Die vorliegende Erfindung betrifft ein künstliches Ge enk, mit einem Kopfteil und einem Pfannenteil.
Es sind bereits Gelenke der genannten Art bekannt. Man sann beispielsweise auf ein bekanntes künstliches Kniegelenk hinweisen, das einen Oberschenkelkugelteil und einen dazu passenden Schienbeinpfannenteil aufweist. Der Oberschenkelkugelteil besteht aus einem Paar voneinander entfernten Kugelsegmenten und der Schienbeinpfannenteil besitzt ein Paar voneinander entfernten Kugelpfannensegmente. Die kugelsegmentförmige Oberfläche der Pfannenteile hat das gleiche Krümmungszentrum, wie die zu den konkaven Oberflächen des Oberschenkelkugelteiles gehörenden Kugelsegmentoberflächen. Zwischen den Segmenten der Gelenkteile bleibt eine Öffnung frei, in welche die vorderen und hinteren Kreuzbänder zu liegen kommen, welche die genannten am jeweiligen Knochen befestigten Gelenkteile miteinander in Eingriff halten.
Wie aus der Beschreibung dieses vorbekannten Kniegelenkes ersichtlich, lässt seine Ausbildung nur eine Scharnierbewegung der Gelenkteile zueinander zu, was den Verhältnis- sen im natürlichen Kniegelenk nicht entspricht, denn in einem natürlichen Kniegelenk erfolgt neben einer Scharnierbewegung seiner Teile zueinander auch eine Verschiebung derselben.
Das beschriebene bekannte künstliche Gelenk hat ausserdem den Nachteil, dass es dann nicht verwendet werden kann, wenn die Gelenkbänder zerstört sind, weil es dann kein Mittel gibt, welches die genannten Gelenkteile zusammenhalten könnte.
Ausser des vorstehend beschriebenen Gelenkes ist noch ein weiteres künstliches Gelenk bekannt, dessen Teile mittels einer starren Achse miteinander verbunden sind. Die Nachteile eines solchen Gelenkes bestehen darin, dass es nur eine Drehbewegung der Gelenkteile zueinander zulässt, so dass es beispielsweise als Ersatz eines Kniegelenkes nicht verwendet werden kann, und dass ein solches künstliches Gelenk die auf dieses einwirkende Stösse unvermindert weiter überträgt.
Ein weiteres Problem, welches bei künstlichen Gelenken, insbesondere bei Hüft- oder Kniegelenken, auftritt, ist ihr Verschleiss, welcher durch das verhältnismässig grosse Körpergewicht verursacht wird. Ausserdem kann man darauf hinweisen, dass die das jeweilige natürliche Gelenk bildenden Endpartien der Knochen eine bestimmte Elastizität aufweisen, so dass sie die beispielsweise beim Gehen entstandenen Stösse bis zu einem gewissen Mass aufnehmen und sie dadurch abdämpfen.
Dies ist bei bisherigen künstlichen Gelenken nicht der Fall, weil sie oft aus Metall angefertigt sind, so dass die genannten Stösse über das jeweilige Gelenk weiter in den Körper übertragen werden.
Diese Nachteile der bekannten künstlichen Gelenke werden durch das erfindungsgemässe Gelenk weitgehend behoben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens eines der Gelenkteile einen Dauermagnet enthält und dass der andere Gelenkteil wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Stoff ist.
Nachstehend werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher er läutert. Es zeigt:
Fig. 1 im Schnitt das künstliche Gelenk mit einem praktisch kugelförmigen Kopf und einer dementsprechend geformten Pfanne,
Fig. 2 in einem ersten Längsschnitt das künstliche Gelenk, welches als ein künstliches Kniegelenk ausgeführt ist und
Fig. 3 in einem zweiten Längsschnitt das künstliche Gelenk nach Fig. 2, wobei dieser zweite Längsschnitt um 900 gedreht ist und der Kopfteil die Form einer Walze hat.
Das künstliche Gelenk gemäss Fig. 1 weist einen Kopfteil 1 sowie einen Pfannenteil 2 auf. Diese Teile 1 und 2 werden auf chirurgischem Wege anstelle der Teile eines erkrankten oder beschädigten Gelenkes eingesetzt.
Der Kopfteil 1 des künstlichen Gelenkes besitzt einen Kopf 3, einen Hals 4 und einen sich an den Hals 4 anschliessenden Stiel 5, wobei zwischen dem Hals 4 und dem Stiel 5 sich ein Abstützbund 6 befindet.
