DE60108479T2

DE60108479T2 - Variable geometrie des randabstandstückes einer gelenkpfanne

Info

Publication number: DE60108479T2
Application number: DE60108479T
Authority: DE
Inventors: W. Brian MC KINNON
Original assignee: Smith and Nephew Inc
Current assignee: Smith and Nephew Inc
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: DE60108479D1; CN1208033C; ES2236201T3; KR20020083166A; JP5335730B2; US20060241780A1; AU2001243663B2; EP1263350A2; ATE287246T1; AU4366301A; WO2001067999A3; US7074241B2; CA2401107A1; US20010032021A1; WO2001067999A2; HK1055670A1; CN1418075A; EP1263350B1; JP2010188165A; JP2003526455A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf prothetische Pfannenvorrichtungen und insbesondere auf einen verbesserten Pfannenschaleneinsatz, bei dem der Einsatz eine Randoberfläche mit variabler Geometrie aufweist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Künstliche Implantate, einschließlich Hüftgelenken, Schultergelenken und Kniegelenken, finden in der Orthopädie weite Anwendung. Hüftgelenkprothesen sind gebräuchlich. Das menschliche Hüftgelenk verhält sich mechanisch wie ein Kugelgelenk, bei dem der kugelförmige Kopf des Femurs innerhalb der pfannenförmigen Hüftpfanne des Beckens positioniert ist. Bei einem Hüftgelenkstotalersatz werden sowohl der femorale Kopf als auch die Oberfläche der Hüftpfanne mit prothetischen Vorrichtungen ersetzt.
Eine erste allgemeine Klasse von prothetischen Hüftvorrichtungen umfasste eine Pfannenkomponente, bei der der Kopf einer prothetischen femoralen Komponente relativ zu der Pfannenkomponente ein Gelenk bilden sollte. Anfängliche Entwürfe umfassten eine Pfannenkomponente mit einer dünnen Auflagefläche, oder einem dünnen Einsatz, die/der mit einem großen femoralen Komponentenkopf in Verbindung stand. Dieser Entwurf ermöglichte eine gute Bewegungsfreiheit und ein seltenes Auftreten von Verrenkung oder Subluxation des femoralen Komponentenkopfs, aber die dünnen Einsätze erwiesen sich als stark abnutzend und erforderten Ersatz.
Pfannenkomponenten beinhalten im Allgemeinen eine Anordnung aus einer Schale und einem Einsatz, können aber auch nur den Einsatz allein beinhalten. Im Allgemeinen werden eine metallene Schale und ein polymerer Einsatz verwendet. Der Einsatz kann jedoch aus einer Vielfalt von Materialien hergestellt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Polyethylen, Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht und keramischen Materialien. Die Schale ist üblicherweise von im Allgemeinen hemisphärischer Form und weist eine konvexe Außenoberfläche und eine konkave Innenoberfläche auf, die angepasst ist, um einen polymeren Schaleneinsatz aufzunehmen. Der Schaleneinsatz passt in die Schale und weist eine konvexe und konkave Oberfläche auf. Der Schaleneinsatz ist das Auflageelement in der Pfannenkomponentenanordnung. Die konvexe Oberfläche des Einsatzes entspricht der konkaven Innenoberfläche der Schale oder der Hüftpfanne, und die konkave Einsatzoberfläche nimmt den Kopf einer femoralen Komponente auf.
Die konkave Einsatzoberfläche oder innere konkave Oberfläche ist durch Merkmale relativ zu einer Achse durch den Mittelpunkt der konkaven Oberfläche gekennzeichnet. Diese Achse kann sich mit der mittleren Achse der Schale decken, oder auch nicht. Bei einem typischen Einsatz weist die konkave Oberfläche eine hemisphärische Geometrie auf und wird auch als innerer Durchmesser bezeichnet. Bei solchen Einsätzen wird die Geometrie durch Merkmale gekennzeichnet, die zu einer durch den Mittelpunkt des inneren Durchmessers verlaufenden Achse konzentrisch sind.
Die Pfannenkomponente ist konfiguriert, um innerhalb der Hüftpfanne eines Beckens aufgenommen und fixiert zu werden. Typischerweise beinhaltet die Pfannenkomponente eine Anordnung aus einer Schale und einem Einsatz. Wenn nur ein Einsatz verwendet wird, ist dieser meistens mit Knochenzement innerhalb der Hüftpfanne fixiert.
Die femorale Komponente beinhaltet im Allgemeinen einen sphärischen oder beinahe sphärischen Kopf, der an einem langgestreckten Schaft befestigt ist, wobei ein Hals den Kopf und den Schaft verbindet. Im Einsatz befindet sich der langgestreckte Schaft in dem intramedullären Kanal des Femurs, und der sphärische oder beinahe sphärische Kopf bildet in dem inneren Einsatzdurchmesser ein Gelenk.
Gegenwärtig kann eine Hüftgelenkprothese eine Pfannenkomponente mit einem dickeren Einsatz und eine femorale Komponente mit einem kleiner bemessenen Kopf als in den anfänglichen Entwürfen beinhalten. Pfannenentwürfe, die dickere Einsätze umfassen, bieten eine größere Tragestützung und geringeren Flächeninhalt zur Abnutzung, aber bringen Probleme von Verrenkung und Subluxation mit sich, sowie eine reduzierte Bewegungsfreiheit aufgrund der geringeren Kopfgröße. Somit ist eines der kritischen Anliegen beim Entwerfen von Komponenten für Hüftgelenkstotalersatz die Frage, wie die Komponenten entworfen werden müssen, um den Kontakt des Halses der femoralen Komponente mit dem Rand des Einsatzes während der Gelenkbildung zu minimieren, wodurch die durch den Randkontakt verursachte Subluxation, Verrenkung und Abnutzung reduziert werden, während eine erwünschte maximale Bewegungsfreiheit ermöglicht wird. Zur Verwendung bei Hüftersatzeingriffen steht eine Vielfalt von Pfanneneinsätzen zur Verfügung, die sich mit den Problemen einer begrenzten Bewegungsfreiheit, einer Abnutzung durch Randkontakt und einer Verrenkung oder Subluxation befassen.
Beispielsweise weist der standardmäßige, nicht nach vorne geneigte Einsatz, der auch flacher oder Null-Grad-Einsatz genannt wird, eine weite Rand- oder Auftreffoberfläche auf. Typischerweise ist der Drehmittelpunkt des femoralen Kopfs auf einem standardmäßigen Einsatz zur Pfannenschale konzentrisch. Diese Art eines standardmäßigen Einsatzes wird verwendet, um viel Bewegungsfreiheit zu bieten. Die Verwendung dieses Einsatzes erfordert die optimale Positionierung der Pfannenkomponente in der Hüftpfanne, um einem Patienten die erforderliche Bewegungsfreiheit zu bieten. Während standardmäßige Einsätze viel Bewegungsfreiheit ermöglichen, bringen sie eine erhöhte Wahrscheinlichkeit der Verrenkung mit sich, wenn sie falsch positioniert sind. Um dieses Problem anzusprechen, kann ein Einsatz mit hoher Wand verwendet werden.
Im Gegensatz zu standardmäßigen Einsätzen setzen Einsätze mit hoher Wand, die auch als Schulter- oder Lippeneinsätze bekannt sind, über einem Segment der Peripherie des inneren Einsatzdurchmessers einen verlängerten, erhöhten Abschnitt ein, um die Abdeckung des femoralen Kopfs zu erhöhen und damit die Wahrscheinlichkeit einer Verrenkung zu reduzieren, sowie um im Falle des Auftretens einer Subluxation zu der Reposition des Kopfs beizutragen. Die Verwendung von Einsätzen mit hoher Wand kann in Fällen von schwacher Stabilität förderlich sein, um Verrenkung zu vermeiden. Siehe z. B. T. Cobb et al., The Elevated-Rim Acetabular Liner in Total Hip Arthroplasty. Relationship to Postoperative Dislocation, Journal of Bone and Joint Surgery, Bd. 78-A, Nr. 1, Jan. 1996, S. 80–86. Einsätze mit hoher Wand aller Entwürfe weisen jedoch in der Richtung des erhöhten Randsegments eine Reduzierung des Bewegungsbogens bis zum Kontakt auf, ohne einen entsprechenden Anstieg der Bewegung in die entgegengesetzte Richtung. Es gibt somit im Vergleich zu einem standardmäßigen Einsatz einen wesentlichen Verlust der Gesamtbewegungsfreiheit. Aufgrund dieser Reduzierung der Bewegungsfreiheit ist die Drehpositionierung oder das Lokalisieren in Uhrposition dieser Entwürfe in der Hüftpfanne besonders wichtig, um den Randkontakt mit dem Hals der Gelenk bildenden femoralen Komponente und eine aus diesem Kontakt resultierende mögliche Beschleunigung der Polyethylen-Abnutzung zu reduzieren.
