CH683889A5

CH683889A5 - Endoprosthesis for partial replacement of bones, especially hip joint.

Info

Publication number: CH683889A5
Application number: CH199490A
Authority: CH
Inventors: Klaus Kleinhoff
Original assignee: Klaus Kleinhoff
Priority date: 1989-06-27
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1994-06-15
Also published as: DE3921030A1; DE3921030C2

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Endoprothese zum partiellen Ersatz von Knochen, wobei die Endoprothese zumindest auf einer ihrer beiden Seiten mit einem Schaft in ein Knochenfragment eingreift. Solche Endo-, das heisst implantierbaren Prothesen werden eingesetzt, wo Teile von Knochen unrettbar verloren sind. Bei schweren Trümmerfrakturen an den langen Gliedmassenknochen oder am Unterkiefer, wie sie insbesondere an Unfallopfern zu beobachten sind, kann mittels einer Endoprothese auch ein solcher Knochen wieder in richtiger Lange wiederhergestellt werden, von dem nur zwei ausreichend lange Enden vorhanden sind, während ein mittlerer Bereich entfernt werden muss. In günstigen Fällen kann in späterer Operation eine Spongiosa-plastik ausgeführt werden und nach dem Zusammenwachsen der Knochenenden mittels des implantierten Knochenmateriales die Endoprothese entfernt werden; es überwiegen jedoch die Fälle, wo die Endoprothese für die restliche Lebenszeit des Patienten in seinem Körper verbleiben soll. The invention relates to an endoprosthesis for the partial replacement of bone, the endoprosthesis engaging at least on one of its two sides with a shaft in a bone fragment. Such endo-, i.e. implantable prostheses are used where parts of bones are irretrievably lost. In the case of severe comminuted fractures on the long limb bones or on the lower jaw, as can be seen in particular on accident victims, an endoprosthesis can also be used to restore the correct length of such bone, from which there are only two sufficiently long ends, while a middle area is removed must become. In favorable cases, a spongiosa plastic can be performed in later surgery and the endoprosthesis removed after the bone ends have grown together using the implanted bone material; however, the cases predominate where the endoprosthesis is to remain in the body for the rest of the patient's life.

In jedem Fall müssen die Endoprothesen für lange Zeit im Körper verbleiben, was bislang Probleme bei der Dauerhaltbarkeit der Verbindung zwischen der Endoprothese und den Knochenfragmenten hervorgerufen hat. Die Verbindungen neigen dazu, sich allmählich zu lockern. Es ist schon versucht worden, dieses Problem durch eine schuppen- oder widerhakenartige Oberflächenstruktur der Endoprothese zu lösen. Auch wenn hierdurch die Lockerung erst verzögert eintritt, unterbunden wird die Lockerung nicht. In any case, the endoprostheses have to remain in the body for a long time, which has so far caused problems with the durability of the connection between the endoprosthesis and the bone fragments. The connections tend to loosen gradually. Attempts have already been made to solve this problem by means of a scale-like or barb-like surface structure of the endoprosthesis. Even if the loosening occurs only after a delay, loosening is not prevented.

Ausgehend von diesem Problem stellt sich die Aufgabe, die Endoprothese so zu gestalten, dass die Verbindung zu Knochenfragmenten dauerhaft ist, sich die Verbindung also nicht lockert. Based on this problem, the task arises of designing the endoprosthesis in such a way that the connection to bone fragments is permanent, so that the connection does not loosen.

Ein besonders wichtiger Spezialfall der Endoprothesen zum partiellen Ersatz von Knochen sind die Hüftgelenkendoprothesen. Sie bestehen aus einem in den resezierten Oberschenkelknochen einzuführenden Schaft, einem Hals und einem Gelenkinnenglied, welches in eine Gelenkpfanne, die mit dem Hüftknochen verbunden ist, eingreift. Hier gibt es also nur eine Verbindungsstelle Knochen-Prothese statt zwei, was aber keinen Einfiuss auf die Problematik hat, dass sich nämlich auch Hüftgelenkendoprothesen häufig mit der Zeit lockern. A particularly important special case of endoprostheses for the partial replacement of bones is the hip joint endoprosthesis. They consist of a shaft to be inserted into the resected femur, a neck and an inner joint that engages in an acetabular cup that is connected to the hip bone. So there is only one joint between the bone and the prosthesis instead of two, but this has no influence on the problem that hip joint endoprostheses often loosen over time.

Hüftgelenkendoprothesen werden besonders häufig bei älteren Patienten eingesetzt zur Versorgung pathologischer Veränderungen im Hüftgelenk oder von Oberschenkelhalsbrüchen. Sie ermöglichen trotz der Grösse der Implantations-Operation eine rasche Mobilisierung und Belastbarkeit des Hüftgelenkes. Die anderen Versorgungsmöglichkeiten bei Oberschenkelhalsbrüchen sind alle mit längerer Un-belastbarkeit verbunden, wobei diese Zeitspanne wegen verringerten Wachstums bei älteren Patienten einerseits besonders lang ist und andererseits die dabei abgebauten Körperkräfte besonders schwer wieder zu erlangen sind, bisweilen zu befürchten ist, dass sich der Patient nie wieder ohne Gehhilfen erheben kann und im Allgemeinbefinden kränkelnd und depressiv wird. Hip joint endoprostheses are particularly often used in older patients to treat pathological changes in the hip joint or fractures of the femur. Despite the size of the implantation operation, they enable rapid mobilization and resilience of the hip joint. The other treatment options for fractures of the femur are all associated with longer immunity to stress, although this period of time is particularly long because of the reduced growth in older patients, and the physical strength that is lost is particularly difficult to regain, and there is occasionally fear that the patient will never worry can raise again without walking aids and becomes sickly and depressed in general.

