DE69834518T2

DE69834518T2 - Knieprothese

Info

Publication number: DE69834518T2
Application number: DE69834518T
Authority: DE
Inventors: Vittorio Patella
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: EP0860147A3; EP0860147B1; ES2264176T3; ITMI970386A1; IT1289958B1; ATE326177T1; EP0860147A2; DE69834518D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Knieprothese, die speziell dafür entwickelt wurde, optimale Knochenverankerungs- und Gelenkbeweglichkeitseigenschaften bereitzustellen.
Ein sehr bedeutsames Problem, das die Herstellung von Knieprothesen betrifft, besteht in der richtigen Befestigung der Prothese, nachdem diese angebracht wurde.
Die Befestigung der Prothese wird zunächst erreicht durch Bereitstellen einer geometrischen Deckungsgleichheit zwischen der Prothese und dem Knochen; jedoch ist eine solche geometrische Deckungsgleichheit, selbst wenn sie gut gestaltet ist, nicht ausreichend, um die Fixierung mit der nötigen Festigkeit bereitzustellen.
Dementsprechend werden die genannten Verankerungseigenschaften herkömmlich mit zusätzlichen Methoden verbessert, wie zum Beispiel: Einer Zementierung zwischen dem Knochen und der Prothese, der Bereitstellung von Oberflächen mit einer Morphologie, die für das Nachwachsen des Knochens geeignet ist, der Verwendung von Arretierschrauben, der Anwendung von Beschichtungen zur Anregung des Nachwachsens des Knochens, wobei diese Methoden herkömmlicherweise mit einander kombiniert werden.
Ein weiteres, schwer zu lösendes Problem besteht in der schnellen Abnutzung von wechselseitig gekoppelten Prothesenkomponenten aufgrund einer nicht vollkommenen kinematischen Kongruenz der kommerziell erhältlichen Prothesensysteme während einer Bewegung mit wechselseitigem Kontakt zwischen der femoralen Komponente der Prothese und deren tibialer Komponente.
Diese Bewegung stellt eine kombinierte Roll- und Gleitbewegung dar.
Letztere stellt eine Hauptursache für eine vorzeitige Abnutzung der sich gegenseitig berührenden Komponenten dar, wobei sich diese Abnutzung mit dem Anstieg der Kopplungskräfte der Komponenten verstärkt, und sie macht häufig die Entfernung der gesamten Prothese erforderlich.
Das Dokument CH-664686 offenbart eine Knieprothesenkonstruktion, die im Wesentlichen dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend besteht die Zielstellung der vorliegenden Erfindung darin, die oben genannten Probleme durch Bereitstellen einer Knieprothese zu überwinden, die speziell im Hinblick auf eine optimale Knochenverankerung sowie darauf, einer kinematischen Kongruenz des Prothesensystems gerecht zu werden, gestaltet ist, und zwar insbesondere in ihrer Wirkung, die mit der Bewegung mit gegenseitigem Kontakt zwischen den femoralen Gelenkköpfen und dem tibialen flachen Abschnitt einhergeht.
