DE60104217T2

DE60104217T2 - Mobiles Implantat für den Einsatz zwischen zwei Knochenoberflächen

Info

Publication number: DE60104217T2
Application number: DE60104217T
Authority: DE
Inventors: Michel Hassler; Jean-Pierre Pequignot; Cecile Real; Olivier Huet
Original assignee: Bioprofile SA
Current assignee: Bioprofile SA
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 2001-01-02
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2021-01-03
Also published as: ATE270904T1; FR2803209B1; FR2803209A1; EP1112753B1; DE60104217D1; EP1112753A1; ES2225431T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Implantat, das dafür bestimmt ist, in einen Patienten eingeführt zu werden. Genauer ist mit dem erfindungsgemässen Implantat beabsichtigt, einem Gelenk, dass durch Arthrose, Rheuma oder einen Unfall beschädigt und schmerzhaft geworden ist, seine Funktionalität zurückzugeben.
Implantate vom Typ der Prothesen, die Knochen oder Knochenteile ersetzen sollen, sind bekannt. Die meisten von ihnen bestehen aus einem Steckteil und einem Aufnahmeteil. Zumindest eines dieser Teile, das Steckteil oder das Aufnahmeteil, hat einen Schaft, der in eine Knochenpartie in Nachbarschaft zu dem Knochen oder Knochenteil, der ersetzt werden soll, eingesetzt wird, um die Prothese fest an dieser Knochenpartie zu halten. Zu diesem Zweck wird ein Loch in den Kern der Knochenpartie gebohrt, indem insbesondere Knochenmark entnommen wird. Der Schaft wird dann in dieses Loch eingeführt und mit einem Zement wie einem Polymethacrylatharz an dessen Wänden festgemacht. In einer Abwandlung werden die Abmessungen des Loches im Kern der Knochenpartie so angepasst, dass der Schaft in das Loch eingerammt werden kann. Beispiele für Prothesen mit einem derartigen Befestigungsschaft werden in den Dokumenten US-A-3 707 006 und US-A-5 458 647 beschrieben.
Diese Prothesen weisen mehrere wichtige Nachteile auf.
In erster Linie sind die Arbeitsschritte der Befestigung der Prothese sehr heikel. Sie verlangen insbesondere, dass das Loch, in das der Schaft der Prothese eingreifen soll, in seinen Abmessungen und in seiner Ausrichtung sehr genau angepasst wird. Eine schlechte Ausrichtung des Loches kann eine vorzeitige Abnutzung des Steckteils am Aufnahmeteil sowie eine mangelhafte Gelenkkinematik nach sich ziehen. Ausserdem sind diese Schritte der Befestigung nicht umkehrbar und lassen dem Chirurgen nicht die Möglichkeit, die Prothese im Falle von Abnutzung zu ersetzen, ohne dass Folgeschäden an dem oder den Knochen verursacht werden, an denen sie befestigt ist.
Andererseits verlangen diese Prothesen für ihre Einpflanzung in den Patienten, dass das Knochenmark, um das Loch zu bilden, ganz oder teilweise aus dem Knochen entfernt wird, an dem die Prothese befestigt wird.
Ein weiterer Nachteil liegt in der Tatsache, dass solche Prothesen eine beträchtliche Gefahr des Ablösens nach ihrer Einpflanzung in den Patienten aufweisen. Das Ablösen einer Prothese besteht darin, dass sich die Prothese von dem Knochen, an dem sie befestigt war, löst. Die so losgelöste Prothese verliert ihre Stabilität, d. h. kann in eine unpassende und für den Patienten hinderliche Lage kommen. Ausserdem reibt sie gegen die benachbarten Knochen, was Abnutzungserscheinungen nach sich zieht. Je nach dem Werkstoff, aus dem die Prothese besteht, führen solche Reibungen allgemein zu einer Beschädigung der Prothese oder der angrenzenden Knochen. Insbesondere kann die Prothese, wenn sie aus einem Werkstoff gemacht ist, der härter als der Knochen ist, sich in einen Knochen einbohren und darin wandern. Wenn im Gegenteil die Prothese sich in Berührung mit angrenzenden Knochen abnutzt, werden Splitter von dieser Prothese im Patienten erzeugt und können insbesondere bei Metallprothesen stechende Schmerzen hervorrufen.
Die amerikanische Patentschrift US-A-4 166 292 beschreibt eine Knieprothese, in der sich ein Oberschenkelteil und ein Schienbeinteil gegeneinander gelenkig so bewegen, dass sie die natürlichen Bewegungen des Knies wiedergeben. Der Oberschenkelteil und der Schienbeinteil sind am Oberschenkelknochen bzw. Schienbein des Patienten befestigt. Die zum Oberschenkelknochen bzw. Schienbein hingewandten Oberflächen der Prothese sind zu diesem Zweck mit Befestigungsmitteln in Gestalt von Nuten und Rippen versehen.
Die amerikanische Patentschrift US-A-4 936 860 lehrt eine Kahnbeinprothese, die dazu bestimmt ist, als Ersatz des Kahnbeins des Patienten zwischen dem grossen Vieleckbein und dem Mondbein eingesetzt zu werden. Auf ihrer Aussenseite trägt diese Prothese einen Vorsprung, der in eine entsprechende Vertiefung eingreifen kann, die im grossen Vieleckbein des Patienten eingelassen ist, sowie ein Loch, das einen Nähfaden aufnehmen kann, mit dem die Prothese mit benachbarten Bändern verbunden werden kann. Mit solchen Befestigungsmitteln soll der Prothese im Handgelenk des Patienten eine genügend grosse Stabilität verliehen werden, um zu verhindern, dass die Prothese aus ihrem Sitz heraustritt.
