3 ergibt. Da der Bohrungsdurchmesser d der Schraubenlöcher 2 in der unteren dem Knochen 4 benachbarten Zone kontinuierlich abnimmt ergibt sich eine Querschnittsverengung 5 die als axialer Anschlag 6 für den Kopf 7 der Knochenschraube 3 dient.



   Bedingt durch die sphärische Ausgestaltung der Bohrwandung 8 und der Mantelfläche 18 kann der Schraubenkopf innerhalb gewisser Grenzen im Schraubenloch 2 eine variable Stellung einnehmen. Im zweiten Schraubenloch von rechts in Figur list ein solcher Fall dargestellt, bei dem die Schraubenachse gegenüber der Schraubenlochachse 24 geneigt ist.



   Wie die Figuren 2 bis 4 zeigen, weist die Osteosyntheseplatte 1 im wesentlichen keine planaren Oberflächenpartien auf. Das zwischen den Schraubenlöchern 2 liegende Profil 17 ist allseitig verjüngt und erlaubt damit eine einfachere Deformation der Osteosyntheseplatte anlässlich deren Anpassung an die Oberfläche des Knochens 4.



   Die konkave Ausgestaltung der   Bohiwandung    8 kann entweder, wie in den Figuren 1, 5 und 11 dargestellt, durch entsprechende Ausformung der Schraubenlöcher 2 realisiert werden oder auch, wie in Figuren 9 und 10 dargestellt, durch Einschub eines entsprechend ausgestalteten Hohlzylinders 19 in die zylindrische Bohrung 20 der Osteosyntheseplatte 1, wobei der axiale Einschub des Hohlzylinders 19 durch einen gegenüber dem Durchmesser der Bohrung 20 überdimensionierten Rand 21 begrenzt und gesichert ist.



   Die Hohlzylinder 19 können entweder aus Metall, z. B.



  Titan bestehen oder auch aus einem, unter der Wirkung des in das Schraubenloch 2 eingeschraubten und verspreizten Kopfes 7 der Knochenschraube 3, deformierbaren Material, z. B. einem Kunststoff wie Polyäthylen (HMPE), bestehen.



  Die Mantelfläche 22 der Hohlzylinder 19 weist, wie in Figur 9 dargestellt, in der unteren dem Knochen 4 benachbarten Zone einen oder mehrere Schlitze (23) auf und ist im Durchmesser gegenüber der zylindrischen Bohrung 20 der Osteosyntheseplatte 1 leicht unterdimensioniert. Die Schlitze (23) können aber auch in der oberen, dem Rand 21 benachbarten Zone angebracht sein.



   Die eigentliche Operationstechnik ist allgemein bekannt und insbesondere in der Schweizer Patentschrift Nr. 669 105 beschrieben.



   Die Knochenschrauben 3 können für Langzeit-Implantate, wie in Figur 10 und 11 dargestellt, als Hohlschrauben ausgebildet sein um das Einwachsen von Knochengewebe zu fördern. Diejenigen Oberflächen 15 der Knochenschrauben 3, welche für den Kontakt mit dem Knochen 4 bestimmt sind, weisen wie in Figur 8 gezeigt eine bioinerte, poröse Schicht 16 auf. Diese poröse Schicht 16 kann entweder aus Titan oder dessen Legierungen bestehen, welche mit einem Plasmaspray- oder ähnlichen Verfahren auf die Oberflächen 15 aufgebracht wird, oder auch durch Sandstrahlung, beispielsweise mit Aluminiumoxidpartikel, erzeugt werden.



  Auch elektrolytische Oberflächenverfahren oder die Beschichtung mit Keramik (Apatit) sind geeignete Mittel die Oberfläche knochenfreundlich zu gestalten.



   Für Applikationen bei denen es auf die vollständige Ent   ferubarkeit    der Knochenschrauben 3 ankommt ist es auch möglich diese als Vollkernschrauben auszubilden und mindestens diejenigen Oberflächen der Knochenschrauben 3, welche für den Kontakt mit dem Knochen 4 bestimmt sind, glatt zu polieren.



   Nach erfolgter Osteosynthese kann die Osteosyntheseplatte 1 wieder entfernt werden, wobei zuerst die Einsätze 11 herausgeschraubt werden und danach die Knochenschrau   bein 3.   



