DE69233509T2

DE69233509T2 - Fräser für längliche Hüftgelenkpfanne

Info

Publication number: DE69233509T2
Application number: DE69233509T
Authority: DE
Inventors: Michael Christie; Alfred F. Decarlo; Timothy Mctighe; Douglas C. Noiles
Original assignee: Joint Medical Products Corp
Current assignee: Joint Medical Products Corp
Priority date: 1991-03-07
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2012-03-07
Also published as: DE69225472D1; EP0809984A3; AU662737B2; AU4367697A; JP2003024352A; US5192329A; EP0809984B1; JP3411275B2; JPH06505414A; DE69225472T2; US5290315A; DE69233509D1; EP0809985A2; JP3657240B2; DE69233072D1; WO1992015261A1; EP0809985A3; AU1582292A; DE69233072T2; US5370704A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Schneiden eines Knochens eines Patienten, um einen länglichen Hohlraum für eine Prothese vorzubereiten, und insbesondere auf eine Hüftpfannenprothese, die bei einem Hüftgelenksersatz verwendet wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Hüftgelenks-Totalprothesen umfassen eine Oberschenkelkomponente und eine Hüftpfannenkomponente. Die Oberschenkelkomponente wird in den Oberschenkelknochen des Patienten implantiert und die Hüftpfannenkomponente wird in die Hüftgelenkspfanne im Becken des Patienten implantiert.
Die normale Hüftgelenkspfanne ist im Allgemeinen sphärisch geformt. Dementsprechend wird, wie in 1 veranschaulicht ist, zu Beginn eines Hüftgelenksersatzes bei der großen Mehrheit von Patienten ein sphärisch geformter Hohlraum 10 im Becken 14 vorbereitet, wobei die äußere Oberfläche der Hüftpfannenprothese 12 eine im Allgemeinen sphärische Form besitzt, so dass sie in diesen Hohlraum passt. Siehe z. B. Mallory u. a., US-Patente Nr. 4.883.491 und Nr. 4.944.759.
In den letzten zwei Jahrzehnten sind Millionen von Hüftgelenksersetzungen durchgeführt worden. Im Laufe der Zeit haben eine deutliche Anzahl dieser Implantate versagt, indem sich entweder die Oberschenkelkomponente oder die Hüftpfannenkomponente oder beide lockerten. Im Fall der Hüftgelenkspfanne trägt eine lockere Prothese während der Nutzung häufig den Knochen in der Richtung der aufgebrachten Kräfte ab, d. h. in der oberen und der hinteren Richtung. Dies trifft besonders dort zu, wo die gelockerte Prothese unter Verwendung von Knochenzement implantiert worden ist. Im Ergebnis findet der Chirurg bei einem zweiten oder einem weiteren wiederholten Hüftgelenksersatz häufig, dass der ehemals sphärische Hohlraum im Becken in einer hinteren oberen Richtung verlängert wurde, wie mit 16 in 2 und mit 32 in 23 gezeigt ist. Außerdem können in einigen Fällen verlängerte Hüftgelenkspfannen bei Patienten angetroffen werden, die sich ihrem ersten Hüftgelenksersatz unterziehen.
Die herkömmliche Weise der Behandlung dieses Problems einer verlängerten Hüftgelenkspfanne besteht darin, einen Abschnitt des Hohlraums mit einem Knochentransplantat zu füllen, um einen sphärischen Hohlraum an seinem normalen Ort so gut wie möglich zu erzeugen. Wie offensichtlich ist, weist dieser Zugang eine Vielzahl an Problemen auf, die die Verfügbarkeit von Knochen für das Knochentransplantat, mechanische Schwierigkeiten der Befestigung des Knochentransplantats am Wirtsknochen, ein Versagen des Knochentransplantats, eine langfristige mechanische Unterstützung für die Prothese zu schaffen und aufrechtzuerhalten, und die Gefahr der Ausbreitung bestimmter Infektionen einschließen.
In einigen Fällen sind individuell angepasste, verlängerte oder längliche Hüftpfannenprothesen verwendet worden, um auf diesen Zustand einzugehen. Die 2-5 veranschaulichen diesen Zugang zu dem Problem. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, ist ein Metallblock bearbeitet worden, um eine Prothese 18 mit einer äußeren Oberfläche 20, die aus zwei sphärischen Abschnitten 22 besteht, die durch einen zylindrischen Abschnitt 24 verbunden sind, zu erzeugen. Bei diesen individuell angepassten Prothesen ist ein Hohlraum 26 in den Metallkörper eingearbeitet worden, um ein geeignetes Lagerelement 28 aufzunehmen (siehe 4).
Auch wenn diese länglichen Prothesen eine Verbesserung gegenüber dem Lösungsweg mit einem Knochentransplantat darstellen, weisen sie selbst eine Anzahl eigener Probleme auf. Zunächst sind sie kostspielig herzustellen, weil eine gesonderte Bearbeitungseinstellung für jede Prothesengeometrie, die erzeugt wird, erforderlich ist. Im Ergebnis werden längliche Prothesen dieser Konstruktion in lediglich einer begrenzten Anzahl von Fällen verwendet.