Die in den beiden vorgenannten Dokumenten beschriebenen Implantate verlangen verhältnismässig heikle Arbeitsschritte, um das Implantat an einem Knochen oder an Bändern zu befestigen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beheben.
Dazu wird ein Implantat vorgesehen, das dazu bestimmt ist, als ein Einsatzstück zwischen Knochenoberflächen eines Patienten zu dienen, und dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest seine Aussenfläche Pyrokohlenstoff umfasst und dass es frei von jeglichen Befestigungsmitteln ist, so dass das Implantat gegenüber diesen Knochenoberflächen frei bleibt, wenn es in den Patienten eingeführt worden ist.
So haben die gegenwärtigen Erfinder entdeckt, dass es möglich ist, ein Implantat zu erhalten, das im Patienten stabil bleibt und keine Abnutzungserscheinungen verursacht, ohne dass es nötig wäre, Befestigungsmittel vorzusehen, um das Implantat an einem Knochen oder Band zu halten. Nach seinem Einsetzen in den Patienten bleibt das Implantat im Wesentlichen in seinem Sitz zwischen den Knochenoberflächen beweglich. Daraus ergibt sich für den Patienten ein grösserer Komfort, da die für die Bewegungen des Patienten gegebenen Freiheitsgrade grösser werden, wenn das Implantat relativ zu den Knochenoberflächen frei gelassen wird. Ausserdem macht es die Beweglichkeit des Implantats möglich, durch dessen Gleitbewegungen relativ zu den Knochenoberflächen zu verhindern, dass sich die benachbarten Bandgewebe in einem natürlichen Vernarbungsprozess mit dem Implantat verkleben.
Wenn der natürliche Sitz zwischen den Knochenoberflächen nicht an die Gestalt und Bewegungen des Implantats angepasst ist, wird der Sitz des Implantats im Voraus vorbereitet, indem die Knochenoberflächen in geeigneter Weise abgefast werden.
Da das Implantat sich in seinem Sitz bewegen kann, können die Reibungen zwischen dem Implantat und den benachbarten Knochen bei durch den Patienten ausgeführten Bewegungen beträchtlich werden. Allgemein bestand vor der vorliegenden Erfindung die Ansicht, dass solche Reibungen so weit wie möglich vermieden werden müssten, um zu vermeiden, dass das Implantat oder die benachbarten Knochen sich bei ihrer gegenseitigen Berührung abnutzen. Darin liegt übrigens einer der Gründe, warum abgesehen von Problemen der Stabilität die Prothesen des Standes der Technik an einen Knochen oder an Bänder gebunden werden.
Um die aus der Beweglichkeit des Implantats herrührenden Abnutzungsprobleme zu lösen, setzt die vorliegende Erfindung Pyrokohlenstoff als Werkstoff für die Herstellung der Implantate ein.
Der Pyrokohlenstoff ist dem Fachmann als Werkstoff für seine Biokompatibilitätseigenschaften bekannt. Er wird bereits für die Fertigung von Prothesen verwendet, die an einem Knochen befestigt werden sollen. In solchen Prothesen ist die in Berührung mit dem Knochen stehende Pyrokohlenstoffoberfläche allgemein porös, damit der Knochen die Poren ausfüllen und dadurch seine Verbindung mit der Prothese verstärken kann, wie es zum Beispiel im Dokument US-A-3 707 006 beschrieben wird.
Im Unterschied zu den bis heute bekannten Prothesen wird im Implantat gemäss der vorliegenden Erfindung der Pyrokohlenstoff in einer Funktion der Reibung an den benachbarten Knochen und nicht zur Bildung einer Befestigungsfläche eingesetzt. Die gegenwärtigen Erfinder haben entdeckt, dass der Pyrokohlenstoff einen sehr guten Reibungskoeffizienten mit Knochen aufweist, und zwar so gut, dass sich bei den durch den Patienten ausgeführten Bewegungen weder das Implantat noch die Knochen, mit denen es in Berührung steht, abnutzen. Das Implantat kann somit auf den benachbarten Knochen rollen oder gleiten, ohne Beschädigungen hervorzurufen. Andererseits trägt der Einsatz des Pyrokohlenstoffs dazu bei, die Stabilität des Implantats zu verbessern, indem er eine kaum einschränkende Berührung zwischen Implantat und Knochen zulässt, so dass kaum die Gefahr besteht, dass das Implantat bei einer durch den Patienten ausgeführten Bewegung aus seinem Sitz herausgedrückt würde.
Ein Hauptgrund für das gute Verhalten des Pyrokohlenstoffs in seiner Funktion der Reibung mit Knochen liegt darin, dass dieser Werkstoff einen Elastizitätsmodul, auch Youngscher Modul genannt, besitzt, der ungefähr zwischen 10 und 35 GPa liegt, also deutlich nahe bei dem der Knochen. Somit gleichen sich die gegenseitigen Belastungen des Implantats und der Knochen aus, wenn das Implantat an den benachbarten Knochen anliegt oder umgekehrt. Folglich erfahren die Knochen Beanspruchungen der gleichen Höhe wie diejenigen, für die sie bestimmt sind. Bestünde das Implantat hingegen aus einem Werkstoff, der viel härter als Knochen ist, so würde er dazu neigen, die benachbarten Knochen abzunutzen oder sogar zu durchbohren. Im Falle eines zu weichen Werkstoffes würden die benachbarten Knochen denaturieren, durch Kalkentzug Substanz verlieren und sich daher sehr leicht abnutzen.
Folglich könnten, wenngleich der Pyrokohlenstoff den bevorzugten Werkstoff für die Fertigung des erfindungsgemässen Implantats darstellt, andere biokompatible Werkstoffe an seiner Stelle eingesetzt werden, aber unter der Bedingung, dass sie einen Elastizitätsmodul haben, der ungefähr zwischen 10 und 35 GPa liegt.
