DE4434806A1 - Kniegelenksprothese - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Kniegelenksprothese umfassend ein Tibia-Plateau-Teil mit einem Verankerungsabschnitt im Knochen sowie eine Tragplatte für eine Gleitplatte aus Kunststoff und/oder ein Femurteil mit einem auf der Gleitplatte aufliegenden Artikulationsflächenteil, wobei das Tibia-Plateau-Teil und das Femurteil über einen axial verschiebbaren Kopplungszapfen miteinander verbindbar sind, welcher in dem Tibiateil um eine vertikale Achse und in dem Femurteil horizontal schwenkbar gelagert ist.

Das Ziel eines vollständigen Kniegelenkersatz durch eine Prothese ist es, die Funktion des Gelenkes so weit wie möglich wiederherzustellen. Dabei müssen die Kinematik und Biomechanik der Roll-Gleit-Drehbewegung be­ rücksichtigt werden. Eine Kniegelenksprothese muß einen solchen Bewe­ gungsvorgang nachvollziehen und die Beanspruchung durch Kippung, Schub und Drehung ohne Schaden für das Knochenlager und für den Kap­ selbandapparat auffangen.

Hierzu sind Prothesen bekannt, bei welchen Tibia-Plateau-Teil und Femur­ teil nicht gekoppelt sind. Diese Prothesen bzw. künstlichen Gelenke sind auf den operativen Erhalt, die physiologische Spannung und damit auf die ungestörte Funktion des gesamten Kapselbandapparates angewiesen. Durch Überbeanspruchung einzelner Anteile der Bandführung treten dabei nicht selten Bandinsuffizienten, Instabilitäten und konsekutive Prothesen­ lockerungen auf. Auch sind die Bänder des Kniegelenks bei fortgeschrit­ tener Destruktion präoperativ oft so funktionsuntüchtig, daß Instabilitäten und damit das Versagen des Kunstgelenkes schon vorgegeben sind. Meist zwingen Größe und Form der Kunstgelenke zu Teilresektionen der zentralen Bandanteile, so daß danach die Schubbeanspruchung durch das Kunstge­ lenk nicht ausreichend sicher aufgefangen wird. Trotz dieser systembe­ dingten Nachteile von ungekoppelten Gelenken werden solche für bestimmte Anwendungsfälle, insbesondere bei noch vorhandener Funktionsfähigkeit des Kapselbandapparates, zuweilen bevorzugt, weil ein relativ natürlicher Bewegungsablauf möglich ist.

Andererseits sind gekoppelte Kunstgelenke bekannt, wie sie z. B. in der gattungsgemäßen DE 41 02 509 A1 beschrieben werden. Bekannte derartige Prothesen können unter Umständen nicht hinreichend den sehr komplizier­ ten, physiologisch vorgegebenen Roll-Gleit-Drehbewegungen des Kniegelen­ kes folgen, so daß bei jedem Schritt die Kopplung des Gelenkes zu einer zeitlich und örtlich punktuellen Belastung der Verankerung und damit zu Überlastungen führt. Hierdurch sind ebenfalls Lockerungen der implantier­ ten Teile bedingt.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß sowohl gekoppelte als auch unge­ koppelte Gelenke bestimmte Vor- und Nachteile aufweisen, die mit den größeren oder geringen Freiheitsgraden der beiden Gelenktypen verbunden sind.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Prothe­ sensystem zu schaffen, welches nicht von vorneherein als gekoppeltes oder ungekoppeltes System ausgeführt ist und dementsprechend dem Operateur die Freiheit gibt, unter Abwägung aller Randbedingungen des Einzelfalles das ihm optimal erscheinende Gelenk auszuwählen. Darüber hinaus soll das Gelenk aus einzelnen Komponenten zusammenbaubar sein, so daß der Operateur über die Auswahl eines gekoppelten oder ungekoppelten Systems hinaus auch die Möglichkeit hat, einen ganzen oder teilweisen Gelenker­ satz vorzunehmen, wobei unabhängig von der ärztlichen Entscheidung des Operateurs mit den immer gleichen Bauteilen gearbeitet werden kann, so daß eine rationelle Fertigung derselben in großen Stückzahlen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das femurseitige Ende des Kopplungszapfens im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und einen Lager-Ansatz aufweist, welcher in ein im Femurknochen verankerba­ res Lagerteil eingreift, welches einen korrespondierenden rechteckigen Querschnitt und einen korrespondierenden kreisabschnittförmigen Lager­ abschnitt aufweist. An diesen Lagerabschnitt kann sich tangential ein Anschlagabschnitt anschließen, der im gestreckten Zustand des Knies als Anschlag und Widerlager zur Kraftaufnahme dient.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Realisierung einer ho­ rizontalen Schwenkbewegung entsprechend der Beugebewegung des Kniege­ lenks ermöglicht, wobei der Kopplungszapfen gleichzeitig in dem Lagerab­ schnitt drehfest bezogen auf eine vertikale Schwenkachse gelagert ist. Andererseits ist es möglich, das so ausgestaltete Femurteil auch ohne Kopplungszapfen bei voller Funktionsfähigkeit zu verwenden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das femur­ seitige Lagerteil einen gehäuseartigen Kopplungsschacht aufweist, in wel­ chem ein Kunststoff-, insbesondere Polyethylen-Einsatz angeordnet ist, in dem der Lagerabschnitt ausgebildet ist. Dementsprechend ist es einerseits technisch einfach, die Formen des Lagerteils herauszuarbeiten, und an­ dererseits ein optimales Gleitverhalten zwischen Kopplungszapfen und La­ gerausnehmung zu erzielen.