Um die Vorteile der Hüftgelenkendoprothesen in grösserem Umfang ausnutzen zu können stellt sich die Aufgabe, das Lockern der Prothese im resezierten Femur mindestens so weit zu verzögern, dass sich bei der verbliebenen Lebensenwartung des Patienten keine Beschwerden ergeben oder die Wie-der-Befestigung einer gelockerten Hüftgelenksendo-prothese so radikal zu vereinfachen, dass die Operation nur wenige Minuten dauert und in örtlicher Narkose ausgeführt werden kann. In order to be able to take full advantage of the hip joint endoprosthesis, the task is to delay the loosening of the prosthesis in the resected femur at least to such an extent that there are no complaints with the remaining life expectancy of the patient or the re-fastening of a loosened hip joint - To simplify the prosthesis so radically that the operation only takes a few minutes and can be performed under local anesthesia.

Die Lockerung der Verbindung zwischen einem Knochenfragment, das kein Femur ist, und einer Endoprothese wird erfindungsgemäss dadurch unterbunden, dass ein in ein Knochenfragment eingreifender Prothesenschaft an dem Ende des Schaftes, welches an der betreffenden Knochenfragmentgrenze bzw. Frakturlinie bzw. Resektionsstelle liegt, eine ringförmige Aussparung aufweist. Diese Aussparung könnte auch als eine Kehle bezeichnet werden. Das Schaftende, das an der Knochenfragmentgrenze liegt, wird dadurch zu einem Kragen reduziert, der unter elastischer Verformung eine gewisse Beweglichkeit gegenüber dem Prothesenhals aufweist. Entscheidend ist, dass die Quer-steifigkeit an dem Ende des Schaftes, das an einer Knochenfragmentgrenze liegt, durch die dünnwandige und kragenartige Gestaltung so weit verringert ist, dass der durch eine Biegebelastung hervorgerufene Pressungsverlauf über der in Richtung Knochenfragmentgrenze positiv gezählten Prothesenlänge an der Knochenfragmentgrenze nicht steigt, also höchstens konstant ist, vorzugsweise etwas fällt. The loosening of the connection between a bone fragment that is not a femur and an endoprosthesis is prevented according to the invention in that a prosthesis shaft engaging in a bone fragment at the end of the shaft, which lies on the relevant bone fragment boundary or fracture line or resection site, has an annular recess having. This recess could also be called a throat. The end of the shaft, which lies on the bone fragment boundary, is thereby reduced to a collar which, under elastic deformation, has a certain mobility with respect to the prosthesis neck. It is crucial that the transverse stiffness at the end of the shaft, which lies on a bone fragment boundary, is reduced by the thin-walled and collar-like design to such an extent that the pressure profile caused by a bending load does not exceed the length of the prosthesis at the bone fragment boundary, which is positively counted towards the bone fragment boundary increases, i.e. is at most constant, preferably something falls.

Wo mangels Platzes oder aus Festigkeitsgründen keine hinreichend tiefe Kehle möglich ist oder wo mit Rücksicht auf die Beulfestigkeit keine hinreichend dünne Wandstärke möglich ist, um den nicht steigenden Pressungsverlauf zu erzielen, dort sollte der Prothesenschaft Schlitze im Kragen aufweisen. Der Kragen zeigt dann nicht mehr das Verformungsverhalten eines Kragrohres, sondern mehrerer Kragzungen, ist also noch nachgiebiger. Where, due to lack of space or for reasons of strength, it is not possible to have a sufficiently deep throat or where, considering the dent resistance, it is not possible to have a sufficiently thin wall to achieve the pressure profile that does not increase, the prosthesis socket should have slits in the collar. The collar then no longer shows the deformation behavior of a cantilever tube, but rather several cantilever tongues, and is therefore even more flexible.

Die Lockerung einer Hüftgelenkendoprothese im resezierten Femur wird mindestens erheblich verzögert dadurch, dass der Prothesenschaft an seinem oberen Ende gegenüber dem Prothesenhals mittels einer ringförmigen Aussparung freigestellt ist. The loosening of a hip joint endoprosthesis in the resected femur is delayed at least considerably by the fact that the upper end of the prosthesis shaft is exposed relative to the prosthesis neck by means of an annular recess.

Bei statischer Belastung durch das Gewicht des stehenden Patienten wird die Verbindungsstelle zwischen Prothese und dem Rest des Oberschenkelknochens nicht nur in Richtung der Längsachse des röhrenförmigen Oberschenkelknochens belastet, sondern auch auf Biegung infolge der zur Hüftgelenkspfanne hin gerichteten Kröpfung des Prothesenhalses aus der Längsachse des resezierten Femurs heraus. Dies führt am oberen Ende der Verbindung zu Pressung an der proximalen und am unteren Ende der Verbindung zu Pressung an der distalen Seite des Femur. With static load from the weight of the standing patient, the connection point between the prosthesis and the rest of the femur is not only loaded in the direction of the longitudinal axis of the tubular femur, but also due to bending due to the cranking of the prosthetic neck towards the hip joint socket out of the longitudinal axis of the resected femur . This results in compression at the proximal end of the connection and compression at the distal side of the femur at the lower end of the connection.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bislang die durch Biegung erzeugte Pressungsverteilung die allmähliche Lockerung verursacht. Während bislang darauf geachtet wurde, dass die durch Biegung erzeugte Maximalpressung am oberen Ende der verbliebenen Knochenröhre The invention is based on the finding that, up to now, the pressure distribution generated by bending has caused the gradual loosening. While it was previously ensured that the maximum pressure generated by bending at the upper end of the remaining bone tube

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möglichst klein wird, zielt die Erfindung auf eine verminderte Steigung der Pressung über der nach oben positiv gezählten Schaftlänge an der Stelle, wo der Femur reseziert ist Für die an dieser Stelle verminderte Steigung wird sogar eine Erhöhung des Pressungsmaximums in Kauf genommen. becomes as small as possible, the invention aims at a reduced increase in the pressure over the shaft length, which is counted upwards positively, at the point where the femur is resected. For the slope reduced at this point, an increase in the maximum pressure is accepted.

