专利名称：用于骨固定系统的力载体的制作方法
用于骨固定系统的力载体
本发明涉及用于骨固定系统的力载体(Krafttraeger)及其制造方法。
带有力载体及可插入并固定到该力载体中的骨螺钉 (Knochenschrauben)的用于骨的固定系统(例如板系统、钉系统和定位 器系统)被用来以外科手术的方式使断骨块彼此连接。
此处，骨螺钉和骨板还可在固定的角度下彼此联锁(verblockt)。带 有螺钉头与骨板孔之间的具有多方向式固定角度连接的该新一代的 植入物的优点在于相同或更少的材料用量下的较高的性能。
研究表明，这种固定角度的系统中的力线(Kraftfluss)的特征在于， 作用力并非均匀地从骨断片通过螺钉而传递到骨板中并通过该板和 螺钉传递到另外的骨断片上，而是，邻近断口(Bruch)处的第一螺钉和 该板孔周围的板部分传递总作用力和总载荷的大约50-60%，随后的、 也即第二螺钉和该板孔周围的板部分传递总作用力和总载荷的
20-30%，且后面的、也即第三螺钉和该板孔周围的板部分传递总作用 力和总载荷的大约10%。
因此，该实际情况尤其重要的原因在于，当采用迄今所使用的板 设计时，面临着邻近断口处的第一板孔的区域中的系统失效的危险， 并且是以这样的方式，即，要么螺钉在颈区域中、要么该板在该第一 孔的高度上发生变形(verformt)或由于超载或疲劳而折断。
在欧洲专利1 211 994 B1中，该问题以如下方式解决，即，力载 体具有呈加宽部形式的强化部或带有更坚固的材料的区域。该材料在 邻近断裂区或不稳固区(Bruch- oder Instabilitaetszone)的用于骨螺钉的 第 孔的区域中是最坚固的，在远侧跟在后面的第二孔的区域中坚固程度较低，并且，在远侧跟在之后的第三孔的区域中的坚固程度最低。 另外，可以通过同时地加厚螺钉芯并由此加厚螺钉而起作用，以 使得相应的板孔-螺钉-单元的负载强度为板的强度和螺钉的强度的相 力口。
不利之处在于较大的尺寸且由此在于有所增加的骨表面的覆盖 以及将位于板上的软部的有所增加的突出。这意味着外科手术伤口的 扩大并由此意味着更大的外科手术费用。对于在其中植入物的尺寸受 到解剖学限制的特定应用区域而言，例如在手部区域中，公开于文件
EP 1 211 994 Bl中的固定系统也因为力载体的额外的加宽或加厚而难 以得到应用。
本发明的目的在于提供这样一种用于骨固定系统的力载体，该力 载体尽可能地避免了前面所提到的不利之处。
本发明利用带有权利要求1的特征的力载体以及带有权利要求11 的特征的方法来实现该目的。本发明的有利的实施形式公开于从属权
利要求中。
本发明认识到，在不变的材料弹性下，在力载体的不同区域中带 有局部地不同的材料强度的一体式力载体可鉴于植入物处的力线而 被力口以匹配。如果力载体的材料强度与这些区域的位于力载体的不同 区域处的相应的载荷相匹配，则可以尽可能地弃用由文件EP 1 211 994B1已知的力载体横截面的加宽和加厚，并且，因此而尺寸较小但 仍得以强化的力载体可应用于重要的区域中，例如用于手部的植入。
本发明还认识到，对于力载体而言，尤其由金属或金属合金、优 选钛或钛合金制成的力载体是适合的。这些材料可尤其良好地在其材 料特性(Materialeigenschaften)方面通过材津牛压实而以如下方式改变， 即，由此在保持不变的弹性下得到力载体的与力线和载荷通量相对应 的强度4是高。该不变的材料弹性(即，利用机械阻力来抵抗施加到其上 的作用力并在卸载后恢复其原始形状的能力)是力载体的重要特征。由于该不变的弹性，即便是在带有升高的材料强度的区域中，根据本发 明的力载体也不会具有带有升高的材料脆性的区域 一 一这些区域在 载荷下将会最先以失效(折断)的方式作出反应。
一方面以局部地不同的材料强度且另 一 方面以不变的材料弹性
模工具(formgebenden Pressformwerkzeug)中的变形而被制造出--该
力载体半成品在带有所计划的(vorgesehenen)高的材料强度的力载体 的区域中(与在带有所计划的较低材料强度的区域中相比)具有较大的 材料体积。压模工具具有上模和下模，力载体半成品在它们之间变形。 在变形过程中与力载体接触的上模和下模的表面可具有平坦的表面 或向内成形部或向外成形部(Ein- oder Ausformungen)，其在压才莫工具 中的变形之后可镜面对称地在力载体的表面中、优选在带有所计划的 高的材料强度的区域中被重新找到(wiederfinden)。