Mit Vorteil ist vorgesehen, daß der Kopplungsschacht mit einer Spreizhül­ se verbindbar ist, wobei die Verbindung durch von der Innenseite des Kopplungsschachtes her eingebrachte Schrauben realisierbar ist. Die Spreizhülse dient der Verankerung im femurseitigen Knochen.

Der Kopplungsschacht kann seinerseits wieder mit dem Artikulationsflä­ chenteil verbunden sein, was wiederum die Verwendung des femurseitigen Prothesenteils auch ohne Kopplungszapfen ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der tibiasei­ tige Teil des Kopplungszapfens zylindrisch ist und die Gleitplatte und Tragplatte durchsetzend in eine korrespondierende Ausnehmung eines mit der Tragplatte verbundenen Einsatzes eingreift. Hierdurch wird eine Ver­ bindung ermöglicht, die eine Schwenkbewegung möglich macht. Wenngleich der Kopplungszapfen in den femurseitigen Lagerabschnitt an sich drehfest eingreift, kann durch die Ausbildung von Abschrägungen eine begrenzte Schwenkmöglichkeit von beispielsweise +/-4° auch femurseitig vorgesehen sein.

Vorteilhafterweise ist der Ansatz der Tragplatte auf ein Verankerungsteil aufsetzbar und mittels einer am oberen Ende des Verankerungsteils ausge­ bildeten Gewindebohrung und einer durch die Ausnehmung eingesetzten Schraube mit diesem verbindbar.

Schließlich kann noch vorgesehen sein, daß das Verankerungsteil einen konusförmigen oberen Abschnitt aufweist und der Ansatz der Tragplatte eine korrespondierende konische untere Ausnehmung, so daß beim Anziehen der Schraube eine Verspannung eintritt.

Aus medizinischer Sicht führen die vorstehend beschriebenen Ausgestaltun­ gen zu folgenden, nochmals zusammengefaßt dargestellten Möglichkeiten:

Eine Kniegelenksprothese wird in 80% aller Indikationen zunächst als Pri­ märprothese implantiert. Man geht dabei, wie eingangs bereits erläutert, davon aus, daß bei Patienten unter 75 Jahren der Kapselbandapparat noch im wesentlichen funktionsfähig ist.

Bei 20% der Indikationen für künstliche Knieprothesen werden vorsorglich starre achsgeführte Kniegelenksprothesen eingesetzt. Die entsprechende Vorsicht resultiert daraus, daß man befürchtet, daß bei älteren Patienten im Laufe der Zeit, d. h. innerhalb eines Zeitraums von 2 bis 5 Jahren, der Kapselbandapparat immer insuffizienter wird und ein sogenanntes "Schlotterknie" entsteht, das zum Versagen des Kniegelenkes führt. Es wird also aus Gründen der Vorsorge eine starre Kniegelenksprothese ein­ gesetzt, obwohl im Augenblick der Operation dies noch nicht zwingend ge­ boten wäre.

Nach dem herkömmlichen Stand der Technik mußte der Kliniker also wäh­ len zwischen einer Scharnierkniegelenksprothese in Form eines starren, achsgeführten Kniegelenks, einer Rotationskniegelenksprothese, wobei ein Schamierkniegelenk achsgeführt mit seitlicher Rotationsbewegung vorge­ sehen ist, und einer Kniegelenksprothese mit fest angegossenem Führungs­ schild.

