DE69303385T2

DE69303385T2 - Femurkomponente für Hüftgelenkersatz

Info

Publication number: DE69303385T2
Application number: DE69303385T
Authority: DE
Inventors: Peter Lawes
Original assignee: Howmedica Inc
Current assignee: Stryker Ireland Ltd
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2013-01-22
Also published as: GB9201734D0; ES2089714T3; JP3548188B2; AU3197493A; DK0554987T3; DE69303385D1; AU654226B2; CA2088226A1; GR3020709T3; EP0554987A1; ATE139896T1; DE9301107U1; JPH06261919A; US5458651A; EP0554987B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes.
Die Oberschenkelknochenkomponente vom Exeter-Typ der Art, wie sie in der britischen Patentschrift Nr. 1 409 054 dargestellt ist, ist allgemein bekannt und weist einen Hals auf, der einen Kugelkopf zum Zusammenwirken mit einer acetabularen Fassung trägt. Der Hals ist mit einem kragenlosen Stiel verbunden, der eine Schulter aufweist, wobei der Stiel unterhalb der Schulter einen gerade ausgerichteten Kegel aufweist. Somit ist kein Kragen vorgesehen, weder zur Auflage auf dem Knochen noch auf dem Zement in dem Bereich, wo der Stiel mit dem Hals des Implantats verbunden ist. Dieser Typ Stiel ist derart entwikkelt, daß er mit einer polierten Oberfläche versehen sein kann, um sein Hinabgleiten in den Knochenzement hinein zu erleichtern. Der Begriff "gerade ausgerichteter Kegel" im Zusammenhang mit dem Stiel bezieht sich auf die Mittelachse der Gestalt des Stiels. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den vorstehend geschilderten Typ einer Oberschenkelknochenkomponente.
Die US-A-5080680 zeigt auch eine Oberschenkelknochenkomponente dieser Art, worin das obere Ende der Vorder- und Hinterseite des Stiels sich von dem Rest des Stiels, der geradseitig ist, nach außen erweitern.
Erfindungsgemäß ist eine Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes mit einem kragenlosen Stiel, der einen gerade ausgerichteten Kegel aufweist und eine proximale Schulter zur Fixierung in einem Markkanal mittels Zement einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite sowie die Hinterseite des Stiels unterhalb der Schulter jeweils mit einer konkaven Oberfläche versehen sind, die aus einer sich vom oberen Ende der Schulter längs zum distalen Ende des Stiels erstreckenden Krümmung gebildet ist.
Vorzugsweise weisen die laterale und die mediale Oberfläche des Stiels unterhalb der Schulter ebenso jeweils eine konkave Oberfläche auf, die durch eine sich längs ersteckende Krümmung gebildet ist, die sich bis zu der distalen Spitze (4) des Stiels ersteckt.
Damit besteht die Konkavität jeder der Flächen lediglich in einer Ebene für jede Fläche, die beispielsweise betreffend die vordere Fläche nur von der lateralen oder medialen Fläche aus gesehen werden kann.
Die Wirkung der konkaven Oberflächen besteht darin, daß der Kegelwinkel auf dem körpernahen Bereich des Stiels, das ist das der Hüftgelenkauflagerfläche benachbarte Ende, etwas steiler ist als bei den bekannten Konstruktionen und flacher an der Spitze oder dem distalen Ende.
An den Hüftgelenkauflagerflächen wird die gesamte Belastung von der acetabularen Komponente in die Oberschenkelkomponente des Implantats übertragen. Jenseits des distalen Endes des Oberschenkelkomponentenstiels ist die gesamte Belastung in den Knochen übertragen worden. Zwischen dem proximalen Schnittende des Oberschenkelknochens und dem distalen Ende des Oberschenkelstiels geht die Belastung allmählich vom Implantat in den Knochen über. Die Verteilung des Belastungsübergangs über die Länge des Oberschenkelstiels ist in jedem Querschnittsabschnitt durch die relative Steifigkeit des Implantats, der Knochenzementummantelung und der umgebenden Knochen beeinflußt. Viele Oberschenkelhüftstielimplantate weisen hohe Querschnitte nahe ihrem distalen Ende auf, wodurch eine hohe Querschnittssteifigkeit gegeben ist&sub1; und dies führt dazu, daß ein hoher Anteil der Belastung von der Auflagerfläche innerhalb des Implantats zurückgehalten wird und durch die Knochenzementummantelung in den Knochen nahe dem distalen Ende des Implantats übertragen wird. Im Gegensatz dazu verursachen Stiele, die distal sehr flexibel ausgebildet sind (durch entsprechende Wahl der Materialsteifigkeit oder der Querschnittsgeometrie) eine Übertragung eines größeren Belastungsanteils in den Knochen am oder nahe dem körpernahen Ende des Oberschenkelknochens. Am äußeren Ende weist der absolut flexible Stiel die Steifigkeit Null auf, dehheh das distale Stielende ist auslaufend ausgebildet und der gesamte Belastungsübergang erfolgt über den wie auch immer gestalteten körpernahen Bereich des Stiels, der vom Konstrukteur übrig gelassen wurde.
