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Title:
IMPLANTABLE DEVICE, SYSTEM FOR PRODUCING LOCALIZED ELECTROMAGNETIC FIELDS IN THE REGION OF AN IMPLANT AND COIL ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/049874
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an implantable device for fastening to a bone. Said device comprises an electroconductive base (10, 12) having at least two passages (14) and at least one pair of shank-type contact means (16), every contact means (16), when implanted, passing through a passage (14) of the base (10, 12) and penetrating a region of the bone (18). The surface of every contact means (16) comprises electroconductive surface sections (20, 22) and an electrically insulating surface section (24) which separates the electroconductive surface sections (20, 22), the first electroconductive surface section (20) electrically contacting the base (10, 12) while the second electroconductive surface section (22) being electrically insulated from the base (10, 12). Every contact means (16) contains a coil arrangement (26) by means of which the electroconductive surface sections (20, 22) are electrically coupled. The coil arrangements (26) of a pair are electrically coupled to the contact means (16) in such a manner that electric voltages produced by induction between the second surface sections (22) of a pair and the base (10, 12) have opposite polarities.

Inventors:
KRAUS WERNER (DE)
KRAUS STEPHANIE (DE)
STEPHAN HERIBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/008724
Publication Date:
April 23, 2009
Filing Date:
October 15, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NEUE MAGNETODYN GMBH (DE)
KRAUS WERNER (DE)
KRAUS STEPHANIE (DE)
STEPHAN HERIBERT (DE)
International Classes:
A61N2/02; A61B17/86; H01F5/00
Foreign References:
US4501265A1985-02-26
US20030050527A12003-03-13
US3745995A1973-07-17
DE2636818A11978-02-23
US4195367A1980-04-01
DE19928449C12001-03-08
Other References:
YUNOKUCHI K ET AL: "DEVELOPING A MORE FOCAL MAGNETIC STIMULATOR. ÖPART II: FABRICATING COILS AND MEASURING INDUCED CURRENT DISTRIBUTIONS", JOURNAL OF CLINICAL NEUROPHYSIOLOGY, RAVEN PRESS, NEW YORK, NY, US, vol. 8, no. 1, 1 January 1991 (1991-01-01), pages 112 - 120, XP000574197, ISSN: 0736-0258
Attorney, Agent or Firm:
SCHUMACHER & WILLSAU (München, DE)
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Claims:

ANSPRüCHE

1. Implantierbare Vorrichtung zur Befestigung an einem Knochen, mit

einem mindestens zwei Durchgangsöffnungen (14) aufweisenden elektrisch leitfähigen Basiskörper (10, 12) und

mindestens einem Paar schaftförmiger Kontaktmittel (16), wobei jedes Kontaktmittel (16) in einem implantierten Zustand eine Durchgangsöffnung (14) des Basis - körpers (10, 12) durchdringt und in einen Bereich des Knochens (18) eindringt,

wobei die Oberfläche jedes Kontaktmittels (16) einen ersten und einen zweiten elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitt (20, 22) sowie einen die elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitte (20, 22) voneinander trennenden elektrisch isolierenden Oberflächenabschnitt (24) aufweist,

wobei der erste elektrisch leitfähige Oberflächenab- schnitt (20) eines jeden Kontaktmittels (16) in einem implantierten Zustand den Basiskörper (10, 12) elektrisch kontaktiert, während der zweite elektrisch leitfähige Oberflächenabschnitt (22) eines jeden Kontaktmittels (16) in einem implantierten Zustand gegen den Basiskörper (10, 12) mittels des elektrisch isolierenden Oberflächenabschnittes (24) elektrisch isoliert ist,

wobei jedes Kontaktmittel (16) im Inneren eine Spulenanordnung (26) enthält, mittels derer die elektrisch leitenden Oberflächenabschnitte (20, 22) eines jeden Kontaktmittels elektrisch gekoppelt sind, und

wobei die Spulenanordnungen (26) der Kontaktmittel (16) eines Paars elektrisch derart mit den Kontaktmitteln (16) gekoppelt sind, dass durch Induktion erzeugte elektrische Spannungen zwischen den zweiten Ober- flächenabschnitten (22) eines Paars und dem Basiskörper (10, 12) zueinander entgegengesetzte Vorzeichen haben .

2. Implantierbare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnungen (26) der Kontaktmittel (16) eines Paars gegensinnig gewickelt sind.

3. Implantierbare Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktmittel (16) eines Paars eine Befestigungsschraube ist, die den Basiskörper (10) mit einem Schraubenkopf (28) kontaktiert und in einem implantierten Zustand mit einem Schraubenschaft (30) in den Knochen (18) eingeschraubt ist.

4. Implantierbare Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kontakt- mittel (16) eines Paars Befestigungsschrauben sind.

5. Implantierbare Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da- durch gekennzeichnet, dass der elektrisch isolierende Oberflächenabschnitt der Befestigungsschraube (16) den Schraubenkopf (28) gegen den Hauptteil des Schraubenschaftes (30) elektrisch isoliert.

6. Implantierbare Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Paare schaftförmiger Kontaktmittel (16) vorgesehen sind, wobei jeweils benachbarte Kontaktmittel (16) Spulenanordnungen (26) aufweisen, die elektrisch derart mit den Kontaktmitteln (16) gekoppelt sind, dass durch Induktion erzeugte e- lektrische Spannungen zwischen den zweiten Oberflächenabschnitten (22) eines jedem Paars und dem Basiskörper (10, 12) zueinander entgegengesetzte Vorzeichen haben.

7. Implantierbare Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper ein Osteosynthesemittel (10) ist.

8. Implantierbare Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Osteosynthesemittel eine implantierbare Knochenstützplatte (10) ist.

9. Implantierbare Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper eine Endoprothese (12) ist.

10. Implantierbare Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper die Pfanne (12) eines künstlichen Gelenkes ist.

11. System zum Erzeugen lokalisierter elektromagnetischer Felder im Bereich eines Implantats, mit einer

implantierbaren Vorrichtung zur Befestigung an einem Knochen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit

einem mindestens zwei Durchgangsöffnungen (14) aufweisenden elektrisch leitfähigen Basiskörper (10, 12) und

mindestens einem Paar schaftförmiger Kontaktmittel (16) , wobei jedes Kontaktmittel (16) in einem implantierten Zustand eine Durchgangsöffnung (14) des Basiskörpers (10, 12) durchdringt und in ei- nen Bereich des Knochens (18) eindringt,

wobei die Oberfläche jedes Kontaktmittels (16) einen ersten und einen zweiten elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitt (20, 22) sowie einen die elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitte

(20, 22) voneinander trennenden elektrisch isolierenden Oberflächenabschnitt (24) aufweist,

wobei der erste elektrisch leitfähige Oberflä- chenabschnitt (20) eines jeden Kontaktmittels

(16) in einem implantierten Zustand den Basiskörper (10, 12) elektrisch kontaktiert, während der zweite elektrisch leitfähige Oberflächenabschnitt (22) eines jeden Kontaktmittels (16) in einem im- plantierten Zustand gegen den Basiskörper (10,

12) mittels des elektrisch isolierenden Oberflächenabschnitt (24) elektrisch isoliert ist,

wobei jedes Kontaktmittel (16) im Inneren eine Sekundärspulenanordnung (26) enthält, mittels derer die elektrisch leitenden Oberflächenabschnitte (20, 22) eines jeden Kontaktmittels elektrisch gekoppelt sind, und

wobei die Sekundärspulenanordnungen (26) der Kontaktmittel (16) eines Paars elektrisch derart mit den Kontaktmitteln (16) gekoppelt sind, dass durch Induktion erzeugte elektrische Spannungen zwischen den zweiten Oberflächenabschnitten (22) eines Paars und dem Basiskörper (10, 12) zueinander entgegengesetzte Vorzeichen haben, und mit

- einer Primärspulenanordnung (32, 34, 36), die ein e- lektromagnetisches Feld im Bereich der Kontaktmittel (16) erzeugt, sowie

einem Schwingungsgenerator (62) zum Erzeugen eines Wechselstroms in der Primärspulenanordnung (32, 34, 36) .