Im Allgemeinen richten nach vorne geneigte Einsätze die mittlere Achse des inneren Durchmessers des Einsatzes relativ zur mittleren Achse der Schale neu aus. Nach vorne geneigte Einsätze verschieben den Fangbereich auf dem Kopf der femoralen Komponente, um die Stabilität des Hüftgelenks zu verbessern und die Gefahr einer Verrenkung zu vermindern. Die Verwendung eines nach vorne geneigten Einsatzes kann jedoch die gestattete Bewegungsfreiheit möglicherweise reduzieren.
Einige Einsätze weisen eine in konstanter Geometrie unterstützte Randoberfläche um den Umfang des inneren Durchmessers des Pfanneneinsatzes auf. Während eine unterstützte Randoberfläche die Bewegungsfreiheit erhöht, optimiert die konstante Geometrie möglicherweise nicht die mögliche Bewegungsfreiheit, da sie möglicherweise nicht mit dem Querschnitt der femoralen Komponente während eines Kontaktzustands zwischen dem Hals der femoralen Komponente und dem Einsatz korreliert. Von diesem Punkt wird gesagt, dass sich die femorale Komponente mit dem Einsatz in einem Auftreffzustand befindet.
Prothetische Bewegungsfreiheit wurde in der Vergangenheit durch das Erzeugen eines Kegels, der die Grenzen der Bewegung bis zum Kontakt, bzw. die Auftreffwinkel, für die Prothese bewertet, wie in Thornberry et al., The Effects of Neck Geometry and Acetabular Design on the Motion to Impingement in Total Hip Replacement, A Scientific Exhibit auf dem AAOS-Treffen 1998, New Orleans, Louisiana, 1998, dessen gesamter Inhalt hier durch Verweis einbezogen ist, beschrieben. Die Größe des Kegels hängt von dem Entwurf der Komponenten ab. Das Variieren der Ausrichtung der Komponenten ermöglicht es einem Chirurgen, die Richtung des Kegels zu verschieben. Bei einer erfolgreichen Platzierung der Komponenten wird der Kegel so positioniert, dass denn Patienten eine angemessene Bewegungsfreiheit geboten wird. Die Basis des Kegels stellt Informationen zur Flexion, Extension, Adduktion und Abduktion bereit. Die Richtung der Flexion-Extension, sowie der Abduktion-Adduktion, kann als eine Linie auf der Basis des Kegels gezogen werden. Der Punkt, an dem die Linie den Kegel schneidet, ist die maximale Bewegung der Prothese in der jeweiligen Richtung. Entwürfe, die eine angemessene Bewegungsfreiheit bieten, korrelieren im Allgemeinen mit guten klinischen Ergebnissen. Siehe z. B. B. McGrory et al., Correlation of Measured Range of Hip Motion Following Total Hip Arthroplasty and Responses to a Questionnaire, Journal of Arthroplasty, Bd. II, Nr. 5, 1996, US Patente US-A-4 795 469 und US-A-4 437 193, sowie das Europäische Patent EP-A-0 901 777.
Daher besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Bilden eines Pfannenschaleneinsatzes, das eine Optimierung der maximalen Bewegungsfreiheit und eine minimale Störung des Halses der femoralen Komponente bietet. Es besteht auch ein Bedarf an einem Einsatz, der durch ein derartiges Verfahren gebildet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Verfahren und Strukturen gemäß dieser Erfindung umfassen ein Verfahren zur Herstellung eines Pfanneneinsatzes, bei dem die Randoberflächengeometrie variiert, anstatt dass sie festgesetzt ist, um die Bewegungsfreiheit zu optimieren und die Behinderung des Halses der femoralen Komponente zu minimieren. Diese Randoberfläche mit variabler Geometrie wird um die Kante der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes eingesetzt, d. h. um den Umfang eines im Allgemeinen hemisphärischen Pfanneneinsatz-Innendurchmessers, und berücksichtigt verzögerte Behinderung, oder verzögertes Auftreffen, des Hals- oder Schaftabschnitts der femoralen Komponente, was in einer erhöhten Bewegungsfreiheit resultiert. Auf diese Weise verzögert diese Randoberfläche mit variabler Geometrie den Zeitpunkt, an dem der Hals der femoralen Komponente während der Gelenkbildung mit der Randoberfläche des Einsatzes in Kontakt kommt, was eine Erhöhung der Bewegungsfreiheit der femoralen Komponente und die Optimierung des Einsatzes ermöglicht.
Das Erhöhen der Bewegungsfreiheit hat viele Nutzen und Vorteile. Zum Beispiel ermöglicht das Erhöhen der Bewegungsfreiheit einem Patienten einen größeren Bewegungsspielraum. Zweitens bietet eine Erhöhung der Bewegungsfreiheit dem Chirurgen einen größeren Spielraum für Fehler bei der Positionierung der Komponenten, oder beim Lokalisieren in Uhrposition während, der Operation. Da es gegenwärtig nicht möglich ist, den genauen Winkel, der zur Implantation einer Pfannenkomponente in einen bestimmten Patienten erforderlich ist, akkurat zu messen, ist es schwierig, ein Implantat mit genau dem korrekten Winkel zu platzieren. Ein Chirurg verlässt sich im Allgemeinen bei dieser Einschätzung auf seine persönliche Erfahrung. Während ein Verschlussmechanismus wie etwa eine Keilverbindung zwischen dem Einsatz und der Schale nützlich ist, da er mehrfache Neuausrichtungen des Einsatzes ermöglicht, ist die Feineinstellung der Positionierung der Pfannenkomponente während der intraoperativen Einschätzung der Bewegungsfreiheit und Stabilität schwierig und häufig ungenau. Chirurgen ziehen Nutzen aus einem weiteren Bereich oder einer größeren Zielfläche für die Ausrichtung der Pfannenkomponenten, die durch die erhöhte Bewegungsfreiheit geboten wird.
Drittens vermindert mehr Bewegungsfreiheit die Wahrscheinlichkeit einer Verrenkung oder Subluxation, da es weniger wahrscheinlich ist, das die femorale Komponente mit dem Rand des Einsatzes in Kontakt kommt und aus der inneren konkaven Oberfläche der Pfannenkomponente gehebelt wird. Schließlich trägt mehr Bewegungsfreiheit dazu bei, die Abnutzung des Einsatzes oder der Schale zu verhindern. Wenn eine femorale Komponente regelmäßig mit der Randoberfläche des Einsatzes in Kontakt kommt, nutzt sich der Einsatz ab, wobei Polyethylen-Trümmer freigesetzt werden. Diese Trümmer können Osteolyse verursachen, wenn sie in den benachbarten Knochen und in das benachbarte Gewebe entkommen, was zu einer aseptischen Lösung des Implantats führen kann. Zusätzlich dazu kann der Hals der femoralen Komponente mit der metallenen Schale in Kontakt kommen, wenn der Einsatz dünn wird, was in der Ermüdung des Metalls resultiert, welche einen Bruch des Halses oder der Schale oder eine Freisetzung von metallenen Trümmern in den benachbarten Knochen und in das benachbarte Gewebe verursachen kann.
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach einer Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung der offenbarten Ausführungsformen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer femoralen Komponente und eines Pfannenschaleneinsatzes einer Hüftprothese für eine linke Hüfte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2A ist eine perspektivische Ansicht eines Pfannenschaleneinsatzes mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2B ist eine Querschnittsansicht des Einsatzes aus 2A.
