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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
Erfindung betrifft Gelenkprothesen. Insbesondere betrifft die Erfindung
Tibialkomponenten von Kniegelenkprothesen, die ein Tibiallagereinsatzteil
aufweisen, das axial an einer Tibialschale gesichert ist, und das
in Bezug auf die Tibialschale, auf der es befestigt ist, drehbar
ist.
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Gelenkersatzchirurgie
ist weitaus gang und gäbe
und ermöglicht
es vielen Individuen, normal zu funktionieren, wo dies andernfalls
nicht möglich
wäre. Künstliche
Gelenke bestehen normalerweise aus Komponenten aus Metall, Keramik
und/oder Kunststoff, die an dem existierenden Knochen angebracht werden.
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Die
Kniegelenkplastik ist ein wohlbekanntes chirurgisches Verfahren,
durch das ein krankes und/oder beschädigtes natürliches Kniegelenk mit einem
Prothesenkniegelenk ersetzt wird. Typische Knieprothesen enthalten
eine femurale Komponente, eine Patella-Komponente, eine Tibialschale
oder -Plateau und ein Tibiallagereinsatzteil. Die femurale Komponente
enthält
im allgemeinen ein Paar lateral voneinander distanzierte kondyläre Abschnitte,
deren distale Oberflächen
mit den komplementären kondylären Elementen,
die in einem Tibiallagereinsatzteil ausgebildet sind, ein Gelenk
bilden.
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Die
Tibialschale wird in der Tibia eines Patienten befestigt. Typischerweise
wird das Tibiallagereinsatzteil, das gewöhnlich aus ultrahochmolekulargewichtigem
Polyethylen (UHMWPE) hergestellt ist, auf der oberen Oberfläche der
Tibialschale befestigt. Während
des normalen täglichen
Gebrauchs wirken Belastung und Beanspruchung auf die Knieprothese, und
insbesondere auf das Tibiallagereinsatzteil, ein. Diese Kräfte können zur
Verschiebung oder Dislokation des Einsatzes aus der Tibialschale
führen.
Um diese Kräfte
abzufangen und das Risiko einer Dislokation zu reduzieren, wurden
einige Tibialkomponenten von Knieprothesen so entworfen, daß sie eine Drehung
des. Tibiallagereinsatzteils bezüglich
der proximalen oder oberen Oberfläche der Tibialschale um die
Längsachse
der Prothese zulassen. Eine solche Drehung, wenn sie kontrolliert
ist, kann die Kontaktfläche
zwischen den femuralen Kondylen und dem Tibiallagereinsatzteil im
gesamten Bereich der Kniebewegung vergrößern und somit die Beanspruchung
des Tibiallagereinsatzteils verringern.
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Einige
Tibialkomponenten von Knieprothesen ermöglichen die Einsatzteildrehung,
ohne eine axiale Sicherung des Tibiallagereinsatzteils innerhalb der
Tibialschale bereitzustellen. Das heißt, daß einige Tibiallagereinsatzteile,
die sich in Bezug auf die Tibialschale drehen können, nicht vollständig innerhalb der
Tibialschale gesichert sind. Gewisse Kräfte, denen das Knie ausgesetzt
ist, insbesondere Kräfte
mit axial gerichteten Komponenten, können bewirken, daß sich das
Tibiallagereinsatzteil von der Tibialschale löst.
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Es
sind verschiedene Konstruktionen für drehbare Tibialkomponenten
von Kniegelenkprothesen auf dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel
offenbaren US Patentschrift Nr. 4,219,893 (Noiles) und US Patentschrift
Nr. 4,301,553 (Noiles) Kniegelenkprothesen, bei denen die Tibialkomponente eine
Tibialschale umfasst, die eine Lagerfläche mit einem vertieften Teilbereich
aufweist, in dem das Tibiallager ruhen kann. Es ist eine ausreichende
Aussparung in der Lagerfläche
der Tibialschale bereitgestellt, um eine gewisse medial-laterale
Drehung des Tibiallagereinsatzteils in Bezug auf die Schale zuzulassen.
Andere Patente, die Tibialkomponenten von Knieprothesen offenbaren,
bei denen ein Tibiallagereinsatzteil in Bezug auf das Tibiallager
drehbar ist, sind in den US Patenschriften Nrn. 5,059,216 (Winters);
5,071,438 (Jones und andere); 5,171,283 (Pappas und andere) und
5,489,311 (Cipolletti) offenbart. Das Dokument US-4 470 170 (Pappas
u. a.) offenbart eine Kniegelenkprothese gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Trotz
der existierenden Konstruktionen für Kniegelenkprothesen, die
eine drehbare Tibialkomponente aufweisen, besteht ein Bedarf daran
für Prothesen,
die eine Drehung des Tibiallagereinsatzteils zulassen, um Beanspruchungen,
die auf das Knie einwirken, aufzufangen. Zur gleichen Zeit sollten
solche Tibiallagereinsatzteile eine ausreichende axiale Sicherung
besitzen, um die Möglichkeit
einer Subluxation des Tibiallagereinsatzteils zu verringern oder zu
eliminieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Knieprothesensystem nach Anspruch 1, welches
eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist, wobei
die zweite Komponente in Bezug auf die erste Komponente drehbar
ist, während
eine axiale Sicherung der zweiten Komponente an der ersten Komponente
aufrechterhalten wird. Der Begriff „axiale Sicherung" bezieht sich auf
die Fähigkeit
der zweiten Komponente, einem Austritt oder einer Lösung von
der ersten Komponente zu widerstehen, wenn diese einer Lösekraft unterzogen
wird. In einer bevorzugten Ausführungs form
ist das Gelenkprothesensystem eine Kniegelenkprothese, bei der die
erste Komponente eine Tibialschale und die zweite Komponente ein
Tibiallagereinsatzteil zum Gebrauch in Kniegelenkprothesen ist.
