CH647405A5

CH647405A5 - Endoprothese eines kniegelenkes.

Info

Publication number: CH647405A5
Application number: CH10200/78A
Authority: CH
Inventors: Eckart Engelbrecht; Elmar Nieder
Original assignee: Gmt Medizinische Technik Gmbh
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1978-10-02
Publication date: 1985-01-31
Also published as: US4268920A; GB2005545B; FR2405064B1; GB2005545A; DE2744710A1; FR2405064A1; DE2744710C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoprothese eines Kniegelenkes bestehend aus einer tibialen und einer femoralen Komponente, die jeweils einen zur Implantation in einen Schenkel vorgesehenen Stiel (3,26) und je einen mit diesem fest verbundenen Lagerteil einer Lageranordnung aufweisen, bei der die beiden Lagerteile sich bei Bewegungen einander gleitend beaufschlagen und im Belastungsfalle Kräfte aus der femoralen in die tibiale Komponente übertragen.

Diese bisher gebräuchlichen Endoprothesen weisen nur einen Freiheitsgrad auf. Sie können lediglich in einer Ebene . gebeugt und gestreckt werden.

Darüber hinaus sind erste Modelle von Rotationsprothesen bekanntgeworden. Diese sind in der Lage, die auch durch das natürliche Kniegelenk ermöglichte Rotation des Unterschenkels gegenüber dem Oberschenkel in gewissem Umfange zu ermöglichen. Diese Rotation wird aber ungebremst in die Verankerungen eingeleitet, mit denen die Lagerhälften im Knochen befestigt sind. Das die Rotation herbeiführende Rotationsmoment wird mit einem harten Anschlag in die Verankerungen eingeleitet. Durch diese Stoss-belastungen entsteht die Gefahr, dass die Verankerungen im Knochen gelockert werden.

Die gleiche Gefahr entsteht, wenn die Kniegelenkprothese so stark gebeugt wird, dass Teile der tibialen Komponenten an die femorale Komponente anschlagen. Auch dabei entstehen Stossbelastungen, die die Verankerungen der Komponenten in dem ihnen zugeordneten Knochen als wahrscheinlich erscheinen lassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Endoprothese der einleitend genannten Art so zu verbessern, dass die Einleitung von Stossbelastungen in die Verankerungen der Prothesenkomponenten weitgehend verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäss dadurch gelöst, dass die Lagerteile zur Übertragung von Druckkräften ausgebildet sind und miteinander mittels eines Kardangelenkes verbunden sind, welches sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene Bewegungen zulässt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.

In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1: einen Querschnitt durch die tibiale Komponente entlang der Schnittlinie I-I in Figur 4,

Figur 2: einen Teil-Längsschnitt durch die tibiale Komponente entlang der Schnittlinie II-II in Figur 4,

Figur 3: eine Druntersicht von unten auf die tibiale Komponente,

Figur 4: einen Längsschnitt gemäss der Schnittlinie IV—IV in Figur 2,

Figur 5: eine Vorderansicht der femoralen Komponenten,

Figur 6: eine Draufsicht auf die femorale Komponente, Figur 7: eine Seitenansicht der femoralen Komponenten, Figur 8: eine Druntersicht von unten auf die femorale Komponente,

Figur 9: einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der tibialen Komponenten und

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Figur 10: eine Seitenansicht einer zusammengesetzten Kniegelenkprothese.

Die Endoprothese eines Kniegelenkes besteht im wesentlichen aus einer tibialen Komponenten 1 und einer femoralen Komponenten 2. Bei der tibialen Komponenten 1 schliesst sich an einen Stiel 3 ein Auflager 4 an, das zusätzlich mit Rippen 5 gegenüber dem Stiel 3 abgestützt ist. Der Stiel 3 ist etwa im Schwerpunkt des Auflagers 4 mit diesem verbunden. Die dem Stiel 3 abgewandte Oberseite 6 des Auflagers 4 ist als eine ebene Fläche ausgebildet, deren Ränder einen Kragen 7 aufweisen, der aus der Oberseite 6 herausragt. Der Kragen 7 dient als Halterung für eine auf die Oberseite 6 aufgebrachte tibiale Lagerhälfte 8 eines Druckspannungen aufnehmenden Lagerteils.

Der Stiel 3 läuft vom Auflager 4 in Richtung auf sein in den Knochen einzuschiebendes Ende 9 konisch zu. Zur Versteifung des Stiels 3 sind Rippen 10 vorgesehen, die sich auf allen vier Seiten, mindestens aber auf zwei Seiten des Stiels 3 erstrecken. Am Ende 9 ist ein Gewinde 11 auf den Stiel 3 aufgebracht. Auf dieses wird eine Kappe 12 aufgeschraubt. Diese dient mit ihrem äusseren Umfang 13 als Führung des Stiels 3 in dem ihn aufnehmenden Knochen. Die Kappe 12 ist an ihrem äusseren Umfang 13 mit Rillen 14 versehen, die etwa parallel zur Längsrichtung des Stiels 3 verlaufen. Durch diese Rillen 14 quetscht sich das Verbindungsmaterial, beispielsweise der Knochenzement, vom Ende 9 in Richtung auf das Auflager 4, wenn der Stiel 3 in die mit Knochenzement angefüllte Höhlung eines Knochens eingeführt wird.