Die erfindungsgemäße Anordnung schafft daher eine relative Starrheit am oberen Ende des Implantats, die größer ist als am unteren Ende. Hierdurch wird ein größerer Belastungsanteil vom Hüftstiel auf den Knochen durch die Knochenzementummantelung am oberen Ende übertragen und ein geringerer Belastungsanteil wird durch den Stiel nach unten geführt und in den Knochen am distalen Ende übertragen. Die Belastungsübertragung am oberen Ende des Oberschenkelknochens wird als vorteilhaft erachtet, um eine Knochenresorption zu vermeiden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß heutzutage bei einigen Patienten bei bekannten Implantaten ein Bereich auf halber Stielhöhe gefunden worden ist, der sehr dicht an die innere Knochenwandung herankommt und nur wenig Raum für den Knochenzement übrig läßt. Obwohl der bestehende Stieltyp gerade ausgerichtete, sich verjüngende äußere Ränder aufweist, ist der Knochenrandbereich innenseitig mehr trompetenartig geformt. Daher ist es möglich, durch Vorsehung konkaver Oberflächen auf dem Stiel die Dicke der zementummantelung in diesem Bereich lateral auf eine eher zu akzeptierende Dicke zu erhöhen, mindestens auf 1 mm und vorzugsweise auf 1,5 - 2 mm.
Bei der vorliegenden Anordnung erweist es sich als wichtig, daß die Ränder und Seitenflächen des Stiels niemals parallel zueinander werden, da dies zu einem Verlust des Vorteils der Verriegelung durch einen verkeilenden Eingriff entweder vor oder nach einem Absinken führt. 0er Stiel muß jederzeit schmaler werdend ausgebildet sein, wenn er nach unten fortschreitet. Jedoch ist es nicht notwendig, einen konstanten Kegelwinkel aufrecht zu erhalten.
Der Stiel kann einen rechteckförmigen, elliptischen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen, und am distalen Ende kann er im wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die Oberfläche des Stiels poliert und er kann zusammen mit einer am distalen Ende vorgesehenen Freiraum-Zentrierungseinrichtung versehen sein.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Verwendung jeglicher Nuten, Kerben, Löcher, Grate, matter Oberflächen, Makro-Oberflächen zu vermeiden, da diese zu einer Beeinträchtigung der Eingriffswirksamkeit des Stiels führen.
Wie in der britischen Patentanmeldung Nr. 90 11 132.6 beschrieben, kann eine Scheide vorgesehen werden.
Die Erfindung kann auf vielen Wegen ausgeführt werden, aber eine Ausführungsform wird nun als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer Oberschenkelkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine Endansicht der in Fig. 1 gezeigten Komponente
Figur 3 eine Querschnittsdarstellung längs dem Schnittlinienverlauf III-III in Fig. 2;
Figur 4 eine Seitenansicht einer Oberschenkelkomponente mit einer, wie in der britischen Patentanmeldung Nr. 90 11 132.6 beschriebenen Scheide;
Figur 5 das distale Ende einer in ihrer Konfiguration von der Darstellung in Fig. 4 abweichenden Scheide; und
Figur 6 eine Querschnittsansicht des distalen Endes einer alternativen Ausführung unter Verwendung einer separat ausgeführten Zentrierungseinrichtung.
Wie in den zeichnungen dargestellt, weist die Oberschenkelkomponente eines Hüftgelenkersatzes einen kragenlosen Stiel 1 mit im wesentlichen rechteckförmiger Querschnittsausbildung auf. Der Stiel ist zur Fixierung in einem Markkanal 2 eines mit durchbrochenem Linienverlauf dargestellten Oberschenkelknochens 3 auf die bekannte Art durch Knochenzement vorgesehen. Der Stiel weist einen kontinuierlich ausgebildeten Kegel, der von seinem distalen Ende 4 bis zu einer Schulter 5 reicht auf, wo er in den Hals 6 übergeht. Der Hals 6 geht in einen Zapfen 7 zur Aufnahme eines mit durchbrochenem Linienverlauf dargestellten Kugelkopfs 8 über, der dazu bestimmt ist, mit einer acetabularen Fassung zusammenzuwirken.
Wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, ist die vordere Seitenfläche 9 mit der Schulter 5 im wesentlichen flach ausgebildet bis sie in den Hals 6 übergeht, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die hintere Seitenfläche 10 ist ähnlich ausgebildet. Diese Flächen sind mit einer sich längs erstreckenden Krümmung gerundet, so daß sie konkav ausgebildet sind. Mittels der durchbrochenen Linien 12 und 13 ist die geradlinig verlaufende Kontur, wenn keine Konkavität vorhanden wäre, dargestellt. Die Konturierung erstreckt sich auf diesen Flächen vom distalen Ende 4 über die Schulter 5 bis zum Hals 6. Am oberen Ende ist eine stark ausgeprägte Konkavität 11 vorgesehen, wonach die Konkavität abnimmt und schließlich am distalen Ende 4 ausläuft.
Die Mittelpunktlinie des gerade ausgerichteten, verjüngt ausgebildeten unteren Stielbereichs ist mit 14 bezeichnet.
Die laterale Fläche 15 und die mediale Fläche 16 des Stiels sind ebenso unterhalb der Schulter 5 konisch ausgebildet. Die Krümmung der inneren medialen Fläche 17 der Schulter 5 geht in den gerade ausgerichteten, verjüngt ausgebildeten Bereich des Stiels bei 18 über und die konvexe Oberfläche 19 der lateralen Fläche der Schulter 5 geht in den gerade ausgerichteten, verjüngt ausgebildeten Stiel bei 20 über.
Unterhalb der Punkte 18 und 20 sind die Oberflächen der lateralen und der medialen Fläche 15 und 16 konkav geformt. Die relativ geraden Linienverläufe der Flächen, wenn sie nicht konkav wären, sind durch durchbrochene Linien 21, 22 dargestellt.
An der lateralen und der medialen Fläche ist ein relativ weiter Radius vorgesehen. Die maximale Tiefe der Einwölbung abweichend von der geraden Oberfläche, in die sie hineingeschnitten ist, beträgt etwa 1-2 mm.
Bei einer Stiellänge von typischerweise 150 mm (des implantierten oder zementierten Bereichs) befindet sich die Position der maximalen Tiefe der Einwölbung typischerweise bei der Hälfte bis zwei Drittel der Länge des Stielbereichs nach unten auf der lateralen Seite. Auf der medialen Seite weist die gesamte Geometrie von der Spitze bis zum Hals eine komplexe Krümmung auf.
Der in Fig. 3 dargestellte Querschnittsbereich ist im wesentlichen rechteckförmig mit abgerundeten Ekken. Die Oberflächen können flach ausgebildet sein. In der dargestellten Anordnung sind sie jedoch leicht nach außen gewölbt. Am distalen Ende 4 wird der rechteckförmige Querschnitt im wesentlichen kreisförmig
Bei der dargestellten Anordnung dient die Oberschenkelkomponente zur Verwendung mit einem entfernbaren Kugelkopf 8. Falls erwünscht, kann der Kugelkopf 8 jedoch auch integral mit dem Stiel ausgebildet sein.
Die Oberfläche des Stiels mit der Schulter ist fein poliert und falls erwünscht, kann eine distale Freiraum-zentrierungseinrichtung, beispielsweise in der in der britischen Patentschrift Nr. 2 104 391 dargestellten Art, zusammen damit verwendet werden.
Die Figuren 4 und 5 zeigen, wie eine Scheide vorgesehen werden kann, wobei übereinstimmende Bezugszeichen für Teile verwendet werden, die mit den Teilen in den Figuren 1, 2 und 3 übereinstimmen.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Stiel 1 von einer Scheide 29 umgeben, die den Stiel von seinem distalen Ende 4 bis zu ei-nem Bereich benachbart dem körpernahen Schnittende 2 des Oberschenkelknochens 3 bedeckt. Bei der dargestellten Anordnung ist das Ende 31 der Scheide die Zementummantelung 28 leicht überragend dargestellt und weist eine Ausschnittsöffnung 32 auf, die sich von ihrem Ende 31 bis zu einem Punkt 33 erstreckt, um den Zusammenbau zu vereinfachen.
Die Scheide besteht aus ähnlichem Material wie der Knochenzement, beispielsweise Polymethylmethacrylat, und ihr distales Ende 34 ist etwas länger als das Ende 4 des Stiels 1, um einen Freiraum 35 zu schaffen. Die inneren Seitenwandungen des distalen Endes 34 können bis zu einem Punkt 36 etwa 1-2 cm vom Ende 4 des Stiels entfernt, parallel ausgebildet sein.
Die Dicke der Scheide b6trägt etwa 1 mm und die Scheide kann in einem separaten Formungsverfahren hergestellt sein.