Der Nachteil dieser bekannten Kniegelenksprothesen besteht also darin, daß einmal eine Auswahl hinsichtlich einer bestimmten Prothesenart ge­ troffen werden muß, ohne daß nachträgliche Korrekturmöglichkeiten be­ stünden. Genau diese Einschränkung wird mit der erfindungsgemäßen Ent­ wicklung beseitigt.

Erfindungsgemäß wird eine Kniegelenksprothese zur Verfügung gestellt, welche als Primärprothese eingesetzt werden kann und andererseits mit wenigen Zusatzteilen als modulare Revisions-Kniegelenksprothese inter­ operativ ohne Probleme erweitert aufgebaut werden kann.

Wenn sich der Operateur beispielsweise für eine ungekoppelte Prothese entscheidet und beide Komponenten fest einzementiert und sich dann bei der Probereposition des Kniegelenks herausstellt, daß der Kapselband­ apparat nicht die gewünschte Stabilität aufweist, bestand bisher nur die Möglichkeit, die Plateaugleitfläche zu erhöhen und somit die Bandstruktur besser vorzuspannen. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß eine Bein­ verlängerung eintritt und der Gelenkspalt weit auseinander gezogen wird, wodurch erhöhte Schub- und Scherkräfte bedingt sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird es demgegenüber möglich, einerseits beide fest einzementierten Komponenten ohne Veränderung zu be­ lassen und hiervon ausgehend bei einer sich herausstellenden Insuffizienz des Kapselapparates mit einem Kastenmeißel den Platz für den Kopplungs­ schacht auszumeißeln, wobei dann der vormontierte Kopplungsmechanismus eingeschoben und mit einer Spannschraube unter Verwendung eines Schraubendrehers mit Drehmomentbegrenzer verspannt wird. Nach dem Ein­ bringen des Polyethylen-Einsatzes wird der Kopplungszapfen in das Tibia­ plateau eingesteckt, die Plateaugleitfläche wieder eingepreßt und das Kniegelenk eingerenkt.

Dies führt dazu, daß es realisierbar ist, von einer ungekoppelten zu einer gekoppelten Kniegelenksprothese mit allen Freiheitsgraden einer ungekoppelten Kniegelenksprothese zu gelangen, wobei jedoch Schubkräfte und seitliches Abknicken verhindert werden.

Neben der vorstehend beschriebenen Situation ist es auch möglich, daß die Kniegelenksprothese als Primärprothese implantiert wird und erst nach mehreren Jahren Tragezeit festgestellt wird, daß der Kapselbandapparat so insuffizient geworden ist, daß eine Revisionsoperation vorgenommen werden muß.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es dann möglich, das Kniegelenk zu öffnen und, wie bei der vorstehend beschriebenen intraope­ rativen Korrektur, mit dem Kastenmeißel Platz für den Kopplungsschacht zu schaffen und den Kopplungsmechanismus einzusetzen.

Es wird also der Vorteil erreicht, daß mit wenigen Eingriffen eine stabile Kniegelenksfunktion hergestellt werden kann, wobei es auch möglich ist, Femur- oder Tibiakomponenten wahlweise zu erneuern. Alle Bauteile passen aufgrund der erfindungsgemäßen modularen Bauweise zueinander.

Demgegenüber muß bei einer derartigen Situation mit einer Prothese nach dem Stand der Technik der Operateur gegebenenfalls festsitzende Kompo­ nenten herausreißen, was man stets vermeiden möchte, und ein achsge­ führtes Scharniergelenk implantieren. Dies macht eine große Operation er­ forderlich, die als solche, und durch das Erforderlichwerden einer völlig neuen Knieprothese, erhebliche Kosten bedingt.

Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen Lösung nur ein Einsetzen der Kopplungsmodule erforderlich.

Aus dem Vorstehenden wird also deutlich, daß der Kern der erfindungsge­ mäßen Lösung darin besteht, daß eine Primärkniegelenksprothese zur Ver­ fügung gestellt wird, die in jeder Situation, also intraoperativ oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt, als gekoppelte Prothese modular er­ weitert werden kann, ohne festsitzenden Implantate explantieren zu müs­ sen. Hierdurch ist eine Zeit- und Kostenersparnis bedingt und der Prothe­ senwechsel ist für den Patienten weitaus erträglicher.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Schnitt einer erfindungsgemäßen Prothesenanordnung,

Fig. 2 eine um gegenüber Fig. 1 um 90° gedrehte Schnittansicht,

Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung der um 118° abgewin­ kelten erfindungsgemäßen Prothese,

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung der um 4° überstreck­ ten Prothese,

Fig. 5 und Fig. 6 den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellungen ohne Kopplungszapfen,

Fig. 7 und 8 Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellungen einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und

Fig. 9 eine Fig. 7 entsprechende Darstellung (verkleinert) nach Art einer Explosionsdarstellung.

