DE3528204A1 - Kniegelenkprothese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kniegelenkprothese.

Die bisher bekannten Knieproth.esen besitzen zwei Elemente, ein Femoralelement und ein Tibialelement, die jeweils ein Gelenkorgan besitzen, das mit dem des anderen Elements zusammenwirkt, um eine Drehung eines Elements bezüglich des anderen in der Sagittalebene aus einer Streckungsstellung, in der die Elemente in der gegenseitigen Verlängerung sind, in eine Beugungsstellung zu gestatten, in der die beiden Elemente miteinander einen bestimmten Winkel bilden.

Die Prothesen können eingeteilt werden in einteilige Prothesen, bei denen nur eine der Seiten des Gelenks ersetzt ist, zweiteilige Gleitprothesen, bei denen die beiden Gelenkköpfe ersetzt werden und bei denen die Femoral- und Tibialteile ohne Begrenzung aufeinander gleiten, stabilisierte Gleitprothesen, bei denen eine mechanische Vorrichtung die Bewegungen der beiden Femoral- und Tibialteile begrenzt, und Scharnierprothesen, bei denen die beiden Elemente ständig durch eine Vorrichtung, beispielsweise eine starre Achse, verbunden sind.

Die Erfindung betrifft eine stabilisierte Gleitprothese, d.h. eine Prothese, bei der das Femoralelement und das Tibialelement nicht fest miteinander verbunden sind, sondern aufeinander gleiten können.

Bei den bekannten Prothesen dieses Typs, wie bei dem, das Gegenstand der französischen Patentschrift 2 4-17 971 ist, bestehen die Führungsorgane im allgemeinen aus einer mit einem der Elemente fest verbundenen Nase, die in einer Nut der anderen gleitet, die durch einen Anschlag begrenzt ist; hierbei gibt es keine Möglichkeit der Drehung eines Elements bezüglich des anderen in einer anderen Ebene als der Sagittalebene.

Um einer solchen Prothese zu ermöglichen, abgesehen von der klassischen Drehung des Gelenks in einer Sagittalebene eine Drehung in einer zu ihr senkrechten Ebene durchzuführen, wie es das natürliche Kniegelenk tut, und um auf diese Weise die anatomischen Funktionen wieder herzustellen und die Gefahr frühzeitigen Verschleisses zu begrenzen, wurde bereits vorgeschlagen, die Verankerungsstange des Tibialelements in einer Lagerung anzuordnen, so daß sie um die Achse dieses Elements sich drehen kann.

Eine derartige Lösung besitzt jedoch den schweren Nachteil, daß sie die Bohrung eines Loches in der Tibia mit einem wesentlichen größeren Durchmesser erfordert, damit darin nicht einfach der Verankerungsstift des Tibialelements, sondern auch die Lagerung eingesetzt werden kann, in der dieser Stift angeordnet ist, so daß er sich frei drehen kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine Kniegelenkprothese, die diesen Nachteil vermeidet und bei der das Femoralelement und das Tibialelement, während sie starr an den entsprechenden Knochen befestigt sind, zueinander unabhängige Drehungen in der Sagittalebene und in einer zu ihr senkrechten Ebene ausführen können, wobei die Stabilität des Gelenks gewahrt bleibt.

Um dies zu erreichen, ist gemäß der Erfindung das Führungsorgan eines der beiden Elemente Femoralelement oder Tibialelement der Prothese drehbar auf dem Element, das es führen soll, montiert, und zwar vorzugsweise um eine Achse, die der dieses Elements entspricht. Diese Anordnung kann mit Hilfe eines Zwischenteils erreicht werden, das drehbar um die Achse dieses Elements montiert ist und zwischen den beiden Elementen der Prothese, Femoralelement und Tibialelement, angeordnet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das femoralelement der Prothese nicht geändert und besitzt eine Führungsnut, dagegen besitzt das Tibialelement eine Platte, die mit einem zentralen, kreisförmigen Zapfen mit im wesentlichen zur Platte senkrechter Achse fest verbunden ist, auf den ein Zwischenteil aufgesteckt wird, das die Führungsnase dieses Tibialelements aufweist, die mit der Führungsnut des Femoralelements zus ammenwi rkt.