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Das
Prothesensystem der Erfindung enthält eine erste Komponente (z.B.
eine Tibialschale), die eine obere Befestigungsfläche und
eine untere knochenkontaktierende Fläche aufweist. Die knochenkontaktierende
Fläche
kann einen Ankerstiel enthalten, der eine äußere, implantierbare Seite
und distale Wände
aufweist. Ein Hohlraum ist in der Befestigungsfläche ausgebildet und kann sich
in einen Ankerstiel hinein erstrecken. Dieser Hohlraum ist durch eine
innere Seite und distale Wände
festgelegt.
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Eine
zweite Komponente (z.B. ein Tibiallagereinsatzteil) des Prothesensystems
weist eine obere Gelenkfläche
und eine untere Fläche,
die in dem Hohlraum der ersten Komponente befestigbar ist, auf.
Die untere Fläche
enthält
einen Paßstiel,
der in dem Hohlraum der ersten Komponente befestigbar ist und der
eine Größe und Form
aufweist, die komplementär
zu dem Hohlraum ist.
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Das
Prothesensystem enthält
auch einen Sicherungsmechanismus, der zumindest eine negative Oberflächeneinrichtung,
die an der inneren Seitenwand der ersten Komponente angeordnet ist,
und zumindest eine verformbare positive Oberflächeneinrichtung, die an der
zweiten Komponente eingerichtet ist, aufweist. Die negativen und
positiven Oberflächeneinrichtungen
können
ineinander eingreifen, so daß sich
bei Eingriff die zweite Komponente in Bezug auf die erste Komponente
drehen kann, während
sie axial an der ersten Komponente gesichert ist. In einer Ausführungsform
sind die erste Oberflächeneinrichtung
und die zweite Oberflächeneinrichtung
so angepaßt
und bemessen, daß sie
ineinander eingreifen und eine Schnappverschluß-Anordnung bilden.
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Das
Prothesensystem kann auch eine axiale Bohrung enthalten, die in
der oberen Lageroberfläche
der zweiten Komponente ausgebildet ist, und die sich in den Paßstiel der
zweiten Komponente hinein erstreckt. Die Bohrung weist eine Größe und Abmessungen
auf, die ausreichen, um einen länglichen
Verstärkungsstift
aufzunehmen, der in der Bohrung befestigt werden kann. In einer
weiteren Ausführungsform
kann der Einsatz des Verstärkungsstiftes
den Eingriff der positiven und der negativen Oberflächeneinrichtung
bewirken.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist die positive Oberflächeneinrichtung
eine exzentrisch. geformte Rippe, die angepaßt ist, um sich an die negative
Oberflächeneinrichtung
(z.B. eine Rille) anzupassen. Die Rippe ermöglicht, daß sich eine Prothesenkomponente
an eine andere Prothesenkomponente anpassen kann, um eine axiale
Sicherung und eine geregelte Drehung der einen Komponente in Bezug
auf die andere Komponente bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine auseinandergezogene Perspektivansicht zweier Komponenten eines
Kniegelenkprothesensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Vorderansicht der zusammengesetzten Komponenten, die in 1 gezeigt
sind.
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3 ist
eine Seitenschnittansicht der zusammengesetzten Komponenten des
in 2 gezeigten Prothesensystems, bei Linie 3-3.
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4 ist
eine Detailansicht eines Abschnitts „A" aus 3.
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5 ist
eine Vorderansicht eines Tibiallagereinsatzteils gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 ist
eine Schnittansicht des Tibiallagereinsatzteils aus 5,
bei Linie 6-6.
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7 ist
eine Detailansicht des Abschnitts „B" des Tibiallagereinsatzteils aus 6.
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8 ist
eine Vorderansicht einer Tibialschale gemäß der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
eine Vorderschnittansicht der Tibialschale aus 8,
bei Linie 9-9.
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10 ist
eine Seitenschnittansicht der Tibialschale aus 9,
bei Linie 10-10.
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11 ist
eine teilweise Schnittansicht des erfindungsgemäßen Prothesensystems, bei dem
das Tibiallagereinsatzteil um ungefähr 4° in Bezug auf die Tibialschale
gedreht ist.
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12 ist
eine Seitenschnittansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform,
bei der verjüngte
negative Oberflächeneinrichtungen
in der Tibialschale ausgebildet sind.
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13 ist
eine Detailansicht des Abschnitts „C" der Tibialschale aus 8.
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14 ist
eine Perspektivansicht eines alternativen Tibiallagereinsatzteils,
das in der vorliegenden Erfindung gebräuchlich ist.
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15 ist
eine Vorderansicht des Tibiallagereinsatzteils aus 14.
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16 ist
eine Seitenschnittansicht des Tibiallagereinsatzteils aus 15,
bei Linie 16-16.
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17 ist
eine Vorderschnittansicht eines Prothesensystems, welches das Tibiallagereinsatzteil
aus 16 verwendet, wobei das Tibiallagereinsatzteil
nicht in der Tibialschale gesichert ist.