Der Stiel 5 wird durch einen Chirurgen im entsprechenden Teil eines Knochens (nicht dargestellt) angebracht.
Der Kopf 3 kann aus einem körperfreundlichen Werkstoff angefertigt sein, beispielsweise aus einem geeigneten organischen Polymer hoher Festigkeit, oder einer geeigneten Metallegierung oder auch aus Keramik. In diesem Werkstoff sind Dauermagneten 8 und 9 eingebettet. Diese Dauermagnete 8 und 9 liegen möglichst nahe an jener Partie der konvexen Oberfläche des Kopfes 3, welche sich in einer konkaven Partie 10 des Pfannenteiles 2 befindet. Die Dauermagneten 8 8 und 9 können aus Eisen, Nickel, Kobalt, Samarium oder aus einer zu diesem Zweck gewöhnlich verwendeten Legierung sein, sie können jedoch auch als Ferritkörper ausgeführt sein.
Der Hals 4, der Kopfstiel 5 sowie der Abstützbund 6 können aus rostfreiem Stahl oder einer zu diesem Zweck verwendeten Legierung sein, beispielsweise aus einer Kobalt-Chrom Legierung oder dergleichen. Ein Ende des Halses 4 ist im Material des Kopfes 3 ebenfalls eingegossen.
Gemäss Fig. 1 besitzt der Pfannenteil 2 eine Pfanne 11 und ebenfalls einen Stiel 12. Der Stiel 12 wird ebenfalls vom Chirurgen in einem Knochen befestigt. Die Pfanne 10 dient zur Aufnahme des Kopfes 3 des künstlichen Gelenkes und sie weist zu diesem Zweck die bereits genannte konkave Partie 10 auf. Je nachdem, welches natürliche Gelenk durch das vorliegende künstliche Gelenk ersetzt werden soll, wählt man auch die Tiefe dieser konkaven Partie 10 der Pfanne 11, sowie gegebenenfalls auch ihren Krümmungsradius. Falls ein Hüftgelenk oder ein Schultergelenk ersetzt werden soll, so wählt man eine dementsprechend kleinere Tiefe der Pfanne 11 im Vergleich zum im Fig. 1 dargestellten Gelenk.
Die Pfanne 11 kann auch aus einem der bereits genannten körperfreundlichen Werkstoffe angefertigt sein. In diesem Werkstoff ist wenigstens ein Körper 13 aus einem ferromagnetischen Stoff eingebettet. Dieser Körper 13 arbeitet mit den Dauermagneten 8 und 9 im Kopf 3 zusammen, so dass die beiden Teile 1 und 2 des künstlichen Gelenkes infolge der Wirkung der durch die Dauermagneten 8 und 9 erzeugten Anziehungskraft zusammenhalten. In den Werkstoff der Pfanne 11 kann auch eines der Enden des Pfannenstieles 12 eingegossen sein.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das soeben beschriebene künstliche Gelenk, welches diesmal jedoch als ein künstliches Kniegelenk ausgeführt ist. Zu diesem Zweck ist der Abstützbund 6 mit einem Vorsprung 7 versehen. Eine der Randpartien der Pfanne 11 weist eine Erhöhung 14 auf, die als Anschlag für den Vorsprung 7 des Kopfteiles 1 dient. Mit Hilfe des Vorsprunges 7 und der Erhöhung 14 auf der Pfanne 11 wird eine Begrenzung der Drehbewegung des Kopfes 3 in der Pfanne 11 erreicht, wie das in einem natürlichen Gelenk der Fall ist. Der Stiel 5 des Kopfteiles 1 ist durch den Vorsprung 7 und die Erhöhung 14 an einem allfälligen Ausschwenken nach links gehindert.
Falls hingegen der Stiel 5 des Kopfteiles 1 aus den in Fig. 2 dargestellten Lage nach rechts geschwenkt wird, so schwenkt er zunächst um die Drehachse des Kopfes 3, welcher diesmal zylinderförmig ist (Fig. 3), um eine Scharnierbewegung der Gelenkteile zueinander zu erreichen.
Die Endfläche 15 der Pfanne 11 ist, wie aus dem Längs schnitt in Fig. 2 ersichtlich, in einer seiner Partien mit einem Krümmungsradius ausgeführt, der grösser als der Krümmungsradius des Kopfes 3 ist. Dies hat dann zur Folge, dass der Kopf 3 unter Einwirkung von äusseren Kräften geschwenkt und auch verschoben werden kann, und zwar gegen das andere Ende der länglich ausgebildeten Pfanne 11 hin.