2C veranschaulicht die Variation des Randwinkels des Einsatzes aus 2A.
3 und 4 sind perspektivische Ansichten einer femoralen Komponente und eines Pfannenschaleneinsatzes einer Hüftprothese für eine linke Hüfte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 ist eine Teilansicht der femoralen Komponente und des Pfannenschaleneinsatzes aus 4.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer femoralen Komponente und eines Pfannenschaleneinsatzes einer Hüftprothese für eine linke Hüfte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine Teilansicht der femoralen Komponente und des Pfannenschaleneinsatzes aus 6.
8 und 9 sind perspektivische Ansichten eines Pfannenschaleneinsatzes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
10 ist ein Graph, der eine Umhüllung der Bewegungsfreiheit für einen Pfannenschaleneinsatz mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie gemäß dieser Erfindung und eine Umhüllung der Bewegungsfreiheit eines Einsatzes mit einer Randoberfläche mit nicht variabler Geometrie zeigt.
11A ist eine Querschnittsansicht eines Pfanneneinsatzes mit einer konkaven Randoberfläche.
11B ist eine Querschnittsansicht eines Pfanneneinsatzes mit einer konvexen Randoberfläche.
11C ist eine Querschnittsansicht eines Pfanneneinsatzes mit einem ausgesparten inneren Durchmesser.
11D ist eine Querschnittsansicht eines Pfanneneinsatzes mit einem „ausgeschnittenen" oder ausgesparten Randsegment.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das die Schritte zum Herstellen des Einsatzes mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie skizziert.
13 ist ein funktionales Blockschaubild eines Systems, in dem das Verfahren aus 12 durchgeführt werden kann.
14A ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Pfannenschale, eines Schaleneinsatzes und einer femoralen Komponente in einem menschlichen Becken zeigt.
14B ist ein Diagramm, dass die Frontal-, Sagittal- und Transversalebene des Körpers zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verfahren und Strukturen gemäß dieser Erfindung sollen die Bewegungsfreiheit der femoralen Komponente einer Hüftprothese durch das Variieren der Randoberflächengeometrie des Rands eines Pfannenschaleneinsatzes, in dem die femorale Komponente ein Gelenk bildet, verbessern. Das Variieren der Geometrie der Randoberfläche relativ zur Öffnung der inneren konkaven Oberfläche oder Achse des Einsatzes auf unterschiedlichen Flächen auf dem Einsatz ermöglicht die Optimierung der Randoberflächengeometrie und bietet damit eine erhöhte Bewegungsfreiheit. Ein Einsatz mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie gemäß dieser Erfindung weist eine Gesamtbewegungsfreiheit auf, die mindestens mit der eines herkömmlichen Einsatzes mit einer Randoberfläche mit konstanter Geometrie vergleichbar ist.
Die Optimierung der Randoberflächengeometrie des Pfannenschaleneinsatzes erfordert die Berücksichtigung vieler Elemente beim Entwurf des Einsatzes, einschließlich der, aber nicht beschränkt auf die, Bewegungsfreiheit der femoralen Komponente, der mechanischen Integrität, der Verschlussstärke zwischen dem Einsatz und der Schale, den Einschränkungen der Materialdicke sowie anderer Berücksichtigungen. Alle diese Faktoren, einschließlich der Randoberfläche mit variabler Geometrie, müssen beim Entwerfen eines optimierten Pfanneneinsatzes gegeneinander aufgewogen werden. Folglich wird die Änderung der Geometrie eines Einsatzes zum Erhalt der bestmöglichen Bewegungsfreiheit durch andere Einschränkungen im Entwurf beeinflusst.
Der Rand, oder die Auftreffoberfläche, ist die Oberfläche des Einsatzes, die die Drehung der femoralen Komponente einengt. Ein Beispiel einer möglichen Randoberflächengeometrie ist eine Abschrägung. Ein Grund, weswegen eine Abschrägung, Kurve oder andere Randoberfläche verwendet wird, liegt darin, dass die Randoberfläche im Falle von Subluxation als Führung dient, die zu einer Hüftreposition oder richtigen Verlagerung beiträgt.
Ein Einsatz gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine innere konkave Oberfläche, die zur Aufnahme des Kopfs einer femoralen Komponente angepasst ist, eine äußere Oberfläche, die auf einer der inneren konkaven Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Einsatzes positioniert ist, und eine geformte Oberfläche auf, die im Allgemeinen mindestens einen Teil des Rands des Einsatzes definiert und um den Rand des Einsatzes variiert.
In seiner Verwendung hier bezeichnet der Begriff „innere konkave Oberfläche" die innere konkave Oberfläche des Einsatzes, die einen Kopf einer femoralen Komponente aufnimmt. Die innere konkave Oberfläche kann hemisphärisch, oval, elliptisch, länglich oder von jeder beliebigen anderen, im Allgemeinen konkaven geometrischen Form sein. Der Begriff „innerer Durchmesser" bezeichnet die innere konkave Oberfläche eines Einsatzes; sie kann teilweise sphärisch sein, und sie kann hemisphärisch oder weniger als hemisphärisch sein. „Äußerer Durchmesser" bezeichnet eine äußere Oberfläche, die der inneren konkaven Oberfläche gegenüberliegt und zur Aufnahme in einer Pfannenschale oder direkt in der Hüftpfanne eines Patienten angepasst ist. Der Begriff „Auflagefläche zur Gelenkbildung" bezeichnet die Oberfläche der inneren konkaven Oberfläche, in der der Kopf der femoralen Komponente ein Gelenk bildet oder sich auf eine der Bewegung des Femurs relativ zur Hüftpfanne entsprechende Weise bewegt.
In seiner Verwendung hier bezeichnet der Begriff „Rand" oder „Randoberfläche" eine Oberfläche des Einsatzes, die sich im Allgemeinen zwischen der inneren konkaven Oberfläche und einer äußeren Oberfläche des Einsatzes befindet, wobei mindestens Abschnitte davon die Drehung der femoralen Komponente innerhalb der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes einengen. „Geformte Oberfläche" bedeutet eine Oberfläche, die mindestens einen Teil des Rands des Einsatzes bildet und die um den Rand des Einsatzes gemäß der Ausrichtung der femoralen Komponente in einem Auftreffzustand mit dem Rand des Einsatzes und gemäß anderer struktureller und mechanischer Variablen variiert.
Ein Verfahren gemäß dieser Erfindung soll die Ausrichtung einer femoralen Komponente in einem Auftreffzustand zu der Einsatzrandgeometrie bestimmen, um die maximale Bewegungsfreiheit zu optimieren. Ein Verfahren gemäß der Erfindung, das manuell oder mit Hilfe eines Computers durchgeführt werden kann, ist als Beispiel unten beschrieben.

1. Einen Pfannenschaleneinsatz und eine femorale Komponente, die einen Kopf, Hals und Schaft beinhaltet, bereitstellen. Vorzugsweise eine Pfannenschale, einen Einsatz und eine femorale Komponente bereitstellen. Als Alternative Daten entsprechend einem dreidimensionalen Modell eines Einsatzes und einer femoralen Komponente in einen Computer eingeben, der eine Verarbeitungsfunktionalität, eine Speicherfunktionalität und eine Wiedergabefunktionalität enthält. Besser Informationen entsprechend der Pfannenschale, dem Einsatz und der femoralen Komponente eingeben.
2. Aus einer anatomischen neutralen Position die femorale Komponente innerhalb der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes drehen, um eine radiale Stelle auf dem Rand des Einsatzes zu definieren, an der die femorale Komponente mit dem Rand des Einsatzes in Kontakt kommt, d. h. auf ihn auftrifft. Falls ein Computer verwendet wird, modelliert und/oder simuliert der Computer die Konfiguration der Schale, des Einsatzes und der femoralen Komponente und simuliert die Drehung der femoralen Komponente, bis die femorale Komponente auf den Rand des Einsatzes an einer definierten radialen Stelle auftrifft.
3. Wenn sich die femorale Komponente in dieser Position befindet, die radiale Stelle vermerken und den Auftreffwinkel der femoralen Komponente in dieser Position an dieser radialen Stelle auf dem Rand definieren.