Dank eines solchen Aufbaus können das Femoralelement und das Tibialelement zueinander vollkommen unabhängige Drehungen in zwei zueinander senkrechten Ebenen ausführen, und zwar einerseits in der Sagittalebene durch Bewegung der Nase in der Nut und andererseits in einer im wesentlichen zu der Achse des Tibialelements senkrechten Ebene durch Drehung des Zwischenteils um den Zapfen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung einer erfindungsgemäßen Knieprothese,

Fig. 2 eine auseinandergezogene Seitenansicht der in Fig. Λ gezeigten Prothese,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4- bis 8 schematische Querschnitte der in Fig. 1 gezeigten Prothese, die das Femoralelement und das Tibialelement in fünf relativen Drehstellungen in der Sagittalebene zwischen einer vollständigen Streckung und Beugungen von etwa 10, 30, 65 und 90 in der Sagittalebene zeigen, und

Fig. 9 und 10 jeweils eine Seitenansicht der Prothese von

Fig. 1 in der sich das Femoralelement, das in der Beugungsstellung von Fig. 6 dargestellt ist, sich bezüglich der Achse des Tibialelements ■um einen Winkel von etwa 17° in der einen oder der anderen Richtung gedreht hat.

Auf den einzelnen Figuren ist die vordere Seite der Prothese links und die hintere Seite rechts gelegen.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, besitzt die Prothese ein Femoralelement 10 und ein Tibialelement 11.

Das Femoralelement besitzt an seinem unteren hinteren Ende zwei seitliche konvexe Lagerteile 12, die nach unten gerichtet sind.

Die äußeren Lagerflächen 46 der Femoralteile 12 besitzen in den Sagittalebenen, wie in den Fig. 2 und 4 bis 8 gezeigt ist, eine Form analog zu der der natürlichen Femoralgelenkköpfe; diese Form entspricht einer Spirale oder einem Kreisbogen, dessen Radius vom hinteren Ende zum vorderen Ende hin wächst. Das Element 10 besitzt ferner einen zentralen Führungsteil 14, der zwischen den beiden Lagerteilen 12, die er verbindet, angeordnet ist, und an seinem vorderen Ende einen Bügel 18, der eine im allgemeinen unsymmetrische Form besitzt, je nachdem, ob es sich um ein Prothesenelement für ein linkes oder rechtes Knie handelt, und der zur Aufnahme der Kniescheibe bestimmt ist.

Der zentrale Führungsteil 14 besitzt eine Nut 15 mit einer konvexen Führungsfläche 26, die nach unten und auf das Tibialelement zu gerichtet ist und einen vorderen Teil, der mit einem Anschlag 16 endet, und einen hinteren Teil besitzt, der frei auf die Lagerteile 12 zu ausmündet.

Das Element 10 ist dazu bestimmt, an den Gelenkköpfen des Femur mit oder ohne Zement befestigt zu werden, und die inneren Flächen der Lagerteile 12 und des Bügels 18 können Unebenheiten in Form von Kügelchen besitzen, um das Anhaften und das Wachstum des Knochengewebes zu gestatten.

Das Tibialelement 11 besitzt eine Tibialplatte 17» die in einer zur Achse des Elements 11 im wesentlichen senkrechten Ebene gelegen ist und die an ihrem unteren Teil mit einem Verankerungsstift 23 und an ihrem oberen Teil mit einem kreisförmigen, zentralen Zapfen 19 fest verbunden ist, dessen Achse der Achse des Elements 11 oder einer anderen mit der Funktion verträglichen Richtung entspricht.

Ein Lager 24 und ein Zwischenführungsteil 25 werden auf den Zapfen 19 aufgesteckt.

Das Lager 24 ist auf die Tibialplatte 17 aufgelegt, deren erhöhte Ränder es an seinem Platz halten, da es sich an deren geometrische Form anschmiegt; dieses Lager 24 besitzt eine zentrale öffnung 27, deren Durchmesser etwas größer als der des Zapfens 19 ist, und zwei konkave Lagerteile 13, die etwa die Form einer Bohne besitzen und zu beiden Seiten der Öffnung 27 angeordnet sind. Diese konkaven Teile 13, die nach oben gerichtet sind, wirken mit den konvexen Lagerteilen 12 des Femoralelements zusammen.

Das Führungszwischenteil 25 besitzt einen Ansatz 28, dessen Innendurchmesser und dessen Außendurchmesser den Durchmessern des Zapfens 19 bzw. der Öffnung 27 entsprechen, und besitzt ferner eine Führungsnase 29, deren obere Fläche 30 mit der Nut 15 des Femoralelements zusammenwirkt.