Noch wichtiger ist, dass die bestehenden länglichen Prothesen nicht vollständig auf die anatomischen und physiologischen Erfordernisse des Patienten eingehen. Dieses Problem ist in 4 veranschaulicht. Wie in dieser Figur veranschaulicht ist, beträgt der Winkel in der koronalen Ebene (X-Z-Ebene in 17) zwischen der Stirnfläche des Lagerelements 28 der länglichen Prothesen des Standes der Technik und der transversalen Ebene (X-Y-Ebene in 17) typisch 60° oder mehr. Diese Ausrichtung ergibt sich aus dem Umriss des Knochens und der Verlängerung des Hohlraums. In der medizinischen Terminologie besitzt die Prothese einen unzureichenden Adduktionsgrad, d. h., der Winkel zwischen der Stirnfläche der Prothese und der transversalen Ebene ist größer als der bevorzugte Winkel. (Es wird angemerkt, dass der Adduktionsgrad bei einer Verringerung des Winkels zunimmt.)
Für die Gelenkstabilität liegt der bevorzugte Winkel der Stirnfläche des Lagerelements in der koronalen Ebene allerdings in der Größenordnung von 45° oder weniger. Siehe F. Pipino und P. M. Calderale, "A Biequatorial Acetabular Cup for Hip Prosthesis", Acta Orthopaedica Belgica, Bd. 48, S. 5-13 (1980) und F. Pipino und P. M. Calderale, "A Biequatorial Hip Prosthesis", Panminerva Medica, Bd. 25, S. 231-239 (1983). Siehe außerdem 19. Folglich weicht die Konfiguration von 4 typischerweise mehr als 15° von der bevorzugten Ausrichtung ab. Zudem ist die Abweichung von der bevorzugten Ausrichtung umso größer, je größer die Verlängerung des Hohlraums ist. Hinsichtlich der Funktion bedeutet eine derartige Geometrie, dass der Patient eine deutlich höhere Ausrenkungswahrscheinlichkeit während der Nutzung aufweist.
Zusätzlich zur Ausrichtung in der koronalen Ebene wird die Funktionalität der Prothese ferner von der Ausrichtung der Stirnfläche des Lagerelements in der transversalen Ebene (X-Y-Ebene in 17) beeinflusst. In diesem Fall ist der bevorzugte Winkel zwischen der Stirnfläche des Lagerelements und der sagittalen Ebene (Y-Z-Ebene in 17) in der Größenordnung von 15° antevertiert. Siehe 20. (Es wird angemerkt, dass bei einer Vergrößerung des Winkels der Anteversionsgrad zunimmt.)
Wegen der Krümmung des Beckens und der üblichen Richtung der Abtragung und Verlängerung neigen längliche Hüftpfannenprothesen des Standes der Technik dazu, eine Ausrichtung anzunehmen, die weniger antevertiert ist oder in einigen Fällen sogar retrovertiert sein kann. Das Ausmaß dieses Problems wird außerdem größer, da die Verlängerung des Hohlraums zunimmt. Wiederum hinsichtlich der Funktion bedeuten Ausrichtungen, die weniger antevertiert sind oder die retrovertiert sind, dass der Patient eine deutlich höhere Ausrenkungswahrscheinlichkeit während der Nutzung aufweist.
Eine alternative Konstruktion ist in 6 gezeigt, bei der ein asymmetrisches Lagerelement 30 mit einer schräg verlaufenden Stirnfläche verwendet wird. Für eine Schräge, die verstellbar ist (siehe Noiles, US-Patent Nr. 4.678.472), kann ein Ausgleich für die Ausrichtungsabweichung sowohl in der koronalen Ebene als auch in der transversalen Ebene vorgenommen werden. 6 zeigt eine typische Verbesserung in der koronalen Ebene. Wie in dieser Figur gezeigt ist, kann das Abschrägen der Stirnfläche des Lagerelements den Winkel in der koronalen Ebene auf etwa 50° senken. Allerdings kann auf diese Weise eine vollständige Korrektur nicht zufrieden stellend erreicht werden, weil eine hinreichend große Erweiterung des Kunststofflagers mechanisch unzureichend ist, um die während der Nutzung aufgebrachten Kräfte aufzunehmen. In ähnlicher Weise kann in der transversalen Ebene eine gewisse Verbesserung bei einer unzureichenden Anteversion erreicht werden, wobei jedoch wiederum keine vollständige Korrektur erreicht werden kann, ohne die mechanische Festigkeit des Lagers zu gefährden.