Bei den Hüftgelenkendoprothesen nach dem Stand der Technik weist der Pressungsverlauf in unmittelbarer Nähe der Resektionsstelle nicht nur sein Maximum, sondern auch seine höchste Steigung auf. Durch die Anwendung der Erfindung wird die Stelle höchster Pressungssteigung von der Resektionsstelle weg kniewärts verschoben. Wo ausreichende Werkstoff-Festigkeit und nicht zu grosse Körperkräfte des Patienten es erlauben, sollte die Aussparung so gross bemessen sein, dass die Pressungssteigung im Bereich der Resektionsstelle nicht nur vermindert ist gegenüber einem kniewärts verschobenen Steigungsmaximum, sondern gleich Null oder etwas kleiner als Null ist. In the case of prior art hip joint endoprostheses, the course of the pressure in the immediate vicinity of the resection site not only exhibits its maximum, but also its highest slope. By applying the invention, the location of the highest pressure gradient is shifted from the resection site to the knee. Where sufficient material strength and not too great physical strength of the patient allow it, the recess should be dimensioned so large that the pressure increase in the area of the resection site is not only reduced compared to a gradient maximum shifted to the knee, but is zero or slightly less than zero.

Der biologische Regelkreis des örtlichen Knochenwachstums, so die der Erfindung zugrunde liegende Hypothese, reagiert auf gesteigerte Belastung nicht nur mit gesteigertem Knochenwachstum, sondern beinhaltet als weiteren Wirkzusammenhang auch, dass das Knochenwachstum durch starke örtliche Belastungssteigung vermindert wird. Beide Wirkzusammenhänge stehen zueinander in Konkurrenz. The biological control loop of local bone growth, according to the hypothesis on which the invention is based, not only reacts to increased stress with increased bone growth, but also includes, as a further functional connection, that bone growth is reduced by a strong increase in local stress. Both interdependencies are in competition with each other.

Eine Bestätigung für den weiteren, bislang bei der Prothesengestaltung zumindest nicht berücksichtigten, wahrscheinlich gar nicht erkannten Zusammenhang, dass nämlich das Knochenwachstum in Abhängigkeit der ersten Ableitung der Belastung nach dem Ort sinkt, liefert die Tatsache (die lange bekannt ist), dass ein Knochen seine optimale Gestalt auch nach zunächst schief oder versetzt ausgeheilten Brüchen wieder annähernd erreicht. - Gerade bei versetztem Zusammenwuchs entsteht an der Versatzstelle durch die scharfe Kraftumlenkung eine hohe Kraftlinienkonzentration. Mit dem bislang allein angenommenen Zusammenhang, dass sich das Knochenwachstum in Abhängigkeit von der Belastung verstärkt, kann nur die vergrösserte Anlagerung in beiden Innenkehlen der Versatzstelle erklärt werden, nicht aber der Abbau in den Aussenkehlen der Versatzstelle. Der bislang vorherrschende Erklärungsversuch, dass die Natur halt Überflüssig-ge-wordenes mit der Zeit eleminiere greift hier zu kurz insbesondere deshalb, weil die Aussenkehlen einer Versatzstelle eben nicht nur überflüssig, sondern auch schädlich sind; die Aussenkehlen tragen nämlich dazu bei, die Kraftlinien auf die äusseren Fasern in der Versatzstelle zu konzentrieren. Auch wenn es auf den ersten Blick paradox erscheinen mag, die gezielte Entfernung von Knochenmaterial an den Aussenkehlen einer Versatzstelle steigert die Festigkeit des Knochens. The fact that a bone is its own (which has been known for a long time) provides confirmation of the further connection, which has probably not yet been taken into account in the prosthesis design and probably not recognized at all, namely that bone growth decreases depending on the first derivative of the load optimal shape, even after fractures that were initially crooked or staggered, almost reached again - Especially in the case of staggered growth, the sharp force deflection results in a high concentration of force lines at the point of displacement. With the previously assumed only connection that the bone growth increases depending on the load, only the increased accumulation in both inner throats of the displacement point can be explained, but not the degradation in the outer throats of the displacement point. The previously prevailing attempt to explain that nature simply eliminates what has become superfluous in time falls short here in particular because the outer throats of an offset point are not only unnecessary but also harmful; the outer throats help to concentrate the lines of force on the outer fibers in the offset point. Even if it may seem paradoxical at first glance, the targeted removal of bone material at the outer throats of an offset point increases the strength of the bone.

Der Lösungsvorschlag fusst auf der Erkenntnis, dass bei Formgebung der Prothese nicht nur die Belastung - also im wesentlichen die Pressung zwischen Prothese und Knochen - sondern auch die erste Ableitung dieser Belastung nach dem Ort, insbesondere der Schaftlänge, beachtet werden muss. Durch Verminderung der Steigung, das heisst der ersten Ableitung der Pressung wird das Knochenwachstum weniger gehemmt und der Knochen-wachstumssteigernde Effekt der Pressung selbst (also der nullten Ableitung) gewinnt die Oberhand. Hierdurch wird die von der Resektionsstelle ausgehende Prothesenlockerung unterbunden. The proposed solution is based on the knowledge that when shaping the prosthesis not only the load - essentially the pressure between the prosthesis and bone - but also the first derivation of this load according to the location, in particular the length of the shaft, must be taken into account. By reducing the slope, i.e. the first derivative of the pressure, the bone growth is less inhibited and the bone growth-increasing effect of the pressure itself (i.e. the zero derivative) gains the upper hand. This prevents loosening of the prosthesis starting from the resection site.

Um den durch die erfindungsgemässe Aussparung bewirkten Festigkeitsabfall gering zu halten, sind vorzugsweise Prothesenschaft und Prothesenhals einstückig miteinander verbunden. In order to keep the drop in strength caused by the recess according to the invention low, the prosthesis socket and the prosthesis neck are preferably connected to one another in one piece.