Um ein möglichst gleichmässiges Halten des Kopfes 3 in der Pfanne 11 zu erreichen, wenn sich der Kopf 3 in der Pfanne 11 bewegt, ist die der konkaven Endfläche 15 der
Pfanne 11 nahe Oberfläche des Körpers 13 aus einem ferromagnetischen Stoff praktisch gleich wie die konkave Endfläche 15 der Pfanne 11 geformt. Die konkave Oberfläche des
Körpers 13 befindet sich dabei in einem kleinen Abstand von der konkaven Endfläche 15 der Pfanne 11. Dieser Abstand soll möglichst klein sein, damit die zwischen den Magneten 8 und 9 und dem Körper 13 wirkende Anziehungskraft möglichst gross ist. Auf der anderen Seite muss dieser Abstand gross genug sein, um sicherzustellen, dass sich die zwischen dem Kopf 3 und dem Körper 13 liegende Schicht aus dem genannten Kunststoff nicht dermassen abnützt, dass eine direkte Berührung zwischen dem Kopf 3 und dem Körper 13 zustande kommen würde.
Das künstliche Gelenk ist in den Fig. 2 und 3 in einer sol chen Lage dargestellt, welche dem gestreckten Bein ent spricht. Während einer Beugebewegung des Beines, wandert der Kopf wie bereits beschrieben in der Pfanne 11 schräg nach vorn aufwärts, so dass die von einem natürlichen Knie gelenk vollzogene horizontale Verschiebung zwischen Ober und Unterschenkel dadurch ermöglicht wird. Zu dieser Ver schiebung sind trotz fehlender starrer Achse bei diesem Ge lenk die oft zerstörten Gelenkbänder nicht nötig.
Eine weitere Möglichkeit der Ausnützung der beschriebe- nen Ausführung eines künstlichen Gelenkes ergibt sich dann, wenn die Bänder eines beschädigten Gelenkes, beispielsweise eines Knie- oder Hüftgelenkes, immer noch imstande sind, mit einer zum Zusammenhalten der beiden Teile des künstlichen Gelenkes ausreichenden Kraft einzuwirken und sie dadurch zusammenzuhalten. In einem solchen Fall kann der Körper 13 aus einem ferromagnetischen Stoff ebenfalls als ein Dauermagnet ausgeführt sein, wobei jedoch die Pole der Dauermagnete 8 bzw. 9 und 13 zueinander derart eingestellt sind, dass sich die Dauermagnete 8 und 9 vom Körper
13 wegstossen.
Da der Spalt zwischen dem nun dauermagne- tischen Körper 13 und den Dauermagneten 8 und 9 verhält nismässig klein ist, können die Abstossungskräfte in diesem
Spalt beträchtliche Werte aufweisen, so dass eine wenigstens teilweise Entlastung der Berührungsflächen auf dem
Kopf 3 und in der Pfanne 11 erfolgt. Dies ist von grosser praktischer Bedeutung, denn eine Erneuerung der Gleit schicht auf den genannten Berührungsflächen des Kopfteiles und des Pfannenteiles ist nur auf chirurgischem Wege mög lich. Bei dieser Ausführung des künstlichen Gelenkes wer den ausserdem jene Stösse bis zu einem gewissen Mass abge dämpft, welche auf das Gelenk durch den jeweiligen Kno chen übertragen werden.
Diese Stossdämpferwirkung lässt sich dadurch erklären, dass die Gelenkteile unter Einwirkung der zwischen den Magneten 8 bzw. 9 und 13 herrschen den Abstossungskraft die Gelenkteile voneinander abstos sen. Wenn das künstliche Gelenk belastet wird, beispielsweise durch einen Stoss, so wirken diese Abstossungskräfte gegen die einwirkende Belastungskraft. Die volle Übertragung der Belastung des Gelenkes durch die sich satt berührenden Gelenkteile kann erst dann erfolgen, wenn die das künstliche Gelenk belastende Kraft grösser als die genannte Abstossungskraft ist.
Es versteht sich, dass man die Art des ferromagnetischen Stoffes der einzelnen Teile des beschriebenen Gelenkes, sowie die Menge dieses Stoffes aber auch die Form der genannten Teile bzw. auch ihre Anordnung in den einzelnen Teilen des künstlichen Gelenkes so wählen kann, damit man die für den jeweiligen Fall des zu ersetzenden natürlichen Gelenkes kennzeichnenden Eigenschaften des künstlichen Gelenkes erreicht.