Eine in der Zeichnung dargestellte Prothese umfaßt ein Femurteil 1 und ein Tibiateil 2.

Das Femurteil 1 wird gebildet durch einen gehäuseartigen, eine Ausneh­ mung definierenden Kopplungsschacht 3, in welchem ein Polyethyleneinsatz 4 angeordnet ist, der einen Lagerabschnitt 5 aufweist. Der Lagerabschnitt 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel kreisabschnittförmig ausgebildet, wobei sich ein als Anschlag und Kraftübertragungsfläche dienender Tan­ gentialabschnitt 6 anschließt.

Der Kopplungsschacht 3 ist über Schrauben 7 mit einer Spreizhülse 8 ver­ bunden, die der Implantation im Femurknochen dient. Mit dem Kopplungs­ schacht 3 ist ein Artikulationsflächenteil 9 verbunden, welches zwei ge­ bogene Artikulationsflächen 10 aufweist, welche sich beiderseits des Kopp­ lungsschachts erstrecken.

In den Lagerabschnitt 5 greift ein Kopplungszapfen 11 ein, der an seinem oberen Ende eine Art Gelenkkugel 12 aufweist, die in ihrem Krümmungsra­ dius mit dem kreisabschnittförmigen Lagerabschnitt 5 übereinstimmt und an die sich ein tangentialer Abschnitt 13 anschließt, dessen Verlauf etwa dem Tangentialabschnitt 6 im Anschluß an den Lagerabschritt 5 ent­ spricht.

Das Tibiateil 2 umfaßt eine Tragplatte 14 für eine Gleitplatte 15 aus Polyethylen. An die Tragplatte 14 schließt sich ein Ansatz 16 an, der eine zylindrische Ausnehmung 17 aufweist, in welche ein zylindrischer unterer Abschnitt 18 des Kopplungszapfens 11 formschlüssig-schwenkbar eingreift.

An der Unterseite des Ansatzes 16 ist eine konische Ausnehmung 19 aus­ gebildet, in die ein konischer Abschnitt 20 eines Verankerungsteils 21 mit im Querschnitt sternartigen Verankerungsrippen 22 eingreift.

In dem Konusabschnitt 20 des Verankerungsteils 21 ist eine Gewindeboh­ rung 23 ausgebildet, in die eine Schraube 24 eingreift, deren Kopf sich am Boden der Ausnehmung 17 abstützt.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen die Bewegungsmöglichkeiten einer er­ findungsgemäßen Prothesenanordnung mit Kopplungszapfen 11, wohingegen die Fig. 5 und 6 zeigen, daß die wichtigsten Komponenten insbesondere das herstellungstechnisch aufwendige Artikulationsflächenteil entsprechend der freien Entscheidung des Operateurs auch ohne Kopplungszapfen 11 eingesetzt werden können.

Bei der in den Fig. 7 bis 9 dargestellten zweiten Ausführungsform sind die der ersten Ausführungsform entsprechenden Teile mit gleichen Bezugs­ ziffern unter Verwendung des Zusatzes "a" gekennzeichnet.

Auch bei der zweiten Ausführungsform wird das Femurteil 1a gebildet durch einen im Querschnitt im wesentlichen L-förmigen Kopplungsschacht 3a, in welchem ein im Querschnitt ebenfalls etwa L-förmiger Polyethy­ len-Einsatz 4a angeordnet ist, der einen Lagerabschnitt 5a aufweist. Der Lagerabschnitt 5a ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht kreisabschnitt­ förmig ausgebildet, sondern nach einer Seite hin, in der Zeichnung links, offen, so daß nicht eine fest definierte horizontale Schwenkachse für das Gelenk geschaffen wird, sondern in gewissem Umfang auch eine translato­ rische Bewegung der Schwenkbewegung überlagert werden kann, was die Freiheitsgrade eines natürlichen Kniegelenks nachbildet. An den Lagerab­ schnitt 5a schließt sich als Anschlag und Kraftübertragungsfläche ein Tangentialabschnitt 6a an.

Der Kopplungsschacht 3a ist über Schrauben 7a mit einer Spreizhülse 8a bzw. mit einem entsprechenden Verankerungsteil verbunden zur Implanta­ tion im Femurknochen. Mit dem Kopplungsschacht 3a ist ein Artikulations­ flächenteil 9a verbunden, welches zwei gebogene Artikulationsflächen 10a aufweist, welche sich beiderseits des Kopplungsschachtes 3a erstrecken.