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspulenanordnung (36) eine Spulenwicklung mit ei- nem Kreuzungspunkt (38) aufweist, die durch eine achtförmige Gestalt zwei Flächen (40, 42) definiert, wobei die Flächen (40, 42) zumindest während der Anwendung der Primärspulenanordnung (36) so zueinander ausgerichtet sind, dass die von einem durch einen Stromfluss in der Primärspulenan- Ordnung (36) erzeugten, die Flächen durchdringenden Magnetfelder (44, 46) im Wesentlichen gleichgerichtet sind.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspulenanordnung (36) elastisch verformbar ist, so dass die Flächen auf gegenüberliegenden Seiten der implantierbaren Vorrichtung angeordnet werden können.

14. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei dem Kreuzungspunkt (38) abgewandten Positionen der Primärspulenanordnung zusammenwirkende Befestigungsmittel (48, 50) vorgesehen sind, durch die die Aus- richtung der Flächen (40, 42) zueinander geschaffen und aufrechterhalten werden kann.

15. System nach Anspruch 13 oder 14 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzungspunkt (38) der Primärspulenanordnung durch eine Kopplungseinrichtung (60) fixierbar ist.

16. System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Kreuzungspunktes (38) und somit die Maße der Flächen (40, 42) variabel sind.

17. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspulenanordnung (36) eine Spulenwicklung mit n Kreuzungspunkten (38, 64) aufweist, die n+1 Flächen (40, 42, 66) definiert, wobei benachbarte Flächen aufgrund einer Flexibilität der Primärspulenanordnung (36) verschiedene

Winkel einschließen können, wobei bei einem eingeschlossenen Winkel von 180 Grad die benachbarte Flächen durchflutenden Magnetfelder (44, 46, 68) entgegengesetzte Richtungen aufweisen und bei einem eingeschlossenen Winkel von 0 Grad die benachbarte Flächen durchflutenden Magnetfelder gleiche Richtungen aufweisen.

18. System nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (α) sich kreuzender Spulenab- schnitte (74, 76) einstellbar ist.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich kreuzende Spulenabschnitte durch eine Kopplungsein-

richtung (60) mit mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Komponenten (70, 72) geführt sind, wobei der Winkel (α) der sich kreuzenden Spulenabschnitte durch eine Relativbewegung der Komponenten (70 ,72) einstellbar ist.

20. Spulenanordnung, insbesondere zur Verwendung in einem System zum Erzeugen lokalisierter elektromagnetischer Felder im Bereich eines Implantats nach einem der Ansprüche 11 bis 19, mit einer einen Kreuzungspunkt (38) aufweisenden Spulenwicklung, die durch eine achtförmige Gestalt zwei

Flächen definiert (40, 42) , wobei die Flächen (40, 42) so zueinander ausgerichtet sind, dass die von einem durch einen Stromfluss in der Spulenanordnung (36) erzeugten, die Flächen durchdringenden Magnetfelder (44, 46) im Wesentli- chen gleichgerichtet sind.

21. Spulenanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (36) elastisch verformbar ist, so dass die Flächen (40, 42) auf gegenüberliegenden Seiten einer implantierbaren Vorrichtung angeordnet werden können .

22. Spulenanordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei dem Kreuzungspunkt (38) abge- wandten Positionen der Spulenanordnung zusammenwirkende Befestigungsmittel (48, 50) vorgesehen sind, durch die die Ausrichtung der Flächen (40, 42) zueinander geschaffen und aufrechterhalten werden kann.

23. Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzungspunkt (38) der Spulenanordnung durch eine Kopplungseinrichtung (60) fixierbar ist.

24. Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Kreuzungspunktes (38) und somit die Maße der Flächen (40, 42) variabel sind.

25. Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (36) eine Spulenwicklung mit n Kreuzungspunkten (38, 64) aufweist, die n+1 Flächen (40, 42, 66) definiert, wobei benachbarte Flächen aufgrund einer Flexibilität der Primärspulenanord- nung verschiedene Winkel einschließen können, wobei bei einem eingeschlossenen Winkel von 180 Grad die benachbarte Flächen durchflutenden Magnetfelder (44, 46, 68) entgegengesetzte Richtungen aufweisen und bei einem eingeschlosse- nen Winkel von 0 Grad die benachbarte Flächen durchflutenden Magnetfelder gleiche Richtungen aufweisen.

26. Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (α) sich kreuzender Spulenabschnitte (74, 76) einstellbar ist.

27. Spulenanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass sich kreuzende Spulenabschnitte (74, 76) durch eine Kopplungseinrichtung (60) mit mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Komponenten (70, 72) geführt sind, wobei der Winkel (α) der sich kreuzenden Spulenabschnitte (74, 76) durch eine Relativbewegung der Komponenten (70, 72) einstellbar ist.

Description:

Implantierbare Vorrichtung, System zum Erzeugen lokalisierter elektromagnetischer Felder im Bereich eines Implantats und Spulenanordnung

Die Erfindung betrifft eine implantierbare Vorrichtung zur Befestigung an einem Knochen, ein System zum Erzeugen lokalisierter elektromagnetischer Felder im Bereich eines Implantats sowie eine in diesem Zusammenhang vorteilhaft einsetzbare Spulenanordnung.

Bei einem kompliziert gebrochenen oder pathologisch de- struierten Knochen, ist die Wiederherstellung bzw. Erhaltung der ursprünglichen funktionsgerechten Form unverzichtbare Voraussetzung für seine physiologische Regeneration. In diesem Zusammenhang kommen seit mehr als sechs Jahrzehnten und noch immer in zunehmendem Maße Metallimplantate zur Anwendung, die durch Verschraubung der unverletzten Knochenareale bzw. Knochenstümpfe den Defekt überbrücken, um den Beanspruchungen durch die Muskel- und Sehnenspannung einschließlich notwendiger physiotherapeutischer übungen standzuhalten. Diese Maßnahme der Knochenchirurgie wird als "übungsstabile Osteosynthese" bezeichnet.

Die Formerhaltung des defekten Röhrenknochens gegen den physiologisch-axialen Druck, wird mit der Implantation eines Metallrohres in der Markhöhle des langen Knochens zwischen den Gelenken erreicht, das an seinem distalen und proximalen Ende durch Querverschraubungen die Knochen- Fragmente gegen Verdrehung (Torsion) sichert. Der Hauptan- Wendungsbereich des Knochen-Marknagels, der nach seinem Erfinder, dem Chirurgen Gerhard Küntscher, auch Küntscher-

Nagel genannt wird, sind die Läsionen im mittleren Drittel der langen Knochen (Tibia, Femur und Humerus) .

Für die Stabilisierung gelenknaher, insbesondere mehrfrag- mentärer Läsionen ist der Knochen-Marknagel ungeeignet. In diesen Fällen wird die Wiederherstellung der Form durch die Verschraubung des Knochens und seiner Fragmente durch außen an seiner Oberfläche anliegende Stützplatten aus nichtrostendem Stahl, oder Legierungen wie Co, Cr, Mo und Titan- Legierungen versucht. Die Knochen-Stützimplantate können mit biokompatiblen Beschichtungen versehen sein, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen bspw. Titan-Niob- Oxinitrit. Im Unterschied zu dem durch axialen Druck belasteten Marknagel wird die quer zur langen Knochenachse verschraubte Stützplatte hauptsächlich durch Biegung beansprucht. Ihre stützende Wirkung hängt damit von ihrer Dauerschwingfestigkeit ab und wird durch diese begrenzt . Das Problem der Stützplatten-Osteosynthese stellt sich damit folgendermaßen: Bei gegebenen Material- und Formeigenschaf- ten müssen die Stützplatte und ihre Verschraubung mit dem

Knochen, den Wettlauf zwischen Knochenheilung und Implantatbruch durch die rechtzeitige belastungsstabile Konsolidierung des Knochens gewinnen, bevor die Elastizität des Stützmetalls ihr Ende erreicht hat.