Die tibiale Lagerhälfte 8 besteht im wesentlichen aus einem mit Abflachungen 15 ausgebildeten, Druckspannungen aufnehmenden Teil. Die Abflachungen 15 sind auf einem Einsatz 17 ausgebildet, der mit einer Bodenfläche auf der Oberseite 6 des Auflagers 4 aufliegt und an dessen Kragen 7 gegen Verschiebungen gesichert ist. Die Abflachungen 15 sind an den quer zur Beugeebene liegenden Randbezirken des Einsatzes 17 ausgebildet. Die Ränder dieser Abflachungen verlaufen etwa kreisförmig und weisen lediglich im Bereich des zwischen beiden Randteilen der Abflachungen 15 liegenden Mittelstückes eine in Richtung auf diese weisende Einbuchtung 18 auf. Auf diese Weise erhält das Auflager 4 und der ihm angepasste Einsatz 17 die Form eines Hufeisens, auf dessen Schenkeln die Abflachungen 15 ausgebildet sind.

In dem zwischen den Schenkeln des Einsatzes 17 liegenden Mittelteil der tibialen Komponenten 1 erhebt sich ein Kardanlager 16 auf dem der Einbuchtung 18 benachbarten hinteren Teil des Mittelteils. In der Beugeebene ist in Richtung auf die Kniescheibe dem Kardanlager 16 eine Auflauf-fläche 19 vorgelagert, die sich auf dem Einsatz 17 erhebt und in einem Kamm 20 endet, der sich geschwungen von dem einen Schenkel der Abflachung 15 zum anderen erstreckt.

Jenseits des Kammes 20 fällt die Auflauffläche 19 in einem jähen Abfall 21 in Richtung auf den Kragen 7 ab, der den gesamten Einsatz 17 umgibt. Dieser Abfall 21 sowie die ihr abgewandte Auflauffläche 19 erstrecken sich im wesentlichen in der Beugeebene. Zu beiden Seiten fällt die Auflauffläche 19 in Richtung auf die Schenkel der Abflachung 15 in Form von Seitenflächen 22 ab, die in die Abflachung 15 einmünden. Die Seitenflächen 22 sind in Richtung auf die Auflauffläche 19 in der Weise gewölbt, dass eine auf der Abflachung 15 in Beugerichtung stattfindende Abrollbewegung der femoralen Lagerhälfte 2 nicht beeinträchtigt werden kann.

Das Kardanlager 16 besteht im wesentlichen aus einem sich auf dem Einsatz 17 erhebenden Zylinder 23, dessen Achse im wesentlichen senkrecht zur Abflachung 15 verläuft. Die Mantelfläche des Zylinders 23 tangiert die Einbuchtung 18.

An dem dem Einsatz 17 abgewandten Ende des Zylinders 23 verläuft ein senkrecht zu ihm ausgerichteter Walzenkörper 24, der mit dem Zylinder 23 fest verbunden ist. Dieser Walzenkörper 24 steht im wesentlichen senkrecht auf der Beugeebene. Sein Abstand vom Einsatz 17 ist so bemessen, dass die Laufflächen 32 der femoralen Komponente 2 über die Abflachung 15 gleiten können und dabei die Abflachung 15 so beaufschlagen, dass Druckspannungen von ihnen in die Abflachung 15 eingeleitet werden können.

Der senkrechte Zylinder 23 und der Walzenkörper 24 bilden eine Einheit, die in senkrechter Richtung verschieblich auf einer Innenführung 38 gelagert ist. Diese ist zweckmässigerweise als ein mit dem Auflager 4 vestverbundener Zylinder ausgebildet, auf dessen Oberfläche die Einheit aus dem senkrechten Zylinder 23 und dem Walzenkörper 24 mit einer Innenfläche 39 gleitend gelagert ist. Diese Lagerung ermöglicht Verschiebungen des Kardanlagers 16 in senkrechter Richtung und Rotationsbewegungen um die Innenführung 38.

Diese ist unterteilt in einen in den Walzenkörper 24 hineinragenden oberen Teil 40, der zylinderförmig ausgebildet ist, und einen sich in Richtung auf das Auflager 4 anschliessenden unteren Teil 41, dessen Wandungen in Form eines abgestumpften Kegels verlaufen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Innenführung 38 auf möglichst grosser Fläche in das Auflager 4 einmündet. Ausserdem können im Bereich der kegelförmigen Flächen des unteren Teils 41 in begrenztem Umfange Druckkräfte vom senkrechten Zylinder 23 in die Innenführung 38 übergeleitet werden, falls aufgrund von Abriebverlusten an den Laufflächen 32 Druckspannungen von der femoralen Komponente 2 in den Walzenkörper 24 eingeleitet werden sollten. Diese restlichen Druckspannungen sollen keinesfalls am oberen Ende der Innenführung 38 in diese oder an der dem Auflager 4 zugewandten Unterkante 42 des senkrechten Zylinders 23 unmittelbar in das Auflager 4 eingeleitet werden, da an diesen Stellen relativ hohe Flächenpressungen infolge der kleinen sich beaufschlagenden Flächen auftreten würden. Um diese zu einem hohen Verschleiss führenden Flächenpressungen auf jeden Fall zu vermeiden, stützt sich die entsprechend gestaltete Innenfläche 39 auf der Kegeloberfläche der Innenführung 38 ab, so dass sowohl an dem in den Walzenkörper 24 hineinragenden oberen Ende als auch an der Unterkante 42 des senkrechten Zylinders 23 Berührungen der einander gegenüberliegenden Flächen nicht stattfinden.

Zweckmässigerweise kann die Innenführung 38 auf dem Auflager 4 elastisch gelagert sein, damit sie Kräften nachgeben kann, die in Druckrichtung auf den Walzenkörper 24 bzw. den senkrechten Zylinder 23 einwirken. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die gesamten Druckspannungen über die Abflachung 15 in die tibiale Komponente 1 eingeleitet werden.