Optional können an der Scheide 4 dünne nach außen hervorspringende Anschläge 24 in Form von 4 gleichmäßig voneinander beabstandeten, tangential hervorspringenden Flügeln oder Armen an der Scheide angeformt sein. Diese Anschläge agieren als eine Zentrierungseinrichtung und dienen zum Abhalten des Stiels 1 von der Wand des Markkanals während der Implantation.
Die Vorsprünge können elastisch am Kreisumfang nach innen deformiert werden, wenn der Stiel zusammen mit der Scheide in den Kanal 2 in Position gestoßen wird.
Bei positionierter Scheide wird die durch die Anschläge gebildete Zentrierungseinrichtung gut in den Zement integriert wie auch die übrigen Bereiche der Scheide, wodurch jede Schwächung oder Hohlraumbildung vermieden wird.
Wenn sich der Stiel nicht weiter in die Zementummantelung hineinbewegt, kann dies durch eine Bewegung innerhalb der Scheide ausgeglichen werden, die, wie deutlich wird, zwar selbst integral mit der Zementummantelung verbunden ist, wobei jedoch, weil die Scheide nicht mit dem Stiel verbunden ist, die Adhäsion zwischen dem Zement und dem Stiel reduziert ist und daher der Reibungswiderstand für das Absinken oder den erneuten Eingriff des Stiels reduziert ist.
Eine alternative Ausführung der Scheide ist in Fig. 5 dargestellt, in der übereinstimmende Bezugszeichen für übereinstimmende Teile verwendet werden.
Mittels dieser Anordnung ist wiederum ein Freiraum 35 geschaffen, wenn die Scheide 29 auf dem Stiel 1 (in Fig. 5 nicht dargestellt) plaziert ist. Bei dieser Ausführung sind die Anschläge 24 jedoch durch drei radial und nach oben sich erstreckende Arme 25 realisiert, die um die Scheide herum voneinander beabstandet sind und die wiederum dazu dienen, den Stiel im Markkanal zu zentrieren.
Bei einem alternativen und bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine separate Zentrierungseinrichtung, wie in Fig 6 dargestellt, verwendet. Bei dieser Ausführung werden übereinstimmende Bezugszeichen zur Bezeichnung von mit den Teilen in den Figuren 4 und 5 übereinstimmenden Teilen verwendet. Doch sind auf der Scheide selbst keine zentrierenden Anschläge 24 vorgesehen. Das distale Ende 34 der Scheide weist einen Zapfen 40 auf, auf dem eine separate Zentrierungseinrichtung 41 angeordnet ist, die eine zentrale Bosse 42 mit einer Blindbohrung 43 aufweist, die auf den Zapfen 40 aufgedrückt werden kann. Drei radial und nach oben hervorspringende Arme 44 erstrekken sich nach außen von der zentralen Bosse 42 und dienen zum Zentrieren und Abhalten des Stiels 1 von der Wand des Markkanals, in ähnlicher Weise wie zuvor die Anschläge 24. Die Zentrierungseinrichtung 41 kann aus demselben Material wie die Scheide hergestellt sein. Jedoch kann Füllmaterial hinzugefügt werden, um die Flexibilität der hervorspringenden Arme 44 zu verbessern.
Wenn die Prothese implantiert werden soll, befestigt der Chirurg die geeignete Größe einer vorgeformten Scheide auf dem Stiel der Prothese, wobei die Scheide die integral angeformte Zentrierungseinrichtung mit einer Einrichtung zur Schaffung eines Freiraums auf dem distalen Ende aufweist. Die zusammengebaute Stiel/Scheiden-Anordnung wird dann in die Knochenaushöhlung eingesetzt, die schon mit konventionellem Knochenzement auf die übliche Art und Weise gefüllt worden ist. Die vorgeformte Zementscheide verbindet sich unmittelbar mit dem vom Chirurgen eingesetzten Knochenzement. Das Material der Scheide und das Material des Zements sind identisch oder kompatibel, so daß sie sich miteinander verbinden.
Es ist wichtig, daß die vorgeformte Scheide separat vom Stiel ausgebildet ist. Sie kann nicht lediglich durch eine Beschichtung geschaffen werden, die auf dem Stiel appliziert wird, da dies nicht dieselben geringen Reibungseigenschaften auf der Oberflche des Stiels erzeugen würde, wie es erforderlich ist.
Es ist möglich, zwischen der vorgeformten Scheide und dem Stiel ein Schmiermittel vorzusehen, um die Reibung noch weiter zu re-duzieren. Hierzu kann ein geeignetes, steriles Schmiermittel verwendet werden, beispielsweise steriles flüssiges Paraffin.
Mit dieser Ausführung wird beabsichtigt, eine Optimierung der Grenzflächenbedingungen zwischen dem Zement in einem intramedullären Kanal und der Oberfläche des Stiels zu schaffen. Das Vermeiden von Fenstern im Zement und des direkten Kontakts zwischen Metall und Knochen ist ebenfalls ein Vorteil.