Das US-Patent Nr. 3 633 583 offenbart eine orthopädische Einklingen-Knochenschneidevorrichtung mit einem drehbaren Schneidekopf. Der Kopf weist eine im Wesentlichen hemisphärische Oberfläche koaxial mit seiner Drehachse auf und ist longitudinal und mittig durch einen diametralen Schlitz, der die Drehachse schneidet, in zwei Hälften geteilt. Eine einzelne flache Klinge mit einer longitudinal gekrümmten Kante ist in dem Schlitz angeordnet und steht geringfügig über die Drehfläche hinaus vor. Die Klingenkante liegt gegenüber der Abschrägung auf gegenüberliegenden Seiten ihres Mittelpunkts, so dass zwei longitudinal gekrümmte drehbare Scherkanten gebildet werden. Der Schneidkopf kann mit einer konkaven oder einer konvexen hemisphärischen Oberfläche ausgebildet ein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Schneiden eines zweiten sphärischen Hohlraums im Becken eines Patienten in der Nähe eines ersten sphärischen Hohlraums im Becken und versetzt hierzu geschaffen, wobei die Vorrichtung umfasst:

(a) Führungsmittel, die eine äußere Oberfläche besitzen, um mit der Oberfläche des ersten sphärischen Hohlraums in Eingriff zu gelangen, wobei die äußere Oberfläche ein geometrisches Zentrum der Führungsmittel definiert;
(b) Schneidemittel, die eine Achse zum Schneiden des zweiten sphärischen Hohlraums besitzen; und
(c) Mittel, die die Führungsmittel und die Schneidemittel relativ zueinander in einer vorgegebenen räumlichen Beziehung halten, so dass die Achse der Schneidemittel von einer zu ihr parallelen und durch das geometrische Zentrum der Führungsmittel verlaufenden Achse versetzt ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Schneiden eines zweiten sphärischen Hohlraums im Becken eines Patienten in der Nähe eines ersten sphärischen Hohlraums im Becken und versetzt hierzu geschaffen, wobei die Vorrichtung umfasst:

(a) Führungsmittel, die eine äußere Oberfläche besitzen, um mit der Oberfläche des ersten sphärischen Hohlraums in Eingriff zu gelangen, wobei die äußere Oberfläche ein geometrisches Zentrum der Führungsmittel definiert;
(b) Schneidemittel zum Schneiden des zweiten sphärischen Hohlraums, wobei diese Schneidemittel ein geometrisches Zentrum besitzen und eine Antriebswelle umfassen; und
(c) Mittel, die die Führungsmittel und die Schneidemittel relativ zueinander in einer vorgegebenen räumlichen Beziehung halten und dabei ermöglichen, dass die Schneidemittel relativ zu den Führungsmitteln an einen Punkt bewegt werden, an dem die geometrischen Zentren der Führungsmittel und der Schneidemittel auf einer Linie liegen, die zu der Antriebswelle im Wesentlichen senkrecht ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine stilisierte Darstellung, die die Implantation einer sphärisch geformten Hüftgelenkspfanne in einem im Becken eines Patienten ausgebildeten sphärischen Hohlraum zeigt. Der Querschnitt durch das Becken des Patienten liegt in dieser Figur und in den 2, 4 und 6 in der koronalen Ebene.
2 ist eine stilisierte Darstellung, die eine längliche Hüftgelenkspfanne in der Nähe eines Hohlraums zeigt, der durch die Lockerung und die Entfernung einer früheren Hüftgelenksprothese in eine hintere und obere Richtung verlängert worden ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer länglichen Hüftgelenksprothese des Standes der Technik, die aus einem einzelnen Metallblock gebildet ist und keine Einrichtung zur Adduktions- oder Anteversionskorrektur aufweist.
4 ist eine stilisierte Darstellung, die die Implantation eine Prothese des Standes der Technik des in 3 gezeigten Typs zeigt. Wie in dieser Figur veranschaulicht ist, beträgt der Winkel zwischen der Stirnfläche des Lagers 28 und der transversalen Ebene 60° oder mehr, was unerwünscht ist.
5 ist eine Querschnittsansicht durch die longitudinale Achse der Prothese von 3.
6 ist eine stilisierte Darstellung, die die Implantation eine Prothese des Standes der Technik des in 3 gezeigten Typs zeigt, die mit einem Lagerelement 30 versehen ist, das eine schräg verlaufende Stirnfläche besitzt. Der Winkel zwischen der Stirnfläche des Lagerelements 30 und der transversalen Ebene beträgt etwa 50°, was besser als die 60° von 4 ist, aber noch immer nicht zufrieden stellend ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Prothese, die in den gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Hohlraum implantiert werden soll, wobei die Prothese aus einem einzelnen Metallblock konstruiert ist und einen ein Lager aufnehmenden Hohlraum aufweist, der abgeschrägt worden ist, um eine Adduktionskorrektur zu erzielen.
8 ist eine Draufsicht der Prothese von 7.
9 ist eine Querschnittsansicht längs der Linien 9-9 in 8 der Prothese von 7 mit einem schräg verlaufenden Lagerelement, das in den schräg verlaufenden Hohlraum der Prothese eingesetzt ist. Die Zentren der beiden sphärisch geformten Abschnitte der äußeren Oberfläche der Pfanne sind durch die Bezugszeichen 5 und 7 angegeben.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Prothese, die in einen gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten Hohlraum implantiert werden soll, wobei die Prothese aus einem einzelnen Metallblock hergestellt ist und einen ein Lager aufnehmenden Hohlraum aufweist, der abgeschrägt worden ist, um sowohl eine Adduktions- als auch eine Anteversionskorrektur zu erzielen.