Die elastische Lagerung der Innenführung 38 kann beispielsweise in der Form vorgenommen werden, dass sie durch das Auflager 4 in Richtung auf dessen Unterfläche hindurchgeführt wird und dort in einer elastischen Führung 53 gelagert wird. Diese kann an der Unterseite des Auflagers 4 befestigt sein.

Die femorale Komponente 2 besteht im wesentlichen aus einer Lagerhälfte 25 und einem Stiel 26, der der Befestigung der femoralen Komponenten 2 im Knochen dient. Der Stiel 26 ist auf der der tibialen Komponente 1 abgewandten Oberseite 27 derart befestigt, dass er gegenüber den Lotrechten eine Abweichung von etwa 5° aufweist. Diese entspricht in etwa der physiologischen Valgus-Abknickung im Kniegelenk und wird durch eine Neigung des Stielendes 28 in Richtung des schräg einwärts zum Becken verlaufenden Oberschenkels berücksichtigt. Der Stiel 26 mündet entlang einer

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Mittellinie zwischen zwei sich im wesentlichen in Beugerichtung des Kniegelenkes erstreckenden Laufflächen 32 in die femorale Lagerhälfte 25 ein. Der Einmündungspunkt des Stiels 26 liegt im vorderen Teil der femoralen Lagerhälfte 25 unmittelbar vor dem vom Walzenkörper 24 gebildeten Drehpunkt des Kniegelenkes.

Der Stiel 26 läuft von der femoralen Lagerhälfte 25 in Richtung auf sein Ende 28 konisch zu. Er kann durch Rippen 29 verstärkt sein. Am Ende 28 weist er ähnlich wie der Stiel 3 der tibialen Lagerhälfte eine Kappe 30 auf, die auf das Ende 28 aufgeschraubt ist. Diese Kappe dient der Führung des Stiels 26 im Knochen. Die Oberfläche der Kappe ist mit Rillen 14 versehen, durch die sich der Knochenzement in Richtung auf die femorale Lagerhälfte 25 drücken kann, wenn der Stiel 26 in die Höhlung des Knochens eingeführt wird.

Die femorale Lagerhälfte 25 besteht im wesentlichen aus den beiden seitlich begrenzenden Laufflächen 32, die kufen-förmig gestaltet sind. Zwischen den beiden Laufflächen 32 ist ein Mittelteil 52 vorgesehen.

Es weist eine im gestreckten Zustand des Knies weitgehend lotrecht verlaufende Bohrung 33 auf, die zur Aufnahme des Zylinders 23 vorgesehen ist. Senkrecht zu dieser Bohrung 33 verläuft eine zylindrische Lagerschale 34, deren Achse senkrecht zur Beugeebene verläuft. Diese zylindrische Lagerschale 34 dient zur Aufnahme des Walzenkörpers 24.

Die kufenförmigen Laufflächen 32 weisen in ihrem die Abflachung 15 bei gestreckter Kniehaltung beaufschlagenden Bereich einen schwächer gebogenen Anteil 44 mit relativ grossem Radius auf. Sie sind insoweit der anatomischen Form der Condylen nachgebildet, die die femorale Auflagefläche des natürlichen Kniegelenkes bilden. Dieser Teil der Lauffläche 32 geht der Ausgestaltung der Condylen folgend in Richtung auf den die Kniekehle bildenden hinteren Teil 43 des Kniegelenkes stetig in einen Anteil 45 stärkerer Krümmung über, der einen kleineren Krümmungsradius als der vordere Teil der Lauffläche aufweist.

Diesem zweiten Anteil 45 schliesst sich ein dritter Anteil 46 an, der den hinteren Teil 43 der femoralen Lagerhälfte 25 bildet. Dieser dritte Anteil 46 weist wiederum einen grossen Radius auf. Dieser bewirkt, dass die beiden Lagerhälften 8, 25 bei starker Beugung des Kniegelenkes voneinander abgedrückt werden. Durch diese Distraktion des Kniegelenkes wird die das Kniegelenk umgebende Streckmuskulatur vorgespannt, so dass das Kniegelenk aufgrund dieser Vorspannung gedämpft in seine grösste Beugung einfedert. Die Distraktion des Kniegelenkes wird durch die Verschieblichkeit des Kardanlagers 16 auf der Innenführung 38 und die unver-bundene Ausführung des Drucklagers ermöglicht. Durch die Verschiebung des Kardanlagers 16 vergrössert sich die Entfernung zwischen dem Drehpunkt des Kniegelenkes und der tibialen Lagerhälfte 8 des Drucklagers. Dadurch steht in der Kniekehle ein vergrösserter Raum zur Aufnahme der das Kniegelenk umgebenden Weichteile zur Verfügung. Ausserdem verhindert der durch die Distraktion des Kniegelenkes vorgespannte Streckapparat einen harten Anschlag der sich bei starker Beugung berührenden hinteren Teile der femoralen und tibialen Komponenten 2,1. Auf diese Weise wird ein Bruch dieser Teile verhindert.

Der dritte Anteil 46 der Lauffläche 32 weist eine schlittenartige Ausbildung der Druckfläche nicht mehr auf. Er stellt lediglich eine in die Condyle des Oberschenkelknochens hineinragende Gestaltung der femoralen Komponente dar.

