DE69418864T2 - Implantierbare prothetische kniescheibenkomponenten - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft prothetische Kniescheibenbauteile zur Implantierung in das Kniegelenk eines Patienten.
• Für die chirurgische Behandlung der behindernden Wirkungen von Kniegelenkverschlechterung, beispielsweise als Ergebnis von Arthritis, Verletzung oder Krankheit, ist eine Anzahl unterschiedlicher Knieprothesen entwickelt worden. Eine heutzutage ziemlich übliche Operation ist das totale Ersetzen des Knies, wobei die Oberschenkelknochenseiten des proximalen Schienbeins wie auch die Kniescheiben- und Schienbeinseiten des distalen Oberschenkelknochens durch prothetische Bauteile ersetzt werden. Es ist ebenfalls anerkannt, daß das Ersetzen der Gelenkoberfläche der rückwärtsgelegenen Seite der Kniescheibe das Ergebnis solcher Operationen verbessert, und zu einem solchen Zweck sind prothetische Kniescheibenelemente entwickelt worden.
• In jüngerer Zeit wurden Studien durchgeführt, die auf die Untersuchung von Kontaktspannungen zwischen der Kniescheibe und den Oberschenkelbauteilen bei drei üblichen Formen von Knieprothesen gerichtet waren. Bei verschiedenen Beugungswinkeln wurden Kontaktspannungen entlang der Zwischenfläche zwischen Kniescheibe und Oberschenkelknochen unter einer Last von 500 Newton untersucht. Bei diesen Tests wurde ermittelt, daß bei allen überprüften Modellen die Kontaktspannungsflächen sich nach außen zum Rand der Zwischenfläche hin bewegen, und die Kontaktspannungswerte mit dem Anstieg der Kniebeugung steigen. Abnutzung und Deformation in den Bereichen der gemessenen höchsten Kontaktspannung wurden bei einer Überarbeitung der überprüften Modelle durch wiedergewonnene Kniescheibenimplantate bestätigt. Alle Modelle zeigten wenig Übereinstimmung bei allen Kniebeugungswinkeln.
• Beispiele prothetischer Kniescheibenbauteile sind in DE-U91 16 5 07.5, WO-93/00871 und US-4,041,550 offenbart. Keine dieser Lehren ergibt eine Vorrichtung, die mit den oben angeführten Bedingungen in Einklang steht.
• Um diese Situation zu verbessern, stellt die vorliegende Erfindung ein neuartiges implantierbares prothetisches Kniescheibenbauteil bereit, das einen Kniescheibenteil umfaßt, bei dem eine Seite geeignet ist, an der inneren Oberfläche einer natürlichen Kniescheibe befestigt zu werden, und einen Oberschenkelknochenteil, dessen eine Seite eine Gelenkoberfläche begrenzt, um die Oberschenkelknochenseite der Kniescheibe zu ersetzen, wobei die gegenüberliegenden Seiten dieser Teile so miteinander in Eingriff bringbar sind, daß sie in bezug zueinander eine Gleitbewegung in Richtung von der Mitte zur Seite zulassen, aber eine solche Gleitbewegung in Richtung von oben nach unten verhindern.
• Die Erfindung stellt daher ein implantierbares prothetisches Kniescheibenbauteil in zweiteiliger Form bereit, wobei die beiden Teile des Bauteils hier als Kniescheibenteil und als Oberschenkelknochenteil bezeichnet werden. Das Bauteil gemäß der Erfindung erlaubt, wenn es an der Bestimmungsstelle beim Patienten ist, eine Gleitbewegung zwischen den beiden Teilen nur in Richtung von der Mitte zur Seite, um es mit der natürlicherweise auftretenden relativen Bewegung in dieser Richtung in Einklang zu bringen. Auf diese Art ist eine Gleitbewegung des Ganzen, von einem Teil bezüglich des anderen auf die Bewegung in der Richtung von der Mitte zur Seite beschränkt. Eine beträchtliche Variation beim Verbindungswinkel Quadrizeps-Kniescheibe von Person zu Person erzeugt Variationen der Größe der von der Mitte zur Seite auf die Kniescheibe wirkenden Kraft, und solche Variationen werden durch das Bauteil der vorliegenden Erfindung zugelassen. Dies verbessert die Gleichförmigkeit über die Beugung hinweg und bei unterschiedlichen Belastungen des Gelenks, was die Wirkung hat, daß Verschleiß und Deformation beträchtlich verringert werden, indem Kontaktspannungen während der Bewegung des Gelenks verringert werden.
• WO-A-9203109 offenbart ein prothetisches Kniescheibenbauteil, das einen Befestigungsteil aufweist, der geeignet ist zur Befestigung an einem Knochen einer Kniescheibe, und einen Gelenkteil, der eine Oberfläche definiert, um die Rolle der Oberschenkelseite der Kniescheibe zu übernehmen, wobei diese Teile wechselseitig in Eingriff bringbar sind, um so eine Drehung um eine von der Mitte zur Seite verlaufende Achse bezüglich der Oberfläche zu erlauben. Bei einer vorgeschlagenen Abwandlung sind die Teile miteinander über sphärisch geformte Zwischenoberflächen in Eingriff bringbar.
• Vorzugsweise hat entweder der Kniescheibenteil oder der Oberschenkelknochenteil eine längliche Schwalbenschwanznut, und der andere Teil hat einen komplementären Vorsprung, wie eine Schwalbenschwanzrippe oder einen konisch erweiterten Zapfen, wobei die Nut und der Vorsprung so bemessen sind, daß sie die Gleitbewegung zwischen den beiden Teilen gewährleisten. Auf diese Weise werden die wechselseitig miteinander in Kontakt stehenden Seiten der Teile in Kontakt gehalten, und das Risiko der Verschiebung eines Teils von dem anderen wird verringert. Das Bereitstellen eines konisch erweiterten Zapfens erfüllt dies, während er zur selben Zeit eine relative Drehung um eine Achse in Richtung von vorne nach hinten erlaubt.
• Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1a und 1b den Kniescheibenteil eines prothetischen Kniescheibenbauteils gemäß der Erfindung darstellen;
• Fig. 2a bis 2c den Oberschenkelteil eines solchen Bauteils darstellen;
• Fig. 3 im Seitenaufriß ein vollständiges Ersetzen des Knies darstellt, das das in Fig. 1 und 2 dargestellte Kniescheibenbauteil verwendet; und
• Fig. 4a und 4b eine alternative Form des Kniescheibenteils des Bauteils darstellen.