Eine weitere Komplikation der Knochenheilung, die mit der Implantation von Fremdkörper- Implantaten großen Volumens verbunden ist, bildet die bakterielle Infektion. Sie entwickelt sich mit der dauerhaften Verdrängung von Blutgefäßen in der Knochenhaut (dem Periosteum) und im meist dünnen

Weichgewebemantel um das Implantat. Mit der zunehmenden Resistenz bestimmter Keime (Staphylococcus aureus) gegen Antibiotika entsteht ein zentrales medizinisches Problem, das

beispielsweise im Bereich der unteren Extremitäten oft nur mehr mit der Amputation zu "lösen" ist. Statistische Zahlen weisen im Bereich der distalen Tibia und des Fußes auf eine Amputationshäufigkeit von bis zu 10% hin. Dass dieser ka- tastrophale Verlauf mit der Anwendung des Magnetodyn- Verfahrens vermieden werden kann, wurde seit über drei Jahrzehnten an abiologischen Situationen in der orthopädischen und unfallchirurgischen Klinik gezeigt. In jüngerer Zeit, besonders in den letzten drei bis vier Jahren, ist es gelungen, in grundlegenden Experimenten, in vitro, die bakterizide Wirkung und die Aktivierung der Antibiose bei resistenten Keimen durch Applikation der Elektro-Magnetfeider des Magnetodyn-Verfahrens nachzuweisen und damit die in der Klinik dokumentierten Heilerfolge bei chronisch infizierten Knochendefekten zu erklären.

Die Verwendung implantierter Knochenstützplatten und Knochenschrauben als Wechselstromelektroden durch Ihren Kontakt mit den Ausgängen einer Sekundärspule, den sogenannten übertragern wurde bereits in der DT 1 918 299 beschrieben.

Gemäß der DT 26 11 744 Al wurde die Technik des Magnetodyn- Verfahrens der magnetodynamisch induzierten Elektro- Osteostimulation in den Schaft und die Pfanne von Prothesen des Hüftgelenks integriert.

Der Elektro-Marknagel mit Sekundär-Spule und Elektroden im Hohlzylinder eines Knochenmarknagels wurde in der DE 26 36 818 beschrieben.

Die DE 199 28 449 Cl betrifft den Einbau der Sekundärspule in die axiale Bohrung einer Knochenschraube im elektrischen Kontakt mit dem Schaft der Schraube und einer gegen den

Schaft isolierten Spitze. Dieses System wird in der Praxis als Bipolares-Induktions-Schrauben-System (BISS) bezeichnet. Die bipolare Induktionsschraube wurde als solitäres Implantat auf Schrauben-Längen von 75 bis 110 mm begrenzt. Sie wird in der chirurgischen Klinik für die magnetisch induzierte Elektro-Osteo-Stimulation beispielsweise bei Knochennekrosen des Hüftkopfes oder bei Frakturen des Oberschenkelhalses eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konsolidierung eines mit einem Stützimplantat ausgestatteten gebrochenen Knochens zu beschleunigen und bakterielle Probleme bei der Osteosynthese sowie der Endoprothetik zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung besteht in einer implantierbaren Vorrichtung zur Befestigung an einem Knochen, mit einem mindestens zwei Durchgangsöffnungen aufweisenden elektrisch leitfähigen Basiskörper und mindestens einem Paar schaftförmiger Kontakt- mittel, wobei jedes Kontaktmittel in einem implantierten

Zustand eine Durchgangsöffnung des Basiskörpers durchdringt und in einen Bereich des Knochens eindringt, wobei die O- berflache jedes Kontaktmittels einen ersten und einen zweiten elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitt sowie einen die elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitte voneinander trennenden elektrisch isolierenden Oberflächenabschnitt aufweist, wobei der erste elektrisch leitfähige Oberflächenabschnitt eines jeden Kontaktmittels in einem implan-

tierten Zustand den Basiskörper elektrisch kontaktiert, während der zweite elektrisch leitfähige Oberflächenabschnitt eines jeden Kontakttnittels in einem implantierten Zustand gegen den Basiskörper mittels des elektrisch iso- lierenden Oberflächenabschnittes elektrisch isoliert ist, wobei jedes Kontaktmittel im Inneren eine Spulenanordnung enthält, mittels derer die elektrisch leitenden Oberflächenabschnitte eines jeden Kontaktmittels elektrisch gekoppelt sind, und wobei die Spulenanordnungen der Kontaktmit- tel eines Paars elektrisch derart mit den Kontaktmitteln gekoppelt sind, dass durch Induktion erzeugte elektrische Spannungen zwischen den zweiten Oberflächenabschnitten eines Paars und dem Basiskörper zueinander entgegengesetzte Vorzeichen haben. Wird eine solche Vorrichtung in bestim- mungsgemäßer Weise an einem Knochen befestigt und einem äußeren elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt, welches beispielsweise eine Magnetfeldstärke von 1 bis 5 mT und einen sinusförmigen Verlauf mit einer Frequenz von 1 bis 20 Hz aufweist, so wird in den sich entlang der schaftförmigen Kontaktmittel erstreckenden Spulenanordnungen eine elektrische Spannung induziert, wobei zu diesem Zweck das Magnetfeld eine Komponente in Richtung der Erstreckung des Kontaktmittelschaftes aufweisen muss. Da die beiden Pole einer jeweiligen Spulenanordnung mit voneinander elektrisch iso- lierten Bereichen der Kontaktmittel verbunden sind, wird ein elektrisches Feld zwischen den zugehörigen leitenden Oberflächenabschnitten aufgebaut. Da nun weiterhin einer der Oberflächenabschnitte mit dem elektrisch leitfähigen Basiskörper in elektrisch leitender Verbindung steht und weiterhin die Spulenanordnungen elektrisch derart mit den Kontaktmitteln gekoppelt sind, dass durch Induktion erzeugte elektrische Spannungen zwischen den zweiten Oberflächenabschnitten eines Paars und dem Basiskörper zueinander ent-

gegengesetzte Vorzeichen haben, werden in dem Paar schaft- förmiger Kontaktmittel Spannungen mit unterschiedlicher Polarität erzeugt, wobei die ersten Oberflächenabschnitte der jeweiligen Kontaktmittel auf identischem Potential liegen. Folglich hat die Spannung zwischen den jeweiligen zweiten Oberflächenabschnitten der Kontaktmittel den doppelten Betrag der in jedem einzelnem Kontaktmittel erzeugten Spannung. Da die Spannung in jedem einzelnen Kontaktmittel insbesondere durch die Induktivität der Spulenanordnung und somit auch die in Richtung des Magnetfelds vorliegende

Erstreckung der Spulenanordnung begrenzt ist, gelingt es auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung, auch mit relativ kurzbauenden Kontaktmitteln eine Spannung zu erzeugen, die sich als in physiologischer Hinsicht besonders wirksam erwiesen hat.

Die Erzeugung der Spannungen mit unterschiedlichen Vorzeichen in den Kontaktmitteln eines Paars erfolgt in besonders einfacher Weise dadurch, dass die Spulenanordnungen der Kontaktmittel eines Paars gegensinnig gewickelt sind.