Einem anderen, besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung zufolge ist die Aussenfläche des Implantats poliert, um den Reibungskoeffizienten noch weiter zu ver ringern. Die Aussenfläche ist bevorzugt im Wesentlichen in Pyrokohlenstoff konzipiert. In einer Abwandlung besteht das ganze Implantat aus Pyrokohlenstoff.
Das erfindungsgemässe Implantat kann eine einfache Gestalt aufweisen, da einerseits keinerlei Befestigungsmittel auf seiner Aussenfläche vorgesehen sind und andererseits der Sitz, in den es eingesetzt wird, im Voraus präpariert wird, um eine dem Implantat angepasste Form zu haben.
Das Implantat gemäss vorliegender Erfindung kann insbesondere als Gelenk zwischen zwei Knochen oder als eine Prothese dienen, die dafür bestimmt ist, einen Knochen oder Knochenteil zu ersetzen.
So werden zum Beispiel, wenn ein Gelenk zwischen zwei Knochen schmerzhaft geworden ist, die einander zugewandten Knochenoberflächen oder lediglich eine dieser Flächen abgefast, um einen Sitz für das Implantat zu schaffen. Das Implantat wird sodann in seinen Sitz eingebracht, um als Einsatzstück und Gelenkstück zwischen den beiden Knochen zu dienen.
In Fällen, in denen das erfindungsgemässe Implantat als Prothese verwendet wird, wird der geschädigte Knochen oder Knochenteil entfernt, dann wird ein in seiner Form dem Implantat angepasster Sitz präpariert, indem ein oder mehrere Knochen, die dem zu ersetzenden Knochen oder Knochenteil benachbart sind, abgefast werden. Das Implantat wird dann in seinen Sitz eingebracht, ohne befestigt zu werden, um die Funktionalität des geschädigten Knochens wieder herzustellen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Lektüre der folgenden eingehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervorgehen, in denen:
1A bis 1D perspektivisch bzw. im Schnitt in drei zueinander senkrechten Ebenen ein Implantat gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
2A bis 2C zeigen im Schnitt in den drei vorgenannten, zueinander senkrechten Ebenen ein Implantat gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A bis 3C zeigen im Schnitt in den drei vorgenannten, zueinander senkrechten Ebenen ein Implantat gemäss einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A bis 4C zeigen im Schnitt in den drei vorgenannten, zueinander senkrechten Ebenen ein Implantat gemäss einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A bis 5D zeigen im Schnitt in den drei vorgenannten, zueinander senkrechten Ebenen ein Implantat gemäss einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6A bis 6C zeigen im Schnitt in den drei vorgenannten, zueinander senkrechten Ebenen ein Implantat gemäss einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7A bis 7C zeigen im Schnitt in den drei vorgenannten, zueinander senkrechten Ebenen ein Implantat gemäss einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8A bis 8C zeigen im Schnitt in den drei vorgenannten, zueinander senkrechten Ebenen ein Implantat gemäss einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9A ist eine schematische Draufsicht einer rechten Hand mit erfindungsgemässen Implantaten;
9B ist eine seitliche, ebene Schnittansicht eines erfindungsgemässen Implantats, das in den Finger eines Patienten eingesetzt ist;
10A ist eine schematische Draufsicht eines linken Handgelenks;
10B und 10C sind schematische Draufsichten eines linken Handgelenks mit erfindungsgemässen Implantaten;
10D ist eine perspektivische Ansicht des natürlichen Gelenks zwischen dem Metakarpus des Daumens der linken Hand und dem Vieleckbein des linken Handgelenks;
10E ist eine Schnittansicht in der Ebene AA' der 10D des natürlichen Gelenks zwischen dem Metakarpus des Daumens der linken Hand und dem Vieleckbein des linken Handgelenks;
10F ist eine Schnittansicht in der Ebene BB' der 10D des natürlichen Gelenks zwischen dem Metakarpus des Daumens der linken Hand und dem Vieleckbein des linken Handgelenks;
10G bis 10I zeigen perspektivisch, im Schnitt entlang der vorgenannten Ebene AA' bzw. im Schnitt entlang der vorgenannten Ebene BB', wie das Implantat gemäss der zweiten Ausführungsform der Erfindung zwischen den Metakarpus des Daumens der linken Hand und das Vieleckbein des linken Handgelenks eingeführt werden kann;
11A ist eine schematische Draufsicht einer rechten Hand, in die eine erfindungsgemässe Vollprothese des Handgelenks eingeführt worden ist;
11B ist eine schematische Draufsicht einer rechten Hand, in die eine erfindungsgemässe Teilprothese des Handgelenks eingeführt worden ist;
12 ist eine schematische Draufsicht eines rechten Fusses, in den erfindungsgemässe Implantate eingeführt worden sind;
13 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer in einen Patienten eingeführten, erfindungsgemässen Knöchelprothese; und
14 ist eine schematische Seitenansicht einer in einen Patienten eingeführten Bandscheibenprothese.
Die ebenen Schnitte des Implantats, die in 1 bis 8 dargestellt sind und in den dieser Beschreibung angefügten Ansprüchen definiert werden, sind alle durch Schneiden des Implantats mit einer Ebene erhalten worden, die durch sein geometrisches Zentrum verläuft, d. h. durch seinen Schwerpunkt, sofern seine Masse vollkommen homogen ist. Allgemein bezieht sich in der Beschreibung des Implantats, die unter Bezugnahme auf 1 bis 8 gegeben wird, sowie in den Ansprüchen der Begriff „Ebene" auf eine geometrische Ebene, die durch das geometrische Zentrum des Implantats geht, selbst wenn dies nicht extra angegeben wird.