Ausserdem kann man die Gelenkteile ungleich gross machen oder man kann den Endflächen sowohl des Kopfes 3 als auch der Pfanne 11 derartige Form geben, dass dadurch der im jeweiligen natürlichen Gelenk vorhandene Bewe gungsbereich des einen Teiles des Gelenkes gegenüber dem anderen seiner Teile erreicht wird. In dieser Weise kann man beispielsweise ein künstliches Gelenk als einen Ersatz eines natürlichen Schultergelenkes bilden, wo zwischen den Gelenkteilen ein praktisch nur punktförmiger Kontakt besteht, wobei jedoch diese Gelenkteile infolge der von den Dauermagneten erzeugten Anziehungskräfte gut zusammenhalten.
The present invention relates to an artificial joint, with a head part and a socket part.
Joints of the type mentioned are already known. For example, one could refer to a known artificial knee joint which has a femoral ball part and a matching tibial socket part. The femoral ball portion consists of a pair of spaced apart ball segments and the tibial socket portion has a pair of spaced apart ball socket segments. The spherical segment-shaped surface of the socket parts has the same center of curvature as the spherical segment surfaces belonging to the concave surfaces of the femoral ball part. An opening remains free between the segments of the joint parts, in which the anterior and posterior cruciate ligaments come to lie, which hold the joint parts attached to the respective bone in engagement with one another.
As can be seen from the description of this known knee joint, its design allows only a hinge movement of the joint parts to one another, which does not correspond to the relationships in the natural knee joint, because in a natural knee joint, in addition to a hinge movement of its parts to one another, they are also displaced.
The known artificial joint described also has the disadvantage that it cannot be used if the joint ligaments are destroyed because there is then no means that could hold the joint parts together.
In addition to the joint described above, another artificial joint is known, the parts of which are connected to one another by means of a rigid axle. The disadvantages of such a joint are that it only allows a rotary movement of the joint parts with respect to one another, so that it cannot be used, for example, as a replacement for a knee joint, and that such an artificial joint continues to transmit the impacts acting on it undiminished.
Another problem that arises with artificial joints, particularly with hip or knee joints, is their wear and tear, which is caused by the relatively large body weight. In addition, it can be pointed out that the end parts of the bones that form the respective natural joint have a certain elasticity, so that they absorb the shocks that occur when walking, for example, to a certain extent and thereby dampen them.
This is not the case with previous artificial joints, because they are often made of metal, so that the aforementioned impacts are transmitted further into the body via the respective joint.
These disadvantages of the known artificial joints are largely eliminated by the joint according to the invention, which is characterized in that at least one of the joint parts contains a permanent magnet and that the other joint part is at least partially made of a ferromagnetic material.
Below, for example, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
1 shows in section the artificial joint with a practically spherical head and a correspondingly shaped pan,
Fig. 2 in a first longitudinal section the artificial joint, which is designed as an artificial knee joint and
3 shows in a second longitudinal section the artificial joint according to FIG. 2, this second longitudinal section being rotated by 900 and the head part being in the form of a roller.
The artificial joint according to FIG. 1 has a head part 1 and a socket part 2. These parts 1 and 2 are used surgically in place of the parts of a diseased or damaged joint.
The head part 1 of the artificial joint has a head 3, a neck 4 and a stem 5 adjoining the neck 4, a support collar 6 being located between the neck 4 and the stem 5.
The stem 5 is placed in the corresponding part of a bone (not shown) by a surgeon.
The head 3 can be made from a body-friendly material, for example from a suitable organic polymer of high strength, or a suitable metal alloy or also from ceramic. Permanent magnets 8 and 9 are embedded in this material. These permanent magnets 8 and 9 are as close as possible to that part of the convex surface of the head 3 which is located in a concave part 10 of the socket part 2. The permanent magnets 8 8 and 9 can be made of iron, nickel, cobalt, samarium or an alloy usually used for this purpose, but they can also be designed as ferrite bodies.
The neck 4, the head shaft 5 and the support collar 6 can be made of stainless steel or an alloy used for this purpose, for example a cobalt-chromium alloy or the like. One end of the neck 4 is also cast in the material of the head 3.
According to FIG. 1, the socket part 2 has a socket 11 and also a handle 12. The handle 12 is also fastened in a bone by the surgeon. The socket 10 serves to hold the head 3 of the artificial joint and for this purpose it has the concave portion 10 already mentioned. Depending on which natural joint is to be replaced by the existing artificial joint, the depth of this concave part 10 of the socket 11 and, if necessary, its radius of curvature is also selected. If a hip joint or a shoulder joint is to be replaced, a correspondingly smaller depth of the socket 11 is selected compared to the joint shown in FIG. 1.