4. Die Struktur und die Ausrichtung dieses Winkels an dieser radialen Stelle aufzeichnen. Die Stelle und die erwünschte Form eines querschnittlichen Randsegments bei diesem Auftreffwinkel und dieser radialen Stelle definieren, mindestens teilweise auf der Basis der Querschnittsform der femoralen Komponente dort, wo sie auf den Rand an dieser radialen Stelle auftrifft, und diese erwünschte Form vermerken.
5. Die femorale Komponente in dem Einsatz drehen, um eine separate radiale Stelle auf dem Rand des Einsatzes zu definieren, an der die femorale Komponente auf den Rand auftrifft. In dem Computerbeispiel simuliert der Computer die Bewegung der femoralen Komponente und kann die radiale Stelle aufzeichnen.
6. Schritte drei bis fünf für eine erwünschte Anzahl von radialen Stellen um den Rand wiederholen. In der Computersimulation kann der Computer die Daten, die den Auftreffwinkeln und der Querschnittsform der femoralen Komponente in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz entsprechen, an jeder einer Vielzahl von radialen Stellen um den Rand verfolgen. In einem Beispiel die femorale Komponente innerhalb des Einsatzes relativ zu einer relevanten anatomischen Achse des Körpers drehen oder die Drehung davon simulieren. Vorzugsweise die femorale Komponente relativ zu einer anatomisch relevanten Achse, die durch den Drehmittelpunkt einer femoralen Komponente, welche innerhalb der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes ein Gelenk bildet, verläuft und in einer Ebene ausgerichtet ist, welche im Wesentlichen zu der Transversal-, Frontal- oder Sagittalebene des Körpers parallel ist, drehen. Diese Ebenen sind in 14B gezeigt. Am besten die femorale Komponente um Achsen drehen, die in den Ebenen um fünfzehn Grad auseinander liegen, oder die Drehung davon simulieren.
7. Wenn erwünscht, die Schritte 1–6 mit unterschiedlichen möglichen Versetzungen des Kopfs der femoralen Komponente in der Anordnung des Schafts und des Kopfs wiederholen, um einen Bereich von Auftreffwinkeln und eine querschnittliche Umhüllung zu erhalten, die durch die Gruppe von Auftrefftwinkeln und Querschnittsformen, die der Vielzahl von verwendeten femoralen Komponenten entsprechen, bestimmt wird. Vorzugsweise die Schritte 1–6 mit jeder anderen strukturellen Variation in einem Satz von Schaft, Schale und Einsatzprodukten oder Einsätzen wiederholen.
8. Den Einsatz mit der Randoberfläche mit variabler Geometrie unter Verwendung der in den Schritten 1–6, oder nach Wunsch auch bis Schritt 7, erhaltenen Daten bilden und den Einsatz so bilden, dass die Form des Einsatzrands an einer Vielzahl von radialen Stellen auf eine Weise variiert, die der Querschnittsform der femoralen Komponenten in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz entspricht.

Die Geometrie der Randoberfläche kann teilweise durch die Verwendung von einigen oder allen dieser Daten, die sich auf die spezifizierten, in Schritten 3–6 bestimmten Auftreffwinkel und querschnittlichen Umhüllungen beziehen, definiert werden. Sie kann auch, und in einigen Fällen zusätzlich, durch das Spezifizieren der Randoberflächengeometrie des zu bildenden Einsatzes definiert werden, indem auf der Basis der Auftreffwinkel und der Stellenangabendaten aus den Schritten 3–6 eine notwendige oder erwünschte Extrapolation, Interpolation oder Abschätzung durchgeführt wird. In dem Beispiel der Computersimulation kann der Computer die Geometrie des Rands mindestens teilweise auf der Basis der Auftreffwinkel, der querschnittlichen Umhüllung und der Stellenangabendaten, die in den oben skizzierten Schritten erhalten wurden, oder auf ihrer Extrapolation, Interpolation oder Abschätzung, definieren. Der Computer kann einen Satz Spezifikationen auf der Basis der in den obigen Schritten erhaltenen Daten zum Bilden eines Einsatzes mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie produzieren.
Alle diese Schritte unterliegen den Entwurfszielen des Erzeugens einer Randoberfläche, die in Hinsicht auf die Bewegungsfreiheit der femoralen Komponenten relativ zum Einsatz optimiert ist. Besser unterliegen alle diese Schritte der Berücksichtigung anderer anatomischer, Leistungs-, Lebensdauer- und struktureller Kriterien.
12 zeigt ein funktionales Blockschaubild, das den oben beschriebenen Vorgang zum Herstellen des Einsatzes mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das manuelle Verfahren ist auf der linken Seite des Ablaufdiagramms skizziert, während die rechte Seite das Beispiel mit der Computersimulation skizziert. 13 zeigt ein funktionales Blockschaubild, das eine Hardwareumgebung oder ein Hardwaresystem darstellt, in dem das Simulationsverfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Das veranschaulichte System beinhaltet eine Prozessorkapazität, eine Massenspeicherkapazität und eine Eingabe-/Ausgabe-Kapazität. Beliebige oder alle Funktionalitäten, die in diesem Schaubild dargestellt sind, können auf einem/einer oder mehreren „Computern", Prozessoren, Plattformen, Netzen oder anderen Systemen implementiert werden oder resident sein.
In einem bestimmten Beispiel wurde der in 1–9 gezeigte Einsatz unter Verwendung von Unigraphics^® Software, die auf einem Windows NT^® Betriebssystem auf einem PC mit einem Pentium II^® Prozessor lief, hergestellt. Die oben skizzierten Schritte 1–6 wurden auf einem durch einen Computer der Marke Unigraphics^® unterstützten Entwurfspaket durchgeführt, das die Daten zum Produzieren eines Abbilds eines dreidimensionalen Hartmodelleinsatzes mit einer Randgeometrie mit variabler Abschrägung verwendete. Es kann jede Software zum Entwerfen von Geräten oder Software, die zum Entwerfen von Objekten verwendet werden kann, die auf jeder erwünschten Plattform unter Verwendung eines beliebigen Betriebssystems läuft, netzgestützt oder nicht, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein Code, der der Spezifikation dieses Einsatzes entsprach und verwendet wurde, um eine Werkzeugmaschine wie etwa eine 5-Achsen-CNC-Fräsmaschine darauf zu programmieren, den Einsatz zu bilden, wurde ebenfalls produziert. Die Einsätze der vorliegenden Erfindung können aus verschiedenen Materialien gebildet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Keramik, Polyethylen, Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht und stark quervernetztes Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht, am besten Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht.
Die Einsätze der vorliegenden Erfindung werden typischerweise in Kombination mit einer metallischen Schale verwendet. Die Einsätze können jedoch auch direkt in die Hüftpfanne eines Patienten implantiert werden. Wenn sie direkt in die Hüftpfanne implantiert werden, werden die Einsätze im Allgemeinen mit Knochenzement in der Hüftpfanne gesichert. Die Einsätze können außerdem innerhalb der Hüftpfanne durch Knochenschrauben oder Schraubengewinde auf der äußeren Oberfläche des Einsatzes mechanisch fixiert werden. Ein anderes Verfahren zum Sichern des Einsatzes in der Hüftpfanne erfolgt durch das Bereitstellen einer Knocheneinwuchsoberfläche, die in der äußeren Oberfläche des Einsatzes integriert ist. Diese Oberfläche kann in die äußere Oberfläche des Einsatzes modelliert oder andernfalls mit ihr integriert sein. Diese integrierte Knocheneinwuchsoberfläche kann durch das Erzeugen einer aufgerauten Fläche auf der äußeren Oberfläche des Einsatzes hergestellt werden. Diese integrierte Knocheneinwuchsoberfläche kann auch eine strukturierte Matrix beinhalten, die in das Material der äußeren Oberfläche des Einsatzes eingebaut ist; eine derartige Matrix kann metallene poröse Perlen, Fasernetz oder andere Oberflächen umfassen, die ein Gerüst bereitstellen, in das der Knochen des Patienten wachsen wird, wodurch der Einsatz innerhalb der Hüftpfanne physikalisch gesichert wird.