Einer ersten Ausführungsform zufolge, die in den 1A, 1B, 1C und 1D dargestellt wird, ist das Implantat, das mit der Bezugszahl 1 bezeichnet wird, ellipsoidisch, d. h. es weist in drei zueinander senkrechten Ebenen (x, z), (x, y) und (y, z) eine elliptische Gestalt auf. Die Länge L, die Breite l und die Höhe H des Implantats werden in jedem Fall in Abhängigkeit von dem zu ersetzenden Gelenk oder Knochen festgelegt.
Einer zweiten Ausführungsform zufolge, die in den 2A bis 2C dargestellt wird, weist das Implantat, das mit der Bezugszahl 2 bezeichnet wird, einen ersten ovalen ebenen Querschnitt in der Ebene (x, z) (2A), einen zweiten ovalen ebenen Querschnitt in der Ebene (y, z) (2C) und einen ebenen Querschnitt in Gestalt einer runden Scheibe in der Ebene (x, y) (2B) auf.
Die Kontur des ersten ovalen ebenen Querschnitts besteht aus Kreisbögen, genauer aus einem ersten Paar von einander gegenüberliegenden Kreisbögen mit den Krümmungsradien R1 bzw. R2 und einem zweiten Paar von einander gegenüberliegenden Kreisbögen mit den Krümmungsradien R3 bzw. R4, wobei die Radien R1 und R2 grösser als die Radien R3 und R4 sind. In dem in 2A bis 2C veranschaulichten Beispiel sind die Radien R1 und R2 gleich, ebenso die Radien R3 und R4.
Die Kontur des zweiten ovalen ebenen Querschnitts besteht aus Kreisbögen, genauer aus einem ersten Paar von einander gegenüberliegenden Kreisbögen mit den Krümmungsradien R1' und R2' und einem zweiten Paar von einander gegenüberliegenden Kreisbögen mit den Krümmungsradien R3' und R4', wobei die Radien R1' und R2' grösser als die Radien R3' und R4' sind. In dem in 2A bis 2C veranschaulichten Beispiel sind die Radien R1' und R2' gleich, ebenso die Radien R3' und R4'.
In einer bevorzugten Variante des Implantats 2 ist dies ein Rotationskörper mit der z-Achse als Rotationsachse. In anderen Worten sind die Krümmungsradien R1 bis R4 den entsprechenden Krümmungsradien R1' bis R4' gleich, und das Implantat 2 weist die gleiche Gestalt in jeder Ebene auf, die zum scheibenförmigen Querschnitt senkrecht ist und durch den geometrischen Mittelpunkt des Implantats geht, also die Gestalt des ersten und zweiten ovalen ebenen Querschnitts, wie in den 2A bis 2C veranschaulicht.
Einer dritten Ausführungsform gemäss, die in 3A, 3B und 3C dargestellt ist, hat das Implantat, das durch die Bezugszahl 3 bezeichnet wird, einen ersten Oberflächenabschnitt 30, dessen Schnittlinie mit jeder der zueinander senkrechten Ebenen (x, z) und (y, z) konkav ist, sowie einen zweiten Oberflächenabschnitt 31, der dem ersten Abschnitt 30 gegenüber liegt und dessen Schnittlinie mit jeder der zueinander senkrechten Ebenen (x, z) und (y, z) ebenfalls konkav ist. Das Implantat 3 hat ausserdem zwei seitliche Oberflächenabschnitte 32, bevorzugtermassen deutlich gerundet, die die Oberflächenabschnitte 30 und 31 miteinander verbinden. Im ebenen Schnitt in der Ebene (x, y) weist das Implantat 3 eine ovale oder im Wesentlichen elliptische Gestalt auf. „Im wesentlichen elliptisch" bedeutet, dass dieser ebene Schnitt elliptisch, beinahe elliptisch oder kreisförmig sein kann.
Einer vierten Ausführungsform gemäss, die in 4A, 4B und 4C dargestellt ist, hat das Implantat, das durch die Bezugszahl 4 bezeichnet wird, einen ersten Oberflächenabschnitt 40, dessen Schnittlinie mit jeder der zueinander senkrechten Ebenen (x, z) und (y, z) konkav ist, sowie einen zweiten Oberflächenabschnitt 41, der dem ersten Abschnitt 40 gegenüber liegt und dessen Schnittlinie mit jeder der zueinander senkrechten Ebenen (x, z) und (y, z) konvex ist. Die ebenen Schnitte in den Ebenen (x, z) und (y, z) sind somit bohnen- oder mondsichelförmig. Der ebene Schnitt in der Ebene (x, y) ist oval oder im Wesentlichen elliptisch. Das Implantat 4 hat ausserdem seitliche Oberflächenabschnitte 42, bevorzugtermassen deutlich gerundet, die die Oberflächenabschnitte 40 und 41 verbinden.
Einer fünften Ausführungsform gemäss, die in 5A, 5B und 5C dargestellt ist, hat das Implantat, das durch die Bezugszahl 5 bezeichnet wird, einen Oberflächenabschnitt 50, dessen Schnittlinie mit der Ebene (x, z) konkav und dessen Schnittlinie mit der Ebene (y, z) konvex ist. Das Implantat 5 hat ausserdem einen Oberflächenabschnitt 51, der dem Oberflächenabschnitt 50 gegenüber liegt und dessen Schnittlinie mit jeder der Ebenen (x, z) und (y, z) konkav ist. Im Querschnitt in der Ebene (y, z) weist das Implantat 5 eine mondsichelförmige Gestalt auf (5C). Genauer weist der ebene Schnitt des Implantats 5 in der Ebene (y, z) eine Kontur auf, die aus zwei Konturabschnitten besteht, einem konvexen, der dem Oberflächenabschnitt 50 entspricht, und einem konkaven, der dem Oberflächenabschnitt 51 entspricht. Beide Enden des konvexen Konturabschnitts fallen mit einem entsprechenden Ende des konkaven Konturabschnitts zusammen. Der Querschnitt in der Ebene (x, y) ist im Wesentlichen rechteckig mit leicht gerundeten Seitenkanten 52 (5B).