   Bei der Verwendung des erfindungsgemässen Fixateur interne zur Fixierung eines Implantates, insbesondere einer Gelenkendoprothese, beispielsweise einer Kiefergelenkprothese, verbleiben die Knochenschrauben 3 und die Osteosyntheseplatte 1 an die sich dann das Implantat anschliesst dauernd im Körper des Patienten.



   Als Osteosyntheseplatte 1 für den erfindungsgemässen Fixateur interne sind auch bioinerte, vorzugsweise verstärkte Kunststoffmaterialien verwendbar, beispielsweise in Form von verformbaren, polymerisierbaren Kompositstrukturen.



   Der erfindungsgemässe Fixateur interne eignet sich insbesondere in der Kieferchirurgie und für die Fixation von Endogelenkprothesen und Wirbelplatten.



   Für die Anbringung des erfindungsgemässen Fixateur interne im Mittelgesicht, am Jochbein und der Kalotte (Neurochirurgie), sowie für Gesichtskorrekturen haben sich Osteosyntheseplatten mit den üblichen Dimensionen als ungeeignet erwiesen. Als besonders vorteilhaft für diese Zwecke haben sich Osteosyntheseplatten 1 erwiesen, welche folgende Dimensionen aufweisen:    ¯in    Richtung der Achse 24 der Schraubenlöcher 2 eine Ausdehnung von mindestens 1,1 mm, vorzugsweise mindestens 1,5 mm;  ¯eine Breite von   4-7    mm, vorzugsweise von   5-6    mm; und  ¯einen Durchmesser der Schraubenlöcher 2 von   0,9 - 1,6    mm, vorzugsweise von   1,1-1,4    mm.



   Da bei diesen kleinen Dimensionen (Miniplatte) der Schraubenkopf 7 der zu verwendenden Knochenschrauben 3 ebenfalls sehr klein ist, sind die beiden Gewinde 13, 14 mindestens im oberen, vom Knochen 4 abgewandten Teil durchgehend ausgebildet, damit unmittelbar beim Einschrauben des Einsatzes 11 eine Verspreizung des Kopfes 7 erfolgt.



   Insbesondere bei diesen Miniplatten, aber auch bei normal dimensionierten Platten hat sich eine Form des Schraubenkopfes 7 gemäss Figur 6 als besonders zweckmässig erwiesen. Dabei ist die Mantelfläche 18 des Kopfes 7 nur in der unteren, dem Knochen 4 benachbarten Zone, zunehmend konvex ausgestaltet, währenddem der obere Teil praktisch in eine zylindrische Form ausläuft. Zusammen mit einer entsprechend ausgestalteten Bohrwandung 8 des Schraubenlochs 2 ergibt sich eine optimale, rigide Verbindung zwischen Osteosyntheseplatte 1 und Knochenschraube 3. 



  
 



   DESCRIPTION



   The invention relates to an internal fixator for osteosynthesis, consisting of an osteosynthesis plate with at least two screw holes and bone screws that can be inserted therein.



   Internal fixation devices for osteosynthesis have been known for a long time. However, most systems do not allow a rigid, stable fixation between the head of the bone screw and the osteosynthesis plate, which often results in bone resorption at the contact surface between the osteosynthesis plate and the bone, with an often subsequent instability and loosening. With other rigid systems, the relative position of the plate and screws cannot be varied.



   The invention seeks to remedy this. The invention has for its object to combine the advantages of an external fixator with those of the internal plate osteosynthesis and to achieve long-term stable anchoring of the implant, the axial position of the bone screws relative to the osteosynthesis plate being variable over a wide range.



   The invention solves the problem with an internal fixator, which has the features of claim 1.



   The advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that, thanks to the internal fixator according to the invention, the stability of the implant increases with the duration and the load; secondly, the stability of the osteosynthesis no longer by pressing the plate against the bone, but by the rigid fixation of the screw to the plate can be achieved and thirdly, the requirements for the directional accuracy of the holes for the bone screws are less high because of the rotatability of the screw head.



   An embodiment of the invention, which also explains the principle of operation, is shown in the drawing and will be described in more detail below.



   1 shows a longitudinal section through the internal fixator according to the invention;
FIG. 2 shows a cross section along the line II-II in FIG. 1;
Figure 3 shows a side elevation of the osteosynthesis plate;
4 illustrates a top view of the osteosynthesis plate;
FIG. 5 shows a section parallel to FIG. 2, but through the bone screw;
6 shows the screw head from FIG. 5, with the preferred continuously decreasing cross section, on an enlarged scale;
Fig. 7 shows a plan view of the screw head from Fi gur 6;
FIG. 8 shows a cross section through the bio-inert porous surface of the osteosynthesis plate or the hollow bone screw intended for bone contact;
9 is a perspective view of the slotted hollow cylinder serving as an insert;

  ;
10 shows a cross section analogous to FIG. 5 with a hollow cylinder according to FIG. 9; and
11 shows a cross section analogous to FIG. 5 without the hollow cylinder according to FIG. 9.