Die Werkstoffe, die für die Herstellung der Femoral- und Tibialelemente einerseits und für das Lager andererseits verwendet werden, sind im allgemeinen im Fall der erstgenannten eine Metallegierung, die sich, für chirurgische Implantationen eignet, "beispielsweise eine Chrom- und !Cobaltlegierung oder ein rostfreier Stahl, und im Fall des letztgenannten ein Kunststoff und insbesondere ein Polymer hoher Dichte, das in biologischer Hinsicht verträglich ist, beispielsweise ein Polyäthylen mit hohem Molekulargewicht oder jeder andere biologisch und mechanisch geeigneter Werkstoff, beispielsweise ein zusammengesetztes Polymer.

Was das Führungsteil betrifft, so besteht es vorzugsweise aus einer "Verbindung dieser beiden Werkstoff art en, wobei eine Fußplatte 31 aus Legierung des obengenannten Typs den Kontakt mit dem Lager 2A und seiner Öffnung 27 gewährleistet und das restliche Teil, das mit dem Femoralelement in Kontakt ist, aus Kunststoff vom selben Typ wie das Lager oder aus ver träglichem Polymer besteht.

Ein derartiger Aufbau gewährleistet nämlich einen optimalen Reibungskoeffizient, und zwar dank einem Metall-Polymer-Kontakt zwischen jedem in Kontakt befindlichen Teil oder Element.

Diese Anordnung kann natürlich auch umgekehrt werden. Beispielsweise können ohne Nachteil das Femoralelement und das Tibialelement aus Polymer hoher Dichte, das Lager aus Metallegierung und das Führungsteil aus Legierung mit Polymer-Fußplatte hergestellt werden.

Nun wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Prothese beschrieben, und zwar insbesondere anhand der Fig. 4· bis 8, die die beiden Elemente der Prothese in verschiedenen Beugungsstellungen zeigen, und anhand der Pig. 9 urd 10, die in einer beliebigen Beugungsstellung, und zwar in der als Beispiel gewählten Stellung von Fig. 7, die beiden Elemente der Prothese zeigen, die jeweils bezüglich der Sagittalebene symmetrische Stellungen einnehmen, in denen die vertikalen Ebenen, die die Achse des Pemoralelements bzw. des Tibialelements enthalten, miteinander einen Winkel von etwa 17° bilden.

Fig. 4- zeigt die Stellung vollständiger Streckung der Prothese, bei der die Führungsnase 29 des Tibialelements durch den Endanschlag 16 der Führungsnut des Femoralelements blockiert ist.

Bei einer Beugung oder Drehung in der sagittalen Ebene, bei der die Achse des Femoralelements 10 einen Winkel von etwa 10, 30, 65 oder 90° bezüglich der Achse des Tibialelements bildet, wie in den Fig. 5 bis 8 dargestellt ist, bleiben die Lagerteile 12 und 13 immer in Kontakt; wie jedoch diese Figuren zeigen, verschiebt sich ihre Kontaktfläche zuerst von vorne nach hinten, um eine Stellung in Nähe der Achse des Tibialelements bei einem Beugungswinkel· von nahe 65 bis 90° einzunehmen.

Während dieser Beugung oder Drehung in der Sagittalebene ist die Führungsfläche 26 des Bodens der Hut des Femoralelements immer mit der Führungsfläche 30 der Nase 29 des Teils 25 in Kontakt, wobei die seitlichen Wände der Nut 15 ständig die Achsen des Femoralelements und des Tibialelements in der Sagittalebene halten.

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In jeder beliebigen Beugungsstellung des Femoralelements und des Tibialelements der Prothese in der Sagittalebene, d.h.. in den Fällen der 3Pig. 4- bis 8, kann eines dieser beiden Elemente gemäß der Erfindung eine Drehung bezüglich des anderen in einer zur Sagittalebene senkrechten Ebene, und zwar im vorliegenden Fall in der Ebene der Tibialplatte 17 ausführen.

So findet z.B. zum Übergang aus der in Fig. 6 gezeigten Stellung in die in den Fig. 9 und 10 gezeigten Stellungen eine einfache Drehung der aus dem Femoralelement 10 und dem Führungsteil 25 des Tibialelements gebildeten Einheit um den Zapfen 19 statt.

Der Drehwinkel der Symmetrieebene des Femoralelements 10 und des Führungsteils 25 beträgt etwa + 17° bezüglich der Symmetrieebene des Tibialelements 11, die weiterhin mit der Sagittalebene zusammenfällt.