Einer vereinfachten Variante des Implantats 5 gemäss weist der Oberflächenabschnitt 51 eine gerade Schnittlinie in der Ebene (y, z) auf, wie in 5D veranschaulicht. In der Variante der 5D weist der ebene Schnitt des Implantats in der Ebene (y, z) eine Kontur auf, die aus zwei Konturabschnitten besteht, einem konvexen, der dem Oberflächenabschnitt 50 entspricht, und einem geraden, der dem Oberflächenabschnitt 51 entspricht. Beide Enden des konvexen Konturabschnitts fallen mit einem entsprechenden Ende des geraden Konturabschnitts zusammen.
Einer sechsten Ausführungsform gemäss, die in 6A, 6B und 6C dargestellt ist, hat das Implantat, das durch die Bezugszahl 6 bezeichnet wird, einen Oberflächenabschnitt 60, dessen Schnittlinie mit der Ebene (x, z) konkav und dessen Schnittlinie mit der Ebene (y, z) konvex ist, sowie einen Oberflächenabschnitt 61, der dem Oberflächenabschnitt 60 gegenüberliegt und dessen Schnittlinie mit jeder der Ebenen (x, z) und (y, z) konvex ist. Das Implantat 6 hat ausserdem einander gegenüber liegende Oberflächenabschnitte 62 und 63, die die Oberflächenabschnitte 60 und 61 miteinander verbinden. Jeder der Oberflächenabschnitte 62 und 63 hat eine Schnittlinie konkaver Gestalt mit den Ebenen (x, y) und (y, z). Die Oberflächenabschnitte 62, 63 sind grösser als die Oberflächenabschnitte 60, 61, so dass das Implantat 6 in den Ebenen (x, y) und (y, z) eine abgeplattete Gestalt aufweist.
Einer siebenten Ausführungsform zufolge, die in 7A, 7B und 7C dargestellt ist, hat das Implantat, das durch die Bezugszahl 7 bezeichnet wird, einen Oberflächenabschnitt 70, dessen Schnittlinie mit der Ebene (x, z) konkav und dessen Schnittlinie mit der Ebene (y, z) konvex ist, sowie einen Oberflächenabschnitt 71, der dem Oberflächenabschnitt 70 gegenüber liegt und dessen Schnittlinie mit jeder der Ebenen (x, z) und (y, z) konvex ist. Das Implantat 7 hat ausserdem einander gegenüber liegende Oberflächenabschnitte 72 und 73, die die Oberflächenabschnitte 70 und 71 miteinander verbinden. Jeder der Oberflächenabschnitte 72 und 73 hat eine Schnittlinie konvexer Gestalt mit den Ebenen (x, y) und (y, z). Die Oberflächenabschnitte 72 und 73 sind grösser als die Oberflächenabschnitte 70, 71, so dass das Implantat 7 in den Ebenen (x, y) und (y, z) eine abgeplattete Gestalt aufweist.
Einer achten Ausführungsform zufolge, die in 8A, 8B und 8C dargestellt ist, hat das Implantat, das durch die Bezugszahl 8 bezeichnet wird, einen ebenen, im Wesentlichen ovalen Querschnitt in der Ebene (x, z), einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt in der Ebene (x, y) und einen Querschnitt in Gestalt einer Mondsichel in der Ebene (y, z). Die Seiten 80 des im Wesentlichen quadratischen Querschnitts sind leicht konkav, wie aus 8B ersichtlich. Der Querschnitt in der Ebene (y, z) hat einen konvexen Konturabschnitt 81, der einem konkaven Konturabschnitt 82 gegenüber liegt.
Die oben beschriebenen Implantate 1 bis 8 oder zumindest ihre Aussenseiten sind in Pyrokohlenstoff konzipiert. Um den Reibungskoeffizienten zwischen dem Implantat und den benachbarten Knochen noch weiter zu verringern, ist ihre Aussenseite ausserdem gänzlich poliert. Die ganze Aussenseite jedes Implantats 1 bis 8 ist glatt, ununterbrochen und regelmässig und besitzt somit keinerlei Befestigungsmittel.
Die Implantate 1 bis 8 werden zum Beispiel hergestellt, indem die Gestalt des Implantats mit CAD (rechner-gestütztem Konstruieren) entworfen, diese Gestalt mit Hilfe einer mit einem Computer verbundenen, digital gesteuerten Fräsmaschine auf einem Grafitsubstrat reproduziert und das Grafitsubstrat dann mit einem Verfahren der Dampfphasenabscheidung (CVD: Chemical Vapor Deposition) im Wirbelbett mit einer Schicht von Pyrokohlenstoff überzogen wird.
9 bis 14 zeigen Anwendungsbeispiele für die oben beschriebenen Implantate 1 bis 8.
9A stellt eine rechte Hand in Draufsicht dar. Jedes der oben beschriebenen Implantate 1 bis 4 kann in einen Finger des Patienten implantiert werden, um als Metakarpophalangealgelenk zwischen einem Metakarpus 90 und einem ersten Fingerglied 91, als Interphalangealgelenk zwischen einem ersten 91 und zweiten 92 Fingerglied oder einem zweiten 92 und letzten 93 Fingerglied zu dienen.