该变形适宜地为冷成型(Kaltumformung)，也即，在金属材料的情 况下在显著低于再结晶温度的温度下(例如在室温下)的造型式成型。 此处，施加到压模工具中的该半成品上的成型力在带有所计划的高的
材料强度的区域中减小该半成品的高度和/或宽度和横截面。此处，可 施加单轴压力(如在顶锻的情况中的那样)或也可施加双轴压力(如在
轧制(Walzen)的情况中的那样)到该力载体半成品上。后者在使用含钛 材料的情况下具有以下优点，即，除了材料被压实之外，在轧制时纤 维沿着轧制方向而取向，这可实现稳定性的额外的提高，因为纤维可 通过预定的轧制方向而有针对性地在力载体的主载荷轴线 (Hauptbelastungsachse)方向上取向。
根据本发明的力载体适宜地具有至少两个相邻的孔，用于容纳骨 螺钉。孔优选地设有适合于与骨螺钉的联锁(Verblockung mit einer Knochenschraube)的器件，优选地设有材料棱(Materiallippe)。通过使 上模和/或下模具有可防止力载体半成品的如下区域中的显著的材料 加强(Materialverfestigung)的容纳部(优选为钻孔)，则在才艮据本发明的用于制造这种力载体的方法中这一点可在力载体半成品的变形时已
被加以考虑，其中，该区域在步骤b)中的变形中与该容纳部相对而置，
并且，在该区域中规划有待被引入的、用于力载体在骨上的紧固
(Befestigung)的孑L。
通过这些设置用于骨螺钉且尽可能未发生材料加强的区域，相应 的孔可被钻出并在孔的边缘区域中被配备以用于与骨螺钉的联锁的 器件(例如材料棱)。
如开始所提到的，除了桥接着断裂区或不稳固区的力载体的区域 之外，尤其断裂区或不稳固区处的力载体的第 一(组)孔的区域是特别 易遭受断裂的。总力和总载荷的约50-60%经由该区域而传递。才艮据本 发明的优选的实施例，该尤其强烈地承受负荷的区域具有提高的材料 强度。优选地，该材料强度在最强烈地被加载的区域中(相对于变形之 前该区域中的材料强度而言)提高了至少40%,优选提高了至少60%, 更优选地提高了至少80%。
在位于该第 一孔的远侧的可能存在的另外的孔处，力载体不必具 有材料强度提高的区域。然而，由于可设想(就如开始所提到一样)该 力载体在这些跟在后面的孔处也必须承受较高的载荷，则该紧接着的 (naechstfolgende)孔及(如有必要的话)其它的紧接着的孔也都在孔旁的 区域中具有提高的材料强度，材料强度与这些区域的载荷相对应地随 着离断裂区或不稳固区的距离的增加而降低。那么举例而言，在力载 体上，第二孔旁的区域中的材料强度仅为第一孔旁的区域中的材料强 度的大约一半，并且，第三孔旁的区域中的材料强度至多为该第二孔 旁的区域中的材料强度的一半。适宜的是，从材料强度提高的区域到 材料强度较低的区域的过渡中，力载体中的材料强度连续地变化。
以下将借助于所附的实施例的附图对本发明进行更详细的说明。 其中
图1在平面图中显示了根据本发明的6孔骨板(6-Loch-Knochenplatte);图2在纵截面中显示了 6孔骨板半成品； 图3在纵截面中显示了变形后的6孔骨板半成品； 图4在纵截面中显示了根据本发明的6孔骨板； 图5显示了用于6孔骨板的硬化(gehaertete)压模工具，其作用到骨板 半成品上；
图6显示了出自图5的在成型时的横截面；
图7显示了成型后骨板半成品的横截面；
图8显示了穿过被加强的6孔骨板的孔的横截面部分。