   FIG. 1 shows various aspects of the internal fixator according to the invention. The bone screws 3, as shown in the second screw hole from the left, are screwed into the screw holes 2 of the osteosynthesis plate 1 with their shank 9 into the bone 4. As shown in FIGS. 6 and 7, the screw head 7 is provided with longitudinal slots 10 and a bore 25, so that the insert 11, which is designed as an expansion screw with an external thread 14, can be screwed into the bore 25 provided with an internal thread 13 while the screw head 7 is widened. The screwing in is expediently carried out by means of an instrument which engages in the longitudinal slots 12 of the insert 11.

  The convex lateral surface 18 of the screw head 7 is wedged with the concave drilling wall 8 of the screw hole 2, which results in an extremely rigid connection between the osteosynthesis plate 1 and screw 3. Since the bore diameter d of the screw holes 2 continuously decreases in the lower zone adjacent to the bone 4, a cross-sectional constriction 5 results which serves as an axial stop 6 for the head 7 of the bone screw 3.



   Due to the spherical configuration of the drilling wall 8 and the lateral surface 18, the screw head can assume a variable position within the screw hole 2 within certain limits. Such a case is shown in the second screw hole from the right in FIG. 1, in which the screw axis is inclined with respect to the screw hole axis 24.



   As FIGS. 2 to 4 show, the osteosynthesis plate 1 has essentially no planar surface areas. The profile 17 lying between the screw holes 2 is tapered on all sides and thus allows the osteosynthesis plate to be deformed more easily on the occasion of its adaptation to the surface of the bone 4.



   The concave configuration of the Bohi wall 8 can either be realized, as shown in Figures 1, 5 and 11, by appropriate shaping of the screw holes 2 or, as shown in Figures 9 and 10, by inserting an appropriately designed hollow cylinder 19 into the cylindrical bore 20 of the osteosynthesis plate 1, the axial insertion of the hollow cylinder 19 being limited and secured by an edge 21 which is oversized in relation to the diameter of the bore 20.



   The hollow cylinder 19 can either be made of metal, e.g. B.



  Titanium or also from a, under the action of the screwed into the screw hole 2 and spread head 7 of the bone screw 3, deformable material, for. B. a plastic such as polyethylene (HMPE) exist.



  The outer surface 22 of the hollow cylinder 19, as shown in FIG. 9, has one or more slots (23) in the lower zone adjacent to the bone 4 and is slightly undersized in diameter compared to the cylindrical bore 20 of the osteosynthesis plate 1. The slots (23) can also be made in the upper zone adjacent to the edge 21.



   The actual surgical technique is generally known and is described in particular in Swiss Patent No. 669 105.



   For long-term implants, as shown in FIGS. 10 and 11, the bone screws 3 can be designed as hollow screws in order to promote the ingrowth of bone tissue. Those surfaces 15 of the bone screws 3 which are intended for contact with the bone 4 have, as shown in FIG. 8, a bio-inert, porous layer 16. This porous layer 16 can either consist of titanium or its alloys, which is applied to the surfaces 15 using a plasma spray or similar method, or can also be produced by sandblasting, for example with aluminum oxide particles.



  Also suitable are electrolytic surface processes or the coating with ceramic (apatite) to make the surface bone-friendly.



   For applications in which the complete removal of the bone screws 3 is important, it is also possible to design these as solid core screws and to smoothly polish at least those surfaces of the bone screws 3 which are intended for contact with the bone 4.



   After the osteosynthesis has taken place, the osteosynthesis plate 1 can be removed again, the inserts 11 being unscrewed first and then the bone screw 3.



   When using the internal fixator according to the invention for fixing an implant, in particular a joint endoprosthesis, for example a temporomandibular joint prosthesis, the bone screws 3 and the osteosynthesis plate 1, to which the implant then connects, remain permanently in the patient's body.



   Bio-inert, preferably reinforced plastic materials can also be used as the osteosynthesis plate 1 for the internal fixator according to the invention, for example in the form of deformable, polymerizable composite structures.