Die Laufflächen 32 weisen in der Draufsicht als Begren-zungslinie Kreissektoren auf, die in etwa den Begrenzungslinien der Abflachung 15 entsprechen. Durch diese Gestaltung werden die Abflachungen 15 weitgehend gleichmässig von den Laufflächen 32 beaufschlagt, so dass die Flächenpressung trotz der grossen zu übertragenden Kräfte relativ klein ist. Diese Gestaltung der Lauffläche 32 hat zugleich den Vorteil, dass sie sich an den weniger beanspruchten Stellen im Rahmen der kreissektorförmigen Begrenzungslinien stark verschmälern. Dadurch ist es möglich, beim Einsetzen der femoralen Komponenten 2 nur wenig Knochenmasse im Gebiet der Condylen zu entfernen. Diese Resektionsersparnis verbessert die Möglichkeiten, die eingebaute Endoprothese zu einem späteren Zeitpunkt gegen eine andere auszuwechseln, wenn sich herausstellen sollte, dass sich die Prothesenteile im Knochen gelockert haben sollten oder andere Schwierigkeiten bei der Benutzung der Prothese aufgetreten sind.

Darüber hinaus sind aber auch die Laufflächen 32 quer zu ihrer Abrollrichtung in Form eines Kreissektors gewölbt. Diese Wölbung 47 weist einen konstanten Krümmungsradius 48 auf. Dieser ist in der Form gestaltet, dass die Laufflächen gegeneinander zeltförmig geneigt sind. Die Neigung der Laufflächen 32 entspricht weitgehend der Gestaltung der Seitenflächen 22, die sich von der Abflachung 15 der tibialen Komponenten 1 in Richtung auf die Auflauffläche 19 erheben. Bei gestreckter Stellung des Kniegelenkes beaufschlagt die Wölbung 47 die Seitenflächen 22, so dass die femorale Komponente 2 auf der tibialen Komponenten 1 weitgehend unter dem Einfluss des Körpergewichtes und der Zugkraft des das Kniegelenk umgebenden Weichteilmantels in der Beugeebene des Kniegelenkes stabilisiert ist. In dieser Stellung findet eine Rotation der femoralen Komponenten 2 gegenüber der tibialen Komponenten 1 nicht statt.

Der Krümmungsradius 48 ändert sich entlang der Lauffläche 32 in der Weise, dass er in dem bei gestreckter Kniestellung beaufschlagten Bereich am kleinsten ist und. sich konstant in Richtung auf den hinteren Teil 43 vergrössert.

Auf diese Weise vergrössert sich ebenfalls das Spiel zwischen den Seitenflächen 22 einerseits und der zeltdachförmig ausgebildeten Wölbung 47 andererseits mit zunehmender Beugung des Kniegelenkes, da die Führung der Wölbung 47 unabhängig vom jeweiligen Beugungsgrad des Kniegelenkes immer an der etwa gleichbleibenden Stelle der Seitenfläche 22 erfolgt. Durch dieses Spiel der Lauffläche 32 auf der Abflachung 15 wird die femorale Komponente 1 in die Lage versetzt, in begrenztem Umfange Rotationsbewegungen gegenüber der tibialen Komponenten 2 auszuführen, wobei die femorale Komponente in dem auf der Innenführung 38 beweglichen Kardanlager 16 geführt wird. Die Rotation der femoralen Komponenten 2 in der jeweiligen Beugestellung des Kniegelenkes wird lediglich dadurch gebremst, dass die Wölbung 47 auf die ihr benachbarte Seitenfläche 22 aufläuft. Dadurch kommt eine Distraktion des Kniegelenkes gegen den Widerstand der Streckmuskulatur zustande, so dass das die Rotation der femoralen Komponenten 2 gegenüber der tibialen Komponente 1 erzeugende Drehmoment dann in die Verankerungen der Komponenten 1,2 eingeleitet wird.

Durch den Mittelteil 52 verläuft eine Schlitzung 36, deren Breite dem äusseren Durchmesser des Zylinders 23 entspricht. Diese Schlitzung 36 mündet in die Bohrung 33, so dass diese nur in ihrem der Schlitzung 36 abgewandten vorderen Teil als hohler Halbzylinder ausgebildet ist. Durch die Schlitzung 36 wird der Zylinder 23 geführt, wenn die beiden Komponenten 1,2 zu einer Prothese zusammengefügt werden. Sobald der Walzenkörper 24 in die zylindrische Lagerschale 34 eingehängt ist, ruht der Zylinder 23 mit seiner in Richtung auf die Kniescheibe weisenden Vorderseite in dem von der Bohrung 33 gebildeten hohlen Halbzylinder, solange sich das Kniegelenk im gestreckten Zustand befindet. Beim Verschwenken der Komponenten 1, 2 gegeneinander bezüglich des Walzenkörpers 24 gleitet der senkrechte Zylinder 23 mit seinen quer zur Beugeebene liegenden Seitenteilen durch

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die Schlitzung 36. Andererseits dient der von der Bohrung 33 gebildete hohle Halbzylinder als ein die Streckung des Kniegelenkes festlegender Anschlag.

Zwischen dem Einsatz 17 und den Wandungen des senkrechten Zylinders 23 ist ein mit dem Auflager 4 festverbundener Bund 54 vorgesehen, der die Lagerstelle 51 umgibt. Dieser Bund 54 verhindert bei Rotationen der femoralen Komponenten 2 gegenüber der tibialen Komponenten 1,

dass die Wandungen des senkrechten Zylinders 23 den Einsatz 17 reibend beaufschlagen.

Sowohl die tibiale Komponente 1 als auch die femorale Komponente 2 sind aus Metall hergestellt. Insbesondere bietet sich eine Legierung aus Chrom, Kobalt und Molybdän an. Die Lagerhälften 8,25 bestehen aus einem Interponat aus Kunststoff. Dabei wird das aus ähnlichen Anwendungsfällen bereits bekannte hochmolekulare Polyäthylen Verwendung finden. Wegen der zu erwartenden hohen Pressungen ist es unter Umständen erforderlich, in das Polyäthylen Kohlenstoffasern oder -matten einzulegen. An Stellen gegenseitiger Beaufschlagung ist mindestens ein Teil der sich ein-anderbeaufschlagenden Flächen aus Metall, der andere aus Kunststoff hergestellt. Aus diesem Grunde gleiten die aus Metall hergestellten Laufflächen 32 auf dem Kunststoffeinsatz 17, und die Führung des aus Kunststoff hergestellten senkrechten Zylinders 23 erfolgt an dem Metallbund 54.