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18 ist
eine Vorderschnittansicht des Prothesensystems aus 17,
wobei das Tibiallagereinsatzteil in der Tibialschale gesichert ist.
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19 ist
eine Schnittansicht eines Verstärkungsstiftes.
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20 ist
eine Vorderansicht, mit einem teilweisen Ausschnitt, eines Prothesensystems
gemäß einer
alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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21 ist
eine Detailansicht des Details A des Systems aus 20.
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22 ist
eine Draufsicht des Prothesensystems aus 20, wobei
das Tibiallagereinsatzteil in Bezug auf die Tibialschale um ungefähr 5° gedreht ist.
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23 ist
eine Schnittansicht bei den Linien 23-23 des Prothesensystems
aus 22.
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24 ist
eine Ansicht des Details A aus 23.
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25 ist
eine Schnittansicht bei den Linien 25-25 des Prothesensystems
aus 22.
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26 ist
eine Ansicht des Details B aus 25.
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27 ist
eine Schnittansicht eines nicht zusammengesetzten alternativen erfindungsgemäßen Prothesensystems.
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28 ist
eine Schnittansicht des Prothesensystems aus 27 in
zusammengesetztem Zustand.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt ein Prothesensystem 10 bereit, welches
erste und zweite Komponenten aufweist, die axial aneinander gesichert
werden können, während die
Fähigkeit
einer Komponente, sich in Bezug auf die andere Komponente zu drehen,
aufrechterhalten wird. Zu Darstellungszwecken wird das System 10 als
die Tibialkomponente einer Kniegelenkprothese gezeigt. Es versteht
sich jedoch, daß die
Erfindung auf andere Prothesen anwendbar ist.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 enthält das System 10 eine
erste Komponente in Form einer Tibialschale 14, auf der
eine zweite Komponente befestigt ist, d.h. das Tibiallagereinsatzteil 12.
Die Befestigung des Tibiallagereinsatzteils 12 auf der
Tibialschale 14 ist derart, daß das Tibiallagereinsatzteil sich
in Bezug auf die proximale oder obere Oberfläche 32 der Tibialschale
drehen kann, während
es axial an der Tibialschale gesichert bleibt.
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Das
Tibiallagereinsatzteil 12 weist eine vordere Seite 13,
eine hintere Seite 15, eine obere Gelenkfläche 16 und
eine untere Paßfläche 18 auf.
Die obere Oberfläche 16 kann
ein oder mehrere kondyläre
Elemente 20 aufweisen, die angepaßt sind, um mit den komplementären Kondylen
einer femuralen Komponente (nicht gezeigt) einer Kniegelenkprothese
ein Gelenk zu bilden. Die untere Oberfläche 18 enthält vorzugsweise
einen Paßstiel 22,
der von der unteren Paßfläche 18 hervorsteht,
und der angepaßt ist,
um sich selektiv an die Tibialschale 14 anzupassen.
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Die
Tibialschale 14 enthält
eine vordere Seite 17, eine hintere Seite 19,
eine obere Paßfläche 32 und
eine untere knochenkontaktierende Fläche 34. Die knochenkontaktierende
Fläche 34 weist
einen ersten Abschnitt 36 auf, der einen Teilbereich der
unteren Oberfläche
darstellt, der auf der proximalen Oberfläche einer herausgeschnittenen
Tibia (nicht gezeigt) befestigt wird. Ein zweiter Abschnitt 38 der knochenkontaktierenden
Fläche 34 erstreckt
sich vom ersten Abschnitt 36 und ist so angepaßt, daß er sich
in den Hohlraum (nicht gezeigt), der in der Tibia eines Patienten
ausgebildet ist, erstreckt. Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt 38 ein
länglicher
Tibialstiel 39, der sich von dem ersten Abschnitt 36 erstreckt.
Der Tibialstiel 39 weist äußere Seiten- und distale Wände 40, 41 auf.
Die äußeren Seitenwände 40 des
Tibialstiels 39 können
unregelmäßige Oberflächeneinrichtungen
(wie zum Beispiel Stufen 42) aufweisen, um die Knochenfixierung
zu verbessern.
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Die
obere Oberfläche 32 der
Tibialschale 14 enthält
eine Öffnung 72 (die
eine geeignete Form aufweisen kann, z.B. im wesentlichen kreisförmig), die mit
einem Paßhohlraum 44 in
Verbindung steht. In einer dargstellten Ausführungsform ist der Paßhohlraum 44 ein
blinder Hohlraum, der durch die inneren Seitenwände 45, die sich in
den Tibialstiel erstrecken, festgelegt ist. Der Paßhohlraum 44 wird
von einer inneren distalen Wand 46 abgeschlossen, die im wesentlichen
kegelförmig
sein kann, oder die in einer anderen Form ausgebildet sein kann,
die sich dazu eignet, einen Paßstiel 22 aufzunehmen.
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Der
Paßstiel 22 des
Tibiallagereinsatzteils 12 ist so angepaßt, daß er in
den Paßhohlraum 44 der Tibialschale
paßt.
Ein Sicherungsmechanismus sorgt dafür, daß der Paßstiel 22 in dem Paßhohlraum 44 auf
solche Weise gesichert wird, daß das
Tibiallagereinsatzteil axial an der Tibialschale gesichert ist.