Die Bezugszahl 94 bezeichnet ein erfindungsgemässes Implantat, das zwischen den Metakarpus und das erste Fingerglied des Zeigefingers eingesetzt wurde. Das Implantat 94 ist mit dem Implantat 1 oder dem Implantat 2, die in 1A bis 1D und 2A, 2B veranschaulicht werden, identisch. Die Bezugszahl 95 bezeichnet ein erfindungsgemässes Implantat, das zwischen das erste Fingerglied und das zweite Fingerglied des Mittelfingers eingesetzt wurde. Das Implantat 95 ist mit dem in 3A bis 3C veranschaulichten Implantat 3 identisch. Die Bezugszahl 96 bezeichnet ein erfindungsgemässes Implantat, das zwischen den Metakarpus und das erste Fingerglied des Ringfingers eingesetzt wurde. Das Implantat 96 ist mit dem in 4A bis 4C veranschaulichten Implantat 4 identisch.
Jedes der Implantate 94, 95 und 96 ist, ohne befestigt zu werden, in einen Sitz geeigneter Form eingesetzt worden, der vor Einführung des Implantats geschaffen worden ist. So weist der Sitz des Implantats 94 zwischen dem Metakarpus und dem ersten Fingerglied des Zeigefingers eine im Wesentlichen ovoide oder ellipsoidische oder eventuell rechteckige Gestalt auf, während der Sitz des Implantats 95 zum Beispiel zwei einander zugewandte konkave Seiten hat und der Sitz des Implantats 96 zum Beispiel eine konkave und eine konvexe Seite hat, die einander zugewandt sind.
9B stellt im ebenen Schnitt ein Implantat des Metakarpophalangealgelenks 97 dar, das zwischen den Metakarpus 90 und das erste Fingerglied 91 eines Fingers eingesetzt wurde. In der in 9B veranschaulichten Konfiguration ist der Finger abgeknickt. Das Implantat 97 ist vom Typ des Implantats 5, das in 5A bis 5D veranschaulicht ist, und umfasst eine Oberfläche 970, die der Oberfläche 50 der 5A bis 5D entspricht und dem Fingerglied 91 zugewandt ist, sowie eine Oberfläche 971, die der Oberfläche 51 entspricht und dem Metakarpus 90 zugewandt ist. Dank der Gestalt des Implantats 97 wird ein Teil der Beanspruchungen, die durch das Fingerglied 91 in Richtung des Pfeils 972 auf das Implantat wirken, zum Metakarpus 90 weitergeleitet, wie durch den Pfeil 973 angedeutet, weil das Implantat 97 am Metakarpus 90 ruht, während ein weiterer Teil (Pfeil 974) durch die benachbarten Bänder und Sehnen absorbiert wird. Somit ermöglicht es die Gestalt des Implantats 97 zu vermeiden, dass dieses aus seinem Sitz herausgeworfen wird. Der Sitz des Implantats 97 wird gewonnen, indem ein Teil des Endes des Metakarpus 90 so entfernt wird, dass die sich ergebende Endfläche einen Winkel á mit einer Längsrichtung DL des Metakarpus 90 bildet.
10A stellt ein von oben gesehenes linkes Handgelenk dar, während 10B das gleiche linke Handgelenk darstellt, in das die erfindungsgemässen Implantate 100, 101 und 102 eingesetzt worden sind. Das Implantat 100 dient als Daumensattelgelenk. Dieses Implantat ist also in einen Sitz eingebracht worden, der erhalten wurde, indem die einander zugewandten Seiten des Metakarpus 103 des Daumens und des Vieleckbeins 104 abgefast wurden. Das Implantat 101 dient als Karpometakarpalgelenk insbesondere zwischen dem Metakarpus 105 des kleinen Fingers und dem Hakenbein 106. Das Implantat 102 dient als Radiokarpalgelenk zwischen der (nicht dargestellten) Speiche und dem Kopfbein 107 und steht in Berührung mit dem Kahnbein 108 und dem Dreieckbein 109, um durch Ersatz für das Mondbein 110 als Schlussstein des Handgelenks zu dienen. Die Implantate 100, 101 und 102 sind bevorzugt mit dem in 1A bis 1D bzw. 2A und 2B veranschaulichten Implantat 1 bzw. Implantat 2 identisch.
10C stellt das linke Handgelenk der 10A mit einer Vieleckbeinprothese 111 dar. Der Sitz der Prothese 111 wird präpariert, indem das Vieleckbein 104 entfernt und die dem Vieleckbein 104 zugewandte Oberfläche des Metakarpus 103 leicht abgefast wird. Die Prothese 111 ist ebenfalls mit dem Implantat 1 oder 2 identisch.
Die 10D bis 10I zeigen genauer, wie das in 10B veranschaulichte Implantat 100 eingesetzt wird, wenn es vom Typ des in 2A, 2B dargestellten Implantats 2 ist.
10D, 10E und 10F stellen perspektivisch und im Schnitt entlang der Ebenen AA' und BB' der 10D das natürliche Gelenk zwischen dem Metakarpus 103 des Daumens und dem Vieleckbein 104 dar. Dieses Gelenk stellt sich allgemein in Gestalt eines doppelten Pferdesattels dar. Wie in 10E und 10F gezeigt, hat die Gelenkoberfläche des Metakarpus 103 einen zentralen Oberflächenabschnitt 103a, der in der Ebene AA' konvex und in der Ebene BB' konkav ist. Die Gelenkoberfläche des Vieleckbeins 104 hat einen zentralen Oberflächenabschnitt 104a, der in der Ebene AA' konkav und in der Ebene BB' konvex ist.
Um einen Sitz für das Implantat 100 zu schaffen, wird der zentrale Abschnitt 103a der Gelenkoberfläche des Metakarpus 103 bis zu der in 10E dargestellten, gestrichelten Linie 103b abgefast, so dass dieser zentrale Abschnitt in der Ebene AA' konkav wird, aber in der Ebene BB' konkav bleibt. In vergleichbarer Weise wird der zentrale Abschnitt 104a der Gelenkoberfläche des Vieleckbeins 104 bis zu der in 10F dargestellten, gestrichelten Linie 104b abgefast, so dass dieser zentrale Abschnitt in der Ebene BB' konkav wird, aber in der Ebene AA' konkav bleibt.