Diese Endoprothese ist der natürlichen Gestaltung des Kniegelenkes weitgehend angenähert. Die Abflachungen 15 sind der durchschnittlichen Form des Querschnittes des Schienenbeinkopfes angepasst. Die an der Unterfläche vorgesehenen Rippen 10 dienen zur Stabilisierung des Plateauteils und darüber hinaus zum Abfangen von Rotationskräften. Schliesslich kann ein massiver Stabilisierungsteil an der Unterfläche des Plateaus vorgesehen sein, der ebenfalls zur Unterstützung des Auflagers 4 dient.

Die im hinteren Teil vorgesehene Anordnung des Kardanlagers 16 hat den Vorteil, dass sich bei Beugungen des Kniegelenkes die Weichteile in der Kniekehle nicht bewe-gungshindernd stauen. Um eine möglichst weitgehende Ein-knickung des Kniegelenkes zu ermöglichen, ist das Auflager 4 im Bereich der Anordnung des Kardanlagers 16 mit der Einbuchtung 18 versehen.

Die hufeisenförmig über die Einbuchtung 18 hinausragenden Abflachungen 15 sind im Bereich der Kniekehle un-verbunden, um keine zusätzlichen Hemmnisse im Bereich der Kniekehle zu erzeugen. Auch die Anordnung des Kardanlagers 16 am hintersten Rand des Auflagers 4 in unmittelbarer Nachbarschaft der Einbuchtung 18 dient ausschliesslich zur Erhaltung einer grossen Beugefähigkeit des Kniegelenkes.

Die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Kniegelenkprothese ermöglicht alternativ die folgenden Bewegungsabläufe bei Einbringung eines stossförmigen Drehmomentes in die tibiale Komponente 1 oder die femorale Komponente 2:

a) wenn die Beugung des Kniegelenkes konstant gehalten wird, beaufschlagt die Wölbung 47 an der dieser Beugung entsprechenden Stelle die Seitenfläche 22 der Auflauffläche 19. Die sich daraus ergebende Distraktion des Kniegelenkes führt zu einer Erhöhung der Lageenergie des Körpergewichtes und der inneren Spannung des Weichteilmantels. So647 405

bald die Einwirkung der äusseren Kräfte aufhört, die zur Einleitung des Drehmomentes geführt haben, wird die Distraktion des Kniegelenkes durch einen Ausgleich der potentiellen Energie einerseits und der inneren Spannung des Weichteilmantels andererseits rückgängig gemacht, so dass eine rückläufige Rotation entsteht.

b) Wird demgegenüber die Beugung des Kniegelenkes bei der Einleitung eines bestimmten Drehmomentes nicht konstant gehalten, so wird eine Distraktion des Kniegelenkes unter dem Einfluss des Körpergewichtes und der inneren Spannung des Weichteilmantels möglicherweise dadurch verhindert bzw. vermindert, dass die femorale Komponente 2 auf dem grösser werdenden Krümmungsradius 48 der Wölbung 47 weiter in die Beugestellung gleitet, ohne dass die Wölbung 47 auf der ihr benachbarten Seitenfläche 22 der Auflauffläche 19 emporgleiten kann. Bei konstanter Auslenkung der tibialen Komponente 1 gegenüber der femoralen Komponente 2 durch Rotation wird daher die erfindungsgemässe Kniegelenkprothese in die Beugung gezwungen, ohne dass eine wesentliche Distraktion des Kniegelenkes stattfindet.

Die übliche Funktion der Kniegelenkprothese wird sich aus mehr oder minder grossen Anteilen dieser beiden Bewegungsabläufe zusammensetzen.

Die Zunahme der Rotationsmöglichkeit bei zunehmender Beugung kann gesteigert werden durch eine Anschrä-gung der Wölbung 47. Diese Anschrägung kann in Richtung auf den hinteren Teil 43 der fem oralen Komponenten 2 grösser werden. Dadurch entsteht ein relativ grosses Spiel zwischen der Wölbung 47 und den Seitenflächen 22 der Auflauffläche 19. Dieses Spiel macht sich als seitliche Wackelbewegungen des Gelenkes bemerkbar, die sich allerdings unter dem Einfluss des Körpergewichtes und des vorgespannten Weichteilmantels in Grenzen halten. Andererseits ermöglicht das Spiel Bewegungen der Gelenkteile zueinander, die der physiologischen Ab- und Adduktionsbewegung entsprechen.

Obgleich die Stiele 3,26 aus Gründen der sparsamen Knochenresektion schmal dimensioniert sind, verfügen sie aufgrund der angegossenen Rippen über eine hohe Stabilität. Die auf den Enden der Stiele 3,26 aufgesetzten Kappen 12, 30 sind unterschiedlich gross, um der unterschiedlichen Grösse der Lumia der Knochen Rechnung tragen zu können.

Die tibiale Lagerhälfte kann im Bedarfsfall in verschiedenen Höhen hergestellt werden. Auf diese Weise kann während der Operation die Dicke der Lagerhälfte den jeweiligen Bedürfnissen, insbesondere dem sich erst bei der Operation herausstellenden Umfang der Knochenresektion angepasst werden. Durch eine entsprechende Auswahl in der Dicke der Lagerhälften kann die im Einzelfall notwendige Spannung in der Gelenkkapsel ausgeglichen bzw. erhalten werden.