Claims

1. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes mit einem kragenlosen Stiel (1), der einen gerade ausgerichteten Kegel aufweist und eine proximale Schulter (5) zur Fixierung in einem Markkanal (2) mittels Zement einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite (9) sowie die Hinterseite (10) des Stiels unterhalb der Schulter (5) jeweils mit einer konkaven Oberfläche versehen sind, die aus einer sich vom oberen Ende der Schulter (5) längs zum distalen Ende (4) des Stiels erstreckenden Krümmung gebildet ist.

2. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die laterale Seite (15) und die mediale Seite (16) des Stiels unterhalb der Schulter (5) ebenfalls jeweils mit einer konkaven Oberfläche versehen sind, die durch eine sich längs erstreckende Krümmung gebildet ist, die sich bis zu der distalen Spitze (4) des Stiels ersteckt.

3. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiel (1) einen rechteckförmigen, elliptischen oder trapezoidförmigen Querschnitt aufweist.

4. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Stiels (1) am distalen Ende (4) im wesentlichen kreisförmig ist.

5. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiel (1) poliert ist.

6. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiel (1) mit einer Einrichtung (7) zur Aufnahme eines Kugelkopfes versehen ist.

7. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiel (1) mit einem Kugelkopf (18) versehen ist.

8. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenk ersatzes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stiel (1) mit einer Scheide (29) versehen ist, die aus einem Acrylmaterial hergestellt ist.

9. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheide (29) derart bemessen ist, daß der Stiel (1) vom distalen Ende (4) bis zu einer Stelle auf dem Stiel umschlossen ist, die benachbart dem körpernahen Schnittende (2) des Oberschenkelknochens (31), mit dem sie verwendet wird, zu liegen kommt.

10. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheide (29) derart bemessen und gestaltet ist, daß eine Weiterbewegung des Stiels unter Belastung in ihr möglich ist.

11. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach Anspruch 8, Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das distale Ende (34) der Scheide (29) in Form einer Schale ausgebildet ist, deren innere Endoberfläche vom distalen Ende des Stiels (1) beabstandet ist, um einen Freiraum (35) zu schaffen.

12. Oberschenkelknochenkomponente eines Hüftgelenkersatzes nach einem - der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheide (29) eine Einrichtung (24) zur Zentrierung des Stiels (1) im intramedullären Kanal des Oberschenkeiknochens, mit dem er verwendet werden soll, aufweist.