Die Geometrie der Randoberfläche, die gemäß dem Verfahren dieser Erfindung spezifiziert ist, ist vorzugsweise eine abgeschrägte Oberfläche, die mindestens einen Teil der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes und eine äußere Oberfläche des Einsatzes verbindet. Strukturen gemäß dieser Erfindung umfassen eine Familie von Pfanneneinsätzen mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie, die unterschiedliche Größen aufweisen, wobei jede Größe unterschiedliche Randoberflächengeometrien aufweist.
Als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung seien im Allgemeinen hemisphärisch geformte Einsätze betrachtet, deren innere Durchmesser 28 mm betragen, um auf einen Kopf herkömmlicher Größe eines femoralen Implantats zu passen. Diese Einsätze umfassen eine Abschrägung als Randoberfläche. Jeder der Außendurchmesser der Einsätze wird mit jeder zunehmenden Größe stufenweise größer, entsprechend der Größe der Hüftpfanne. Mit der zunehmenden Größe kann sich der Randoberflächenwinkel oder Abschrägungswinkel weiten oder allgemein stumpfer werden. In diesem bestimmten Beispiel sind die mittleren Achsen der inneren Durchmesser der Einsätze relativ zu der mittleren Achse der Schale oder einer anderen Oberfläche, in der der Einsatz zur Aufnahme angepasst ist, um 20 Grad ausgerichtet oder nach vorne geneigt. Mit anderen Worten befindet sich die Öffnung des Einsatzes in einem 20 Grad Winkel zur Öffnung der Schale. Die mittlere Achse des inneren Einsatzdurchmessers kann relativ zur mittleren Achse der Schale in jeder Richtung verschoben sein; bei einem nach vorne geneigten Einsatz ist die Achse in Richtung der Vorderseite des Körpers ausgerichtet.
1 bis 9 zeigen ein Beispiel dieser Arten von Einsätzen. Wie in 1 und 3 bis 7 gezeigt, ist der Pfannenschaleneinsatz 20 angepasst, den Kopf 22 der femoralen Komponente 24 aufzunehmen. Der Einsatz 20 weist eine Abschrägung 26 mit variablem Winkel auf, wobei der Abschrägungswinkel 27 (ϕ) variiert, um die Bewegungsfreiheit der femoralen Komponente 24 in Hinsicht auf andere strukturelle Variablen zu optimieren. In diesen Figuren wird der Abschrägungswinkel 27 als der Winkel an einem beliebigen Punkt auf oder nahe der Peripherie des inneren Einsatzdurchmessers definiert, mit dem die Oberfläche der Abschrägung relativ zur mittleren Achse der Öffnung des inneren Durchmessers des Einsatzes positioniert ist, um die der Schaft ein Gelenk bildet. Jedoch kann der Winkel auch relativ zu einer beliebigen Referenzlinie oder Ebene, die durch die Struktur des Einsatzes definiert wird, wie etwa die mittlere Achse oder eine Drehachse des Innendurchmessers, die mittlere Achse oder Drehachse des äußeren oder Außendurchmessers oder eine andere Referenzeinheit, definiert werden. 2A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Einsatzes mit variabler Abschrägung, Winkel 27. Der variable Winkel 27 ist in 2B im Querschnitt gezeigt, und die Abbildung der Winkelvariation ist in 2C abgebildet.
Wie in den 1 und 3 bis 7 gezeigt, funktionieren der Kopf 22 und der Einsatz 20 wie ein Kugelgelenk. Der Kontakt des Halses 28 der femoralen Komponente mit dem Einsatz 20 wird während der Gelenkbildung durch das Variieren des Auftreffwinkels 27 der Abschrägung 26 minimiert, um dem Hals 28 mehr Bewegungsfreiheit vor dem Kontakt mit dem Einsatz 20 zu ermöglichen. In diesem Beispiel weist der Hals 28 des Schafts 30 einen gerundet trapezoiden (wie etwa einen abgerundeten, im Allgemeinen rechteckigen) Querschnitt auf. Wenn die femorale Komponente 24 gedreht wird, begrenzt die Peripherie des Halses 28 die Drehung des Schafts 30 relativ zum Einsatz 20, da der Kontakt des Halses 28 mit der Abschrägung 26 die Drehung der femoralen Komponente stoppt.
Wie aus dem oben beschriebenen Verfahren folgt, wird der Winkel 27 an den Punkten, an denen der Hals 28 wahrscheinlicher mit der Außenkante der Abschrägung 26 in Kontakt kommt, stumpfer gemacht, um einen Zustand herzustellen, bei dem der femorale Hals mit den Innen- und Außenkanten der Abschrägung zur gleichen Zeit in Kontakt kommt, womit mehr Bewegungsfreiheit ermöglicht wird. Wenn der Hals 28 wahrscheinlich nur mit der Innenkante in Kontakt kommt, wird der Winkel 27 spitzer gemacht, um einen Zustand herzustellen, bei dem der femorale Hals mit den Innen- und Außenkanten der Abschrägung zur gleichen Zeit in Kontakt kommt. Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ist der Kontaktzustand, bei dem der Hals den weitesten Abschrägungswinkel erfordert, isoliert, was in einem Abschrägungswinkel resultiert, der auf die Halsgeometrie der femoralen Komponente zugeschnitten ist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der variable Winkel 27 des Einsatzes 20 so beschaffen, dass er einem beliebig geformten Schafthals entspricht, so dass der variierende Winkel 27 für einen Hals mit einer bestimmten Geometrie, wie etwa zylindrischer, optimiert ist. Unterschiedliche Einsatzrandoberflächengeometrien können je nach der bestimmten Halsgeometrie verwendet werden.
Wie in 1 und 3 bis 7 gezeigt, ist in diesem Beispiel der Drehmittelpunkt des inneren Durchmessers im Einsatz 20 um 4 mm seitlich angeordnet oder seitlich verschoben. Bei einen anderen Ausführungsform wird eine Randoberfläche mit variabler Geometrie mit einem nicht seitlich angeordneten Einsatz, mit einem um bis zu 8 mm seitlich angeordneten Einsatz oder mit einem Einsatz, der auf andere Weise seitlich angeordnet ist, verwendet. In seiner Verwendung hier und wie vom Fachmann verstanden, bezieht sich „seitlich angeordnet" auf einen Einsatz, bei dem der Mittelpunkt der inneren konkaven Oberfläche oder der innere Durchmesser in Hinsicht auf die Ausrichtung des Einsatzes in einem Patienten seitlich, oder seitlich und etwas nach unten, verschoben worden ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Randoberfläche mit variabler Geometrie mit einem Einsatz verwendet, bei dem der Mittelpunkt der inneren konkaven Oberfläche oder der innere Durchmesser medial um bis zu 4 mm verschoben worden ist.
10 veranschaulicht graphisch den Vergleich der Bewegungsfreiheit eines Pfannenschaleneinsatzes mit einer Abschrägung mit variablem Winkel gemäß dieser Erfindung, des in 1–9 gezeigten Einsatzes, mit der Bewegungsfreiheit eines Einsatzes des Stands der Technik mit einem konstanten Abschrägungswinkel von 147°. Beide Einsätze weisen einen inneren Durchmesser von 28 mm auf, und bei beiden Einsätzen ist der Mittelpunkt des inneren Durchmessers um 4 mm seitlich angeordnet und die Öffnung des inneren Durchmessers um 20° nach vorne geneigt. Die bei beiden Einsätzen verwendete femorale Komponente war ein Smith & Nephew Synergy^® Schaft der Größe 14, 160 mm in der Länge und mit einem Kopf von 28 mm Durchmesser.