11 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Prothese, die in einen gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten Hohlraum implantiert werden soll, wobei die Prothese aus zwei Komponenten hergestellt ist, die eine einen Scheitel aufweisende äußere Oberfläche für die Prothese erzeugen, wenn sie zusammengefügt sind.
12 ist eine Draufsicht der einen Hohlraum enthaltenden Komponente der Prothese von 11.
13 ist eine Seitenansicht der zusammengesetzten Prothese von 11.
14 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Prothese, die in einen gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten Hohlraum implantiert werden soll, wobei die Prothese aus zwei Komponenten hergestellt ist, die eine einen zylindrischen Mittelabschnitt aufweisende äußere Oberfläche für die Prothese erzeugen, wenn sie zusammengefügt sind.
15 ist eine Draufsicht der einen Hohlraum enthaltenden Komponente der Prothese von 14.
16 ist eine Seitenansicht der Prothese von 14.
17 ist eine stilisierte perspektivische Ansicht einer Person, die die koronale Ebene (X-Z-Ebene), die transversale Ebene (X-Y-Ebene) und die sagittale Ebene (Y-Z-Ebene) zeigt. Mit 34 ist eine stilisierte Darstellung des Beckens einer Person gezeigt.
18 ist eine vergrößerte Ansicht des stilisierten Beckens 34. Mit 36 ist eine stilisierte Darstellung der normalen Hüftgelenkspfanne gezeigt.
19 ist ein koronaler Schnitt (X-Z-Schnitt) längs der Linien 19-19 in 18, der den erwünschten Adduktionswinkel von etwa 45° für eine Hüftpfannenprothese zeigt.
20 ist ein transversaler Schnitt (X-Y-Schnitt) längs der Linien 20-20 in 18, der den erwünschten Anteversionswinkel von etwa 15° für eine Nüftpfannenprothese zeigt.
21 ist eine perspektivische Ansicht eines chirurgischen Instruments gemäß der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine Schnittansicht des chirurgischen Instruments von 21 längs der Linien 22-22.
23 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines menschlichen Beckens, die den durch die Verwendung des Instruments von 21 im Becken ausgebildeten Hohlraum zeigt.
24-26 sind stilisierte Ansichten von Prothesen, die in durch Instrumente in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildete Hohlräume implantiert werden sollen, wobei die Ansichten die longitudinale Ebene der Prothese und die Ebene der Prothese, die durch die Öffnung des ein Lager aufnehmenden Hohlraums der Prothese definiert ist, zeigen. Die Prothese von 24 enthält lediglich eine Adduktionskorrektur und kann somit entweder in der rechten oder in der linken Hüfte eines Patienten verwendet werden. Die Prothesen der 25 und 26 enthalten sowohl eine Adduktions- als auch eine Anteversionskorrektur und können folglich vorteilhaft in der rechten Hüfte, was die Prothese von 25 betrifft, bzw. in der linken Hüfte, was die Prothese von 26 betrifft, verwendet werden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr in der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile in den mehreren Ansichten bezeichnen, ist in den 7-9 eine längliche Hüftgelenkpfanne 40 gezeigt, die in einen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildeten Hohlraum implantiert werden soll.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, ist die Prothese aus einem einzelnen Materialblock, z. B. einem Metallblock, hergestellt und weist einen Körper 42 auf, in dem ein Hohlraum 13 zur Aufnahme eines Lagerelements 44 ausgebildet ist. Zusätzlich zu dem das Lager aufnehmenden Hohlraum 13 weist der Körper 42 ferner Löcher 48 auf, die 1) dem Chirurgen erlauben, den darunter liegenden Knochen im Auge zu behalten, während die Prothese implantiert wird, und 2) Knochenschrauben zur Befestigung der Prothese am Becken aufnehmen können.
Das Lager 44 wird in dem Hohlraum 13 mittels 1) an der Öffnung des Hohlraums ausgebildeter komplementärer Bajonettaussparungen 50 und Bajonettvorsprünge 52, die entsprechende auf der äußeren Oberfläche des Lagers ausgebildete Aussparungen und Vorsprünge aufnehmen und mit ihnen ineinander greifen, und 2) Knochenschrauben (nicht gezeigt), die durch die Löcher 46 verlaufen und das Lager an der Prothese fixieren, festgehalten. Siehe Noiles, US-Patente Nr. 4.801.301 und Nr. 4.960.427. Falls es erwünscht ist, können natürlich auch andere Mittel zur Befestigung des Lagers an der Pfanne verwendet werden.
Wie in 7 gezeigt ist, besitzt die Prothese 40 eine durch die Linie OEG definierte longitudinale Achse sowie eine longitudinale Ebene, die durch die Linien OEG und FEH definiert ist und die die Line AOC enthält. Für die gezeigte besondere Konstruktion sind die Punkte O und E die Zentren von zwei sphärisch geformten Oberflächen, die die Enden der länglichen Pfanne bilden.