Zur zusätzlichen «Aufweichung» des Prothesenbereiches, der die Resektionsstelle des Femur berührt, also des kragenartig ausgebildeten oberen Schaftendes, das mittels einer ringförmigen Aussparung gegenüber dem Prothesenhals freigestellt ist, können in diesem Prothesenbereich Schlitze vorgesehen sein. Zur Vermeidung zu grosser Spannungskonzentrationen sollten diese Schlitze an ihrer Wurzel mit einem Radius gleich oder etwas grösser als die halbe Schlitzbreite verrundet sein. For additional "softening" of the prosthesis area that touches the resection site of the femur, that is, the collar-shaped upper shaft end, which is exposed to the prosthesis neck by means of an annular recess, slots can be provided in this prosthesis area. To avoid excessive stress concentrations, these slots should be rounded at their roots with a radius equal to or slightly larger than half the slot width.

Zur Vermeidung von von der Oberfläche ausgehenden Rissen werden in der Oberfläche - insbesondere im Bereich der Aussparung - nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung Druckeigenspannungen erzeugt. Wenn die Endoprothese aus Stahl besteht, können Druckeigenspannungen durch ein volumenvergrösserndes Härtungsverfahren, insbesondere eines mit Aufkohlung, oder durch Sandstrahlen erzeugt werden. Es versteht sich, dass der Werkstoff eine erhebliche Kerbschlagzähigkeit aufweisen muss. Deshalb empfiehlt sich nach eventuellem Härten ein Anlassen zur Vergütung. In order to avoid cracks emanating from the surface, residual compressive stresses are generated in the surface - in particular in the area of the recess - according to a preferred development of the invention. If the endoprosthesis is made of steel, residual compressive stresses can be generated by a volume-increasing hardening process, especially one with carburizing, or by sandblasting. It goes without saying that the material must have a significant notched impact strength. Therefore, tempering is recommended after any hardening.

Wo Festigkeit des Prothesenwerkstoffes und Höhe der Belastung es zulassen, kann die Anpassung des Prothesenschaftes an den Rest des Oberschenkelknochens und die Anpassung der Kröpfung bzw. des Gelenkinnengliedes an die individuellen anatomischen Verhältnisse des Patienten dadurch erleichtert werden, dass der Prothesenschaft und der Prothesenhals lösbar miteinander verbunden sind. Unter Verwendung der gleichen Passung in der Verbindungsstelle können unterschiedliche Grössen von Prothesenschäften und Prothesenhälsen bzw. Gelenkinnengliedern miteinander kombiniert werden, sodass schon mit einer geringen Anzahl unterschiedlicher Prothesenteile eine grosse Vielfalt von Kombinationsmöglichkeiten gegeben ist. Where the strength of the prosthesis material and the amount of load allow it, the adaptation of the prosthesis socket to the rest of the femur and the adjustment of the crank or joint joint to the individual anatomical conditions of the patient can be facilitated by releasably connecting the prosthesis socket and the prosthesis neck are. Using the same fit in the connection point, different sizes of prosthesis shafts and prosthesis necks or inner joint members can be combined with one another, so that even with a small number of different prosthesis parts there is a large variety of possible combinations.

Weiterhin ermöglicht die lösbare Verbindung eine feine Justierung der Oberschenkellänge und der Kröpfungsebene. Die Fertigung der Aussparung, die die Freistellung zwischen Prothesenhals und Prothesenschaft bewirkt, wird durch die lösbare Verbindung erleichtert. Furthermore, the detachable connection allows fine adjustment of the thigh length and the offset level. The releasable connection makes it easier to manufacture the cut-out that creates the clearance between the prosthesis neck and the prosthesis socket.

Zur Realisierung der lösbaren Verbindung weist der Prothesenhals zweckmässigerweise einen in Richtung Kniegelenk weisenden Fortsatz auf, der in den hohlen Prothesenschaft eingreift. To implement the releasable connection, the prosthesis neck expediently has an extension pointing in the direction of the knee joint, which engages in the hollow prosthesis socket.

Wenn die lösbare Verbindung allein durch Reib-schluss gefestigt wird, ist eine stufenlose Justierung möglich. Die zur Anpressung erforderliche Aufweitung wird vorzugsweise durch einen in der Schaftlängsrichtung beweglichen Innenkonus bewirkt. Vorzugsweise befindet sich das Organ, an dem die If the detachable connection is fixed by frictional locking alone, a stepless adjustment is possible. The widening required for contact pressure is preferably brought about by an inner cone which is movable in the longitudinal direction of the shaft. Preferably the organ on which the

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Stellung des Innenkonus und damit die Reibkraft eingestellt wird - vorzugsweise ein Imbusschrau-benkopf - gut zugänglich am oberen Rand der Kröpfung. So ist sogar eine spätere Neujustierung mit nur einem geringfügigen Hautschnitt möglich. Auch kann ein eventuell verschlissenes oder zur Hüfte bzw. zu einer erneuerten künstlichen Gelenkspfanne nicht mehr passendes Gelenkinnenglied ohne erneuten Eingriff am Femur ausgetauscht werden. Position of the inner cone and thus the friction force is adjusted - preferably an Allen screw head - easily accessible at the top of the crank. This means that even a later readjustment with only a minor skin incision is possible. Also, a possibly worn inner joint or a joint that is no longer suitable for the hip or a renewed artificial joint socket can be replaced without renewed intervention on the femur.

Als weitere Lösung dafür, das Lockerungsproblem zu mildern, ist erkannt worden, den Prothesenschaft nach Implantation in den resezierten Femur aufzuweiten. Dabei ist das Aufweitungsmass am Prothesenhals - vorzugsweise mit einem analogen Mechanismus wie im Abschnitt zuvor beschrieben - einstellbar. Hierdurch wird nach eventueller Lockerung die Wiederbefestigung vereinfacht. Another solution for alleviating the loosening problem has been recognized to be to widen the prosthesis socket after implantation in the resected femur. The expansion dimension on the prosthesis neck is adjustable, preferably using an analog mechanism as described in the section above. This will simplify reattachment after loosening.