Die in 10 mit durchgezogener Linie gezeigte Kurve veranschaulicht ein Beispiel einer Umhüllung der Bewegungsfreiheit, die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zum Variieren der Randoberflächengeometrie erlangt wurde. Diese Bewegungsfreiheit war durch Komponenten von Flexion-Extension und Abduktion-Adduktion gekennzeichnet. Die gepunktete Linie ist ein Beispiel einer Umhüllung der Bewegungsfreiheit, die von einem Einsatz mit einer Randoberfläche mit nicht variabler, d. h. konstanter, Geometrie bereitgestellt wird. In diesem Graphen stellt der Nullpunkt oder der anatomisch neutrale Punkt einen Einsatz, der mit 45° Abduktion und 20° Neigung nach vorne ausgerichtet ist, und eine femorale Komponente, die mit 7° Adduktion und 20° Neigung nach vorne ausgerichtet ist, dar. Von diesem Punkt aus wird die femorale Komponente, wie bei einem Patienten nach der Implantation, um verschiedene anatomisch relevante Achsen, die in diesem Fall in einer Transversalebene des Körpers um 15 Grad auseinander liegen, gedreht, um die Begrenzung der Bewegungsfreiheit oder den Auftreffwinkel um jede Achse zu definieren.
Dies lässt sich demonstrieren, indem 10 mit der Schriftseite nach oben auf den Boden gelegt wird, wobei die Flexionsachse vorwärts, d. h. nach vorne, weist, und man sich so darüber stellt, dass der linke Fuß über dem Graphen positioniert und gleich der Flexions-/Extensionsachse orientiert ist. Wird das linke Bein in Flexion vorwärts gedreht, beträgt die Begrenzung der Bewegung zum Einsatzrandauftreffen ungefähr 118° bei dem Einsatz mit einer Abschrägung mit variablem Winkel, aber nur ungefähr 113° bei dem Einsatz des Stands der Technik mit einer Abschrägung mit konstantem Winkel. Wird das linke Bein um dieselbe Achse in Extension rückwärts gedreht, beträgt die Begrenzung der Bewegung zum Einsatzrandkontakt ungefähr 38° bei dem Einsatz mit variablem Abschrägungswinkel, und ungefähr 36° bei dem Einsatz des Stands der Technik mit einer Abschrägung mit konstantem Winkel. Dieser Vorgang wurde unter der Drehung einer femoralen Komponente um Achsen, die um 15 Grad auseinander liegen, wiederholt, wodurch eine Umhüllung der Bewegungsfreiheit für sowohl den Einsatz mit einer Abschrägung mit variablem Winkel als auch den Einsatz des Stands der Technik mit einer Abschrägung mit konstantem Winkel erzeugt wird, was durch die Kurve mit durchgezogener bzw. gepunkteter Linie gezeigt wird. Wie ersichtlich ist, ist die von dem Einsatz gemäß der vorliegenden Erfindung gebotene Bewegungsfreiheit besser.
In dem in 1 und 3 bis 9 gezeigten Beispiel weist der Einsatz 20 eine gezackte Kante 36 auf, um mit der Pfannenschale in Verbindung zu stehen. Jeder Keilwinkel der Verzahnung beträgt 15 Grad, so dass der Einsatz rundum mit 15 Grad ausgerichtet werden kann und in einer Pfannenschale am Ort festgehalten wird. Andere Arten von Verbindung mit einer Pfannenschale können ebenfalls eingesetzt werden.
Wie in dem obigen Beispiel beschrieben, ist die Randoberfläche eine Abschrägung. Ein anderes Beispiel ist eine konkave Randoberfläche auf einem Einsatz, wie in 11A gezeigt. Bei dieser Ausführungsform passt der Einsatz zu einem Schaft, der einen konvexen Hals aufweist. Auf diesem Einsatz kann eine Randoberfläche mit variabler Geometrie gemäß dieser Erfindungseingesetzt werden. Bei diesem Beispiel variiert der Krümmungsradius der Oberfläche oder der Krümmungsmittelpunkt relativ zu dem inneren Durchmesser des Einsatzes, um die Bewegungsfreiheit in Hinsicht auf andere strukturelle Variablen zu optimieren, statt den Winkel der Randoberfläche wie bei einer Abschrägung zu variieren. Andere Verbindungsoberflächen können auch optimiert werden, um die erwünschte maximale Bewegungsfreiheit zu erhalten, wie etwa ein in 11B gezeigter Einsatz mit konvexer Randoberfläche.
Eine Randoberfläche mit variabler Geometrie gemäß dieser Erfindung kann bei vielen Arten von Pfannenschaleneinsätzen eingesetzt werden. Bei einer Ausführungsform wird zum Beispiel eine Randoberfläche mit variabler Geometrie bei einem 0-Grad-Einsatz verwendet. Die Randoberfläche mit variabler Geometrie kann auf einen Einsatz angewendet werden, der wie in den Figuren gezeigt nach vorne geneigt ist, oder mit einem Einsatz, der nicht nach vorne geneigt ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Randoberfläche mit variabler Geometrie auf einen Pfannenschaleneinsatz mit einem Fangwinkel von weniger als 180 Grad angewendet, d. h. einen Einsatz, der weniger als eine 180-Grad-Abdeckung eines femoralen Kopfs, der zur Aufnahme in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, bereitstellt. Die Erfindung kann auch bei einem Einsatz verwendet werden, der ein ausgespartes radiales Segment oder eine Lippe aufweist, das/die unter eine 180-Grad-Abdeckung abtaucht, wie in 11D gezeigt. Die Randoberfläche mit variabler Geometrie kann auch auf einen Einsatz mit hoher Wand angewendet werden, der ein Einsatz mit einem erhabenen radialen Segment ist, welches auch Lippe oder Schulter genannt wird und sich über eine 180-Grad-Abdeckung hinaus erstreckt.
Eine alternative Ausführungsform dieser Erfindung involviert die Verwendung einer Randoberfläche mit variabler Geometrie in einem Schnapp-Einsatz. Ein Schnapp-Einsatz ist einer, der eine mehr als hemisphärische Abdeckung um den Kopf aufweist, so dass der Kopf innerhalb des inneren Durchmessers eingeschränkt ist, wodurch Subluxation und Verrenkung verhindert werden. Während die Verwendung eines Schnapp-Einsatzes aufgrund der resultierenden Verminderung der Bewegungsfreiheit im Allgemeinen nicht wünschenswert ist, ist sie doch bei einigen Patienten mit wiederholter Verrenkung notwendig.
Die Randoberfläche mit variabler Geometrie kann auch bei einem Einsatz mit einer versenkten oder ausgesparten inneren konkaven Oberfläche eingesetzt werden. Ein Einsatz mit ausgesparter innerer konkaver Oberfläche ähnelt einem Schnapp-Einsatz darin, dass er eine größere Abdeckung des Kopfs der femoralen Komponente bereitstellt, um die Gefahr einer Verrenkung zu reduzieren. Bei den ausgesparten Einsätzen ist der Mittelpunkt der inneren konkaven Oberfläche ausgespart, um die Auflagefläche zur Gelenkbildung der inneren konkaven Oberfläche tiefer in den Einsatz zu versenken, wodurch eine Oberfläche zwischen der Auflagefläche zur Gelenkbildung der inneren konkaven Oberfläche und dem Rand des Einsatzes geschaffen wird, die dazu dient, Verrenkung zu reduzieren. Bei ausgesparten Einsätzen mit einer hemisphärischen inneren konkaven Oberfläche ist der hemisphärische Abschnitt des inneren Durchmessers in den Einsatz versenkt, wodurch ein ausgesparter, zylindrisch geformter Bereich nahe der Öffnung des inneren Durchmessers geschaffen wird, wo sich die Seiten des inneren Durchmessers im Wesentlichen gerade in die Richtung der Öffnung erstrecken, statt sich weiterhin um den Kopf der femoralen Komponente zu krümmen. Ein derartiger Einsatz ist in 11C abgebildet.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist eine geteilte Randoberfläche, bei der die Randoberfläche des Einsatzes in mehrere Teilbereiche mit konstantem Winkel geteilt ist, um sich an eine einzelne Randoberfläche mit variierendem Winkel anzugleichen. Bei einer anderen Ausführungsform variiert die Geometrie der Randoberfläche um den Rand des Einsatzes und ist um eine Ebene symmetrisch, d. h. die Reflexion um die Ebene ist ein Spiegelbild.
Die vorausgegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert worden und soll weder vollständig sein, noch die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen begrenzen. Viele Modifizierungen und Variationen sind angesichts der obigen Lehre möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, damit andere Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsformen mit verschiedenen, für die beabsichtigte Verwendung geeigneten Abwandlungen benutzen können.