Die Erfindung ist in besonders nützlicher Weise dadurch weitergebildet, dass mindestens ein Kontaktmittel eines Paars eine Befestigungsschraube ist, die den Basiskörper mit einem Schraubenkopf kontaktiert und in einem implantierten Zustand mit einem Schraubenschaft in den Knochen eingeschraubt ist. Auch wenn es grundsätzlich denkbar ist, dass beliebige Befestigungsmittel oder auch andersartige schaftförmige Mittel, die nicht oder nur wenig zur Befesti- gung der Knochenstützplatte beitragen, mit den vorteilhaften erfindungsgemäßen Eigenschaften ausgestattet sind, ist es doch von besonderem Vorteil, die elektromagnetischen Ei-

genschaften der Kontakttnittel in eine Befestigungsschraube des Basiskörpers zu integrieren.

Besonders nützlich ist in diesem Zusammenhang, dass beide Kontaktmittel eines Paars Befestigungsschrauben sind.

Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der elektrisch isolierende Oberflächenabschnitt der Befestigungsschraube den Schraubenkopf gegen den Hauptteil des Schraubenschaftes elektrisch isoliert. Dieser Hauptteil des Schraubenschaftes ist im implantierten Zustand derjenige Teil, welcher im Knochen angeordnet ist. Folglich wird das elektrische Feld in vorteilhafter Weise über den gesamten Querschnitt des Knochens aufgebaut, wobei benachbarte Schraubenschäfte sowie die

Schraubenschäfte und der Basiskörper Gegenelektroden bilden.

Von besonderem Vorteil ist es, dass mehrere Paare schaft- förmiger Kontaktmittel vorgesehen sind, wobei jeweils benachbarte Kontaktmittel gegensinnig gewickelte Spulenanordnungen aufweisen. Sind die so ausgestatten Kontaktmittel beispielsweise in einer Reihe angeordnet, so kann ein e- lektrisches Feld über die gesamte Ausdehnung dieser Kon- taktmittelreihe zur Verfügung gestellt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass der Basiskörper ein Osteosynthesemittel ist.

In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, dass das Osteosynthesemittel eine implantierbare Knochenstützplatte ist. Eine solche Knochenstützplatte wird mit Schrauben am Knochen befestigt, die sich vorwiegend senkrecht zur

Längsachse des Knochens erstrecken. Demzufolge haben die Schrauben eine stark begrenzte Länge, so dass auch nur eine begrenzte induzierte Spannung erzeugt werden kann. Auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung kann diese Spannung zwischen benachbarten komplementären Schrauben verdoppelt werden. Weiterhin liegt auch eine Spannung zwischen den Schraubenschäften und der Knochenstützplatte vor, was Drucknekrosen des Knochenareals unter der Stützplatte vermeidet .

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass der Basiskörper eine Endoprothese ist.

In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, dass der Basiskörper die Pfanne eines künstlichen Gelenkes ist. Besonders die Verankerung der Pfanne eines künstlichen Hüftgelenks lässt sich so in einer Weise gestalten, dass die Vitalität und die Stabilität des Beckenknochens erhalten bleibt, indem nämlich in beliebigen Zeitintervallen die Magnetfeldinduktion auf das Implantat angewendet wird.

Die Erfindung besteht weiterhin in einem System zum Erzeugen lokalisierter elektromagnetischer Felder im Bereich eines Implantats, mit einer implantierbaren Vorrichtung zur Befestigung an einem Knochen, mit einem mindestens zwei

Durchgangsöffnungen aufweisenden elektrisch leitfähigen Basiskörper und mindestens einem Paar schaftförmiger Kontaktmittel, wobei jedes Kontaktmittel in einem implantierten Zustand eine Durchgangsöffnung des Basiskörpers durchdringt und in einen Bereich des Knochens eindringt, wobei die O- berflache jedes Kontaktmittels einen ersten und einen zweiten elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitt sowie einen die elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitte voneinan-

der trennenden elektrisch isolierenden Oberflächenabschnitt aufweist, wobei der erste elektrisch leitfähige Oberflächenabschnitt eines jeden Kontaktmittels in einem implantierten Zustand den Basiskörper elektrisch kontaktiert, während der zweite elektrisch leitfähige Oberflächenabschnitt eines jeden Kontaktmittels in einem implantierten Zustand gegen den Basiskörper mittels des elektrisch isolierenden Oberflächenabschnitt elektrisch isoliert ist, wobei jedes Kontaktmittel im Inneren eine Sekundärspulenan- Ordnung enthält, mittels derer die elektrisch leitenden O- berflächenabschnitte eines jeden Kontaktmittels elektrisch gekoppelt sind, und wobei die Sekundärspulenanordnungen der Kontaktmittel eines Paars elektrisch derart mit den Kontaktmitteln gekoppelt sind, dass durch Induktion erzeugte elektrische Spannungen zwischen den zweiten Oberflächenabschnitten eines Paars und dem Basiskörper zueinander entgegengesetzte Vorzeichen haben, und mit einer Primärspulenan- ordnung, die ein elektromagnetisches Feld im Bereich der Kontaktmittel erzeugt, sowie einem Schwingungsgenerator zum Erzeugen eines Wechselstroms in der Primärspulenanordnung. Die kortikale Fixierung durch Verschraubung des lädierten Knochens mit einer Stützplatte bestimmt die Richtung der Schrauben im Wesentlichen senkrecht zur langen Knochenachse. Dieser muss zwangsläufig auch die Richtung des äußeren induzierenden Elektro-Magnetfeldes folgen. Statt der beispielsweise für die Induktion des Elektronagels oder der langen bipolaren Schrauben benötigten Solenoid- Spulen, die den Läsionsbereich des Knochens umhüllen und damit die Richtung des induzierenden Elektromagnetfeldes parallel zur langen Körper- und Knochenachse vorgeben, sind für die Induktion der Stützplatten- Schrauben zwei Magnetspulen in Helmholtzanordnung beiderseits des lädierten Knochens notwendig .

In diesem Zusammenhang ist es besonders nützlich, dass die Primärspulenanordnung eine Spulenwicklung mit einem Kreuzungspunkt aufweist, die durch eine achtförmige Gestalt zwei Flächen definiert, wobei die Flächen zumindest während der Anwendung der Primärspulenanordnung so zueinander ausgerichtet sind, dass die von einem durch einen Stromfluss in der Primärspulenanordnung erzeugten, die Flächen durchdringenden Magnetfelder im Wesentlichen gleichgerichtet sind. Es lässt sich also mit einer einzigen Spule ein Magnetfeld erzeugen, das im Hinblick auf senkrecht zur Knochenachse angeordnete Schrauben eine geeignete Ausrichtung hat. Die Wirkung von zwei getrennten Induktionsspulen mit gleicher Richtung ihres Magnetfeldes, in dem die lädierte Körperregion gelagert wird, kann auf diese Weise auch mit einer einzigen Spule erreicht werden.

Nützlicherweise ist vorgesehen dass die Primärspulenanordnung elastisch verformbar bzw. flexibel ist, so dass die Flächen auf gegenüberliegenden Seiten der implantierbaren

Vorrichtung angeordnet werden können. Durch ihre elastische bzw. flexible Wicklung wird die Umformung im Sinne eines Achter- oder Unendlich- Zeichens ermöglicht. Die sich durch diese Umformung der Spulenwicklung ergebenden "Schlaufen" der Spule können an beiden Seiten einer Extremität angelegt werden .

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass an zwei dem Kreuzungspunkt abgewandten Positionen der Primärspulenanordnung zusammenwirkende Befestigungsmittel vorgesehen sind, durch die die Ausrichtung der Flächen zueinander geschaffen und aufrechterhalten werden kann. Die Befestigungsmittel können

beispielsweise mittels Gurten, Druckknöpfen, Klettverschlüssen, Schnallen und dergleichen realisiert sein.

In besonders vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass der Kreuzungspunkt der Primärspulenanordnung durch eine

Kopplungseinrichtung fixierbar ist. Eine solche Kopplungseinrichtung kann beispielsweise durch ein elastisches Band mit Klettverschluss oder Gürtelschließe realisiert sein.