• Der Kniescheibenteil des dargestellten Kniescheibenbauteils besteht aus einer Metallscheibe 1 mit einer ebenen Befestigungsoberfläche 1a zum Anbringen an die innere Oberfläche einer natürlichen Kniescheibe, und eine auf der anderen Seite liegende parallele ebene Zwischenflächenoberfläche 1b, in die eine Schwalbenschwanznut 2 eingearbeitet ist. Fig. 1a zeigt eine Draufsicht des Teils, während Fig. 1b einen Seitenaufriß zeigt.
• Der Oberschenkelknochenteil des Kniescheibenbauteils ist in Fig. 2 gezeigt, wobei Fig. 2a einen Seitenaufriß des Teils bietet, Fig. 2b eine Ansicht von vorne, Fig. 2c eine Ansicht von oben, und Fig. 2d einen Querschnitt des Teils entlang der Ebene A-A von Fig. 2b bietet.
• Der Oberschenkelknochenteil besteht aus einem Gelenkelement 3 von geeignetem biologisch verträglichem Material, wie Polyäthylen mit extrem hohem Molekulargewicht, mit einer ebenen Zwischenflächenoberfläche 3a, von der eine Schwalbenschwanzrippe 4 hervorsteht, wobei diese Rippe in dem Kniescheibenteil komplementär zu der Schwalbenschwanznut 2 ist, so daß die beiden, wenn sie miteinander in Eingriff stehen, leicht eins gegenüber dem anderen in einer Richtung parallel zur Nut gleiten können.
• Die andere Seite des Oberschenkelknochenteils besteht aus einer glatten Gelenkoberfläche 5, die, wie man in Fig. 2a und 2c sehen kann, konkav in eine Richtung gekrümmt ist und konvex in eine senkrechte Richtung gekrümmt ist, was dem Teil eine "sattelförmige" tragende Oberfläche verleiht. Die genauen Krümmungen in beiden Richtungen hängen von der Form der entsprechenden Oberfläche des Oberschenkelknochenteils ab, gegen die das Teil nach dem Design angelenkt wird, wobei diese letztere Form - die Kniescheibenfläche - üblicherweise die eines Trogs ist. Die Seitenränder des Teils sind abgerundet, wie in Fig. 2b zu sehen ist. Beispielhafte Abmessungen für die beiden Teile des Bauteils sind in den Figuren angegeben, können aber natürlich in der Praxis variiert werden, um unterschiedlichen Anforderungen zu genügen.
• Die Funktionsweise der Teile des Bauteils, wenn sie in das Knie eines Patienten implantiert sind, wird nun unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Diese zeigt das einem vollständigen Ersatz des Knies verwendete Kniescheibenbauteil, aber es ist klar, daß das Bauteil als reines Implantat verwendet werden kann, das in einem ansonsten natürlichen Gelenk arbeitet.
• Die innere Oberfläche der Kniescheibe 10 des Patienten wird durch einen Chirurgen zur Befestigung der ebenen Befestigungsoberfläche des Kniescheibenteils 1 zweckmäßig vorbereitet, und die beiden werden miteinander verbunden, so daß die Schwalbenschwanznut 2 in der Richtung von der Mitte zur Seite angeordnet ist. Die Befestigung kann mittels Knochenzement und/oder Befestigungsstiften erfolgen, oder alternativ kann ein herausstehender Zapfen (nicht gezeigt) an der Befestigungsoberfläche des Kniescheibenteils vorgesehen werden, um eine zufriedenstellende Befestigung zu erleichtern. Der Oberschenkelknochenteil 3 steht dann über die Schwalbenschwanznut 2 und die komplementäre Rippe 4 in Eingriff mit dem Kniescheibenteil, und die Gelenkoberfläche 5 wird in Kontakt mit der Kniescheibenoberfläche 6 des Oberschenkelbauteils 7 gebracht. Am Bestimmungsort hat die Gelenkoberfläche 5 ein konkaves sagittales Profil und ein konvexes Querprofil (d. h. ein konvexes Profil, wenn sie von oben betrachtet wird).
• Beim nachfolgenden Beugen des Gelenks bewegt sich die Gelenkoberfläche 5 gegen die Kniescheibenoberfläche des Oberschenkelbauteils 7, geführt in dieser trogförmigen Oberfläche durch das konvexe Querprofil seiner tragenden Oberfläche. Gleichzeitig erfolgt während des Beugens eine Anpassung des seitlichen Zugs, der in dem Kniegelenk auftritt und oben beschrieben ist, durch eine Gleitbewegung zwischen den beiden Teilen des Bauteils in der Richtung von der Mitte zur Seite. Das Gelenkelement 3 aus Polyäthylen folgt der Spur von Seite zu Seite über die Schwalbenschwanzverbindungen nach, wobei die ebenen Oberflächen 1b oder 3a somit glatt eine über die andere gleiten, und dieses Nachfolgen erlaubt eine erhöhte Übereinstimmung während des Beugens und bei unterschiedlichen Belastungen des Gelenks.
• Wenn das Kniescheibenbauteil implantiert worden ist, kann es schwierig sein, zu gewährleisten, daß die Gelenkoberfläche auf der Rückseite des Bauteils mit der Kniescheibenoberfläche des Oberschenkelknochenbauteils in Einklang steht, was teilweise von der Genauigkeit der Befestigung des Bauteils an der natürlichen Kniescheibe abhängt. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, in das Design die Fähigkeit einzuarbeiten, Drehung in einer koronalen Ebene zu erlauben. Fig. 4a und 4b (welche den Ansichten der Fig. 2a und 2b ähnlich sind) stellen einen Oberschenkelknochenteil dar, der sowohl Drehung als auch Gleiten zwischen den beiden Teilen des Bauteils erlaubt. Anstelle der Schwalbenschwanzrippe 4 steht ein konisch erweiterter Zapfen 20 von der ebenen Zwischenflächenoberfläche hervor. Wenn dieser Zapfen in Eingriff mit der Schwalbenschwanznut 2 des Kniescheibenteils des Bauteils steht, können sich die beiden Teile relativ eines bezüglich dem anderen durch ein Gleiten in eine Richtung parallel zu der Nut und durch Drehen um den Zapfen bewegen, und wenn sie implantiert sind, liefert dieses Design in bestimmten Situationen eine bessere Gleichförmigkeit innerhalb des Gelenks.
• Während die Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben und dargestellt wurde, sollte es klar sein, daß dies in keiner Weise den Bereich der Erfindung beschränkt, von dem die Absicht besteht, daß er alle anderen Ausführungsformen, die in den Bereich der angefügten Ansprüche fallen, umfaßt.