Die Öffnung in den ein Lager aufnehmenden Hohlraum 13 definiert eine "erste" Ebene, die die Linien AOC und DOB enthält. In Übereinstimmung mit der Erfindung verläuft die Öffnung zum Hohlraum 13 und folglich die erste Ebene schräg in Bezug auf die longitudinale Ebene der Prothese, so dass eine Adduktionskorrektur oder eine Anteversionskorrektur oder sowohl eine Adduktionskorrektur als auch eine Anteversionskorrektur erzielt wird.
Die Prothese der 7-9 zeigt nur den Fall einer Adduktionskorrektur. Die erste Ebene ist um den Adduktionskorrekturwinkel GOB in 7, der ferner in 9 als Winkel A gezeigt ist, aus der longitudinalen Ebene gedreht. Die Größe des Adduktionskorrekturwinkels liegt im Allgemeinen im Bereich von etwa 10° bis etwa 30°, obgleich für besondere Anwendungen nötigenfalls oder auf Wunsch größere oder kleinere Adduktionskorrekturwinkel verwendet werden können. Für den Chirurgen können Prothesen mit Adduktionskorrekturwinkel verschiedener Größen bereitgestellt werden, so dass zum Zeitpunkt der Implantation eine Auswahl erfolgen kann, um den Erfordernissen des einzelnen Patienten besser zu genügen. Beispielsweise kann der Chirurgen die Wahl zwischen Prothesen mit Adduktionskorrekturwinkeln von 10°, 20° und 30° haben.
Wie in 7 gezeigt ist, schneiden sich die erste Ebene und die longitudinale Ebene längs der Linie AOC. Weil lediglich die Adduktionskorrektur ausgeführt wird, ist diese Schnittlinie senkrecht zur longitudinalen Achse der länglichen Prothese, d. h., die Linie AOC ist senkrecht zur Linie OEG. Wie unten erläutert ist, ist der Winkel zwischen der longitudinalen Achse und der Schnittlinie für eine rechte Nüftgelenkpfanne größer als 90° und für eine linke Hüftgelenkpfanne kleiner als 90°, wenn sowohl eine Adduktions- als auch eine Anteversionskorrektur durchgeführt ist. Wenn nur eine Anteversionskorrektur durchgeführt ist, ist die Schnittlinie zwischen der ersten Ebene und der longitudinalen Ebene die longitudinale Achse oder im allgemeinen Fall parallel zu dieser Achse.
9 zeigt die Verwendung eines schräg verlaufenden Lagerelements 44 mit der Pfanne 40. Diese Kombination berücksichtigt eine noch größere Adduktionskorrektur, d. h. eine Korrektur über die Summe der Winkel A und B in 9. Außerdem kann unter Verwendung eines verstellbaren Lagers (siehe Noiles, US-Patent Nr. 4.678.472) eine gewisse Anteversionskorrektur für eine Pfanne, die lediglich eine Adduktionskorrektur aufweist, erreicht werden. Umgekehrt erlaubt die Verwendung eines verstellbaren schräg verlaufenden Lagers eine gewisse Adduktionskorrektur für eine Pfanne, die lediglich eine Anteversionskorrektur aufweist.
Ferner können unter Verwendung eines verstellbaren schräg verlaufenden Lagers mit einer Pfanne mit sowohl einer Adduktions- als auch einer Anteversionskorrektur relativ feine Einstellungen der Adduktions- und Anterversionskorrekturhöhen in situ vorgenommen werden. Dies ermöglicht dem Chirurgen, so gut wie möglich eine Übereinstimmung zwischen der Konfiguration der Prothese und den Erfordernissen des Patienten zu erreichen. Insbesondere gibt es dem Chirurgen die nötige Flexibilität, um das Doppelziel eines maximalen Bewegungsbereichs und einer minimalen Ausrenkungswahrscheinlichkeit zu erreichen. Es ist wichtig, anzumerken, dass durch ein Abschrägen der Öffnung zum Hohlraum 13 das Lager 44 eine starke mechanische Unterstützung von dem Körper der Pfanne besitzt, selbst wenn die Ausrichtung des Lagers im Wesentlichen verschieden von der der longitudinalen Ebene/Achse der Pfanne ist.
10 zeigt eine längliche Pfanne mit sowohl einer Adduktionskorrektur als auch einer Anteversionskorrektur. Wie in 7 sind Punkte O und E die Zentren zweier sphärisch geformter Oberflächen, die die Enden der länglichen Pfanne bilden. Wie in 7 ist außerdem die longitudinale Achse der Pfanne von 10 durch die Linie OEG definiert, wobei die longitudinale Ebene der Pfanne durch die Linien OEG und FEH definiert ist, die erste Ebene die Linien AOC und DOB enthält und der Adduktionskorrekturwinkel GOB ist. Allerdings enthält in diesem Fall die longitudinale Ebene nicht die Linie AOC, wobei sie eher die Bezugslinie JOK enthält, die parallel zur Bezugslinie FEH ist. Der Winkel zwischen den Linien AOK und JOK, d. h. der Winkel JOA, stellt den Anteversionskorrekturwinkel für diese Pfanne dar.