Während dieser Drehung in der Ebene der Tibialplatte gleiten die beiden Lagerteile 12 des Femoralelements in den beiden konkaven Teilen 13 des Lagers des Tibialelements; wenn das vordere Ende der Lagerflächen 4-6 des Femoralelements an den seitlichen Rändern der konkaven Teile 13 zum Anschlag kommen, deren Bohnenform diese Drehung begünstigt, nehmen das Femoralelement und das Tibialelement die in Fig. 9 oder 10 gezeigte Stellung ein, und zwar je nach der Richtung, in der diese Drehung stattfand.

Es empfiehlt sich, daß der konkave Teil 13 des Lagers 2A-, der bezüglich der Sagittalebene außen gelegen ist, tiefer und länger als der andere konkave Teil 13 desselben Lagers ist, da eine derartige Ausbildung die jeweilige Drehung des Femoralelements und des Tibialelements gemäß der Erfindung

in der Ebene der Tibialplatte erleichtert.

Natürlich kann der Drehwinkel der beiden Elemente der Prothese in der Ebene der Tibialplatte erfindungsgemäß ein beliebiger Winkel zwischen O und dem in den Fig. .9 und 10 gezeigten Winkel von +17° sein.

Diese Drehung in einer zur Sagittalebene senkrechten Ebene, die von viel kleinerer .Amplitude als die klassische Drehung der beiden Elemente in der Sagittalebene ist, entspricht der Drehung, die das natürliche Kniegelenk ausführt, beispielsweise wenn der Mensch die Stufen einer Treppe hinaufsteigt.

Diese Möglichkeit der doppelten Drehung der Prothese gemäß der Erfindung gestattet dieser somit Bewegungen auszuführen, die genauer den verschiedenen Freiheitsgraden des natürlichen Kniegelenks entsprechen, und damit die Kräfte auf den Verankerungselementen der Prothese im Knochen zu begrenzen.

β.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Eniegelenkprothese vom Gleittyp, bei der zwei Elemente, ein Femoralelement (10) und ein Tibialelement (11), die jeweils ein Führungsorgan (15,29) besitzen, zusammenwirken, um diesen beiden Elementen zu ermöglichen, Beugungsstellungen in der Sagittalebene einzunehmen, dadurch gekennzeichnet , daß eines dieser JHihrungsorgane (29) drehbar auf dem Element (11), das es führen soll, montiert ist, um dem JTemoralelement und dem Tibialelement die Durchführung einer Drehung in einer zur Sagittalebene senkrechten Ebene zu ermöglichen.

MANlTZ ■ FINSTERWALD ■ HEYN MORGAN 8000 MÜNCHEN 22 ■ FtOBERT-KOCH-STRASSE I ■ TEL. (089) 22-4211 TELEX 529672 PArMh FAX (089) 29 75 75 HANNS-JÖRG ROTERMUND · 7000 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) · SEELBERGSTR. 23/25 ■ TEL. (0711) 56 72 61

BAYER VOLKSBANKEN AG ■ MÜNCHEN · BLZ 700 900 00 · KONTO 7270 · POSTSCHECK: MÜNCHEN 77062-805 BAYER. VEREINSBANK MÜNCHEN- BLZ 700 202 70- KONTO 578 351 · BAYER. HYPO- U. WECHSELBANK · MÜNCHEN- BLZ 70020001- KONTO 6880119OSn

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2. Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsorgan, das drehbar auf dem Element montiert ist, das es führen soll, das des Tibialelements (11) ist.

3. Prothese nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsorgane (15,29) des Femoralelements und des Tibialelements eine ITut (15) bzw. eine ITase (29) sind.

4. Prothese nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tibialelement (11) einen kreisförmigen zentralen Zapfen (19 ) besitzt, um welchen ein Führungszwischenteil (25) schwenkbar ist, das die Nase (29) aufweist und dessen Achse der des Tibialelements entspricht.

5· Prothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

das Tibialelement (11) eine Tibialplatte (17) besitzt, λ die mit dem kreisförmigen zentralen Zapfen (19) fest verbunden ist, auf den ein Lager (24), das Lagerflächen (13) des Femoralelements aufweist, und ein mit dem Führungsteil (25) fest verbundener Ansatz (28) aufgesteckt sind.

6.Prothese nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Femoralelement (10) und das Tibialelement (11) aus Metallegierung, das Lager (24) aus Kunststoff und das Führungsteil (25) aus Kunststoff mit metallischer Fußplatte bestehen.