Auf diese Weise wird für das Implantat 100 ein Sitz gebildet, der die äussere Gestalt der Gelenkoberflächen gut berücksichtigt, da nur ein zentraler Abschnitt jeder dieser Oberflächen weggenommen wird. Ausserdem wird die ursprüngliche Kinematik des Gelenks gewahrt (vgl. 10E und 10F), indem als Krümmungsradien R1, R2 und R1', R2' des Implantats (vgl. 2A und 2C) die Krümmungsradien der abgefasten Gelenkoberflächen (vgl. 10I und 10H) genommen werden, da der Drehpunkt für die Bewegung des Metakarpus 103 relativ zur Gelenkoberfläche des Vieleckbeins 104 unverändert bleibt.
Andererseits garantiert die kreisförmige Gestalt des Implantats 100 in Draufsicht (vgl. 2B), dass das Implantat den Raum innerhalb seines Sitzes gut ausfüllt und daher stabil bleibt, obwohl es deutlich beweglich ist. Die Tatsache, dass gemäss einer bevorzugten Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung das Implantat die gleiche ovale Gestalt in jeder Ebene hat, die zur Ebene seines ebenen Querschnitts in Gestalt einer runden Scheibe senkrecht ist und durch den geometrischen Mittelpunkt des Implantats geht, und dass es daher vollkommen symmetrisch ist, begünstigt die Beweglichkeit des Implantats 100 in seinem Sitz, da dieses Implantat nicht in einer besonderen Art und Weise ausgerichtet werden muss. Das Implantat 100 kann sich somit bei den verschiedenen, durch den Patienten ausgeführten Bewegungen in der Ebene seines ebenen Querschnitts in Gestalt einer runden Scheibe zufallsbedingt um sich selbst drehen. Ein gegebener Bereich der Gelenkoberflächen des Metakarpus 103 oder des Vieleckbeins 104 sieht daher im Verlauf der Bewegungen des Patienten verschiedene Bereiche der Oberfläche des Implantats 100, ohne dass die Gelenkkinematik dadurch beeinträchtigt würde. Durch die zufallsbedingten Bewegungen des Implantats 100 wird verhindert, dass sich zwischen dem Implantat und den benachbarten Bänder- oder Knochengeweben eine natürliche Vernarbung einstellt.
11A stellt eine erfindungsgemässe Vollprothese des Handgelenks 114 vom Typ der Implantate 1 oder 2 dar, die alle Knochen des Handgelenks ersetzt, nämlich das grosse Vieleckbein 104, das kleine Vieleckbein 112, das Kahnbein 108, das Mondbein 110, das Dreieckbein 109, das Erbsenbein 113, das Kopfbein 107 und das Hakenbein 106. 11B stellt eine erfindungsgemässe Teilprothese des Handgelenks 115 dar, die die erste Reihe der Handwurzel ersetzt, also das Kahnbein 108, das Dreieckbein 109 und das Mondbein 110.
12 stellt einen rechten Fuss in Draufsicht mit einem Implantat des Metatarsophalangealgelenks 120 und einem Implantat des Interphalangealgelenks 121 dar, die beide aus einem der zuvor beschriebenen Implantate 1 bis 4 bestehen können.
13 zeigt eine erfindungsgemässe Prothese des Knöchels 130, die als Ersatz für das Sprungbein in den Patienten implantiert worden ist, ohne befestigt zu werden. Bevorzugt ist die Prothese 130 identisch mit dem in 8A bis 8C veranschaulichten Implantat 8, kann aber auch aus einem der Implantate 1 und 2 der 1A bis 1D und 2A, 2B bestehen.
14 stellt in Seitenansicht eine erfindungsgemässe Bandscheibenprothese 140 dar, die zwischen zwei Wirbel 141 eingesetzt wurde. Die Prothese 140 ist mit dem in 6A bis 6C veranschaulichten Implantat 6 oder dem in 7A bis 7C veranschaulichten Implantat 7 identisch.

Claims

Implantat, dafür bestimmt, als Einsatzstück zwischen Knochenoberflächen eines Patienten zu diesen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest seine Aussenfläche Pyrokohlenstoff umfasst und dass es frei von jeglichen Befestigungsmitteln ist, so dass das Implantat gegenüber diesen Knochenoberflächen frei bleibt, wenn es in den Patienten eingeführt worden ist.
Implantat gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Material konzipiert ist, dessen Elastizitätsmodul ungefähr zwischen 10 und 35 GPa liegt.
Implantat gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest seine Aussenfläche aus Pyrokohlenstoff konzipiert ist.
Implantat gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass seine Aussenfläche poliert ist.
Implantat (1) gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine im Wesentlichen ellipsoidische oder ovoide Gestalt aufweist.
Implantat (2) gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ovalen ersten ebenen Schnitt und einen ovalen zweiten ebenen Schnitt, die zueinander senkrecht sind, sowie einen scheibenförmigen ebenen Schnitt aufweist, der senkrecht zum ersten und zweiten ovalen ebenen Schnitt ist.
Implantat (2) gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite ebene ovale Schnitt je eine aus Kreisbögen zusammengesetzte Kontour umfassen.
Implantat (2) gemäss Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite ebene ovale Schnitt die gleiche Gestalt haben und dass das Implantat in jeder Ebene, die zum scheibenförmigen ebenen Schnitt senkrecht verläuft und durch das geometrische Zentrum des Implantats hindurchgeht, die Gestalt des ovalen ebenen ersten und zweiten Schnitts aufweist.