Die Größe des Anteversionskorrekturwinkels liegt im Wesentlichen im Bereich von etwa 10° bis etwa 30°, auch wenn nötigenfalls oder auf Wunsch größere oder kleinere Anteversionskorrekturwinkel für besondere Anwendungen verwendet werden können. Wie mit dem Adduktionskorrekturwinkel können für den Chirurgen Prothesen mit Anteversionskorrekturwinkeln verschiedener Größen, d. h. Prothesen mit Anteversionskorrekturwinkeln von 10°, 20° und 30°, bereitgestellt werden.
Da Anteversionskorrekturen in Bezug zur mediansagittalen Ebene des Patienten stehen, werden für die rechte und die linke Hüfte verschiedene Prothesen benötigt. Genauer ist für eine rechte Hüfte die erste Ebene zur linken Seite des Patienten in Bezug auf die longitudinale Ebene der Prothese gedreht, während sie für die linke Hüfte zur rechten Seite gedreht ist. Dieser Effekt ist in den 25 und 26 gezeigt, in denen 54 die longitudinale Ebene der Prothese, 56 die erste Ebene ist, 58 die longitudinale Achse der Prothese ist und 60 die Schnittlinie zwischen der ersten Ebene und der longitudinalen Ebene ist. Zum Vergleich zeigt 24 eine Prothese mit lediglich einer Adduktionskorrektur.
Die Prothese von 25, ähnlich der von 10, ist für eine echte Hüfte, wobei folglich die erste Ebene 56 in Bezug auf die longitudinale Ebene 54 zur linken Seite gedreht ist. Die Prothese der 26 ist dagegen für die linke Hüfte, wobei folglich die erste Ebene 56 in Bezug auf die longitudinale Ebene zur rechten Seite gedreht worden ist. Dieser Korrekturaspekt wird durch Untersuchen des Winkels W zwischen der longitudinalen Achse 58 der Prothese und der Schnittlinie 60 zwischen der ersten Ebene und der longitudinalen Ebene ersichtlich. Wie in 25 gezeigt ist, ist der Winkel W für eine rechte Hüfte größer als 90°, während er für eine linke Hüfte kleiner als 90° ist, wie in 26 gezeigt ist. Zum Vergleich ist der Winkel W für eine Prothese mit nur einer Adduktionskorrektur und keiner Anteversionskorrektur gleich 90°, wie in 24 gezeigt ist.
Die 11-13 und 14-16 zeigen besonders bevorzugte Konstruktionen für die Prothesen, die in mittels der vorliegenden Erfindung geöffneten Hohlräumen verwendet werden sollen. In jedem Fall setzt sich der Körper 42 der Prothese aus zwei Komponenten zusammen, die längs zylindrisch geformter Oberflächen miteinander in Eingriff stehen und zusammenpassen. Auf diese Weise können Anteversionskorrekturen verschiedener Größen sowie rechte und linke Hüftprothesen leicht aus einem gemeinsamen Komponentensatz konstruiert werden, indem die Komponenten einfach in verschiedenen Versatzwinkeln miteinander verbunden werden.
In den 11-13 enthält die Komponente 62 einen ein Lager aufnehmenden Hohlraum 13, wobei sich die Komponente 64 von der Komponente 62 weg erstreckt, so dass eine längliche Gesamtform der Pfanne erzeugt wird. Die mit dem Knochen in Eingriff stehenden äußeren Oberflächen sind Abschnitte einer Kugelsphäre. Dementsprechend weisen die äußeren Oberflächen der zusammengesetzten Pfanne einen Scheitel 70 an der Überschneidung zwischen den beiden sphärischen Abschnitten auf.
Die Gesamtlänge der Pfanne kann durch Ändern der Größe der Komponente 64 eingestellt werden, d. h. indem mehr oder weniger einer Kugelsphäre zur Bildung der äußeren Oberfläche dieser Komponente verwendet wird. Außerdem können die äußeren Oberflächen der Komponenten verschiedene Kugelradien aufweisen, um eine weitere Flexibilität in der Gesamtkonfiguration der Pfanne zu erzielen. Wie am klarsten in 13 gezeigt ist, trifft die Stirnfläche 72 von Komponente 62 in einem Winkel auf die Stirnfläche 74 von Komponente 64, so dass die zusammengesetzte Prothese mit einer Adduktionskorrektur versehen ist.
Die Komponenten 62 und 64 werden durch eine zylindrisch geformte äußere Oberfläche 66 an der Komponente 62 und eine zylindrisch geformte innere Oberfläche 68 an der Komponente 64 miteinander verbunden. Um eine Anteversionskorrektur zu erzeugen, werden die Komponenten entlang dieser Oberflächen relativ zueinander gedreht. Wenn der Grad und die Richtung einer Anteversionskorrektur ausgewählt worden ist, werden die Komponenten beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen in einem Vakuum im Fall von Metallkomponenten dauerhaft miteinander verbunden.
Wie oben erwähnt ist, enthält die Prothese in den 11-13 einen Scheitel 70 in ihrer äußeren Oberfläche. Ein chirurgisches Instrument 94, das zur Vorbereitung eines Hohlraums im Becken eines Patienten für die Aufnahme einer solchen Prothese geeignet ist, ist in den 21 und 22 gezeigt. Das Instrument 94 umfasst eine sphärische Schale 84 und einen sphärischen Fräser 76, der eine Schneideklinge 78 und eine Spandurchgangsnut 80 enthält. Der Fräser wird durch herkömmliche Mittel (nicht gezeigt) über eine Welle 82 angetrieben.