Es ist von besonderem Vorteil, dass die Lage des Kreuzungs- punktes und somit die Maße der Flächen variabel sind. Durch das auf diese Weise wählbare Flächenverhältnis der Spulenschlaufen ist die magnetische Induktionsflussdichte, die als Quotient aus dem magnetischen Fluss und der betrachte- ten Fläche definiert ist, einstellbar. Das Verhältnis der Induktionsflussdichten ist der Kehrwert des Verhältnisses der jeweils zugehörigen Flächen. Das Flächenverhältnis der beiden Schlaufen kann nach den therapeutischen Erfordernissen gewählt werden, indem eine veränderbare Fixierung des Kreuzungspunktes durch variable Anordnung der Kopplungseinrichtung ermöglicht wird. Beispielsweise kann in einem Zielbereich des Körpers eine hohe magnetische Induktions- flussdichte dadurch erzielt werden, dass eine kleinflächige Spulenschlaufe in dessen Nähe gebracht wird, während im Hinblick auf die andere großflächige Spulenfläche zur Bereitstellung des Helmholtzspuleneffektes hauptsächlich auf deren parallele Anordnung zur kleineren Fläche zu achten ist.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Primärspulenanordnung eine Spulenwicklung mit n Kreuzungspunkten aufweist, die n+1 Flächen definiert, wobei benachbarte Flächen aufgrund einer Flexibilität der Primärspulenanordnung ver-

schiedene Winkel einschließen können, wobei bei einem eingeschlossenen Winkel von 180 Grad die benachbarte Flächen durchflutenden Magnetfelder entgegengesetzte Richtungen aufweisen und bei einem eingeschlossenen Winkel von 0 Grad die benachbarte Flächen durchflutenden Magnetfelder gleiche Richtungen aufweisen. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System eingesetzte Spulenanordnung ist also nicht darauf beschränkt, in achtförmiger Gestalt eingesetzt zu werden, bei der ein Kreuzungspunkt und zwei Flächen vor- liegen; vielmehr können auch kompliziertere geometrische

Strukturen realisiert werden, zum Beispiel eine in der Weise geformte flexible Spule, die zwei Kreuzungspunkte und drei magnetisch relevante Flächen definiert. Sind die Kreuzungspunkte so gestaltet, dass diese durch eine Verwringung der Spulenfläche um 180° entstehen, so haben die durch die verschiedenen Flächen hindurchtretenden Magnetfelder jeweils umgekehrte Orientierung, wobei dies dann gilt, wenn außer der Verbindung der flexiblen Spule keine anderweitige Verformung vorgenommen wird. Die Spule kann aber in flexib- ler Weise anders geformt werden, so dass verschiedene Flächen jeweils paarweise so gekoppelt werden können, dass die hindurchtretenden Magnetfelder gleichgerichtet sind. Verwendet man beispielsweise eine Spule mit zwei Kreuzungs- punkten und demnach drei Flächen, so kann die mittlere Flä- che beispielsweise unter das Becken oder auf den Bauch oder auch um die Hüfte eines Patienten gelegt werden, während die seitlichen Flächen so geklappt werden, dass sie mit der mittleren Fläche einen Winkel von circa 180° bzw. 90° einschließen und hierdurch beispielsweise nah an die Becken- knochen eines Patienten gebracht werden. Die magnetischen

Feldlinien die dann durch eine der seitlichen Flächen hindurchtreten, verlaufen somit ebenfalls durch die mittlere Fläche .

Es ist von besonderem Vorteil, dass ein Winkel (α) sich kreuzender Spulenabschnitte einstellbar ist. Die magnetische Flussdichte in der Umgebung des Kreuzungspunktes der Spulenwicklung ist abhängig von der Richtung der Spulenströme, die die Wicklungsabschnitte der Kreuzung durchfließen. Die magnetische Flussdichte kann von ihrem bei einem stumpfen Kreuzungswinkel vorliegenden Wert bis zum nahezu doppelten Wert bei spitzen Winkeln gesteigert werden, was durch übergang zu annähernd parallelem Stromverlauf in den Wicklungsabschnitten der Kreuzung erreicht werden kann. Diese Möglichkeit der lokalen Steigerung der Flussdichte im Bereich der Wicklungskreuzung ist von erheblicher Bedeutung für beispielsweise die Therapie schlecht heilender Operati - onswunden der Haut und des Unterhautgewebes nach Osteosynthesen bei Risikopatienten, das heißt insbesondere Durchblutungsgestörte Patienten, Diabetiker, Raucher und Patienten mit kritischen Cortisonwerten und andere.

Die Einstellbarkeit des Winkels kann dadurch realisiert sein, dass sich kreuzende Spulenabschnitte durch eine Kopplungseinrichtung mit mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Komponenten geführt sind, wobei der Winkel der sich kreuzenden Spulenabschnitte durch eine Relativbewegung der Komponenten einstellbar ist. Die beiden beweglichen Komponenten können beispielsweise als zwei Kreisscheiben mit jeweiliger Führung für die sich kreuzenden Spulenabschnitte realisiert sein. Indem die Kreisscheiben um ihre gemeinsame Achse relativ zueinander gedreht werden, ändert sich auch der Winkel zwischen den Spulenabschnitten und somit die lokale magnetische Flussdichte.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Spulenanordnung, insbesondere zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System zum Erzeugen lokalisierter elektromagnetischer Felder im Bereich eines Implantats, mit einer einen Kreu- zungspunkt aufweisenden Spulenwicklung, die durch eine achtförmige Gestalt zwei Flächen definiert, wobei die Flächen so zueinander ausgerichtet sind, dass die von einem durch einen Stromfluss in der Spulenanordnung erzeugten, die Flächen durchdringenden Magnetfelder im Wesentlichen gleichgerichtet sind. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Systems auch im Rahmen einer Spulenanordnung realisiert. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spulenanordnung.

Diese ist in nützlicher Weise dadurch weitergebildet, dass die Spulenanordnung elastisch verformbar ist, so dass die Flächen auf gegenüberliegenden Seiten einer implantierbaren Vorrichtung angeordnet werden können.

Weiterhin ist vorgesehen, dass an zwei dem Kreuzungspunkt abgewandten Positionen der Spulenanordnung zusammenwirkende Befestigungsmittel vorgesehen sind, durch die die Ausrichtung der Flächen zueinander geschaffen und aufrechterhalten werden kann.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Spulenanordnung so weitergebildet sein, dass der Kreuzungspunkt der Spulenanordnung durch eine Kopplungseinrichtung fixierbar ist.

Es ist weiterhin von besonderem Vorteil, dass die Lage des Kreuzungspunktes und somit die Maße der Flächen variabel sind.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass die Spulenanordnung eine Spulenwicklung mit n Kreuzungspunkten aufweist, die n+1 Flächen definiert, wobei benachbarte Flächen auf- grund einer Flexibilität der Primärspulenanordnung verschiedene Winkel einschließen können, wobei bei einem eingeschlossenen Winkel von 180 Grad die benachbarte Flächen durchflutenden Magnetfelder entgegengesetzte Richtungen aufweisen und bei einem eingeschlossenen Winkel von 0 Grad die benachbarte Flächen durchflutenden Magnetfelder gleiche Richtungen aufweisen.

Ebenfalls ist es möglich, dass ein Winkel sich kreuzender Spulenabschnitte einstellbar ist.

Dies ist insbesondere dadurch erreichbar, dass sich kreuzende Spulenabschnitte durch eine Kopplungseinrichtung mit mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Komponenten geführt sind, wobei der Winkel der sich kreuzenden Spulen- abschnitte durch eine Relativbewegung der Komponenten einstellbar ist.