Implantat (3) gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Oberflächenabschnitt (30) umfasst, dessen Schnittstellen mit einer ersten Ebene (x, z) und mit einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene (y, z) konkav sind, sowie einen dem ersten Oberflächenabschnitt (30) entgegengesetzten zweiten Oberflächenabschnitt (31), dessen Schnittstellen mit der ersten und zweiten Ebene ebenfalls konkav sind.
Implantat (4) gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Oberflächenabschnitt (40) umfasst, dessen Schnittstellen mit einer ersten Ebene (x, z) und mit einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene (y, z) konkav sind, sowie einen dem ersten Oberflächenabschnitt (40) entgegengesetzten zweiten Oberflächenabschnitt (41), dessen Schnittstellen mit der ersten und zweiten Ebene konvex sind.
Implantat (3; 4) gemäss Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem einen ebenen Schnitt von im Wesentlichen elliptischer Gestalt in einer zur ersten und zweiten Ebene senkrechten dritten Ebene (x, y) aufweist.
Implantat (5) gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ebenen Schnitt aufweist, dessen Kontur aus einem konvexen Abschnitt (50) und einem konkaven Abschnitt (51) besteht, wobei jedes Ende des konvexen Abschnitts mit einem entsprechenden Ende des konkaven Abschnitts zusammenfliesst.
Implantat (5) gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ebenen Schnitt aufweist, dessen Kontur aus einem konvexen Abschnitt (50) und einem im Wesentlichen geraden Abschnitt (51) besteht, wobei jedes Ende des konvexen Abschnitts mit einem entsprechenden Ende des im Wesentlichen geraden Abschnitts zusammenfliesst.
Implantat (5) gemäss Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Oberflächenabschnitt (50) umfasst, dessen Schnittstelle mit einer ersten Ebene (x, z) konkav ist, und die Schnittstelle mit einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene (y, z) den konvexen Abschnitt darstellt.
Implantat (5) gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Oberflächenabschnitt (50) umfasst, dessen Schnittstelle mit einer ersten Ebenen (x, z) konkav ist, während seine Schnittstelle mit einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene (y, z) den konvexen Abschnitt darstellt, sowie einen zweiter Oberflächenabschnitt (51), dessen Schnittstelle mit der ersten Ebene konkav ist, während seine Schnittstelle mit der zweiten Ebene den konkaven Abschnitt darstellt.
Implantat (5) gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Oberflächenabschnitt (50) umfasst, dessen Schnittstelle mit einer ersten Ebene (x, z) konkav ist, während seine Schnittstelle mit einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene (y, z) den konvexen Abschnitt darstellt, sowie einen zweiten Oberflächenabschnitt (51), dessen Schnittstelle mit der ersten Ebene konkav ist, während seine Schnittstelle mit der zweiten Ebene den im Wesentlichen geraden Abschnitt darstellt.
Implantat gemäss Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer zur ersten und zweiten Ebene senkrechten dritten Ebene einen ebenen Schnitt von im Wesentlichen rechteckiger Gestalt, bevorzugt mit abgerundeten seitlichen Rändern (52), aufweist.
Implantat (6; 7) gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Oberflächenabschnitt (60; 70) umfasst, dessen Schnittstelle mit einer ersten Ebene (x, z) konkav ist, während seine Schnittstelle mit einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene (y, z) konvex ist, sowie einen dem ersten Oberflächenabschnitt (60; 70) entgegengesetzten zweiten Oberflächenabschnitt (61, 71), dessen Schnittstellen mit der ersten bzw. zweiten Ebene konvex sind.
Implantat (6) gemäss Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem einen dritten Oberflächenabschnitt (62), dessen Schnittstellen mit der zweiten Ebene (y, z) und einer zur ersten und zweiten Ebene senkrechten dritten Ebene (x, y) konkav sind, sowie einen dem dritten Oberflächenabschnitt (62) entgegengesetzten vierten Oberflächenabschnitt (63) umfasst, dessen Schnittstellen mit der zweiten bzw. dritten Ebene konkav sind, wobei der dritte und vierte Oberfächenabschnitt den ersten und zweiten Oberflächenabschnitt miteinander verbinden.
Implantat (7) gemäss Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem einen dritten Oberflächenabschnitt (72), dessen Schnittstellen mit der zweiten Ebene (y, z) und einer zur ersten und zweiten Ebene senkrechten dritten Ebene (x, y) konvex sind, sowie einen dem dritten Oberflächenabschnitt (72) entgegengesetzten vierten Oberflächenabschnitt (73) umfasst, dessen Schnittstellen mit der zweiten bzw. dritten Ebene konvex sind, wobei der dritte und vierte Oberflächenabschnitt den ersten und zweiten Oberflächenabschnitt miteinander verbinden.
Implantat (6; 7) gemäss Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass es in der zweiten und dritten Ebene eine abgeflachte Gestalt aufweist.
Implantat (8) gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen im Wesentlichen ovalen ersten ebenen Schnitt sowie einen zum ersten ebenen Schnitt senkrechten zweiten ebenen Schnitt aufweist, der einen konvexen Konturabschnitt (81) und einen dem konvexen Abschnitt (81) entgegengesetzten konkaven Konturabschnitt (82) umfasst.
Implantat (8) gemäss Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem einen zum ersten und zweiten ebenen Schnitt senkrechten dritten ebenen Schnitt von im Wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Gestalt aufweist, dessen Seiten bevorzugt konkav sind.
Implantat gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Gestalt und eine Grösse aufweist, die geeignet sind, dass es als eine der folgenden Gelenke eingesetzt werden kann: Interphalangealgelenk, Metacarpophalangealgelenk, Daumensattelgelenk, Radiocarpalgelenk, Carpometacarpalgelenk und Metatarsophalangealgelenk.
Implantat gemäss einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Prothese eines der folgenden Typen darstellt: Knöchelprothese, Bandscheibenprothese, Handgelenkvollprothese und Handgelenkteilprothese.