Da die beiden Komponenten untereinander nicht durch eine Achse oder in anderer Weise miteinander verbunden sind, sind Lagerteile ohne Ausbau der Endoprothese auswechselbar. Auf diese Weise kann sowohl der kardanische Führungsteil als auch der kraftübertragende Laufflächenteil ausgewechselt werden. Dazu ist es notwendig, Knochenzement aus dem dorsalen Teil der Verankerung zu entfernen, um an den Verblockungsmechanismus heranzukommen.

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3 Blatt Zeichnungen

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647 405 PATENTANSPRÜCHE

1. Endoprothese eines Kniegelenkes bestehend aus einer tibialen und einer femoralen Komponente (1,2), die jeweils einen zur Implantation in einen Schenkel vorgesehenen Stiel (3,26) und je einen mit diesem fest verbundenen Lagerteil (8, 25) einer Lageranordnung aufweisen, bei der die beiden Lagerteile (8,25) sich bei Bewegungen einander gleitend beaufschlagen und im Belastungsfalle Kräfte aus der femoralen in die tibiale Komponente (2,1) übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerteile (8,25) zur Übertragung von Druckkräften ausgebildet sind und miteinander mittels eines Kardangelenkes verbunden sind, welches sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene Bewegungen zulässt.

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2. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung einen Druckspannungen (8, 25) und einen Zugspannungen aufnehmenden Teil (24, 34) umfasst, von denen jedes mindestens je eine femorale (25, 34) und eine tibiale Lagerhälfte (8,24) aufweist.

3. Endoprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugspannungen aufnehmende Teil (24, 34) als Teil eines Kardanlagers (16) ausgebildet ist, das aus zwei senkrecht zueinander verlaufenden Führungen besteht.

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halb der hinteren Begrenzung der Einbuchtung (18) erstreckt.

4. Endoprothese nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Führung als ein im wesentlichen senkrecht zur Beugeebene des Kniegelenkes verlaufender waagerechter Walzenkörper (24) ausgebildet ist, der von einer femoralen Lagerschale (34) beaufschlagt wird, und die andere Führung als eine in der Beugeebene verlaufende senkrechte Innenführung (38) ausgebildet ist, die mit der tibialen Komponente (1) verbunden ist und auf deren Oberfläche die Wandungen einer in entsprechender Richtung verlaufenden Innenfläche (39) gleitend gelagert sind, die im Walzenkörper (24) vorgesehen ist.

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5. Endoprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (24) an einem der femoralen Komponenten (2) zugewandten oberen Ende eines im wesentlichen senkrecht verlaufenden Distanzstückes angeordnet ist, das mit dem Walzenkörper (24) eine auf der Innenführung (38) gleitende Einheit bildet und sich mit seinem der tibialen Komponenten zugewandten unteren Teil auf dieser abstützt.

6. Endoprothese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzstück als ein in der Ebene der tibialen Komponente (1) verlaufender senkrechter Zylinder (23) ausgebildet ist, auf dem der Walzenkörper (24) mittig befestigt ist.

7. Endoprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenführung (38) in ihrem in dem Walzenkörper (24) hineinragenden oberen Teil (40) zylindrisch und in ihrem mit der tibialen Komponenten (1) verbundenen unteren Teil (41) zur Aufnahme von Druckspannungen sich in Richtung auf die tibiale Komponente (1) konisch verdickend ausgebildet ist.

8. Endoprothese nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (24) und der senkrechte Zylinder (23) eine bezüglich der Innenführung (38) drehbare und in senkrechter Richtung verschiebbare Einheit bilden, die mit ihrer Unterkante (42) im Abstand oberhalb der tibialen Komponente (1) endet.

9. Endoprothese nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenführung (38) gegenüber einem als Lagerung für die Lagerhälfte (8) des Druckspannungen aufnehmenden Lagerteils (8, 25) dienenden Auflager (4) elastisch gelagert ist.

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10. Endoprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenführung (38) durch das Auflager (4) hindurchgeführt ist und auf dessen dem senkrechten Zylinder (23) abgewandten Unterseite in einer elastischen Führung (53) gelagert ist, die an der Unterseite befestigt ist (Fig. 9).

11. Endoprothese nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der femoralen Komponenten (2) bis in die Lagerschale (34) eine Schlitzung (36) erstreckt, deren Breite dem Durchmesser des durch sie beim Einhaken des Walzenkörpers (24) hindurchgeführten senkrechten Zylinders (23) entspricht.

12. Endoprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (36) in der Mitte der femoralen Komponente (2) in Richtung der Beugeebene verläuft.

13. Endoprothese nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (36) sich von dem der Kniekehle zugewandten hinteren Teil (43) der femoralen Komponenten (2) in Richtung auf die zylindrische Lagerschale (34) erstreckt.

14. Endoprothese nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspannungen aufnehmende Teil (8, 25) eine als gebogene Lauffläche (32) und eine als eine Abflachung (15) ausgebildete Lagerhälfte aufweist, von denen die eine die andere abrollend beaufschlagt und die Rollebene koplanar zur Beugeebene des Kniegelenkes verläuft.

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15. Endoprothese nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die gebogene Lauffläche (32) auf der femoralen Lagerhälfte (25) mit der Abflachung (15) auf der tibialen Lagerhälfte (8) zusammenwirkt.

16. Endoprothese nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die gebogene Lauffläche (32) kufenförmig mit stärker und schwächer gebogenen Anteilen ausgebildet ist und mindestens ein schwächer gebogener Anteil (44) die Abflachung (15) im Gebiet schwacher Beugung und Streckung des Kniegelenkes und der stärker gebogene Anteil (45) im Gebiet stärkerer Beugung des Kniegelenkes beaufschlagt.