Die Erfindung berücksichtigt somit neue Erkenntnisse der biomechanischen Gegebenheiten der Stützplatten-Schrauben- Osteosynthese und ihrer kausalen Verknüpfung mit der chronischen Infektion. Sie dient beispielsweise der Stabilisierung gelenknaher Mehrfachfrakturen langer Röhrenknochen, für die der Elektronagel keine ausreichende Stabilität bietet. Die Geometrie der Schrauben, der Sekundärspulen und der Elektroden wird gegenüber den Vorrichtungen des Standes der Technik grundlegend verändert, um in Verbindung mit der Stützplatte eine therapeutisch wirksame Verteilung der e- lektrischen Felder und Ströme innerhalb großer Trümmerzonen

eines Knochens erzeugen zu können. Das Gleiche gilt für die Dimensionierung und die Verteilung der stimulierenden e- lektrischen Felder im Bereich der Pfanne eines künstlichen Hüftgelenkes im Beckenknochen. Die erfindungsgemäßen Bipo- laren Induktionsschrauben besitzen eine Länge von beispielsweise 30 bis 50 mm, vorzugsweise von 40 mm und einen Durchmesser von beispielsweise 4 bis 6 mm. Die Isolierstrecke der kurzen Bipolarschrauben befindet sich, anders als bei den langen Bipolarschrauben (siehe z. B. DE 199 28 449 Cl), zwischen dem Kopf und dem Schaft der Schraube. Die

Wicklung um den Fe-Kern der Sekundärspule ist in der Weise angeordnet, dass der Wickelsinn der Sekundärinduktivität von jeweils zwei Schrauben entgegengesetzt, d.h. komplementär, gerichtet ist. Bei der Verschraubung einer Stützplatte mit dem Knochen werden die Köpfe der Bipolarschrauben miteinander elektrisch verbunden, und damit die Induktionsspulen mit jeweils gegenläufiger oder komplementärer Wicklung hintereinander geschaltet. In einem anwendbaren Elektro- Magnetfeld mit einer Feldstärke von beispielsweise 1 bis 5 mT und einer sinusförmigen Erregerfrequenz von 1 bis 20 Hz wird mit dieser Anordnung die induzierte elektrische Spannung zwischen den Schäften von zwei komplementären Schrauben verdoppelt. Zwischen dem Schaft und der Stützplatte im Kontakt mit dem Schraubenkopf, entsteht jeweils nur die einfache elektrische Spannung, die in einer Bipolarschraube induziert wird.

Die Vorteile, die bei der Osteosynthese und der Gelenken- doprothetik durch Verschraubung der Metallstützplatten bzw. der Pfanne eines künstlichen Hüftgelenks mit mindestens zwei oder mehr der erfindungsgemäßen Biopolarschrauben erreicht werden können, sind insbesondere:

Die Induktion gleich hoher Spannungen von 500 mV bis 700 mV im Knochen, die sich bei der solitären Anwendung der 75 mm bis 110 mm langen Biopolarschrauben optimal bewährt haben, wird durch die erfindungsgemäße Anwendung von mindestens zwei der 30 mm bis 50mm langen, also kürzeren Biopolarschrauben mit komplementärer Sekundärinduktivität bei der Fixierung einer Stützplatte am Knochen erreicht.

- Die Anordnung mehrerer komplementärer Biopolarschrauben in wechselnder Reihenfolge ermöglicht die Ausdehnung des induzierten elektrischen Feldes über die ganze Länge einer Stützplatte zur Stabilisierung und Therapie großer Defekte.

Die Verteilung des elektrischen Feldes erfolgt über den ganzen Querschnitt des Knochens .

Es kommt zu einer Induktion einer elektrischen Span- nung von ca. 250 mV bis 350 mV zwischen dem Schaft der einzelnen Biopolarschraube und der Knochenstützplatte. Damit können Drucknekrosen des Knochenareals unter der Stützplatte vermieden werden.

- Bei der Verankerung der Pfanne eines künstlichen Hüftgelenkes ist besonders die Erhaltung der Vitalität und Stabilität des Beckenknochens durch die Wiederholung der Magnetfeld- Induktion der bipolaren Pfannenver- schraubung in beliebigen Zeitintervallen möglich.

Unabhängig von der konkreten Anwendung kommt es zu einer drastischen Verringerung der Infektionsgefahr bei

allen Kurz- und Langzeitimplantaten der Osteosynthese und der Gelenkendoprothetik.

Mit der erfindungsgemäßen Spulenanordnung wird zusätzlich erreicht, dass das Magnetfeld der beiden sich gegenüberstehenden Schlaufen der Spulenanordnung durch die räumliche Umkehr der Stromrichtung in einer der beiden Schlaufen, wie bei der Anordnung von zwei getrennten Spulen nach HeIm- holtz, gleichgerichtet ist. Eine solche Spule, die zusätz- lieh elastisch formbar ist, ermöglicht die Induktion implantierter Sekundärspulen weitgehend unabhängig von ihrer Ausrichtung zur langen Knochenachse. Eine einfache Handhabung bei der Anpassung der geometrischen Form der Spulenanordnung an die Lage der jeweiligen Knochen bzw. Weichgewe- beläsion wird ermöglicht. Beispielsweise können die Schlaufenflächen an Behandlungsbereiche wie Fuß, Knie Unterschenkel, Oberschenkel, Becken, Wirbelsäule, Hand, Unterarm, O- berarm, Kiefer und Schädelbereich angepasst werden; durch Variation der Schlaufengrößen auch im Hinblick auf die Stärke des Magnetfeldes. Eine weitere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Spulenanordnung ist eine Zunahme der Fluss- dichte im Nahbereich des Kreuzungspunktes, so dass eine relativ starke Magnetfeldkonzentration auf eine kleine Körperfläche ermöglicht wird. Auf diese Weise lassen sich stark lokalisierte Erkrankungen, wie zum Beispiel Abszesse und Infekte, wirkungsvoll behandeln.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Es zeigen :

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines fraktu- rierten Knochens mit einer durch Knochenschrauben fixierten Knochenstützplatte;

Figur 2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen implantierbaren Vorrichtung;

Figur 3 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen implantierbaren Vorrichtung, nämlich einer Knochenstützplatte, im implantierten Zustand mit von außen angelegtem Magnetfeld;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen implantierbaren Vorrichtung, nämlich einer Pfanne einer Hüftgelenkprothese;

Figur 5 eine elastische Spulenanordnung;

Figur 6 eine erfindungsgemäße elastische Spulenanordnung in einem Zustand außerhalb ihrer Anwendung;

Figur 7 eine perspektivische Darstellung einer erfin- dungsgemäßen Spulenanordnung während ihrer Anwendung als Primärspulenanordnung,-

Figur 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der räumlichen Ausrichtung eines durch eine erfin- dungsgemäße Spulenanordnung erzeugten Magnetfeldes;

Figur 9 eine erfindungsgemäße elastische Spulenanordnung in einem weiteren Zustand außerhalb ihrer Anwendung ;

Figur 10 eine erfindungsgemäße elastische Spulenanordnung in einem weiteren Zustand außerhalb ihrer Anwendung ;

Figur 11 Komponenten einer Kopplungseinrichtung zur Ein- Stellung einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung und

Figur 12 eine Kopplungseinrichtung zur Einstellung einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung .

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eins fraktu- rierten Knochens mit einer durch Knochenschrauben fixierten Knochenstützplatte. Der Knochen 18 ist im Bereich der Frakturen mit einer Knochenstützplatte 10 stabilisiert. Diese Knochenstützplatte 10 ist mit Befestigungsschrauben an dem Knochen 18 befestigt, wobei zumindest einige dieser Befestigungsschrauben, beispielsweise das Schraubenpaar 16a, 16b ein paar schaftförmiger Kontaktmittel mit darin liegenden gegensinnig gewickelten Spulenanordnungen darstellt, wobei ein solches Schraubenpaar auch als Komplementär-Bipolar- schraubenpaar bezeichnet werden kann. Grundsätzlich können alle verwendeten Schrauben in das Konzept der Komplementär- Bipolarschraubenpaare einbezogen werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass dieses nur bei einigen oder nur bei zwei die-

ser Schrauben realisiert ist. Ebenfalls ist möglich, andere Mittel als Schrauben in das Konzept der komplementären Kontaktmittel einzubeziehen.

Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen implantierbaren Vorrichtung. Es ist ein Basiskörper 10, beispielsweise eine Knochenstützplatte, zu erkennen. Dieser Basiskörper 10 hat zwei Durchgangsöffnungen 14a, 14b, die von jeweils einer Knochenschraube 16a, 16b durchdrungen werden. Der Kopf 28 einer jeweiligen Knochenschraube 16a, 16b kontaktiert die Knochenstützplatte 10, während der Schraubenschaft 30 der Knochenschrauben 16a, 16b im Knochen angeordnet wird und über einen elektrisch isolierenden O- berflächenabschnitt 24 gegen den Schraubenkopf 28 und somit auch gegen die Knochenstützplatte 10 isoliert ist. Auf diese Weise liegen zwei voneinander isolierte elektrisch leitende Oberflächenabschnitte 20, 22 vor, welche unter Einbeziehung der Knochenstützplatte 10 Gegenelektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes bilden. Innerhalb jeder Knochenschraube 16a, 16b ist eine Spulenanordnung 26a, 26b vorgesehen, die vorzugsweise auf einen Ferritkern 52 aufgewickelt ist. Die Pole der Spulenanordnung 26a, 26b kontaktieren die gegeneinander elektrisch isolierten Bereiche der Knochenschrauben 16a, 16b, so dass im Falle der Anwesenheit eines die Spulenwicklungen durchsetzenden Magnetfeldes die gegeneinander isolierten Abschnitte der Knochenschrauben 16a, 16b auf unterschiedliches Potential gebracht werden. Da die Schraubenköpfe 28 beide mit der Knochenstützplatte 10 in Verbindung stehen, befinden sich diese auf demselben elektrischen Potential. Da weiterhin die Spulenanordnungen 26a, 26b gegensinnig gewickelt sind, sind die Potentiale der Schraubenschäfte 30 bezüglich des Potentials der Schraubenköpfe entgegengesetzt. Wird in beiden Knochen-

schrauben 16a, 16b die betragsmäßig gleiche Spannung induziert, so beträgt die Potentialdifferenz zwischen den Schraubenschäften 30 das Doppelte der in den jeweiligen Schrauben 16a, 16b induzierten Einzelspannungen. Es ist auch möglich, die Spulenanordnungen gleichsinnig zu wickeln und die im Zusammenhang mit der gegensinnigen Wicklung beschriebenen elektrischen Verhältnisse dadurch herzustellen, dass die Pole einer ersten Spulenanordnung mit den benachbarten Abschnitten des zugehörigen Kontaktmittels, insbe- sondere also der Knochenschraube, elektrisch gekoppelt werden, während die Pole einer zweiten Spulenanordnung mit den entfernten Abschnitten des zugehörigen Kontaktmittels gekoppelt werden.

Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen implantierbaren Vorrichtung, nämlich einer Knochenstützplatte, im implantierten Zustand mit von außen angelegtem Magnetfeld. An dem Knochen 18 ist eine Knochenstütz - platte 10 durch drei Knochenschrauben 16c, 16d, 16e befes- tigt. Die Knochenschrauben 16c, 16d, 16e sind gleich oder ähnlich aufgebaut, weshalb die weitere Beschreibung exemplarisch anhand einer der Knochenschrauben 16c erfolgt. Die Knochenschraube 16c verläuft durch eine Durchgangsöffnung 14 der Knochenstützplatte 10. Benachbarte Knochenschrauben enthalten jeweils gegensinnig gewickelte Spulenanordnungen und sind ansonsten vergleichbar zu den im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen Knochenschrauben aufgebaut. Außerhalb der Anordnung sind zwei Magnetspulen 32, 34 angeordnet, wobei diese nach Art eines Helmholtzspulenpaars gewickelt sind, so dass die durch unterbrochene Linien dargestellten Magnetfeldlinien 54 im Wesentlichen parallel zu der Längserstreckung der Knochenschrauben 16c verlaufen. Das durch die Spulen 32, 34 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld

generiert eine elektrische Spannung in jeder der Knochenschrauben 16c, 16d, 16e wobei die dann vorliegenden elektrischen Potentiale aufgrund der gemeinsamen Kontaktierung der Schraubenköpfe 28 durch die Knochenstützplatte 10 defi- niert sind. Die den Heilungsprozess begünstigenden elektrischen Felder 56, 58, die mittels durchgezogener Linien gezeigt sind, bilden sich sowohl zwischen den Schraubenschäften 30 der jeweiligen Knochenschrauben 16c, 16d, 16e aus als auch zwischen den Schäften 30 jeder Knochenschraube 16c, 16d, 16e und der damit befestigten Knochenstützplatte 10. Die elektrischen Feldlinien 56 zwischen den Schraubenschäften 30 der einzelnen Schrauben 16c, 16d, 16e haben geringere Abstände als die elektrischen Feldlinien zwischen den Schraubenschäften 30 und der Knochenstützplatte 10. Dies deutet an, dass bei typischen Abständen der Komponenten sowie typischer Komponentengestalt die durch die Differenz zwischen den Schraubenpotentialen erzeugten elektrischen Felder größer sind als die durch die geringere Potentialdifferenz zwischen den Schraubenschäften 30 und der Knochenstützplatte 10 erzeugten elektrischen Felder. Tatsächlich hat das durch die verschiedenen beteiligten Potentiale erzeugte elektrische Feld eine einheitliche Gestalt, so dass beispielsweise durch das Potential der Knochenstützplatte 10 eine Verzerrung des durch die Schrauben- schäfte 30 erzeugten elektrischen Feldes erfolgt; die sich in diesem Bereich überkreuzend dargestellten Feldlinien 56,58 veranschaulichen nur die dortige Anwesenheit eines komplexen Feldverlaufs. Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Beitrag der Potentialdifferenz zwischen den Schraubenschäf - ten 30 und der Knochenstützplatte 10 zum elektrischen Feld mit sich vergrößerndem Abstand von der Knochenstützplatte 10 abnimmt, obwohl dies die Darstellung der Feldliniendichte der Einfachheit halber nicht widerspiegelt.

Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen implantierbaren Vorrichtung, nämlich einer Pfanne einer Hüftgelenkprothese. Die Pfanne 12 des künstli- chen Hüftgelenks hat eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen, wobei durch die Durchgangsöffnungen 14f, 14g Knochenschrauben 16f, 16g hindurchgeführt sind, die im Wesentlichen vergleichbar zu den Knochenschrauben gemäß Figur 2 aufgebaut sind. Folglich können die mit Bezug auf die Figuren 1 und 3 und im Zusammenhang mit der Osteosynthese beschriebenen

Vorzüge der vorliegenden Erfindung auch im Zusammenhang mit Endoprothesen zur Wirkung kommen.