Von der Welle 82 aus erstreckt sich eine Plattform 86, an der die Schale 84 angebracht ist. Wie unten erläutert ist, dient die Schale als eine Führung zum Schneiden eines zweiten sphärischen Hohlraums im Becken eines Patienten in der Nähe zu einem ersten sphärischen Hohlraum. Die Radien des Fräsers 76 und der Schale 84 entsprechen den Radien der mit dem Knochen in Eingriff gelangenden Oberflächen der Komponenten 64 bzw. 62. Dementsprechend können der Fräser und die Schale verschiedene Radien aufweisen, falls die Komponenten 64 und 62 verschiedene Radien besitzen.
Die Plattform 86 enthält Bohrungen 90, durch die ein Gewindebolzen 88 gehen kann, um die Schale 84 an der Plattform anzubringen. Es sind mehrere Bohrungen vorgesehen, so dass das Instrument 94 mit Prothesen verschiedener Größen, z. B. Prothesen mit größeren oder kleineren Komponenten 64, verwendet werden kann. Auch wenn nur zwei Einstellungen gezeigt sind, können natürlich mehr Einstellungen vorgesehen werden, falls dem Chirurgen eine größere Vielfalt von Prothesen zur Verfügung gestellt werden soll.
Die Implantation einer Prothese unter Verwendung des Instruments der 21 und 22 ist in 23 veranschaulicht. Zunächst bereitet der Chirurg unter Verwendung eines herkömmlichen Fräsers einen ersten sphärischen Hohlraum 96 vor. Danach schneidet der Chirurg unter Verwendung des Instruments 94 einen zweiten sphärischen Hohlraum 98. Genauer platziert der Chirurg die Schale 84 in den ersten sphärischen Hohlraum und verwendet die Schale als Führung, um den zweiten Hohlraum in einem vorgegebenen Abstand von dem ersten Hohlraum zu schneiden. Das Ergebnis ist der fertige Hohlraum 32, der einen Knochenrücken 100 enthält, der mit dem Scheitel 70 in der äußeren Oberfläche der Prothese zusammenpasst.
Die 14-16 zeigen eine zweite Zweikomponenten-Ausführungsform der Erfindung wiederum unter Verwendung zylindrisch geformter Oberflächen 66 und 68 an der Schnittstelle zwischen den Komponenten, um eine einfache Anteversionskorrektur zu ermöglichen. In diesem Fall enthält die Komponente 102 einen ein Lager aufnehmenden Hohlraum 13, wobei sich die Komponente 104 von der Komponente 102 weg erstreckt, so dass die längliche Gesamtform der Pfanne erzeugt wird.
Die mit dem Knochen in Eingriff gelangende äußere Oberfläche der Komponente 102 ist ein Abschnitt einer Kugelsphäre, während die mit dem Knochen in Engriff gelangende äußere Oberfläche der Komponente 104 einen sphärischen Abschnitt 106 und einen zylindrischen Abschnitt 108 aufweist. Bei dieser Ausführungsform können Einstellungen der Gesamtlänge der Prothese leicht erfolgen, indem einfach die Länge des zylindrischen Abschnitt 108 geändert wird. Wie in 6 am klarsten gezeigt ist, trifft die Stirnfläche 110 der Komponente 102 in einem Winkel mit der Stirnfläche 112 der Komponente 104 zusammen, so dass die zusammengesetzte Prothese mit einer Adduktionskorrektur versehen ist.
Die Ausführungsform der 14-16 besitzt zwei voneinander beabstandete, sphärisch geformte äußere Oberflächen, wobei folglich ein Instrument des in den 21 und 22 gezeigten Typs vorteilhaft verwendet werden kann, um im Becken eines Patienten einen Hohlraum für diese Prothese zu erzeugen, wie oben beschrieben ist. Da die Prothese keinen Scheitel aufweist, wird vorteilhaft ein herkömmlicher Fräser verwendet, um eine ununterbrochene zylindrische Verbindung zwischen den voneinander beabstandeten, sphärisch geformten Abschnitten des Hohlraums, die sich aus der Verwendung des Instruments 94 ergeben, auszubilden. Der fertige Hohlraum weist somit zwei sphärisch geformte Abschnitte und einen zylindrisch geformten Abschnitt auf, die der äußeren Oberfläche der Prothese entsprechen.
Die Prothesen, die in den mit dem Instrument der Erfindung geöffneten Hohlräumen verwendet werden sollen, werden vorzugsweise durch Presspassung in den vorbereiteten Hohlraum im Knochen eines Patienten implantiert. Es können Knochenschrauben, die durch Schraubenlöcher 48 gehen, verwendet werden, um eine zusätzliche Befestigung für die Prothese zu schaffen. Vorzugsweise weist die äußere Oberfläche der Prothese eine poröse Beschichtung 113 auf, um eine langfristige Befestigung durch Knocheneinwuchs zu erzielen. Um eine enge Anfangspassung zwischen der Prothese und dem vorbereiteten Hohlraum zu erzielen, wird die Prothese mit ihrer porösen Beschichtung im Durchmesser etwa 1 Millimeter größer als der Hohlraum bemessen.