Claims

Ein Pfanneneinsatz (20) für eine Hüftgelenkprothese, der Folgendes beinhaltet: (a) eine innere konkave Oberfläche, die zur Aufnahme des Kopfs (22) einer femoralen Komponente (24) angepasst ist; (b) eine äußere Oberfläche, die auf einer der inneren konkaven Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Einsatzes positioniert ist; (c) eine geformte Oberfläche, die im Allgemeinen mindestens einen Teil eines Rands des Einsatzes definiert, wobei sich die Oberfläche zwischen der inneren konkaven Oberfläche und einer äußeren Oberfläche des Einsatzes befindet; und (d) wobei die geformte Oberfläche bei einer erwünschten Winkelposition des Einsatzes in einem Patienten mindestens teilweise durch Folgendes definiert ist: den Auftreffwinkel (27) – an jeder einer Vielzahl von radialen Stellen um den Rand – von mindestens einer femoralen Komponente, deren Kopf angepasst ist, um in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes aufgenommen zu werden, und wobei die femorale Komponente angeordnet ist, um die erwünschte Begrenzung der Bewegungsfreiheit an einer entsprechenden radialen Stelle auf dem Rand zu ermöglichen; den Auftreffwinkel (27), gemessen relativ zu einer Referenzlinie, die durch die Struktur des Einsatzes definiert ist; und wobei die Form der geformten Oberfläche um den Rand des Einsatzes auf eine Weise variiert, die der Querschnittsform des Abschnitts der mindestens einen femoralen Komponente, die sich in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz befindet, entspricht.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die Referenzlinie eine Achse des Einsatzes ist.
Einsatz gemäß Anspruch 2, wobei die Achse des Einsatzes die mittlere Achse der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes ist.
Einsatz gemäß Anspruch 2, wobei die Achse des Einsatzes eine Achse ist, die im Wesentlichen senkrecht zu der mittleren Achse der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes steht.
Einsatz gemäß Anspruch 2, wobei die Achse des Einsatzes eine Achse ist, die durch die äußere Oberfläche des Einsatzes definiert ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei eine femorale Komponente eingesetzt wird, um die geformte Oberfläche zu definieren.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von femoralen Komponenten eingesetzt werden, um die geformte Oberfläche zu definieren.
Einsatz gemäß Anspruch 7, wobei die geformte Oberfläche an jeder einer Vielzahl von Stellen um den Rand mindestens teilweise durch einen Winkel definiert ist, der unter Verwendung einer Gruppe von Auftreffwinkeln bestimmt wird, die einer Vielzahl von sich in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz befindlichen femoralen Komponenten entsprechen, deren Köpfe angepasst sind, um in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes aufgenommen zu werden.
Einsatz gemäß Anspruch 7, wobei die geformte Oberfläche an jeder einer Vielzahl von Stellen um den Rand mindestens teilweise durch eine querschnittliche Umhüllung definiert ist, die unter Verwendung einer Gruppe von Querschnittsformen bestimmt wird, welche einer Vielzahl von sich in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz befindlichen femoralen Komponenten entsprechen, deren Köpfe angepasst sind, um in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes aufgenommen zu werden.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der geformten Oberfläche im Querschnitt eine Abschrägung ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der geformten Oberfläche im Querschnitt eine Kurve ist.
Einsatz gemäß Anspruch 11, wobei der Krümmungsradius und der Krümmungsmittelpunkt der Kurve relativ zu der Struktur des Einsatzes variieren, um die Bewegungsfreiheit einer femoralen Komponente, deren Kopf zur Aufnahme in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, zu optimieren.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Kurve konvex ist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Kurve konkav ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die geformte Oberfläche um den Rand des Einsatzes variiert und um eine Ebene symmetrisch ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, um direkt in die Hüftpfanne eines Patienten aufgenommen zu werden.
Einsatz gemäß Anspruch 16, wobei die äußere Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, um in der Hüftpfanne eines Patienten mit Knochenzement gesichert zu werden.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, um innerhalb einer Pfannenschale aufgenommen zu werden, und wobei die Pfannenschale angepasst ist, um in der Hüftpfanne eines Patienten aufgenommen zu werden.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei der Abstand über die Öffnung der inneren konkaven Oberfläche ungefähr 22 mm bis ungefähr 36 mm beträgt.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, um in einer Pfannenschale mit einem äußeren Durchmesser von ungefähr 40 mm bis ungefähr 80 mm aufgenommen zu werden.
Einsatz gemäß Anspruch 1, der ferner eine Verschlussfläche zum Sichern des Einsatzes in einer Pfannenschale umfasst.
Einsatz gemäß Anspruch 21, wobei die Verschlussfläche eine gezackte Kante beinhaltet.
Einsatz gemäß Anspruch 1, der ferner eine Schulter auf dem Einsatz umfasst.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei der Mittelpunkt der inneren konkaven Oberfläche von dem Mittelpunkt einer Oberfläche, in die der Einsatz zur Aufnahme angepasst ist, versetzt ist.
Einsatz gemäß Anspruch 24, wobei der Mittelpunkt der inneren konkaven Oberfläche um bis zu ungefähr 10 mm seitlich verschoben ist.
Einsatz gemäß Anspruch 24, wobei der Mittelpunkt der inneren konkaven Oberfläche um ungefähr 4 mm seitlich verschoben ist.
Einsatz gemäß Anspruch 24, wobei der Mittelpunkt der inneren konkaven Oberfläche um bis zu ungefähr 8 mm medial verschoben ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die Öffnung der inneren konkaven Oberfläche nach vorne geneigt ist.
Einsatz gemäß Anspruch 28, wobei die mittlere Achse der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes relativ zu der mittleren Achse einer Oberfläche, in die der Einsatz zur Aufnahme angepasst ist, um bis zu ungefähr 45 Grad nach vorne geneigt ist.
Einsatz gemäß Anspruch 28, wobei die mittlere Achse der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes relativ zu der mittleren Achse einer Oberfläche, in die der Einsatz zur Aufnahme angepasst ist, um ungefähr 20 Grad nach vorne geneigt ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die mittlere Achse der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes relativ zu der mittleren Achse einer Oberfläche, in die der Einsatz zur Aufnahme angepasst ist, um bis zu ungefähr 45 Grad ausgerichtet ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die mittlere Achse der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes relativ zu der mittleren Achse einer Oberfläche, in die der Einsatz zur Aufnahme angepasst ist, um ungefähr 20 Grad ausgerichtet ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei der Einsatz ein Schnapp-Einsatz ist, wobei die innere konkave Oberfläche des Einsatzes mehr als eine 180°-Abdeckung des Kopfs einer femoralen Komponente, die zur Aufnahme in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, bereitstellt.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei der Einsatz ferner ein ausgespartes radiales Segment beinhaltet, das unter 180°-Abdeckung des Kopfs einer femoralen Komponente, die zur Aufnahme in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, abtaucht.
Einsatz gemäß Anspruch 34, wobei die geformte Oberfläche des Rands des ausgesparten radialen Segments auf folgende Weise variiert: (a) auf eine Weise, die der Querschnittsform von mindestens einer femoralen Komponente in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz entspricht, und (b) mindestens teilweise auf der Basis des Auftreffwinkels, an jeder einer Vielzahl von radialen Stellen entlang dem radialen Segment, von mindestens einer femoralen Komponente, deren Kopf angepasst ist, um in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes aufgenommen zu werden, und die angeordnet ist, um die erwünschte Begrenzung der Bewegungsfreiheit an einer entsprechenden radialen Stelle auf dem Rand des radialen Segments zu ermöglichen, wobei der Auftreffwinkel relativ zu einer Referenzlinie, die durch die Struktur des Einsatzes definiert ist, gemessen wird.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die innere konkave Oberfläche des Einsatzes weniger als eine 180°-Abdeckung des Kopfs einer femoralen Komponente, die zur Aufnahme in der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, bereitstellt.