Innerhalb des Rahmens der oben genannten Zielstellung besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine solche Prothese bereitzustellen, die in der Lage ist, in geeigneter Weise das Phänomen des Nachwachsens des Knochens auszunutzen, um eine optimale Verankerung der Prothese zu erreichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine solche Knieprothese bereitzustellen, die einen kinematischen Mechanismus umfasst, der speziell für die Nachbildung des Gelenks eines menschlichen Knies entwickelt wurde, um den Spannungen, sowohl statischer als auch dynamischer Natur, standhalten zu können, denen die Prothese während ihres Einsatzes ausgesetzt ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine solche Knieprothese bereitzustellen, die beschädigte Kniegelenke effektiv ersetzen kann und dabei eine vollständige Wiederherstellung der Bewegungsfähigkeit eines Patienten ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das oben genannte Ziel erreicht und die Aufgaben, wie auch noch weitere Aufgaben, die nachstehend noch offensichtlicher werden, werden gelöst durch eine Knieprothesenkonstruktion gemäß Anspruch 1.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Knieprothesenkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Nachstehenden noch deutlicher werden anhand der folgenden detaillierten Offenbarung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform der besagten Knieprothesenkonstruktion, die anhand eines hinweisenden, aber nicht ein schränkenden Beispiels in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, wobei:
1 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht ist, welche die Prothese gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein seitlicher Aufriss ist, der ein Detail der erfindungsgemäßen Prothese darstellt und deutlich die Verbindung zwischen ihrer femoralen Komponente und ihrer tibialen Komponente zeigt; die
3 und 4 weitere Aufrisse sind, die zwei mögliche tibiale Komponenten einer Knieprothese darstellen. Die 3 und 4 sind nicht Teil der Erfindung und nur zu Zwecken der Erläuterung eingefügt.
5 ist eine Draufsicht, welche die tibiale Komponente der erfindungsgemäßen Prothese darstellt;
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Knieprothese nach ihrer Anbringung darstellt; 6 ist ebenfalls nicht Teil der Erfindung und ist zu Zwecken der Erläuterung eingefügt.
7 ist eine perspektivische Seitenansicht, die ein tibiales Stumpfelement darstellt, das erfindungsgemäß eine Omega-Konfiguration aufweist und mit einer Vielzahl durchgängiger Löcher ausgestattet ist, die geeignet sind, die Verankerung der erfindungsgemäßen Prothese zu verbessern; und
8 ist eine Ansicht der tibialen Komponente der in 7 dargestellten, erfindungsgemäßen Prothese von unten.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Bezugszeichen der oben genannten Figuren umfasst die Prothese gemäß der vorliegenden Erfindung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, eine patellare Komponente eines per se bekann ten und der Einfachheit halber nicht speziell gezeigten Typs, eine femorale Komponente 2 sowie eine tibiale Komponente 3.
Die femorale Komponente 2 ist insbesondere bevorzugt aus einem biokompatiblen Metallmaterial oder irgendwelchen anderen biokompatiblen Materialien, in Abhängigkeit von den Anforderungen, hergestellt, und weist eine konvexe Konfiguration an derjenigen ihrer Seiten auf, die zur Kopplung mit der tibialen Komponente 3 vorgesehen ist, und ist auf ihrer Innenseite konkav, welche zu Verbindung mit dem Femur 4 vorgesehen ist.
An der tibialen Komponente 3 ist an derjenigen Seite, die zur Kopplung mit der femoralen Komponente 3 vorgesehen ist, ein Paar von vorzugsweise kugelförmigen Höhlungen 5a und 5b vorgesehen, an welchen die konvexe Seite der femoralen Komponente 2, die eine entsprechende Konfiguration aufweist, in Eingriff kommt.
Die patellare Komponente, die femorale Komponente 2 und die tibiale Komponente 3 umfassen gleichermaßen jeweils mindestens ein endomedullares Stumpfelement 6a, 6b, 7, 8 und 9a, 9b, das eine hohle Konfiguration aufweist und mit quer laufenden Öffnungen oder Löchern versehen ist, um eine optimale Verankerung in dem Knochen bereitzustellen, wenn letzterer nachwächst; wobei das Nachwachsen des Knochens sowohl innenseitig als auch außenseitig des Stumpfelements erfolgt, mit folglicher Bildung eines mechanisch stabilen Knochengerüsts.
Insbesondere ist, wie in 1 gezeigt, die femorale Komponente 2 mit zwei Stumpfelementen 6a und 6b versehen, die sich ebenfalls auf deren konkaver Seite erstrecken und die mit kreisförmig konfigurierten Querschnitten vorgesehen sind.
In diesem Zusammenhang sollte offensichtlich sein, dass die Konfiguration der Stumpfelemente 6a und 6b in Abhängigkeit von den Anforderungen auch von der offenbarten abweichen kann.