Die oben erwähnten Prothesen können aus auf dem Gebiet bekannten herkömmlichen Materialien zur Herstellung künstlicher Gelenkprothesen hergestellt werden. Beispielsweise kann der Körper der Pfanne aus einer Ti-6Al-4V-Legierung hergestellt sein, die poröse Beschichtung kann chemisch reines Titan sein und das Lager kann ein ultrahochmolekulares Polyethylen sein. Natürlich können weitere bis jetzt bekannte oder nachfolgend entwickelte Materialien verwendet werden. Genauso können die Prothesen unter Verwendung auf dem Gebiet bekannter herkömmlicher Techniken wie etwa durch die Verwendung rechnergesteuerter Werkzeugmaschinen gefertigt werden.
Auch wenn spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und veranschaulicht worden sind, können selbstverständlich Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die äußere Oberfläche der Prothese, die in dem mit dem Instrument der Erfindung geöffneten Hohlraum verwendet werden soll, andere Konfigurationen als die gezeigten aufweisen, wobei Verfahren, die sich von den veranschaulichten unterscheiden, verwendet werden können, um die verschiedenen Teile der Prothese miteinander zu verbinden.
In dieser Richtung kann die Geometrie der Prothese in anderer Form als der oben verwendeten beschrieben werden. Beispielsweise kann die Prothese hinsichtlich der Form ihrer äußeren Oberfläche und der Mittelachse des Hohlraums, der das Lagerelement aufnimmt, beschrieben werden. Wie oben erläutert ist, weist die äußere Oberfläche der Prothese zwei sphärisch geformte Abschnitte auf, wobei die Zentren der Kugelsphären voneinander beabstandet sind und folglich eine Linie definieren. Bei den länglichen Prothesen des Standes der Technik ist die Mittelachse des das Lager aufnehmenden Hohlraums senkrecht zu der Linie zwischen den Zentren der Kugelsphären. Im Gegensatz dazu schneidet in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Mittelachse die Linie zwischen den Zentren in einem anderen Winkel als 90°, wenn eine Adduktionskorrektur ausgeführt ist.
Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet sind aus der Offenbarung hier eine Vielzahl weiterer Änderungen und Abwandlungen, die nicht von dem Umfang der Erfindung abweichen, offensichtlich. Die folgenden Ansprüche sollen sowohl die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen als auch derartige Abwandlungen, Änderungen und Entsprechungen abdecken.

Claims

Vorrichtung (94) zum Schneiden eines zweiten sphärischen Hohlraums (98) im Becken (14) eines Patienten in der Nähe eines ersten sphärischen Hohlraums (96) im Becken (14) und versetzt hierzu, wobei die Vorrichtung umfasst: (a) Führungsmittel (84), die eine äußere Oberfläche besitzen, um mit der Oberfläche des ersten sphärischen Hohlraums (96) in Eingriff zu gelangen, wobei die äußere Oberfläche ein geometrisches Zentrum der Führungsmittel (84) definiert; (b) Schneidemittel (76, 78, 80, 82), die eine Achse zum Schneiden des zweiten sphärischen Hohlraums (98) besitzen; und (c) Mittel (86, 88, 90), die die Führungsmittel (84) und die Schneidemittel (76, 78, 80, 82) relativ zueinander in einer vorgegebenen räumlichen Beziehung halten, so dass die Achse der Schneidemittel (76, 78, 80, 82) von einer zu ihr parallelen und durch das geometrische Zentrum der Führungsmittel (84) verlaufenden Achse versetzt ist.
Vorrichtung (94) zum Schneiden eines zweiten sphärischen Hohlraums (98) im Becken (14) eines Patienten in der Nähe eines ersten sphärischen Hohlraums (96) im Becken (14) und versetzt hierzu, wobei die Vorrichtung umfasst: (a) Führungsmittel (84), die eine äußere Oberfläche besitzen, um mit der Oberfläche des ersten sphärischen Hohlraums (96) in Eingriff zu gelangen, wobei die äußere Oberfläche ein geometrisches Zentrum der Führungsmittel (84) definiert; (b) Schneidemittel (76, 78, 80, 82) zum Schneiden des zweiten sphärischen Hohlraums (98), wobei diese Schneidemittel ein geometrisches Zentrum besitzen und eine Antriebswelle (82) umfassen; und (c) Mittel (86, 88, 90), die die Führungsmittel (84) und die Schneidemittel (76, 78, 80, 82) relativ zueinander in einer vorgegebenen räumlichen Beziehung halten und dabei ermöglichen, dass die Schneidemittel (76, 78, 80, 82) relativ zu den Führungsmitteln (84) an einen Punkt bewegt werden, an dem die geometrischen Zentren der Führungsmittel (84) und der Schneidemittel (76, 78, 80, 82) auf einer Linie liegen, die zu der Antriebswelle (82) im Wesentlichen senkrecht ist.