Anspruch 7 schützt die Kombination dieser weiteren Lösung mit der ringförmigen Aussparung im Schaft an der Resektionsstelle. Diese Kombination hat einen synergistischen Effekt auf die Pressungsverteilung: Durch die Überlagerung der durch die Aufweitung bewirkten Pressung mit der durch Biegemomente hervorgerufenen Pressung kann zumindest in den meisten Oberflächenbereichen erreicht werden, dass bei Durchlauf eines Belastungszyklus (z.B. eines Gehschrittes) eine Wechselbelastung durch eine Schwellbelastung abgelöst ist, wodurch Spielentstehung und Bewegungen der Endoprothese im Femur zumindest weitgehend unterbunden sind. Claim 7 protects the combination of this further solution with the annular recess in the shaft at the resection site. This combination has a synergistic effect on the pressure distribution: By overlaying the pressure caused by the expansion with the pressure caused by bending moments, it can be achieved, at least in most surface areas, that an alternating load is replaced by a threshold load when running through a load cycle (e.g. a walking step) is, whereby game development and movements of the endoprosthesis in the femur are at least largely prevented.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigt: The invention is explained in more detail below with the aid of four figures. It shows:

Fig. 1 eine Hüftgelenkendoprothese mit einstückiger Verbindung zwischen Prothesenhals und -schaft, 1 is a hip joint endoprosthesis with an integral connection between the prosthesis neck and shaft,

Fig. 2 eine Hüftgelenkendoprothese mit lösbarer Verbindung zwischen Prothesenhals und -schaft, 2 shows a hip joint endoprosthesis with a detachable connection between the prosthesis neck and shaft,

Fig. 3 verschiedene Pressungsverläufe herkömmlicher und erfindungsgemässer Endoprothesen und Fig. 3 different pressure profiles of conventional and inventive endoprostheses and

Fig. 4 einen Knochennagel mit zwei erfindungs-gemäss gestalteten, am Knochenrand liegenden Schaftenden. 4 shows a bone nail with two shaft ends designed according to the invention and lying on the edge of the bone.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Endoprothese 1 gliedert sich in einen Schaft 2, einen Hals 3 und ein Gelenkinnenglied 4. In Fig. 1 ist in gestrichelter Linie der resezierte Femur 5, die Gelenkpfanne 6, der relevante Teil des Hüftknochens 11 und der Körperumrisslinie 12 dargestellt. Der Prothesenschaft 2 ist an seinem oberen Ende 7 gegenüber dem Prothesenhals 3 mittels einer ringförmigen Aussparung 8 freigestellt, läuft also nach oben hin in einem Kragen 25 aus. Die Aussparung 8 hat in diesem Beispiel eine Tiefe von etwa 4 cm und bewirkt zusammen mit der geringen, sich nach oben verjüngenden Wandstärke des Kragens 25 einen geringen Pressungsabfall an der Resektionsstelle 22 bei Betrachtung des Pressungsverlaufes über der Schaftlänge 1, die vom unteren Schaftende 13 nach oben positiv gezählt wird. The endoprosthesis 1 shown in FIGS. 1 and 2 is divided into a shaft 2, a neck 3 and an inner joint member 4. In FIG. 1, the resected femur 5, the socket 6, the relevant part of the hip bone 11 and the body outline 12 is shown. At its upper end 7, the prosthesis socket 2 is exposed relative to the prosthesis neck 3 by means of an annular recess 8, that is to say it ends up in a collar 25. In this example, the recess 8 has a depth of about 4 cm and, together with the small, upwardly tapering wall thickness of the collar 25, causes a slight drop in pressure at the resection site 22 when considering the course of the pressure over the shaft length 1, which extends from the lower shaft end 13 is counted positively above.

Die höchste Beanspruchung tritt an der Oberfläche 9 der Aussparung 8 auf, insbesondere im Grunde 21 der Aussparung 8. Um von hierher sich fortpflanzende Risse zu unterbinden, sind vorzugsweise in diesen Oberflächenbereichen Druckeigenspannungen erzeugt. Um einen günstigen Faserverlauf zu erzielen, sollte die Aussparung 8 zumindest im wesentlichen spanlos geformt sein. The greatest stress occurs on the surface 9 of the recess 8, in particular basically 21 of the recess 8. In order to prevent cracks propagating from here, residual compressive stresses are preferably generated in these surface areas. In order to achieve a favorable fiber orientation, the cutout 8 should at least be shaped essentially without cutting.