Die freien Endabschnitte der genannten Stumpfelemente 6a und 6b sind mit einem Einführungsrand versehen, um eine mögliche Beschädigung an dem Knochen zu begrenzen, wenn die Stumpfelemente in diesem in Eingriff gebracht werden.
Wie gezeigt ist, sind durch die genannten Stumpfelemente 6a und 6b hindurch eine Vielzahl von quer laufenden Öffnungen oder durchgängigen Löchern 10 ausgebildet, wobei die Ränder dieser Öffnungen in geeigneter Weise abgerundet sind, um die Bildung von Mikrorissen zu verhindern, die zwangsläufig ein Brechen der sich bildenden Knochenbrücke verursachen würden.
Die genannten quer laufenden Öffnungen 10 können jede geeignete Konfiguration aufweisen, von einer Reihe kleiner Löcher bis hin zu einer breiten Öffnung, mit einer Reihe von möglichen dazwischen liegenden Lösungen, die in Abhängigkeit von den speziellen Anforderungen übernommen werden können und derart gestaltet sind, dass sie, soweit möglich, ein schnelles und stabiles Nachwachsen des Knochens begünstigen.
Die Stumpfelemente 7, 8, 9a und 9b der tibialen Komponente 3 sind, wie in den 3, 4 und 6 gezeigt ist, in gleicher Weise wie die Stumpfelemente 6a und 6b der offenbarten femoralen Komponente ausgeführt.
Die Stumpfelemente 7, 8, 9a und 9b sind ebenfalls mit quer laufenden Öffnungen 11 versehen, die in Abhängigkeit von den Anforderungen unterschiedliche Konfigurationen aufweisen können, und deren Kanten sind aus den oben genannten Gründen in geeigneter Weise abgerundet.
Die freien Endabschnitte der Stumpfelemente 7, 8, 9a und 9b sind ebenfalls mit jeweiligen Einführungsrändern versehen, um zu verhindern, dass der Knochen beschädigt wird, während die Prothese angebracht wird.
Die tibiale Komponente 3 ist mit einem vorzugsweise aus einem biokompatiblen Metallmaterial hergestellten, flachen Element 12 vorgesehen, das an seiner Oberseite eine Gleitebene definiert, auf der zwei Komponenten 13a und 13b aufliegen, die eine metallische Basis 14a und 14b umfassen, welche dafür vorgesehen ist, gleitend an dem flachen Element 12 anzuliegen, und auf welchen ein oberer Einsatz aus einem biokompatiblen, synthetischen Material 15a und 15b vorgesehen ist, wobei dieser obere Einsatz vorzugsweise aus Polyethylen hergestellt ist, in welchem die Höhlungen 5a und 5b für die femorale Komponente 2 definiert sind.
Vorzugsweise weisen die Komponenten 13a und 13b eine im Wesentlichen scheibenförmige Konfiguration auf, entweder kreisförmig oder elliptisch, oder sie können, in Abhängigkeit von den Anforderungen, eine beliebige andere geeignete Konfiguration aufweisen.
Die Flächen gegenseitigen Kontakts des flachen Elements 12 und der beiden Komponenten 13a und 13b sind glatt ausgeführt, um das Gleiten der beiden Komponenten 13a und 13b auf dem flachen Element 12 zu erleichtern.
Außerdem wird jede der Komponenten 13a und 13b in einer jeweiligen Aussparung 16a und 16b mit entsprechender Konfiguration gehalten, die an der Oberseite des flachen Elements oder Teils 12 ausgebildet ist.
Genauer gesagt weist die metallische Basis 14a, 14b einen umfänglichen Rand auf, der durch eine entsprechende Ausschnittkante, welche die Aussparungen oder Aufnahmen 16a und 16b begrenzt, im Inneren der Aussparungen 16a und 16b gehalten wird.