   The internal fixator according to the invention is particularly suitable in maxillofacial surgery and for the fixation of endogenous prostheses and vertebral plates.



   For the attachment of the internal fixator according to the invention in the midface, on the cheekbone and the calotte (neurosurgery), as well as for facial corrections, osteosynthesis plates with the usual dimensions have proven to be unsuitable. Osteosynthesis plates 1, which have the following dimensions, have proven to be particularly advantageous for these purposes: ¯ an extension of at least 1.1 mm, preferably at least 1.5 mm, in the direction of the axis 24 of the screw holes 2; ¯ a width of 4-7 mm, preferably 5-6 mm; and ¯ a diameter of the screw holes 2 of 0.9-1.6 mm, preferably of 1.1-1.4 mm.



   Since with these small dimensions (mini plate) the screw head 7 of the bone screws 3 to be used is also very small, the two threads 13, 14 are continuous at least in the upper part facing away from the bone 4, so that when the insert 11 is screwed in a spreading of the Head 7 is done.



   In particular in the case of these mini plates, but also in the case of plates of normal dimensions, a shape of the screw head 7 according to FIG. 6 has proven to be particularly expedient. The outer surface 18 of the head 7 is only increasingly convex in the lower zone adjacent to the bone 4, while the upper part practically ends in a cylindrical shape. Together with an appropriately designed drilling wall 8 of the screw hole 2, an optimal, rigid connection between the osteosynthesis plate 1 and the bone screw 3 is obtained.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Internal fixator for osteosynthesis consisting of an osteosynthesis plate (1) with at least two screw holes (2) and bone screws (3) that can be inserted therein, characterized in that the drilling wall (8) of the screw holes (2) is at least in the lower part of the bone (4 ) adjacent zone has a concave surface and the head (7) of the bone screws (3) has a convex lateral surface (18) which is matched to the concave surface (8) and that the head (7) of the bone screws (3) is rigidly expanded by expansion can be connected to the osteosynthesis plate (1).

2. Internal fixator according to claim 1, characterized in that the bone screws (3) are designed as Hoffi screws and at least those surfaces of the bone screws (3) which are intended for contact with the bone (4), a bio-inert, porous layer ( 16), which preferably consists of titanium or its alloys.

3. Internal fixator according to claim 1, characterized in that the bone screws (3) are designed as solid core screws and at least those surfaces of the bone screws (3) which are intended for contact with the bone (4) are polished smooth.

4. Internal fixator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bore diameter (d) of the screw holes (2) decreases continuously, preferably to an increasing extent, at least in the lower zone adjacent to the bone (4) and the cross-sectional constriction thereby formed (5) serves as an axial stop (6) for the head of the bone screw (3).

5. Internal fixator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the concave surface having a bolus wall (8) of the screw holes (2) by inserting appropriately designed hollow cylinders (19) into preferably cylindrical bores (20) of the osteosynthesis plate (1) The axial insertion of the hollow cylinders (19) is preferably limited and secured by an edge (21) which is oversized compared to the diameter of the bores (20).

6. Internal fixator according to claim 5, characterized in that the hollow cylinder (19) from a, under the action of the screwed into the screw hole (2) and spread head (7) of the bone screw (3), deformable material, preferably made of a plastic , consist.

7. Internal fixator according to claim 5 or 6, characterized in that the lateral surface (22) of the hollow cylinder (19) in the lower zone adjacent to the bone (4), or the upper zone adjacent to the edge (21), one or more slots (23) and is preferably undersized in diameter compared to the cylindrical bore (20) of the osteosynthesis plate (1).

8. Internal fixator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the osteosynthesis plate (1) has essentially no planar surface portions and that the profile (17) lying between the screw holes (2) is preferably tapered on all sides.

9. Internal fixator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the osteosynthesis plate (1) has the following dimensions: ¯ in the direction of the axis (24) of the screw holes (2) an extent of at least 1.1 mm, preferably at least 1 .5 mm; ¯ a width of 4¯7 mm, preferably 5-6 mm; and ¯ a diameter of the screw holes (2) of 0.9¯1.6 mm, preferably of 1.1¯1.4 mm.

10. Internal fixator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the head (7) of the bone screws (3) has longitudinal slots (10) and has an internally threaded (13) bore (25) into which an expansion screw (11) with a corresponding external thread (14) can be screwed in, the two threads (13, 14) being continuous at least in the upper part facing away from the bone (4).