Mit der in der Fig. 1 dargestellten einstückigen Form der Endoprothese wird die höchste Prothesenfestigkeit erzielt. Bei jüngeren Patienten, wo höhere Belastungen zu erwarten sind, dürfte sich diese Ausführungsform empfehlen, während die in der Fig. 2 dargestellte zweiteilige Form sich dort empfehlen dürfte, wo eine besonders genaue Anpassung vonnöten oder die Anpassung aufwendig ist. The highest prosthesis strength is achieved with the one-piece form of the endoprosthesis shown in FIG. 1. In younger patients, where higher loads are to be expected, this embodiment should be recommended, while the two-part form shown in FIG. 2 should be recommended where a particularly precise adjustment is required or the adjustment is complex.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind wie in der Fig. 1 der Prothesenhals 3 und der Kragen 25, in den der Prothesenschaft 2 nach oben hin ausläuft, durch eine ringförmige Aussparung 8 gegeneinander freigestellt, jedoch greift der Prothesenhals 3 mit einem in Richtung Kniegelenk weisenden Fortsatz 10 in den rohrartigen Prothesenschaft 2 ein. In diesem Beispiel ist eine lösbare Verbindung zwischen dem Halsfortsatz 10 und dem Prothesenschaft 2 in der Weise realisiert, dass der Halsfortsatz 10 praktisch spielfrei mit seiner aussenzylindrischen Oberfläche in die innenzylindrische Oberfläche des Prothesenschaftes 2 passt und der Halsfortsatz 10 nach erfolgter Implantation aufgeweitet wird. Hierzu weist der Halsfortsatz 10 entlang der Prothesenachse 14 eine durchgehende, sich nach unten konisch erweiternde Höhlung 15 und an seinem unteren Ende 23 einen Schlitz 25 auf. In die Höhlung 15 ist ein entsprechender, sich nach oben verjüngender Konus 19 mit Innengewinde vor Implantation eingesetzt worden und mittels einer Spannschraube 17, deren Imbuskopf 18 sich auf einer Ausbuchtung 24 des Prothesenhalses 3 abstützt, am Herausfallen nach unten gehindert. Der Konus 19 weist einen als Passfeder ausgebildeten schmalen Steg 20 auf, der in den Schlitz 26 des Halsfortsatzes 10 eingreift und dadurch den Konus 19 am Verdrehen hindert. Nach Verankerung des Prothesenschaftes 2 im Femur 5 und richtiger Justierung des Prothesenhalses 3 wird die Spannschraube 17 angezogen, weitet den Halsfortsatz 10 auf und klemmt ihn dadurch gegenüber dem Prothesenschaft 2 fest. In the embodiment shown in FIG. 2, as in FIG. 1, the prosthesis neck 3 and the collar 25, into which the prosthesis shaft 2 ends upwards, are exposed to one another by an annular recess 8, but the prosthesis neck 3 engages with an in Extension 10 pointing in the direction of the knee joint into the tubular prosthesis socket 2. In this example, a detachable connection between the neck extension 10 and the prosthesis socket 2 is realized in such a way that the neck extension 10 fits practically without play with its outer cylindrical surface into the inner cylindrical surface of the prosthesis socket 2 and the neck extension 10 is expanded after the implantation. For this purpose, the neck extension 10 has a continuous, downwardly flared cavity 15 along the prosthesis axis 14 and a slot 25 at its lower end 23. A corresponding, upwardly tapering cone 19 with an internal thread has been inserted into the cavity 15 and prevented from falling out downwards by means of a clamping screw 17, whose Allen key 18 is supported on a bulge 24 of the prosthesis neck 3. The cone 19 has a narrow web 20 designed as a feather key, which engages in the slot 26 of the neck extension 10 and thereby prevents the cone 19 from rotating. After anchoring the prosthesis shaft 2 in the femur 5 and correct adjustment of the prosthesis neck 3, the clamping screw 17 is tightened, expands the neck extension 10 and thereby clamps it against the prosthesis shaft 2.

Bei hinreichend kleiner Klemmkraft erfüllt eine solche lösbare Verbindung auch eine Überlastfunktion; eher schiebt sich der Halsfortsatz 10 teleskopartig weiter in den Schaft 2 herein, als der Prothesenhals 3 oder der Femur 5 bricht. With a sufficiently small clamping force, such a releasable connection also fulfills an overload function; rather the neck extension 10 telescopes further into the shaft 2 than the prosthesis neck 3 or the femur 5 breaks.

Desto dünner die Wandstärke des Prothesenschaftes 2 gehalten ist, desto mehr wirkt sich die Aufweitung des Halsfortsatzes 10 dahingehend aus, dass auch der Prothesenschaft 2 gemäss Anspruch 7 aufgeweitet wird und dadurch den Sitz des Prothesenschaftes 2 gegenüber dem resezierten Femur 5 verbessert, also die Dauerhaltbarkeit der Verankerung erhöht. Der gleiche Effekt lässt sich auch an einteiligen Endoprothesen unter analoger Anwendung von konischer Bohrung und Innenkonus erzielen. The thinner the wall thickness of the prosthesis shaft 2, the more the expansion of the neck extension 10 has the effect that the prosthesis shaft 2 is widened as well and thereby improves the fit of the prosthesis shaft 2 with respect to the resected femur 5, i.e. the durability of the Anchoring increased. The same effect can also be achieved on one-piece endoprostheses using the conical bore and inner cone.

Die Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf der Pressung p in der senkrecht zur Gehrichtung, die Femur-Längsachse enthaltenden Ebene und zwar 3 shows schematically the course of the pressure p in the plane containing the femur longitudinal axis perpendicular to the direction of walking, namely

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in gestrichelter Linie I in dashed line I

mit einer Endoprothese I nach dem Stand der Technik, with an endoprosthesis I according to the prior art,

in strichpunktierter Linie II in dash-dotted line II

mit einer erfindungsgemässen Endoprothese, with an endoprosthesis according to the invention,

in dünn durchgezogener Linie III die Pressung aufgrund einer Schaftaufweitung gemäss Fig. 2 und in dick durchgezogener Linie IV in a thin line III, the pressure due to an enlarged shaft according to FIG. 2 and in a thick line IV

mit einer erfindungsgemässen Endoprothese mit with an endoprosthesis according to the invention

Schaftaufweitung. Shaft widening.