Außerdem
muß sich
das Tibiallagereinsatzteil in Bezug auf die Tibialschale drehen
können,
während
die zwei Komponenten aneinander gesichert sind.
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Der
Durchschnittsfachmann wird sofort zu schätzen wissen, daß die Abmessungen
des Hohlraums 44 und des Paßstiels 22 veränderbar
sind. In einer Ausführungsform
weist der Hohlraum 44 einen Durchmesser auf, der sich von
dessen proximalem Ende 51 zu dessen distalem Ende 53 bei
einem Winkel in einem Bereich von ungefähr 0,25° bis 5° verjüngt. Der Durchmesser am proximalen
Ende 51 befindet sich in einem Bereich von ungefähr 5 bis
40 mm und der Durchmesser am distalen Ende 53 befindet
sich in einem Bereich von ungefähr
3 bis 39 mm. Der Hohlraum 44 weist vorzugsweise eine Tiefe
auf, die sich in einem Bereich von ungefähr 5 bis 75 mm befindet.
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Der
Paßstiel 22 sollte
eine Größe und Form aufweisen,
die komplementär
zum Hohlraum 44 ist. Demgemäß sollte sich der Durchmesser
des Stiels 22 von ungefähr
6 bis 38 mm an einem proximalen Ende auf ungefähr 3 bis 30 mm an einem distalen Ende
verjüngen.
Die Länge
des Stiels 22 befindet sich vorzugsweise in einem Bereich
von ungefähr
4 bis 75 mm.
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Die
obere Oberfläche 16 des
Tibiallagereinsatzteils 12 kann wahlweise eine Blindbohrung 52 der
An enthalten, die in der Ausführungsform
der 15 bis 18 dargestellt
ist. Die Blindbohrung 52 ist im wesentlichen zentral angeordnet
und weist eine Größe und Form
auf, die ausreichen, um einen Verstärkungsstift 54 der
Art, die in 19 gezeigt ist, aufzunehmen.
Solche Verstärkungsstifte
sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt und können im wesentlichen zylindrisch
geformt und aus einem Metall oder einer Metall-Legierung hergestellt
sein. Solche Stifte können
auch gerändelte
oder gerillte Oberflächeneinrichtungen
(nicht gezeigt) aufweisen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt
ist. In einer Ausführungsform
ist die Bohrung 52 zylindrisch und weist einen Durchmesser
von ungefähr
1 bis 12 mm und eine Tiefe von ungefähr 5 bis 75 mm auf.
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Wie
in den 1 bis 13 gezeigt, enthält der Sicherungsmechanismus
der Tibialschale 14 und des Tibiallagereinsatzteils 12 zumindest
eine negative Oberflächeneinrichtung 24 und
zumindest eine positive Oberflächeneinrichtung 26,
die bei Eingriff eine Schnappverschlußanordnung bilden, die eine Drehung
der zweiten Komponente in Bezug auf die erste Komponente zuläßt, während sie
die beiden Komponenten axial aneinander sichert. Vorzugsweise ist
die axiale Sicherung ausreichend, um einen Austritt des Tibiallagereinsatzteils 12 von
der Tibialschale 14 zu verhindern, wenn eine Lösekraft,
z.B. eine nach oben gerichtete Kraft, auf das Tibiallagereinsatzteil 12 einwirkt.
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Die
negative Oberflächeneinrichtung 24 kann
die Form einer oder mehrerer Rillen 28 annehmen, die in
dem Paßhohlraum 44 gebildet
sind. Die Rillen 28 können
in dem Hohlraum 44 am proximalen Ende 51, am distalen
Ende 53 oder an dazwischen liegenden Stellen angeordnet
sein. In einer Ausführungsform
sind separate Rillen 28 auf jeder der vorderen und der
hinteren Seite des Paßhohlraums 44 gebildet.
Jede Rille 28 hat die Form eines Bogens, der sich entlang
eines Abschnitts der Umfangslänge des
Paßhohlraums 44 erstreckt.
Vorzugsweise bildet jede Rille einen Bogen von ungefähr 5° bis 60°.
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Jede
Rille 28 ist durch eine erste vertikale Fläche 56,
eine horizontale Schulter 58, eine vertiefte vertikale
Fläche 60 und
eine Bodenfläche 62 festgelegt.
Die horizontale Schulter 58 kann sich von der vertieften
vertikalen Fläche 60 in
einem Winkel von zwischen ungefähr
45° und
90°, am meisten
bevorzugt in einem Winkel von 90°,
erstrecken. Die Länge (L1) der horizontalen Schulter 58,
welches die Distanz ist, um die die vertiefte vertikale Fläche 60 von
der ersten vertikalen Fläche 56 versetzt
ist, sollte ausreichend sein, um den Eingriff der positiven Oberflächeneinrichtungen 26 mit
den Rillen 28 sicherzustellen und aufrecht zu erhalten.
Vorzugsweise beträgt diese
Länge (L1) ungefähr
0,25 bis 3,00 mm.
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Der
Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß die Höhe (H) der
vertieften vertikalen Fläche 60 in
Abhängigkeit
von den Anforderungen einer gegebenen Anmeldung variieren kann.
In jedem Fall muß diese
Höhe ausreichen,
um die positiven Oberflächeneinrichtungen
unterzubringen. Wie unten beschrieben muß die Höhe nicht konstant sein. Statt
dessen kann sich die Höhe
von einer maximalen Höhe
(Hmax) an einem zentralen Abschnitt der
Rille auf eine minimale Höhe
(Hmin) an den Endabschnitten 31 der
Rille verjüngen.