Figur 5 zeigt eine elastische Spulenanordnung. Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße elastische Spulenanordnung in einem Zustand außerhalb ihrer Anwendung. Figur 7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung während ihrer Anwendung als Primärspulenanord- nung. Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung zur Er- läuterung der räumlichen Ausrichtung eines durch eine erfindungsgemäße Spulenanordnung erzeugten Magnetfeldes. Nutzt man die Elastizität der Spulenanordnung 36 dazu aus, diese in eine achtförmige Gestalt zu bringen, so werden zwei Flächen 40, 42 sowie ein Kreuzungspunkt 38 definiert. Der Kreuzungspunkt 38 ist durch eine Kopplungseinrichtung

60 fixiert und kann vorzugsweise verschoben werden, so dass das Verhältnis der Flächen 40, 42 variabel ist. Beispielsweise kann als Kopplungseinrichtung 60 ein elastisches Band mit Klettverschluss oder Gürtelschließe dienen. Ebenfalls ist es denkbar, Oberflächen der Spulenanordnung so auszustatten, dass sie die Komponenten eines Klettverschlusses bilden und auf diese Weise an verschiedenen Stellen direkt aufeinander Haften können. Um die Einstellung zu erleich-

tern, können im Variationsbereich Vermerke oder Skalen vorgesehen sein; an diesen kann sich der Anwender orientieren, wenn er eine bestimmte Fixierung des Kreuzungspunktes 38 vornehmen möchte. Fließt durch eine solche Spulenanordnung 36 ein Wechselstrom, so haben die induzierten Magnetfelder entgegengesetzte Richtungen, wie durch die Vektorsymbole 44, 46 angedeutet ist. Aufgrund der Elastizität der Spulenanordnung 36 kann diese aber auch in eine andere Gestalt gebracht werden. Dies ist im Zusammenhang mit Figur 7 dar- gestellt, wo auch ein Bein mit einem frakturierten Knochen gezeigt ist. Nun liegen sich die Flächen 40 ,42 gegenüber und die in den jeweiligen Segmenten der Spule erzeugten Magnetfelder haben die gleiche Richtung. Dies ist in Figur 8, in der auch ein mit der Spulenanordnung gekoppelter Wechselstromgenerator 62 gezeigt ist, nochmals veranschaulicht, nämlich durch den einheitlichen Magnetfeldvektor 44, 46, der beide Flächen 40, 42 durchdringt.

Figur 9 zeigt eine erfindungsgemäße elastische Spulenord- nung in einem weiteren Zustand außerhalb ihrer Anwendung.

Im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß Figur 6 weist die hier dargestellte Spulenordnung nicht einen Kreuzungspunkt 38 und zwei magnetisch wirksame Flächen 40, 42, sondern zwei Kreuzungspunkte 38, 64 und drei magnetisch wirksame Flächen 40, 42, 66 auf. Die mittlere Fläche 42 ist größer als die äußeren Flächen 40, 66, wodurch die Spulenanordnung so eingesetzt werden kann, dass beispielsweise der mittlere Teil der Spulenanordnung, welcher die Fläche 42 definiert die unter dem Becken, oder auf dem Bauch zu Liegen kommt oder die Hüfte eines Patienten umgibt, während die äußeren Schlingen der Spulenanordnung, welche die kleineren Flächen 40, 66 definieren, nach Bedarf ausgerichtet werden, beispielsweise in dem Bereich der Beckenknochen geklappt wer-

den und einen Winkel von 180° bzw. 90° mit der großen Schlinge bilden. Zahlreiche weitere Variationsmöglichkeiten sind denkbar. Beispielsweise ist es auch möglich, die äußeren Flächen 40, 66 in den Bereich der Oberschenkel zu brin- gen, um hier positiv auf Frakturen oder Nekrosen der Beckenknochen, der Hüftgelenke oder der Hüfte einzuwirken. Die Ausführungsform gemäß Figur 9 macht deutlich, dass die erfindungsgemäße Spulenanordnung aufgrund ihrer Flexibilität besonders variantenreich einsetzbar ist. Dies betrifft sowohl die Formgebung der Spulenanordnung 36 als auch die magnetischen Eigenschaften. In Figur 9 ist eine Verformung der Spulenanordnung 36 dargestellt, bei der die Magnetfelder 44, 46, 68 benachbarter Flächen 40, 42, 66 jeweils entgegengesetzte Richtungen aufweisen. Es ist aber auch denk- bar, dass man beispielsweise die die Fläche 66 definierende Schlaufe unter nochmaliger Verwringung des Kreuzungspunktes 64 so anordnet, dass die die benachbarten Flächen 42, 66 durchdringenden Magnetfelder gleichgerichtet sind. Bewegt man dann beispielsweise die seitlichen Flächen 40, 66 so, dass sie Ebenen senkrecht zur Papierebene definieren, so können die diese Magnetfelder durchdringenden Feldlinien miteinander koppeln, während bei einer Auslegung der Magnetfelder, wie sie in Figur 9 dargestellt ist, immer eine Kopplung der die seitlichen Flächen durchdringenden Magnet- felder mit dem die zentrale Fläche 42 durchdringenden Magnetfeld zu erwarten ist.

Figur 10 zeigt eine erfindungsgemäße elastische Spulenanordnung in einem weiteren Zustand außerhalb ihrer Anwen- düng. Die hier dargestellte Ausführungsform ähnelt derjenigen gemäß Figur 6. Allerdings ist der Winkel α, mit dem sich die Spulenabschnitte 74, 76 kreuzen, hier spitzer als bei der Auslegung gemäß Figur 6. In dem Ausführungsbeispiel

gemäß Figur 6 stehen die Stromvektoren der sich kreuzenden Spulenabschnitte nahezu senkrecht aufeinander, während bei der Ausführungsform gemäß Figur 10 im Kreuzungspunkt nicht senkrechte Stromkomponenten vorliegen und insofern paralle- Ie Vektorkomponenten des Stroms wirksam sind. Dies führt zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte im Kreuzungs- punkt der Spulenanordnung 36, so dass lokal eine Verstärkung der magnetischen Flussdichte erzielt werden kann. Die vorteilhafte Verstärkung der Flussdichte kann auch bei Kreuzungspunkten komplexerer Spulenformen realisiert wer- de.n, beispielsweise bei derjenigen gemäß Figur 9.

Figur 11 zeigt Komponenten einer Kopplungseinrichtung zur Einstellung einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung und Fi- gur 12 zeigt eine Kopplungseinrichtung zur Einstellung einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung. Es ist veranschaulicht in welcher Weise die Variabilität des Winkels von sich kreuzenden Spulenabschnitten 74, 76 erreicht werden kann. Im vorliegenden Beispiel wird dies durch zwei Kompo- nenten 70, 72 geleistet, die je einen Spulenabschnitt 74, 76 in jeweils einer länglichen Ausnehmung 78, 80 führen. Sind diese beiden Komponenten 70, 42 gegeneinander um ihre gemeinsame Achse 82 drehbar verbunden, so kann durch eine solche Drehung, die in Figur 12 durch die Pfeile angedeutet ist, eine änderung des Winkels im Bereich des Kreuzungs- punktes erreicht werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste :

10 Basiskörper / Knochenstützplatte

12 Basiskörper / Endoprothese / Pfanne

14 Durchgangsöffnung

16 Kontaktmittel / Befestigungsmittel

18 Knochen 20 Oberflächenabschnitt

22 Oberflächenabschnitt

24 Oberflächenabschnitt / Isolierung

26 Spulenanordnung / Sekundärspulenanordnung

28 Schraubenkopf 30 Schraubenschaft

32 Primärspulenanordnung / Magnetspule

34 Primärspulenanordnung / Magnetspule

36 Primärspulenanordnung

38 Kreuzungspunkt 40 Fläche

42 Fläche

44 Magnetfeld / Magnetfeldvektor / Vektorsymbol

46 Magnetfeld / Magnetfeldvektor / Vektorsymbol

48 Befestigungsmittel 50 Befestigungsmittel

52 Ferritkern

54 Magnetfeld

56 elektrisches Feld

58 elektrisches Feld 60 Kopplungseinrichtung

62 Wechselstromgenerator

64 Kreuzungspunkt

66 Fläche

Magnetfeld / Magnetfeldvektor / Vektorsymbol Komponente der Kopplungseinrichtung Komponente der Kopplungseinrichtung Spulenabschnitt Spulenabschnitt Ausnehmung Ausnehmung Achse