Auf der oberen Diagrammhälfte ist die distale, auf der unteren die proximale Seite dargestellt. Zwecks guter Anschaulichkeit ist die distale Pressung auf der Ordinate nach oben angetragen, die proximale Pressung nach unten angetragen. Auf der Abszisse ist als Variabele 1 aufgetragen, die von O bis L läuft, wobei L die Länge vom unteren Ende 13 (siehe Fig. 1) des Prothesenschaftes 2 bis zur Resektionsstelle 22 des Femur 5 oder bis zum oberen Ende 7 des Prothesenschaftes 2, je nachdem welche der beiden Längen die kürzere ist. Im zweitgenannten Fall ist der Prothesenschaft 2 sozusagen im Femur 5 «versenkt», d.h. das obere Ende 22 des resezierten Femurs 5 überragt das obere Ende 7 des Prothesenschaftes. Mit dieser Anordnung wird das Knochenwachstum am Ende 7 des Prothesenschaftes 2 in einem synergetischen Effekt noch weiter gefördert. The distal side is shown on the upper half of the diagram and the proximal side on the lower. For the sake of clarity, the distal pressure is plotted upwards on the ordinate, the proximal pressure downwards. The variable 1 is plotted on the abscissa, which runs from O to L, L being the length from the lower end 13 (see FIG. 1) of the prosthesis shaft 2 to the resection site 22 of the femur 5 or to the upper end 7 of the prosthesis shaft 2, depending on which of the two lengths is the shorter. In the second case, the prosthesis socket 2 is, so to speak, "sunk" in the femur 5, i.e. the upper end 22 of the resected femur 5 projects beyond the upper end 7 of the prosthetic socket. With this arrangement, the bone growth at the end 7 of the prosthesis socket 2 is further promoted in a synergetic effect.

Um die Übersichtlichkeit der Diagramme nicht zu beeinträchtigen, sind eventuelle kurzwellige Überlagerungen, wie sie durch Ausstatten des Schaftäus-seren mit einer «rauhen», die Verankerung verbessernden Oberflächenstruktur auftreten können, nicht dargestellt. In order not to impair the clarity of the diagrams, any short-wave overlays, such as those that can occur by equipping the shaft exterior with a “rough” surface structure that improves the anchoring, are not shown.

Das Wichtigste, was Fig. 3 zeigen will, ist die mit erfindungsgemässen Endoprothesen erzielte Vermeidung von am Rand 22 bzw. 7 - im Diagramm also bei 1=L - gelegenen Maxima der Pressungssteigung. Hier ist die Randsteigung sogar bis auf negative Werte abgesenkt, sodass die Pressungs-maxima 28n und 28iv sich bei 1 kleiner L einstellen. Die Stelle der maximalen Steigung der Kurven I, II und IV ist analog mit 29i, 29h, bzw. 29iv bezeichnet. The most important thing that FIG. 3 wants to show is the avoidance of maxima of the pressure gradient located at the edge 22 or 7 — in the diagram at 1 = L — achieved with endoprostheses according to the invention. Here the edge slope is even reduced to negative values, so that the pressure maxima 28n and 28iv occur at 1 less than L. The location of the maximum slope of curves I, II and IV is designated 29i, 29h, and 29iv, respectively.

Zusammenfassend lehrt die Erfindung nach Anspruch 2 die Stärkung der Verbindung Prothese-Oberschenkelknochen durch eine verringerte Steifigkeit des zu implantierenden Prothesenschaftes am resezierten Ende des Oberschenkelknochens unter Inkaufnahme einer schwächeren Dimensionierung der Prothese selbst. In summary, the invention according to claim 2 teaches the strengthening of the prosthesis-femur connection by a reduced stiffness of the prosthesis shaft to be implanted at the resected end of the femur while accepting a weaker dimensioning of the prosthesis itself.

Wie dies schon im Anspruch 1 zum Ausdruck kommt, lässt sich die Erfindung sinngemäss bei allen Knochenendoprothesen anwenden und entfaltet überall dort ihren Vorteil der dauerhafteren Verbindung zum Knochen, wo an der Verbindung Biegemomente zwischen Knochen und Prothese übertragen werden müssen. As is already expressed in claim 1, the invention can be applied analogously to all bone endoprostheses and develops its advantage of a more permanent connection to the bone wherever bending moments between the bone and the prosthesis have to be transmitted at the connection.

In der Fig. 4 wird ein Überbrückungsnagel gezeigt zur Versorgung eines Trümmerbruches am In Fig. 4, a bridging nail is shown to supply a broken wreckage on

Unterkieferknochen in seiner vor den - nicht dargestellten - Weisheitszähnen liegenden Kröpfung. Statt auf einer Seite mit einem Gelenkinnenglied endet der hier dargestellte Knochenersatz auf beiden Seiten mit je einem Schaft 2, dessen halsseiti-ges Ende 7 jeweils durch eine Aussparung 8 «aufgeweicht» ist. Hierdurch können sich die Schaftenden 7 in einem Freiraum verformen ohne durch direkten Kontakt mit dem Hals 3 behindert zu sein. Analog den Fig. 1 und 2 sind die Knochenreste, die hier schraffiert dargestellt sind, mit dem Bezugszeichen 5, deren Bruchkanten mit dem Bezugszeichen 22 versehen. Lower jaw bone in its offset lying in front of the - not shown - wisdom teeth. Instead of having an inner joint member on one side, the bone replacement shown here ends on both sides with a shaft 2, the neck-side end 7 of which is “softened” by a recess 8. As a result, the shaft ends 7 can deform in a free space without being hindered by direct contact with the neck 3. Analogously to FIGS. 1 and 2, the bone remnants, which are shown hatched here, are provided with the reference number 5, the breaking edges of which are provided with the reference number 22.

Die Ausführungsbeispiele sind keine abschliessende Aufzählung möglicher Anwendungsfälle der Erfindung, sondern nur Beispiele. Unabhängig davon, ob die Endoprothesen gerade oder gekröpft, ein- oder mehrteilig, ein- oder mehrschäftig und ob klein oder gross sind, der Grundgedanke der Erfindung ist die so weit gehende «Erweichung» des am Knochenende liegenden Schaftes durch eine ringförmige Aussparung, dass die erste Ableitung (Steigung) der Querpressung nach der Prothesenlänge am Knochenende kein Maximum mehr hat. The exemplary embodiments are not an exhaustive list of possible applications of the invention, but only examples. Regardless of whether the endoprostheses are straight or cranked, one or more parts, one or more shafts and whether small or large, the basic idea of the invention is the "softening" of the shaft lying at the end of the bone through an annular recess that the first derivative (slope) of the transverse pressure after the length of the prosthesis at the end of the bone no longer has a maximum.