Der Gebrauch einer Rille, die eine sich verjüngende Höhe aufweist, kann die Drehbewegung
des Tibiallagereinsatzteils 12 allmählich beschränken.
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Wie
oben bemerkt ist zumindest eine Rille 28 in der Tibialschale
angeordnet. Die Rille(n) kann/können
auf jedem Teil der Tibialschale vorhanden sein, solange sie mit
einer korrespondierenden positiven Oberflächeneinrichtung auf dem Tibiallagereinsatzteil
in Eingriff gebracht werden können.
Die Rille(n) sind vorzugsweise in dem Paßhohlraum 44, entweder
auf dessen inneren Seitenwänden 45 oder
auf dessen distaler Wand, angeordnet. In einer in den 1 bis 13 dargestellten
Ausführungsform sind
die Rillen an einem proximalen Ende des Paßhohlraums 44 angeordnet.
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Obwohl
nur eine kontinuierliche Rille benutzt werden kann, verwendet man
vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende
Rillen. Zu Darstellungszwecken werden die Rillen 28 auf
sich gegenüberliegenden
vorderen 17 und hinteren 19 Seiten der Tibialschale 14 gezeigt.
Es versteht sich jedoch, daß sich gegenüberliegende
Rillen statt dessen an anderen Stellen der Tibialschale angeordnet
sein können,
einschließlich
an den medialen und lateralen Seiten der Tibialschale.
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Der
Durchschnittsfachmann wird sofort zu schätzen wissen, daß geeignete
negative Oberflächeneinrichtungen
neben den hierin beschriebenen Rillen andere Strukturen enthalten
können.
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Positive
Oberflächeneinrichtungen 26 enthalten
praktisch jegliche Strukturen, die von dem Tibiallagereinsatzteil 12 hervorstehen,
die an die negativen Oberflächeneinrichtungen 24 (z.B.
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Rillen 28)
der Tibialschale 14 angepaßt sein können, um zu ermöglichen,
daß sich
das Tibiallagereinsatzteil 12 in Bezug auf die Tibialschale 14 drehen
kann und um diese Komponenten axial aneinander zu sichern.
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In
Bezug auf die 1 bis 13 enthält das System 10 zumindest
eine positive Oberflächeneinrichtung,
von denen jede hervorstehende Bauteile enthält, die auf einem Abschnitt
des Tibiallagereinsatzteils 12 ausgebildet sind, derart
daß sie
sich an die Rillen anpassen können.
In einer Ausführungsform
ist jede positive Oberflächeneinrichtung
ein Schnapp-Bauteil 64, welches leicht verformbar oder biegbar
ist, das über
einen Abschnitt der Oberfläche des
Tibiallagereinsatzteils 12 einen Bogen bildet. Jedes Schnapp-Bauteil 64 bildet
einen Bogen, der kleiner als der korrespondierende Bogen der Rille 28,
mit der es in Eingriff treten soll, ist, um die Drehung des Tibiallagereinsatzteils 12 in
Bezug auf die Tibialschale 14 zu erleichtern, wenn die
Rillen 28 und Schnapp-Bauteile 64 aneinander angepaßt sind.
Der Bogen, der von den Schnapp-Bauteilen 64 gebildet wird,
sollte ungefähr
5° bis 90° kleiner
als der der Rillen 28 sein. Vorzugsweise bilden die Schnapp-Bauteile 64 einen
Bogen von 4° bis
85°.
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Zu
Illustrationszwecken ist gezeigt, daß das Schnapp-Bauteil 64 auf
einem Abschnitt der unteren Oberfläche 18 des Tibiallagereinsatzteils 12 gebildet ist,
der in der Nähe
des Paßhohlraums 44 liegt.
Es versteht sich jedoch, daß das
Schnapp-Bauteil an alternativen Stellen auf dem Tibiallagereinsatzteil 12 angeordnet
sein kann.
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Wie
in den 4, 7 und 11 gezeigt, kann
jedes Schnapp-Bauteil eine ausladende Wand 66 enthalten,
die sich von dem Tibiallagereinsatzteil 12 erstreckt. Ein
distales Ende 68 der ausladenden Wand erstreckt sich radial
von der Wand 66 nach außen und weist eine Radiuswand 70 und
eine Eingriffsschulter 74 auf. In einer dargestellten Ausführungsform
erstreckt sich die ausladende Wand vertikal von der unteren Oberfläche 18 nach
unten, und die Eingriffsschulter 74 weist eine horizontale
Fläche 76 auf,
die orthogonal zu der ausladenden Wand 66 ist. Die ausladende
Wand 66 ist vorzugsweise von der benachbarten Oberfläche 65 des
Paßstiels 22 um eine
Distanz von ungefähr
0,25 bis 3,00 mm getrennt.
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Der
Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß die Abmessungen
des Schnapp-Bauteils
variieren können.
Im allgemeinen jedoch hat die ausladenden Wand 66 eine
Länge von ungefähr 0,25
bis 3,00 mm. Die horizontale Fläche 76 der
Eingriffsschulter 74 erstreckt sich vorzugsweise über eine
Distanz von ungefähr
0,25 bis 3,00 mm. Die Radiuswand 70 sollte eine ausreichende
Krümmung
aufweisen, um das Anpassen des Schnapp-Bauteils 84 in der
Rille 28 zu fördern.