图1显示了可基于6孔骨板半成品5(如在图2中所示)而获得的6 孔骨板l。骨板1相应地具有孔对2， 3和4。其中，板孔2布置成相 对于骨的断裂区或不稳固区位于近侧，板孔4布置成相对于骨的断裂 区或不稳固区位于远侧，且板孔3布置成位于板孔2和4之间。在孔 2周围骨板1具有带有有所提高的材料强度的区域，在孔3周围骨板 1具有材料强度较小的区域且在孔4周围骨板1具有材料强度更小的 区域(相对于孔2周围的区域而言)。这些区域的材料强度与它们的载 荷传递相对应，该载荷传递在板孔2周围的区域中为大约50-60%,在 板孔3周围的区域中为约20-30%且在板孔4周围的区域中为约10%。 材料强度的高低通过相对应的阴影的浓密程度示意性地表示。在带有 密的阴影的区域中材料强度最高。骨板1具有平坦的上侧面和下侧面。 骨板1的区域的不同的材料强度与压制过程(用于材料压实)之前在骨 板半成品5处在该区域中所存在的材料体积相对应(如在图2中所示那 样)。如从图2中的骨板半成品5的侧断面图中可看出的，骨板半成品 5具有不同的厚度和孔。骨板半成品5可通过带有平的面的造型压模 工具而在上侧和下侧平坦地成形，以使得材料的一部分在变形时流入 骨板半成品5的孔中。
变形之后得到的骨板半成品5显示在图3中。在变形时中流入孔 中的材料(Material)未显著地被加强，以使得由此可在再加工中加工出
9软的材料棱7以用于成型和与螺钉头的联锁，如同图4中所示那样。
图5显示了软的骨板半成品5,带有孔的硬化压模工具沿箭头方 向按压到该骨板半成品5上。在压制过程中，骨板半成品5的软的材 料流回到该模具的孔中。
图6在剖面中显示了，在形成图7中可见的已成型骨板半成品5 处的材料菌形件(Materialpilz)的情形下，当压模工具按压到软的骨板 半成品5上时，材料至孔的回流。
图8显示了^皮再加工的出自图7的材料菌形件的区域。材料菌形 件的软的材料充当骨板l的孔壁的材料，从其中可加工出水平的材料 棱7和孔2， 3， 4周围的环形的壁垒(Wa11)6。环形壁垒6提高了孔区 域中的强度并将螺钉头(未示出)相对于位于其上的组织(未示出)屏蔽 开，以使得该组织不会由于螺钉头的尖锐的部分而受到刺激。
权利要求
1.一种用于骨固定系统的力载体(1)，其特征在于，所述力载体(1)在不变的材料弹性下具有局部地不同的材料强度。
2. 根据权利要求1所述的力载体(l)，其特征在于，所述局部地不同的材料强度与这些区域的各自的载荷相对应。
3. 根据权利要求1或2所述的力载体(1)，其特征在于，所述力载体(l)具有用于容纳骨螺钉的两个相邻的孔(2),所述孔(2)待被布置到骨的断裂区或不稳固区的不同侧上，并且所述力载体(l)在所述相邻的孔(2)旁的区域中或者在所述相邻的孔(2)旁的区域及所述相邻的孔(2) 之间的桥接所述断裂区或不稳固区的区域中具有局部地提高的材料强度。
4. 根据权利要求3所述的力载体(1),其特征在于，所述力载体(1)具有至少一个另外的孔(3)，该孔(3)布置成相对于该第一组相邻的孔(2)而言离所述骨的断裂区或不稳固区更远。
5. 根据权利要求4所述的力载体(1),其特征在于，所述力载体(1)在所述另外的孔(3)旁的区域中同样通过材料压实而具有提高的材料强度，然而，该提高的材料强度较小，优选地仅为所述第一组相邻的孔(2)旁的区域中的材料强度的大约一半。
6. 根据权利要求4或5所述的力载体(1)，其特征在于，所述力载体(1)具有至少一个另外的孔(4)，该孔(4)布置成相对于所述第二孔(3)而言离所述骨的断裂区或不稳固区更远，并且，优选地在所述另外的孔(4)旁的区域中同样地通过材料压实而具有提高的材料强度，然而，该提高的材料强度较小，优选至高为所述第二孔(3)旁的区域中的材料强度的一半。
7. 根据权利要求3至6中任一项所述的力载体(l),其特征在于，所述力载体(1)中的所述孔(2, 3， 4)的孔壁设有适用于与骨螺钉的联锁的器件(7),优选设有材料棱。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的力载体(l)，其特征在于， 所述力载体(l)为骨板、骨钉或定位器。
9. 才艮据前述权利要求中任一项所述的力载体(l),其特征在于， 所述力载体(1 )的上侧面和/或下侧面是平坦的。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的力载体(l)，其特征在于， 所述力载体(l)由金属或金属合金制成，优选由钛或钬合金制成。