Eine Liste der verwendeten Bezugszeichen ist Bestandteil der Beschreibung. A list of the reference symbols used is part of the description.

Liste der verwendeten Bezugszeichen List of the reference symbols used

1 Endoprothese 1 endoprosthesis

2 Schaft von 1 2 shaft of 1

3 Hals von 1 3 neck of 1

4 Gelenkinnenglied der Hüftgelenkendoprothese 4 inner joint of the hip joint endoprosthesis

5 Knochenfragment bzw. resezierter Femur 5 bone fragment or resected femur

6 Gelenkpfanne der Hüftgelenkendoprothese 6 acetabular cup of the hip joint endoprosthesis

7 das Ende von 2, welches an der betreffenden Knochenfragmentgrenze liegt; im Falle einer Hüftgelenkendoprothese das obere Ende von 2 7 the end of 2, which lies on the bone fragment boundary in question; in the case of a hip joint endoprosthesis, the upper end of 2

8 ringförmige Aussparung, mit der 2 im Bereich von 7 «aufgeweicht» ist, d.h. in der Quersteifigkeit verringert ist 8 annular recess, with which 2 is "softened" in the range of 7, i.e. is reduced in the transverse rigidity

9 Oberfläche von 8 9 surface of 8

10 Fortsatz des Prothesenhalses bei lösbarer Verbindung zwischen 2 und 3 10 extension of the prosthesis neck with detachable connection between 2 and 3

11 Hüftknochen 11 hip bones

12 Körperumrisslinie 12 body outline

13 das Ende von 2, welches 7 gegenüber liegt; im Falle einer Hüftgelenkendoprothese das untere Ende von 2 13 the end of 2 opposite 7; in the case of a hip joint endoprosthesis, the lower end of 2

14 Prothesen(längs)achse 14 prostheses (longitudinal) axis

15 konische Höhlung in 2 15 conical cavity in 2nd

16 Schlitz in 25 16 slot in 25

17 Spannschraube 17 clamping screw

18 Imbuskopf von 17 18 Allen key from 17

19 Konus zur Aufweitung von 10 oder/und 2 19 cone to expand 10 or / and 2

20 Steg an 19 als Verdrehsicherung 20 bridge on 19 as anti-rotation

21 Grund (tiefste Stelle) von 8 21 reason (lowest point) of 8

22 Frakturlinie bzw. Resektionsstelle des 5 22 fracture line or resection site of the 5th

23 unteres Ende von 10 23 lower end of 10

24 Ausbuchtung von 3 zur Abstützung des Kopfes 18 von 17 24 bulge of 3 to support the head 18 of 17

25 Kragen an 2 im Bereich 7, wobei 3 und 25 durch 8 gegeneinander freigestellt sind 25 collars on 2 in area 7, whereby 3 and 25 are exempted from each other by 8

26 Schlitz in 10 26 slot in 10

27 möglicher aber nicht erforderlicher Tiefenan- 27 possible but not required depth

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

9 9

CH 683 889 A5 CH 683 889 A5

schlag an 7 zur Erleichterung der Operationstechnik und/oder verbesserten Längskraftübertragung strike at 7 to facilitate the surgical technique and / or improved longitudinal force transmission

28 Pressungsmaximum 28 maximum pressure

29 Maximum der ersten Ableitung der Pressung nach der Schaftlänge 29 Maximum of the first derivative of the pressure according to the shaft length

Claims

1. Endoprosthesis (1) for the partial replacement of bone, the endoprosthesis (1) engaging at least on one of its two sides with a shaft (2) in a bone fragment (5), characterized in that one engages in a bone fragment (5) Prosthesis shaft (2) has an annular recess (8) at the end of the shaft (2), which lies on the relevant bone fragment boundary or fracture line or resection site (22).

2. Endoprosthesis (1) according to claim 1, designed as a hip joint endoprosthesis (1), consisting of a shaft (2) to be inserted into the resected femur (5), a neck (3) and an inner joint member (4) which is inserted into a socket ( 6), which is connected to the hip bone (11), characterized in that the prosthesis shaft (2) is exposed at its upper end (7) relative to the prosthesis neck (3) by means of the annular recess (8).

3. hip joint endoprosthesis (1) according to claim 2, characterized in that the prosthesis shaft (2) and the prosthesis neck (3) are integrally connected.

4. Hip joint endoprosthesis (1) according to claim 2, characterized in that the prosthesis socket (2) and the prosthesis neck (3) are detachably connected to one another and the prosthesis neck (3) with an extension (10) pointing in the direction of the knee joint in the prosthesis socket (2) intervenes.

5. hip joint endoprosthesis (1) according to claim 4, characterized in that it (1) on the distal side near the offset point has a link for releasing the connection between the prosthesis neck (3) and the prosthesis shaft (2).

6. Hip joint endoprosthesis (1) according to claim 5, characterized in that the position between the prosthesis neck (3) and shaft (2) can be adjusted without any intervention on the femur (5).

7. hip joint endoprosthesis (1) according to claim 2, characterized in that the prosthesis shaft

(2), which is used for implantation in the resected femur (5), is expandable and the extent of the expansion on the distal side of the prosthesis neck

(3) is adjustable.

8. hip joint endoprosthesis (1) according to claim 7, characterized by an in the prosthesis socket (2) arranged and movable in the longitudinal direction of the inner cone, the position of which by an organ - such as a screw (17) with an Allen head (18), located on the upper edge of the crank located - is adjustable.

9. Endoprosthesis (1) according to claim 1 or 2, characterized in that a prosthesis shaft (2) in the collar (25), which is free through the recess (8) relative to the prosthesis neck (3), has slots (16).

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

6