The pan 11 can also be made from one of the body-friendly materials already mentioned. At least one body 13 made of a ferromagnetic material is embedded in this material. This body 13 works together with the permanent magnets 8 and 9 in the head 3, so that the two parts 1 and 2 of the artificial joint hold together as a result of the effect of the attractive force generated by the permanent magnets 8 and 9. One of the ends of the pan handle 12 can also be cast into the material of the pan 11.
FIG. 2 shows a longitudinal section through the artificial joint just described, which this time is, however, designed as an artificial knee joint. For this purpose, the support collar 6 is provided with a projection 7. One of the edge parts of the pan 11 has an elevation 14 which serves as a stop for the projection 7 of the head part 1. With the aid of the projection 7 and the elevation 14 on the socket 11, the rotational movement of the head 3 in the socket 11 is limited, as is the case in a natural joint. The stem 5 of the head part 1 is prevented by the projection 7 and the elevation 14 from any pivoting out to the left.
If, on the other hand, the stem 5 of the head part 1 is pivoted to the right from the position shown in FIG. 2, it first pivots about the axis of rotation of the head 3, which this time is cylindrical (FIG. 3), in order to achieve a hinge movement of the joint parts with respect to one another .
The end face 15 of the pan 11 is, as can be seen from the longitudinal section in FIG. 2, executed in one of its parts with a radius of curvature which is greater than the radius of curvature of the head 3. This then has the consequence that the head 3 can be pivoted and also displaced under the action of external forces, specifically towards the other end of the elongated pan 11.
In order to achieve the most uniform possible holding of the head 3 in the pan 11 when the head 3 moves in the pan 11, that of the concave end surface 15 is the
Pan 11 near the surface of the body 13 made of a ferromagnetic material practically shaped like the concave end surface 15 of the pan 11. The concave surface of the
The body 13 is at a small distance from the concave end surface 15 of the pan 11. This distance should be as small as possible so that the attractive force acting between the magnets 8 and 9 and the body 13 is as large as possible. On the other hand, this distance must be large enough to ensure that the layer of said plastic lying between the head 3 and the body 13 does not wear out to such an extent that the head 3 and the body 13 would come into direct contact .
The artificial joint is shown in FIGS. 2 and 3 in a sol chen position, which speaks ent of the extended leg. During a flexion movement of the leg, the head moves obliquely upwards in the socket 11, as already described, so that the horizontal displacement between the upper and lower leg made by a natural knee joint is made possible. Despite the lack of a rigid axle, the joint ligaments, which are often destroyed, are not necessary for this shift.
Another possibility of utilizing the described embodiment of an artificial joint arises when the ligaments of a damaged joint, for example a knee or hip joint, are still able to act with sufficient force to hold the two parts of the artificial joint together to hold them together. In such a case, the body 13 made of a ferromagnetic material can also be designed as a permanent magnet, but the poles of the permanent magnets 8 or 9 and 13 are adjusted to one another in such a way that the permanent magnets 8 and 9 move away from the body
13 push away.
Since the gap between the permanent magnetic body 13 and the permanent magnets 8 and 9 is relatively small, the repulsive forces in it can
Gap have considerable values, so that an at least partial relief of the contact surfaces on the
Head 3 and in the pan 11 takes place. This is of great practical importance because a renewal of the sliding layer on the aforementioned contact surfaces of the head part and the socket part is only possible surgically, please include. In this version of the artificial joint who also absorbs those shocks to a certain extent that are transmitted to the joint by the respective bone.
This shock absorber effect can be explained by the fact that the joint parts repel the joint parts from one another under the action of the repulsive force between the magnets 8 or 9 and 13. If the artificial joint is loaded, for example by a shock, these repulsive forces act against the acting loading force. The full transfer of the load on the joint by the joint parts in full contact can only take place when the force loading the artificial joint is greater than the abovementioned repulsive force.
It goes without saying that you can choose the type of ferromagnetic substance of the individual parts of the described joint, as well as the amount of this substance but also the shape of the parts mentioned or their arrangement in the individual parts of the artificial joint so that you can choose for Characteristic properties of the artificial joint achieved in each case of the natural joint to be replaced.
In addition, the joint parts can be made unequal in size or the end faces of both the head 3 and the socket 11 can be given a shape such that the movement range of one part of the joint compared to the other of its parts is achieved in the respective natural joint. In this way, for example, an artificial joint can be formed as a replacement for a natural shoulder joint, where there is practically only point-like contact between the joint parts, but these joint parts hold together well due to the attractive forces generated by the permanent magnets.