17. Endoprothese nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die gebogene Lauffläche (32) in dem bei stärkster Beugung des Kniegelenkes beaufschlagten Bereich einen sich an ihren stärker gekrümmten Anteil (45) nach hinten anschliessenden weiteren Anteil (46) aufweist, der zum Zwecke der Distraktion der tibialen Komponente (1) von der femoralen Komponente (2) schwächer als der stärker gekrümmte Anteil gekrümmt ist.

18. Endoprothese nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gebogene Lauffläche (32) in ihrem die Abflachung (15) im Zustand der Streckung und mässigen Beugung des Kniegelenkes beaufschlagenden Bereich eine schlit-tenförmige Druckfläche aufweist, die in ihrem bei stärkster Beugung des Kniegelenkes beaufschlagten Bereich endet.

19. Endoprothese nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (15) von zwei symmetrisch angeordneten Laufflächen (32) in ihren einander gegenüberliegenden aussermittigen Bereichen beaufschlagt wird und diese Bereiche an den Enden der quer zur Beugerichtung verlaufenden Drehachse liegen.

20

20. Endoprothese nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (32) eine quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Wölbung (47) aufweist.

21. Endoprothese nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung (47) vom Sektor eines Kreisbogens begrenzt ist.

22. Endoprothese nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung (47) entlang der Lauffläche (32) veränderlich gestaltet ist.

23. Endoprothese nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wölbung (47) zur Mitte der femoralen Komponenten (2) begrenzenden Krümmungsradien (48)

eine von dem bei kleiner Beugung beaufschlagten Bereich zu dem bei grosser Beugung beaufschlagten Bereich grösser werdende Tendenz aufweist.

24. Endoprothese nach einem der Ansprüche 2 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer der Druckspannungen übertragenden Lagerhälften (8,25) eine Auflauffläche (19) ausgebildet ist, die in gestreckter Stellung des Kniegelenkes von dem mit kleinem Radius ausgebildeten Teil der als Anlauffläche (35) ausgebildeten Wölbung (47) beaufschlagt ist.

25

25. Endoprothese nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflauffläche (19) allmählich vom hinteren, in der Beuge des Kniegelenkes liegenden Teil der einen Lagerhälfte (8, 25) in Richtung auf den diesem gegenüberliegenden vorderen Teil ansteigt und von einem, dem vorderen Rand des Gelenkes benachbarten Kamm (20) jäh nach vorne abfallt.

25

26. Endoprothese nach den Ansprüchen 19 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflauffläche (19) zwischen den beiden Laufflächen (32) angeordnet ist.

27. Endoprothese nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (35) die beiden Teile der Lauffläche (32) gegenüber der zum Einhaken des senkrechten Zylinders (23) vorgesehenen Schlitzung begrenzt.

28. Endoprothese nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflauffläche (19) auf der tibialen und die Anlauffläche (35) auf der femoralen Komponente (2) ausgebildet ist.

29. Endoprothese nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflauffläche (19) schräg vom Kamm (20) abfallende Seitenflächen (22) aufweist, deren Formgebung der Wölbung (47) der Laufflächen (32) im Bereich des im gestreckten Zustand befindlichen Kniegelenkes entspricht.

30

30. Endoprothese nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (32) im Grundriss kreissektor-förmige äussere Begrenzungslinien aufweist, die im wesentlichen der äusseren Begrenzungslinie der von ihr beaufschlagten Abflachung (15) entspricht.

30

31. Endoprothese nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (32) in ihrem die Abflachung (15) im gestreckten Zustand des Kniegelenkes beaufschlagten Bereich schmaler als in ihrem bei starker Kniebeugung beaufschlagten Bereich ausgebildet sind.

32. Endoprothese nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die femorale Lagerschale (34) den Walzenkörper (24) von unten in Richtung der zwischen der femoralen Komponenten (2) und tibialen Komponenten (1) zu übertragenden Zugspannungen hakenförmig umfasst und zum Einhaken des Walzenkörpers (24) eine obere Einhaköffnung (49) aufweist.

33. Endoprothese nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhaköffnung (49) mit einem Deckel (50) teilweise verschlossen ist.

34. Endoprothese nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die tibiale Lagerhälfte (8) als zylindrisches Lagerstück (17) ausgestaltet ist, auf der sich die Auflauffläche (19) erhebt.

35

35. Endoprothese nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Lagerstück (17) einen flachen Boden aufweist, mit dem es auf dem ebenen Auflager (4) aufliegt, das an dem, dem Kniegelenk zugewandten oberen Ende der tibialen Komponente (1) vorgesehen ist.

35

36. Endoprothese nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zylindrischen Lagerstück (17) und dem Auflager (4) eine dämpfende Schicht vorgesehen ist.

37. Endoprothese nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die dämpfende Schicht aus einem Silikon-Werkstoff besteht.

38. Endoprothese nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (4) von einem in Richtung auf

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das Lagerstück (17) überragenden Kragen (7) umgeben ist, in dem das Lagerstück (17) eingepasst ist.

39. Endoprothese nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerstück (17) im Bereich des senkrechten Zylinders (23) eine seinem Querschnitt entsprechende Lagerstelle (51) aufweist.

40

40. Endoprothese nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (51) als eine Ausnehmung im zylindrischen Lagerstück (17) ausgebildet ist, in die der senkrechte Zylinder (23) in Richtung auf das Auflager (4) hineinragt.

40

41. Endoprothese nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (51) von einem Bund (54) umgeben ist, der zwischen dem senkrechten Zylinder (23) und dem zylindrischen Lagerstück (17) angeordnet ist.