In einer Ausführungsform
weist die Radiuswand 70 einen Radius in einem Bereich von
ungefähr
0,10 mm bis 1,00 mm auf.
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Das
System 10 wird zusammengesetzt, indem man das Tibiallagereinsatzteil 12 in
die Tibialschale 14 treibt. Während die Radiuswand 70 die
Tibialschale 14 berührt
und während
Kraft auf das Tibiallagereinsatzteil 12 angewandt wird,
gleitet die Radiuswand 70 an der ersten vertikalen Fläche 56 der
Rille 28 vorbei. In einer Ausführungsform biegt sich die ausladende
Wand 66 des Schnapp-Bauteils 64 um ein minimales
Ausmaß,
das ausreicht, um das Anpassen des Schnapp-Bauteils und der Rille auszuführen. Sobald
das Schnapp-Bauteil vollständig
in die Rille eingeführt
ist, kehrt die ausladenden Wand 66 in ihre ursprüngliche
Position zurück
und die horizontale Fläche 76 der
Eingriffsschulter 74 des Schnapp-Bauteils stößt an die
horizontale Schulter 58 der Rille, wodurch sie eine axiale
Sicherung des Tibiallagereinsatzteils 12 an der Tibialschale 14 bereitstellt.
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Zur
gleichen Zeit ist ein gewisser Grad an Drehung des Tibiallagereinsatzteils
in Bezug auf die Tibialschale möglich,
da der von den Rillen festgelegte Bogen größer als der von den Schnapp-Bauteilen festgelegte
Bogen ist. Vorzugsweise kann sich das Tibiallagereinsatzteil in
einem Bereich von ungefähr 1° bis 30° drehen.
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In
einer in den 12 und 13 gezeigten Ausführungsform
können
die Rillen 28 eine Höhe aufweisen,
die sich von einer maximalen Höhe
(Hmax) an einem zentralen Abschnitt 30 der
Rille 31 auf eine minimale Höhe (Hmin)
an den Endabschnitten der Rille verjüngt. Als Beispiel kann die
maximale Höhe
ungefähr
0,25 mm betragen und die minimale Höhe kann ungefähr 30 mm
betragen. Der Gebrauch einer verjüngten Rille kann vorteilhaft
sein, da er einen zunehmenden Widerstand gegen Drehung ermöglicht, wodurch
eine Drehung allmählich
beschränkt
wird.
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Der
Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß jedes
Schnapp-Bauteil Abmessungen haben sollte, die dafür geeignet
sind, daß es raumfest
in die Rillen 28 mit im wesentlichen keinem axialen Spielraum
passen kann. Die Passung der Schnapp-Bauteile in den Rillen sollte
jedoch nicht so raumfest sein, daß sie eine übermäßige Reibung bei Drehung des
Tibiallagereinsatzteils verursacht. Falls erwünscht kann ein Dichtungs-Bauteil
(nicht gezeigt) in den Rillen 28 angeordnet sein, um den
axialen Spielraum oder die radiale Bewegung zu reduzieren.
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Es
versteht sich, daß die
negativen und positiven Oberflächeneinrichtungen
an jeder beliebigen Stelle auf dem Tibiallagereinsatzteil 12 und
der Tibialschale 14 angeordnet sein können, die es ermöglicht,
daß diese
Oberflächeneinrichtungen
angemessen ineinander eingreifen können, um das Tibiallagereinsatzteil 12 richtig
in Bezug auf die Tibialschale 14 auszurichten. In einer
Ausführungsform
sind zumindest zwei positive Oberflächeneinrichtungen auf dem Tibiallagereinsatzteil
an einander gegenüberliegenden
Stellen vorhanden.
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Der
Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß der Sicherungsmechanismus
der Tibialschale und des Tibiallagereinsatzteils (oder irgendeines
anderen Gelenksystems der Erfindung) durch jede beliebige Struktur
abgeändert
werden kann, die die axiale Sicherung des Tibiallagereinsatzteils
an der Tibialschale erleichtert, während die Drehbarkeit des Tibiallagereinsatzteils
aufrechterhalten wird. Die 14 bis 18 stellen
eine Ausführungsform
dar, bei der das distale Ende 78 des Paßstiels 22 positive
Oberflächeneinrichtungen
in Form von erweiterbaren keilähnlichen
Elementen 80 enthält,
von denen jedes durch einen Schlitz 81 getrennt ist. Jedes
keilähnliche
Element 80 weist eine hervorstehende Schulter 82 auf
einer seiner äußeren Oberflächen auf.
Die erweiterbaren keilähnlichen
Elemente 80 ermöglichen
im Zusammenwirken mit den Schlitzen 81, daß sich der
Durchmesser des distalen Endes 78 des Paßstiels 22 von
einem ersten Durchmesser (D1) auf einen
zweiten Durchmesser (D2) erweitern kann.
Der erste Durchmesser (D1), wie in 17 gezeigt,
ist nicht ausreichend, um zu ermöglichen,
daß die
hervorstehenden Schultern 82 der keilähnlichen Elemente 80 in
eine korrespondierende negative Oberflächeneinrichtung (z.B. Rille 84)
in dem Paßhohlraum 44 eingreifen
können.