11. 一种用于制造才艮据权利要求1至10中任一项所述的力载体 (l)的方法，该方法带有以下步骤a) 提供力载体半成品(5)，该力载体半成品(5)在所述力载体(1)的 带有所计划的高的材料强度的区域中比在带有所计划的较低材料强 度的区域中具有更大的材料体积；b) 借助于造型压模工具使所述力载体半成品(5)变形。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤b)中， 包含在所述力载体半成品(5)中的纤维材料的纤维至少部分地沿着所 述力载体(l)的主载荷轴线的方向而取向。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，优选在 室温下，以冷变形方法通过压制进行所述变形。
14. 根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于， 在步骤b)中，所述力载体半成品(5)的高度在带有所计划的高的材料强 度的区域中垂直于成型力而减小。
15. 根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于， 所述力载体半成品(5)在确定所述力载体的形状的上模和下模之间变 形。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述上模和/ 或下模具有容纳部，优选地具有钻孔，其防止所述力载体半成品(5) 的这样的区域中的显著的材料加强，该区域在步骤b)中的变形中位于 与所述容纳部相对处，并且，在该区域中计划有待被引入的用于所述 力载体(1)在骨处的紧固的孔(2, 3， 4)。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在另一步骤c) 中，在步骤b)中的变形中位于与所述容纳部相对处且其中计划有用于 所述力载体(l)在所述骨处的紧固的孔的区域被穿孔，并且优选地，未 发生材料加强的孔缘设有适用于与骨螺钉的联锁的器件(7)。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述适用于与 骨螺钉的联锁的器件是材料棱(7)。
19. 根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于， 所述力载体半成品(5)的上侧面和/或下侧面通过上模和/或下模的相应 的表面单侧地或双侧地成形成平坦的。
20. 根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于， 优选在带有所计划的高的材料强度的所述力载体(l)的相对应的区域 中，所述上模和/或所述下模具有向内成形部或向外成形部，其镜面对 称地反映在所述被压制的力载体(l)的表面中。
21. 根据权利要求11至20中任一项所述的方法，其特征在于， 在所述变形步骤b)之后，所述力载体(l)具有至少一个这样的区域，在 该区域中，材料强度与变形之前该区域中的材料强度相比提高了至少 40%,优选地提高了至少80%。
22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在所述变形步 骤b)之后，所述力载体(l)具有至少一个另外的第二区域，在所述第二 区域中，材料强度与所述第一区域相比而言较小、优选地至多为所述 第 一 区域的强度的一半、且与变形之前该区域中的材料强度相比而言 较高。
23. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在所述变形步 骤b)之后，所述力载体(l)具有至少一个另外的第三区域，在所述第三 区域中，材料强度与所述第二区域相比而言较小、优选地至多为所述 第二区域的强度的一半、且与变形之前该区域中的材料强度相比而言 较高。
全文摘要
本发明的对象为用于骨固定系统的、在不变的材料弹性下具有局部地不同的材料强度的力载体和制造这种力载体的方法。与作用到固定系统上的力线相匹配的力载体在解剖学上的重要区域中同样可被应用，例如用于手中的植入。
文档编号A61B17/68GK101668491SQ200780051618
公开日2010年3月10日 申请日期2007年12月11日 优先权日2006年12月20日
发明者迪特马尔·沃尔特 申请人:迪特马尔·沃尔特