42. Endoprothese nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (54) mit dem Auflager (4) fest verbunden ist und als Führung des senkrechten Zylinders (23) ausgebildet ist.

43. Endoprothese nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der von dem zylindrischen Lagerstück (17) abgewandten Unterseite des Auflagers (4) ein im Knochen zu befestigender tibialer Stiel (3) bis zum anderen Ende der tibialen Komponente (1) erstreckt.

44. Endoprothese nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Stiel (3) konisch dünner werdend vom Auflager (4) zum gegenüberliegenden Ende (9) zuläuft.

45

45. Endoprothese nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der tibiale Stiel (3) mindestens in dem dem Auflager (4) benachbarten oberen Teil durch Rippen (4) verstärkt ist.

45

46. Endoprothese nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass sich, die Rippen (5) verbreiternd unter das Auflager (4) erstrecken.

47. Endoprothese nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass der tibiale Stiel (3) etwa im Schwerpunkt des Auflagers (4) befestigt ist.

48. Endoprothese nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass der tibiale Stiel (3) etwa senkrecht auf dem Auflager (4) steht.

49. Endoprothese nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des tibialen Stiels (3) eine den Stiel (3) im Knochen zentrierende Kappe (12) vorgesehen ist.

50

50. Endoprothese nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (12) eine zylindrische Oberfläche aufweist.

50

51. Endoprothese nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Oberfläche der Kappe (12) von Rillen (14) durchzogen ist, die im wesentlichen parallel zum tibialen Stiel (3) verlaufen.

52. Endoprothese nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (14) sich in der Tiefe sternförmig zum Mittelpunkt der Kappe (12) hin erstrecken.

53. Endoprothese nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (12) mit dem Ende (9) des Stiels (3) verschraubt ist.

54. Endoprothese nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (4) im Bereich des Kardanlagers (16) eine Einbuchtung (18) aufweist und zwei von den Laufflächen (32) beaufschlagte Seitenteile diese Einbuchtung (18) beidseitig hufeisenförmig überkragen.

55

55. Endoprothese nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass sich der senkrechte Zylinder (23) des Kardanlagers (16) auf dem der Kniekehle zugewandten hinteren Teil des Auflagers (4) erhebt.

55

56. Endoprothese nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kniekehle zugewandte hintere Wandung des senkrechten Zylinders (23) sich unmittelbar ober3

57. Endoprothese nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Knochen zu befestigender femoraler Stiel (26) in die femorale Lagerhälfte (25) auf einer Mittellinie einmündet, von der beidseits die Laufflächen (32) gleich weit entfernt verlaufen.

58. Endoprothese nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass der femorale Stiel (26) im Sinne des günstigsten Kraftlinienverlaufes in einen Mittelteil (52) der femoralen Lagerhälfte (25) einmündet, dessen dem femoralen Stiel (26) abgewandte Rückseite als ein den senkrechten Zylinder (23) aufnehmender hohler Halbzylinder (33) ausgebildet ist.

59. Endoprothese nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Halbzylinder (33) als ein in der gestreckten Stellung des Kniegelenkes vom senkrechten Zylinder (23) beaufschlagtes Auflager ausgebildet ist.

60. Endoprothese nach Anspruch 59, dadurch gekenn-' zeichnet, dass beim Anschlag des senkrechten Zylinders (23) an den hohlen Halbzylinder (33) das Kniegelenk eine geringfügige Überstreckung in Richtung auf die Kniescheibe aufweist.

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61. Endoprothese nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass der femorale Stiel (26) gegenüber der Bewegungsebene der auf den Laufflächen (32) abrollenden femoralen Lagerhälfte (25) eine Schrägstellung aufweist, durch die der femorale Stiel (26) in Richtung der physiologischen Valgusstellung verläuft.

62. Endoprothese nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägstellung einem Winkel von etwa 5° gegenüber der Lotrechten entspricht.

63. Endoprothese lach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass der femorale Stiel (26) von der Lagerhälfte (25) zu seinem gegenüberliegenden Ende (28) konisch zuläuft.

64. Endoprothese nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass der femorale Stiel (26) mindestens im Bereich der Lagerhälfte (25) durch Rippen (29) verstärkt ist.

65. Endoprothese nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass am Er.de (28) des femoralen Stiels (26) eine Führungskappe (30) ähnlich der am tibialen Stiel (3) der tibialen Lagerhälfte '8) vorgesehenen Führungskappe (12) vorgesehen ist.

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66. Endoprothef e nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, dass der femorale Stiel (26) in der gestreckten Stellung des Kniegelenkes gegenüber der Lotrechten eine Neigung in Richtung a if die Kniescheibe aufweist.

67. Endoprothese nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass die Ï eigung einem Winkel von etwa 2° entspricht.

68. Endoprothese nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass die 1 eiden Komponenten (1, 2) im wesentlichen aus Metall bf stehen.

69. Endoprothese nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass als vietali eine Chrom-Kobalt-Molybdän-Legierung vorgesehen ist.

70. Endoprothese nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, dass an :ien einander beaufschlagenden Stellen der beiden Komponenten (1,2) ein Kunststoff-Interponat vorgesehen ist.

71. Endoprothese nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff-Interponat hochmolekulares Polyäthylen vorgesehen ist.

72. Endoprothese nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, dass im Kunststoff-Interponat Einlagen aus anderen Stoffen vorgesehen sind.

73. Endoprothese nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, dass als Einlage Kohlenstoffasern vorgesehen sind,

74. Endoprothese nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoffasermatten im Kunststoff-Interponat vorgesehen sind.