Claims (7)

1. Implantierbares prothetisches Kniescheibenbauteil, das einen Kniescheibenteil (1) umfaßt, bei dem eine Seite (1a) geeignet ist, an der inneren Oberfläche einer natürlichen Kniescheibe befestigt zu werden, und ein Oberschenkelknochenteil (3), dessen eine Seite eine Gelenkoberfläche (5) begrenzt, um die Oberschenkelknochenseite der Kniescheibe zu ersetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Seiten (1b, 3a) dieser Teile so miteinander in Eingriff bringbar sind (2, 4), daß sie in bezug zueinander eine Gleitbewegung in Richtung von der Mitte zur Seite zulassen, aber eine solche Gleitbewegung in Richtung von oben nach unten verhindern.

2. Bauteil nach Anspruch 1, bei dem entweder der Kniescheibenteil oder der Oberschenkelknochenteil eine längsverlaufende Schwalbenschwanznut (2) hat, und der andere Teil einen komplementären Vorsprung (4) hat, wobei die Nut und der Vorsprung zum Ineinandergreifen so bemessen sind, daß sie die genannte Gleitbewegung zwischen den beiden Teilen gewährleisten.

3. Bauteil nach Anspruch 2, bei dem der Vorsprung eine Schwalbenschwanzrippe ist.

4. Bauteil nach Anspruch 2, bei dem der Vorsprung ein konisch erweiterter Zapfen (20) ist.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Gelenkoberfläche des Oberschenkelknochenteils ein konkaves sagittales Profil hat.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Gelenkoberfläche des Oberschenkelknochenteils ein konvexes Querschnittsprofil hat.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die miteinander in Eingriff bringbaren Oberflächen der beiden Teile eben sind.