Die erfindungsgemäße Knieprothese wird durch Einschlagen an ihrem Sitz in Eingriff gebracht, nachdem die Endabschnitte der Knochen derart resektiert worden sind, dass eine geometrische Kopplung mit den Konfigurationen der Prothesenkomponenten gegeben ist.
Während dieses Operationsschrittes werden die Stumpfelemente 7, 8, 9a und 9b, die in den Knochen eindringen, in ihrem Inneren mit Knochengewebe gefüllt, und danach, derart durch die anfängliche mechanische Stabilität begünstigt, wird eine weitere biologische Stabilität für das Wachstum der quer laufenden Knochenbrücken durch die Öffnungen 10, 11 hindurch erzielt, die den Knochen, welcher das Stumpfelement umgibt, zu einem Knochengerüst umwandeln, das geeignet ist, den äußeren Belastungen, denen die Prothese ausgesetzt ist, zu widerstehen.
Die speziell entwickelte Kopplung zwischen den Komponenten 13a und 13b und dem flachen Element oder Teil 12 erschließt die Möglichkeit, die gleitende Komponente auf zwei Paare von Oberflächen aufzuteilen: die Gelenkoberflächen selbst sowie jene an dem tibialen, flachen Teil.
Dadurch sind die Komponenten 15a und 15b, die aus einem biokompatiblen, synthetischen Material, vorzugsweise aus Polyethylen, hergestellt sind, einem geringeren Ver schleiß ausgesetzt, wodurch eine längere Lebensdauer des Implantats bereitgestellt wird.
In Hinblick auf die tibiale Komponente der Prothese entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie sie in den 7 und 8 gezeigt ist, sollte darauf aufmerksam gemacht werden, dass diese Komponente durch ein speziell entwickeltes tibiales Stumpfelement 50 gekennzeichnet ist, das eine omegaförmige Konfiguration oder Gestalt aufweist.
Dasselbe tibiale Stumpfelement 50 ist darüber hinaus an seiner omegaförmigen Verankerungsfläche 51 mit einer Vielzahl von kleinen Löchern 52 versehen, die dafür ausgelegt sind, die Fixierung des Stumpfelements 50 in dem Knochen zu verbessern und zu beschleunigen.
Außerdem wird eine geringere Einschränkung der Drehbewegung auf der quer laufenden Gelenkfläche erreicht, wodurch beim Gehen eine natürliche zusätzliche Drehbewegung des tibialen flachen Abschnitts begünstigt wird; dies bedingt ebenso ein präziseres Zusammenspiel der Gelenkbänder, wodurch die prothetische Stabilität des gesamten neuen Gelenks weiter verbessert wird.
Somit ermöglicht die vorstehend offenbarte Prothesenkonstruktion eine homogene Verteilung der Lasten und sorgt für eine geeignete Gelenkkinematik, wodurch eine vollkommene und lang anhaltende Stabilität bereitgestellt wird.
Außerdem ist die erfindungsgemäße Prothesenkonstruktion aufgrund ihrer speziell entwickelten Merkmale sehr zuverlässig und betriebssicher.
Aus der vorstehenden Offenbarung sollte ersichtlich sein, dass die Erfindung das gesteckte Ziel und die Aufgaben zur Gänze erreicht bzw. erfüllt.
Insbesondere ist die Tatsache hervorzuheben, dass eine Knieprothese bereitgestellt worden ist, die insgesamt eine sehr hohe mechanische Festigkeit und kinematische Kongruenz der Gelenkflächen bietet, wodurch für deren Komponenten verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Leistung und Lebensdauer bereitgestellt werden.
Bei der Ausführung der Erfindung können die benutzten Materialien, vorausgesetzt, dass sie mit der beabsichtigten Anwendung vereinbar sind, ebenso wie die mögliche Größe und die möglichen Formen in Abhängigkeit von den Anforderungen beliebig sein.