Einsatz gemäß Anspruch 1, der ferner eine Oberfläche beinhaltet, die sich zwischen der Oberfläche des inneren Durchmessers, in der der Kopf der femoralen Komponente ein Gelenk bildet, und der Randoberfläche befindet, was zur Reduzierung von Verrenkung dient.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei der Auftreffwinkel und die Querschnittsform des Abschnitts einer femoralen Komponente, die sich in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz befindet, an jeder einer Vielzahl von radialen Stellen um den Rand des Einsatzes, durch eine Computersimulation eines Einsatzes und einer femoralen Komponente spezifiziert werden, wobei der Computer das Drehen der femoralen Komponente innerhalb des Einsatzes zum Definieren einer radialen Stelle auf dem Rand des Einsatzes, an der die femorale Komponente auf den Rand auftrifft, simuliert, und den Auftreffwinkel und die Querschnittsform der femoralen Komponente auf dem Rand an dieser radialen Stelle bestimmt.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei der Auftreffwinkel und die Querschnittsform des Abschnitts einer femoralen Komponente, die sich in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz befindet, an jeder einer Vielzahl von radialen Stellen um den Rand des Einsatzes, durch das manuelle Drehen der femoralen Komponente innerhalb eines Einsatzes zum Definieren einer radialen Stelle auf dem Rand des Einsatzes, an der die femorale Komponente auf den Rand auftrifft, spezifiziert sind, und durch das Bestimmen des Auftreffwinkels und der Querschnittsform der femoralen Komponente auf dem Rand an dieser radialen Stelle.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die innere konkave Oberfläche ein innerer Durchmesser ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die innere konkave Oberfläche im Allgemeinen hemisphärisch ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die innere konkave Oberfläche im Allgemeinen oval ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die innere konkave Oberfläche im Allgemeinen elliptisch ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei die innere konkave Oberfläche im Allgemeinen länglich ist.
Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei: (a) die innere konkave Oberfläche einen inneren Durchmesser aufweist; (b) der innere Durchmesser ungefähr 22 mm bis ungefähr 32 mm beträgt; (c) die Öffnung des inneren Durchmessers nach vorne geneigt ist; (d) die äußere Oberfläche des Einsatzes angepasst ist, um in den inneren Durchmesser einer Pfannenschale aufgenommen zu werden, und (e) die geformte Oberfläche eine Abschrägung (26) beinhaltet, wobei der Winkel (27) der Abschrägung bei einer erwünschten Winkelposition des Einsatzes in einem Patienten mindestens teilweise durch Folgendes definiert ist: den Auftreffwinkel, an jeder einer Vielzahl von radialen Stellen um den Rand, von mindestens einer femoralen Komponente, deren Kopf angepasst ist, um in dem inneren Durchmesser des Einsatzes aufgenommen zu werden, und wobei die femorale Komponente angeordnet ist, um die erwünschte Begrenzung der Bewegungsfreiheit an einer entsprechenden radialen Stelle auf dem Rand zu ermöglichen; den Auftreffwinkel, gemessen relativ zu einer Referenzlinie, die durch die Struktur des Einsatzes definiert ist; und wobei die Abschrägung um den Rand des Einsatzes auf eine Weise variiert, die der Querschnittsform des Abschnitts der mindestens einen femoralen Komponente, die sich in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz befindet, entspricht.
Eine Prothesenvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: (a) eine Pfannenschale, die eine innere konkave Oberfläche, die zur Aufnahme eines Einsatzes angepasst ist, und eine äußere Oberfläche, die zur Aufnahme in einer Hüftpfanne angepasst ist, beinhaltet, und (b) einen Pfanneneinsatz gemäß Anspruch 1.
Vorrichtung gemäß Anspruch 46, die ferner eine femorale Komponente beinhaltet, die einen Kopf, einen Hals und einen Schaft beinhaltet, wobei der Kopf so angepasst ist, dass er innerhalb der inneren konkaven Oberfläche des Einsatzes ein Gelenk bildet.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Pfanneneinsatzes gemäß Anspruch 1 mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie, das die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Bereitstellen eines Pfanneneinsatzes, der Folgendes beinhaltet: eine innere konkave Oberfläche, die zur Aufnahme des Kopfs einer femoralen Komponente angepasst ist, eine äußere Oberfläche, die auf einer der inneren konkaven Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Einsatzes positioniert ist, und eine Oberfläche, die im Allgemeinen mindestens einen Teil eines Rands des Einsatzes definiert, wobei sich die Oberfläche zwischen der inneren konkaven Oberfläche und einer äußeren Oberfläche des Einsatzes befindet; (b) Drehen einer femoralen Komponente in dem Pfanneneinsatz, um eine radiale Stelle auf dem Rand des Einsatzes, an der die femorale Komponente auf den Rand auftrifft, zu definieren, und Vermerken dieser radialen Stelle; (c) Definieren des Auftreffwinkels der femoralen Komponente auf dem Rand an dieser radialen Stelle, und Vermerken dieses Auftreffwinkels; (d) Definieren der Stelle und erwünschten Form eines querschnittlichen Randsegments bei diesem Auftreffwinkel und dieser radialen Stelle, mindestens teilweise auf der Basis der Querschnittsform des Abschnitts der femoralen Komponente, die sich mit dem Einsatz in einem Auftreffzustand befindet, und Vermerken der Stelle und erwünschten Form des querschnittlichen Randsegments; (e) Drehen der femoralen Komponente in dem Pfanneneinsatz, um eine getrennte radiale Stelle auf dem Rand, an der die femorale Komponente auf den Rand auftrifft, zu definieren und Vermerken dieser radialen Stelle; (f) Wiederholen von (c)–(e) wie erwünscht und (g) Bilden des Einsatzes mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie unter Verwendung der in den Schritten (b)–(f) erhaltenen Daten, wobei die Form des Einsatzrands bei einer Vielzahl von radialen Stellen auf eine Weise variiert, die der Querschnittsform des Abschnitts der femoralen Komponente, die sich in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz befindet, entspricht.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Pfanneneinsatzes gemäß Anspruch 1 mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie, das die folgenden Schritte beinhaltet: (a) in einem Computer, der mindestens eine Verarbeitungsfunktionalität, Wiedergabefunktionalität und Speicherfunktionalität beinhaltet: Simulieren einer femoralen Komponente und einer Pfannenkomponente, wobei die Pfannenkomponente einen Einsatz beinhaltet, der eine innere konkave Oberfläche, die zur Aufnahme des Kopfs einer femoralen Komponente angepasst ist, aufweist, eine äußere Oberfläche, die auf einer der inneren konkaven Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Einsatzes positioniert ist, und eine Oberfläche, die im Allgemeinen mindestens einen Teil eines Rands des Einsatzes definiert, wobei sich die Oberfläche zwischen der inneren konkaven Oberfläche und einer äußeren Oberfläche des Einsatzes befindet; (b) in dem Computer: Drehen einer femoralen Komponente in dem Pfanneneinsatz, um eine radiale Stelle auf dem Rand des Einsatzes, an der die femorale Komponente auf den Rand auftrifft, zu definieren, und Vermerken dieser radialen Stelle; (c) Definieren des Auftreffwinkels der femoralen Komponente auf dem Rand an dieser radialen Stelle und Vermerken dieses Auftreffwinkels; (d) Definieren der Stelle und erwünschten Form eines querschnittlichen Randsegments bei diesem Auftreffwinkel und an dieser radialen Stelle, mindestens teilweise auf der Basis der Querschnittsform des Abschnitts der femoralen Komponente, die sich mit dem Einsatz in einem Auftreffzustand befindet, und Vermerken der Stelle und erwünschten Form des querschnittlichen Randsegments; (e) in dem Computer: Drehen der femoralen Komponente in dem Pfanneneinsatz, um eine separate radiale Stelle auf dem Rand, an der die femorale Komponente auf den Rand auftrifft, zu definieren, und Vermerken dieser radialen Stelle; (f) Wiederholen von (c)–(e) wie erwünscht und (g) das Bilden des Einsatzes mit einer Randoberfläche mit variabler Geometrie unter Verwendung der in den Schritten (b)–(f) erhaltenen Daten, wobei die Form des Einsatzrands an einer Vielzahl von radialen Stellen auf eine Weise variiert, die der Querschnittsform des Abschnitts der femoralen Komponente, die sich in einem Auftreffzustand mit dem Einsatz befindet, entspricht.