Jedoch verursacht eine Erweiterung des Paßstiels 22 auf den zweiten
Durchmesser(D2), wie in 18 gezeigt, eine
Interaktion zwischen den hervorstehenden Schultern 82 und
der Rille 84, was das Entfernen des Tibiallagereinsatzteils 12 von
der Tibialschale 14 verhindert. Trotz dieser axialen Sicherung
kann sich das Tibiallagereinsatzteil 12 immer noch in Bezug
auf die Tibialschale 14 drehen.
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Die
Erweiterung des Paßstiels
vom ersten Durchmesser auf den zweiten Durchmesser kann durch das
Einführen
eines Verstärkungsstiftes 54 in einer
Blindbohrung 52, die in der oberen Gelenkfläche 16 des
Tibiallagereinsatzteils 12 ausgebildet ist, erreicht werden.
Die Passung des
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Stiftes 54 in
der Bohrung 52 verursacht die Erweiterung des distalen
Endes des Paßstiels
vom ersten auf den zweiten Durchmesser.
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Der
Verstärkungsstift 54 kann
von der Art sein, die oben beschrieben und in 19 gezeigt
ist. Die Blindbohrung 52 ist vorzugsweise im wesentlichen
zentral auf der oberen Gelenkfläche 16 des
Tibiallagereinsatzteils 12 angeordnet und weißt eine Größe und Form
auf, die ausreicht, um einen Verstärkungsstift 54 aufzunehmen.
In einer Ausführungsform
ist die Bohrung 52 zylindrisch und weist einen Durchmesser
von ungefähr
1 bis 12 mm und eine Tiefe von ungefähr 12 bis 76 mm auf. Der Verstärkungsstift 54 kann
einen Durchmesser von ungefähr
1 bis 10 mm und eine Länge
von ungefähr
5 bis 60 mm aufweisen.
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Die 14 bis 18 stellen
vier keilähnliche
Elemente 80 dar, die am distalen Ende 78 des Paßstiels 22 ausgebildet
sind. Es versteht sich jedoch, daß eine alternative Anzahl an
Keilelementen 80 vorhanden sein kann. Zum Beispiel kann
der Paßstiel 22 nur
zwei oder drei Keilelemente, oder mehr als vier aufweisen.
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Als
Alternative kann das Tibiallagereinsatzteil 12 keilähnliche
Elemente 80 enthalten, die auf einen ersten Durchmesser
vorgespannt sind, der die axiale Sicherung mit der Tibialschale 14 ermöglicht. Bei
der Passung des Tibiallagereinsatzteils 12 mit der Tibialschale 14 werden
die keilähnlichen
Elemente auf einen zweiten, kleineren Durchmesser zusammengedrückt. Bei
richtigem Sitz des Tibiallagereinsatzteils kehren die keilähnlichen
Elemente zum ersten Durchmesser zurück.
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Die 27 und 28 stellen
eine alternative Ausführungsform
dar, bei der die keilähnlichen Elemente 80 an
einem mehr proximalen Abschnitt des Paßstiels 22 angeordnet
sind.
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Die 20 bis 26 stellen
einen alternativen Sicherungsmechanismus für die Tibialschale 14 und
das Tibiallagereinsatzteil 12 dar, der zumindest eine negative
Oberflächeneinrichtung 85 auf
der Tibialschale und zumindest eine positive Oberflächeneinrichtung 87 auf
dem Tibiallagereinsatzteil enthält, die
aneinander angepaßt
werden können,
um das Tibiallagereinsatzteil 12 an der Tibialschale 14 zu
sichern, während
er die Drehung des Tibiallagereinsatzteils 12 in Bezug
auf die Tibialschale 14 zuläßt.
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Die
negative Oberflächeneinrichtung 85 kann
die Form einer zumindest einen Umfangsrille 90 annehmen,
die sich teilweise oder vollständig
um die Umfangslänge
des Paßhohlraums 44 erstreckt.
Die Umfangsrille 90 kann sich in linearer Weise um die
inneren Seitenwände 45 der
Umfangslänge
des Paßhohlraums 44 erstrecken,
oder sie kann einem anderen Weg folgen, wie zum Beispiel einem exzentrischen,
sinusförmigen,
parabolischen oder wellenförmigen
Weg. Ferner kann/können
die Umfangsrille(n) an jeder beliebigen Stelle der Tibialschale
vorhanden sein, solange sie in eine korrespondierende positive Oberflächeneinrichtung
auf dem Tibiallagereinsatzteil 12 eingreifen kann/können. Die
Umfangsrille(n) ist/sind vorzugsweise auf den inneren Seitenwänden 45 des
Paßhohlraums 44 angeordnet.
Die Umfangsrille 90 kann an jeder beliebigen Stelle zwischen
den proximalen und distalen Enden 51, 53 des Paßhohlraums 44 angeordnet
sein.
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Die
Abmessungen der Umfangsrille(n) 90 können innerhalb Grenzen, die
der Durchschnittsfachmann sofort zu schätzen weiß, variieren. Die Umfangsrille 90 kann
eine im wesentlichen konstante Öffnungsbreite
(W) in einem Bereich von ungefähr
1 bis 20 mm aufweisen. Die Tiefe der Umfangsrille 90 befindet
sich im allgemeinen in einem Bereich von 0,25 bis 2,00 mm.
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Der
Durchschnittsfachmann wird sofort zu schätzen wissen, daß geeignete
negative Oberflächeneinrichtungen
neben der hierin beschriebenen Umfangsrille andere Strukturen enthalten
kann.