Claims

Knieprothesenkonstruktion (1) zum Bereitstellen einer optimalen gegenseitigen Kopplung zwischen den sich Berührenden, die Prothese bildenden tibialen und femoralen, ein Gelenk bildenden Oberflächen während des Gehens, welche eine tibiale Komponente (3) und zwei Komponenten (13a, 13b) umfasst, – wobei die tibiale Komponente (3) einen flachen Abschnitt (12) aufweist, der an deren Oberseite eine gleitende Ebene definiert, auf der die zwei Komponenten (13a, 13b) gelagert werden können, – wobei die Komponenten (13a, 13b) auf einer Seite, die der gleitenden Ebene gegenüberliegt, bereitgestellt sind, und eine kugelförmige Kappenhöhlung (5a, 5b) zur Kopplung mit einer femoralen Komponente (2) aufweisen, wobei die femorale Komponente (2) sich dazu eignet, mit dem unteren Ende des Femur verbunden zu werden, und einen entsprechenden Aufbau aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die tibiale Komponente (3) der Prothese mit einem omegaförmigen tibialen Stumpfelement (50) versehen ist. – wobei die tibiale Komponente (3) einen flachen Abschnitt (12) aufweist, der an deren Oberseite eine gleitende Ebene definiert, auf der die zwei Komponenten (13a, 13b) gelagert werden können, – wobei die Komponenten (13a, 13b) auf einer Seite, die der gleitenden Ebene gegenüberliegt, bereitgestellt sind, und eine kugelförmige Kappenhöhlung (5a, 5b) zur Kopplung mit einer femoralen Komponente (2) aufweisen, wobei die femorale Komponente (2) sich dazu eignet, mit dem unteren Ende des Femur verbunden zu werden, und einen entsprechenden Aufbau aufweist.
Knieprothesenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Komponenten (13a, 13b) der tibialen Komponente (3) einen oberen Einsatz (15a, 15b) aus biokompatiblem synthetischem Material umfassen, in dem die kugelförmigen Kappenhöhlungen (5a, 5b) gebildet sind.
Knieprothesenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Komponenten (13a, 13b) der tibialen Komponente einen im Wesentlichen scheibenähnlichen Aufbau aufweisen.
Knieprothesenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Abschnitt (12) und die zwei Komponenten (13a, 13b) gegenseitig weiche, sich berührende Oberflächen definieren, um das Gleiten der zwei Komponenten (13a, 13b) auf dem flachen Abschnitt (12) zu erleichtern.
Knieprothesenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Komponenten (13a, 13b) eine Basis aufweisen, die in einer entsprechend geformten Vertiefung, die auf der oberen Fläche des flachen Abschnitts (12) definiert ist, gehalten wird.
Knieprothesenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das tibiale Stumpfelement (50) an einem omegaförmigen unteren Abschnitt (51) von diesem mit mehreren kleinen Löchern (52) versehen ist, die sich dafür eignen, die Knochenverankerung des tibialen Stumpfelements an dem Körper eines Patienten zu verbessern.
Knieprothesenkonstruktion nach Anspruch 1, die weiterhin femorale (2) und patellare Komponenten umfasst, die jeweils einen hohlen endomedullären Stumpf (6a, 6b, 7, 8; 9a, 9b) einschließen, dadurch gekennzeichnet dass die hohlen endomedullären Stümpfe mit quer laufenden Öffnungen (10) versehen sind, um die hohlen Stümpfe während des Nachwachsens des Knochens, sowohl im Inneren als auch am Äußeren der endomedullären Stümpfe, an einem Knochen zu verankern.
Knieprothesenkonstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der hohlen endomedullären Stümpfe (7, 8; 9a, 9b) einen freien Endabschnitt mit einem Einführrungsrand aufweist, um zu verhindern, dass ein Knochen beschädigt wird, wenn die Prothese darin eingesetzt wird.
Knieprothesenkonstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die quer laufenden Öffnungen (10) mit abgerundeten Rändern versehen sind.