In den Lagerabschnitt 5a greift ein Kopplungszapfen 11a ein, der einen zylindrischen unteren Abschnitt 18a und einen Gelenkabschnitt 12a umfaßt, wobei der Gelenkabschnitt 12a gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 18a bezogen auf die Längsachse Y versetzt bzw. als Abkröpfung ausgebildet ist, wobei der Abschnitt 12a sich im Anschluß an diese Abkröpfung auch im wesentlichen in Richtung der Längsachse Y erstreckt und ein abgerun­ detes, kugelähnliches Ende aufweist, welches im wesentlichen an dem La­ gerabschnitt 5a geführt ist.

Der Abschnitt 12a weist im Querschnitt eine rechteckige Konfiguration auf (ebenso wie der Abschnitt 12 bei der ersten Ausführungsform), so daß er, wie insbesondere aus Fig. 8 deutlich wird, in dem Polyethylen-Einsatz 4a drehfest geführt ist. Mit anderen Worten entspricht die Breite des Ab­ schnitts 12a im wesentlichen der Breite des Polyethylen-Einsatzes 4a.

Das Tibiateil 2a umfaßt eine Tragplatte 14a für eine Gleitplatte 15a aus Polyethylen. An die Tragplatte 14a schließt sich ein Ansatz 16a an, der eine zylindrische Ausnehmung 17a aufweist, in welcher der zylindrische Abschnitt 18a des Kopplungszapfens 11a schwenkbar eingreift.

An der Unterseite des Ansatzes 16a ist eine Ausnehmung 19a mit einem In­ nengewinde 25a ausgebildet, in die ein Abschnitt 20a mit Außengewinde 26a eines Verankerungsteils 21a einschraubbar ist. Sofern ein Veranke­ rungsteil 21a nicht benötigt wird, kann diese Ausnehmung durch eine Schraube geschlossen werden. Der Ansatz 16a wird mit dem Verankerungs­ teil 21a vor der Operation verbunden und beide Teile werden gemeinsam eingesetzt. Ein Polyethylen-Einsatz 27a ist zwischen dem unteren Ende 18a des Kopplungszapfens 11a und dem Verankerungsteil 21a vorgesehen.

Claims (7)

1. Kniegelenksprothese umfassend ein Tibia-Plateau-Teil mit einem Veran­ kerungsabschnitt im Knochen sowie eine Tragplatte für eine Gleitplatte aus Kunststoff und/oder ein Femurteil mit einem auf der Gleitplatte auf­ liegenden Artikulationsflächenteil, wobei das Tibia-Plateau-Teil und das Femurteil über einen axial verschiebbaren Kopplungszapfen miteinander verbindbar sind, welcher in dem Tibiateil um eine vertikale Achse und in dem Femurteil horizontal schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeich­ net, daß das femurseitige Ende des Kopplungszapfens (11) im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und einen Lager-Ansatz (Gelenkkugel 12) auf­ weist, welcher in ein im Femurknochen verankerbares Lagerteil (4) ein­ greift, welches einen korrespondierenden rechteckigen Querschnitt und einen Lagerabschnitt (5) aufweist.

2. Kniegelenksprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das femurseitige Lagerteil (4) einen gehäuseartigen Kopplungsschacht (3) auf­ weist, in welchem ein Kunststoff-, insbesondere Polyethylen-Einsatz (4′) angeordnet ist, in dem der Lagerabschnitt (5) ausgebildet ist.

3. Kniegelenksprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsschacht (3) mit einer Spreizhülse (8) verbindbar ist.

4. Kniegelenksprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsschacht (3) mit dem Artikulationsflächenteil (9) verbunden ist.

5. Kniegelenksprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der tibiaseitige Teil des Kopplungszapfens (11) zylindrisch ist und die Gleit­ platte (13) und Tragplatte (14) durchsetzend in eine korrespondierende Ausnehmung (17) eines mit der Tragplatte (14) verbundenen Ansatzes (16) eingreift.

6. Kniegelenksprothese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (17) der Tragplatte (14) auf ein Verankerungsteil (21) aufsetzbar und mittels einer am oberen Ende des Verankerungsteils (21) ausgebilde­ ten Gewindebohrung (23) und einer durch die Ausnehmung (17) eingesetz­ ten Schraube (24) mit diesem verbindbar ist.

7. Kniegelenksprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsteil (21) einen konusförmigen oberen Abschnitt (20) aufweist und der Ansatz (16) der Tragplatte (14) eine korrespondierende konische untere Ausnehmung (19).