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Die
positive Oberflächeneinrichtung 87 enthält praktisch
auch jede beliebige Struktur, die von dem Tibiallagereinsatzteil 12 hervorsteht,
die sich an die negative Oberflächeneinrichtung 85 (z.B.
die Umfangsrille 90) der Tibialschale 14 anpassen
kann, um zu ermöglichen,
daß das
Tibiallagereinsatzteil 12 sich in Bezug auf die Tibialschale 14 drehen
kann und um diese Komponenten axial aneinander zu sichern.
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Wie
in den 20 bis 26 gezeigt
nimmt die positive Oberflächeneinrichtung 87 die
Form einer exzentrischen Rippe 86 an, die sich über einen Abschnitt
der Oberfläche
des Tibiallagereinsatzteils 12 erstreckt. Der Begriff „exzentrische
Rippe" betrifft die
Eigenschaft der Rippe 86, die es ihr ermöglicht, einen
im wesentlichen sinusförmigen,
parabolischen oder wellenförmigen
Weg um einen Teil der äußeren Oberfläche des
Paßstiels 22 zu
bilden. Vorzugsweise beträgt
die Differenz zwischen hohen und tiefen Punkten in der Oszillation
der Rippe 86 ungefähr
1 bis 10 mm. Die Rippe 86 kann sich um den Umfang des Paßstiels 22 über einen
Bereich von ungefähr
1 bis 4 Oszillationszyklen erstrecken.
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Die
Abmessungen der Rippe 86 können ebenfalls variieren und
hängen
weitgehend von den Abmessungen der Umfangsrille 90 ab.
Die Rippe 86 muß Abmessungen
aufweisen, die es ihr ermöglichen,
in die Umfangsrille 90 zu passen, um das Tibiallagereinsatzteil 12 axial
an der Tibialschale 14 zu sichern. Es muß auch eine
ausreichende Aussparung vorhanden sein, um eine gewisse Bewegung von
Seite zu Seite der Rippe 86 in der Umfangsrille 90 zu
ermöglichen,
um eine gewisse Drehung des Tibiallagereinsatzteils 12 zuzulassen.
Die Rippe 86 muß auch
eine Stärke
(T) aufweisen, die geringer als die Breite (W) der Umfangsrille 90 ist.
Im allgemeinen bewegt sich die Stärke (T) der Rippe 86 zwischen
ungefähr
1 und 15 mm. Die exzentrische Rippe 86 sollte von dem Paßstie 22 um
eine Distanz, die weniger als die Tiefe der Umfangsrille 90 beträgt, hervorstehen.
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Die
exzentrische Rippe 86 kann an verschiedenen Stellen auf
dem Tibiallagereinsatzteil 12 angeordnet sein. Vorzugsweise
ist die exzentrische Rippe 86 jedoch auf einer Oberfläche des
Paßstiels 22 ausgebildet,
und zwar derart daß sie
sich teilweise um den Umfang des Paßstiels 22 erstreckt.
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Bei
der Passung der Rippe 86 in der Umfangsrille 90 werden
das Tibiallagereinsatzteil 12 und die Tibialschale axial
aneinander gesichert. Das Tibiallagereinsatzteil 12 kann
sich auch in Bezug auf die Tibialschale 14 drehen. Der
Grad an Drehung ist im allgemeinen jedoch auf ungefähr 5° bis 90° beschränkt. Bei
Fortschreiten der Drehung trifft der hohe Punkt 102 und/oder
tiefe Punkt 104 der Rippe 86 auf die Wände der
Rille, wodurch eine weitere Drehung verhindert wird, oder wodurch
die Kraft, die notwendig ist, um eine Drehung zu bewirken, extrem vergrößert wird.
In einer Ausführungsform
weisen die Rippe 86 und die Rille 90 im allgemeinen
dieselbe Form auf.
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Der
Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß die Drehung
des Tibiallagereinsatzteils ferner geregelt werden kann, indem andere
Abmessungen der Umfangsrille 90 und/oder der exzentrischen
Rippe 86 variiert werden, wie zum Beispiel die Länge der
exzentrischen Rippe, die Distanz, um die sich die exzentrische Rippe
in die Umfangsrille erstreckt, und die Breite der Umfangsrille.
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Die 22 bis 26 stellen
die Fähigkeit der
Rille 90 und der Rippe 86 dar, die Drehung des Tibiallagereinsatzteils 12 zu
beschränken.
In 22 ist das Tibiallagereinsatzteil um ungefähr 5° gedreht. Dabei
treffen die hohen Punkte 102 der Rippe 86, wie in 23 und 24 gezeigt,
auf die oberen Wände 106 der
Rille 90, wodurch sie eine weitere Drehung verhindern oder
die Kraft, die notwendig ist, um eine weitere Drehung zu bewirken,
extrem vergrößern. Zur
gleichen Zeit treffen, wie in 25 und 26 gezeigt,
die tiefen Punkte 104 der Rippe 86 auf die unteren
Wände 108 der
Rille 90.
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Der
Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß die Komponenten
des Systems 10 der Erfindung aus einer Anzahl bekannter
Materialien hergestellt werden können.
Das Tibiallagereinsatzteil ist typischerweise aus einem polymerischen
Material, wie zum Beispiel einem ultrahochmolekulargewichtigen Polyethylen,
hergestellt. Das Tibiallagereinsatzteil kann aus einer Anzahl bekannter
Metalle und Metall-Legierungen, die für implantierbare Prothesen geeignet
sind, hergestellt werden.