DE10012060A1 - Endoprothese für ein Kniegelenk - Google Patents

Abstract

Endoprothese für ein Kniegelenk, mit einem in den jeweiligen Knochen verankerbaren Femur- und einem Tibiateil, sowie einem zwischen dem Femurteil und dem Tibiateil auf einem ebenen Tibiaplateau als künstlicher Meniskus dorsal/ventral in einer Führung verschieblich angebrachten Meniskusteil mit Lagerschalen, die mit Kondylenlaufflächen des Femurteiles im Eingriff stehen. Der Meniskusteil 3 weist an seiner ventralen Seite zwischen den Lagerschalen 5 eine zwischen die Kondylenlaufflächen 6 am Femurteil 2 eingreifende Brücke 7 auf, wobei auf dem Tibiaplateau 8 des Tibiateiles 4 ein Führungszapfen 11 eingesetzt ist, der in eine untere Führungsnut 12 im Meniskusteil 3 unter der Brücke 7 einragt. Auf dem ventralen Ende des Tibiaplateaus 8 ist ein Anschlag 9 angebracht, der in einen in die untere ventrale Kante des Meniskusteiles 3 eingebrachten Rezess 10 eingreift und in diesem gleitet. Über dem Tibiaplateau 8 sind Lagerteile 13 für das Meniskusteil angeordnet, welche in Lagertaschen 14 im Tibiaplateau 8 verschieblich und an ihrer Oberseite kugelförmig ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Endoprothese für ein Kniegelenk, mit einem in den jeweiligen Knochen verankerbaren Femur- und einem Tibiateil, sowie einem zwischen dem Fermurteil und dem Tibiateil auf einem ebenen Tibiaplateau als künstlicher Meniskus dorsal/ventral in einer Führung verschieblich angebrachten Meniskusteil mit Lagerschalen, die mit Kondylenlaufflächen des Femurteiles im Eingriff stehen. Eine solche Endoprothese ist aus der EP 0 529 408 A1 bekannt.

Ziel dieser und anderer Prothesen ist, daß ein Kniegelenk nach Implantation einer Kniegelenksprothese weitestgehend den vormaligen natürlichen Bewegungsablauf vollführen kann. Eine einfache Scharnierbewegung zwischen Femurteil und Tibia­ teil wird dieser besonderen physiologischen Kinematik und Statik nicht gerecht, wodurch sich bei den bekannten Prothesen nicht unerhebliche Schwierigkeiten hin­ sichtlich Funktionssicherheit, Lebensdauer und Belastbarkeit ergaben. Das mensch­ liche Knie weist entsprechend diesen Erkenntnissen fünf Bewegungsfreiheitsgrade auf. Der Bewegungsablauf in einem natürlichen Kniegelenk ist aufgrund einer überlagerten Abroll- und Gleitbewegung beim Beugen bzw. Strecken eines Beines verhältnismäßig kompliziert. So handelt es sich bei einem Kniegelenk zwar in er­ ster Linie um ein Scharniergelenk, das im gestreckten Zustand vollkommen festge­ stellt wird, doch erlaubt es durch die Ausbildung als Doppelgelenk in der Beuge­ stellung des Beines auch eine Drehbewegung des Unterschenkels um seine Längs­ achse. Es wird im wesentlichen nur von zwei Knochen gebildet, nämlich den beiden "Gelenkrollen" (Kondylen) und der plateauartig ausgebildeten Gelenkfläche des Schienbeines (Tibia), während das Wadenbein an der Gelenkbildung nicht direkt beteiligt ist und nur als Ansatz für ein Seitenband dient. Zum Ausgleich der Ge­ lenkflächen dienen zwei sichelförmig keilförmig ausgebildete Bandscheiben (inne­ rer und äußerer Meniskus) die nicht nur beim Gehen, Laufen und Springen Stöße und Druck abfedern, sondern aufgrund ihrer relativen Beweglichkeit zum Femur und zur Tibia auch gewährleisten, daß es beim Beugen des Kniegelenks nicht zu formschlüssigen Zwängen kommt. Die bekannten Kniegelenkprothesen waren bis­ her nicht in der Lage, die fünf Bewegungsfreiheitsgrade des menschlichen Knies nachzubilden.

Endoprothesen für einen teilweise bzw. vollständigen Ersatz eines Kniegelenkes sind weiterhin als Schlitten-, oder unikondiläre Prothesen bzw. als bikondyläre Prothesen in unterschiedlichster Ausgestaltung bekannt wobei die Auswahl der zu implantierenden Prothesen jeweils durch verschiedene Gesichtspunkte bestimmt wird. So hängt die Auswahl der Prothesenart z. B. davon ab, ob der Bandapparat des Knies des Patienten noch in Funktion oder vollständig zerstört ist. Die Erfin­ dung befasst sich hier speziell mit Endoprothesen für Kniegelenke, bei dem der Bandapparat noch vorhanden oder noch möglichst weitgehend vorhanden ist, so daß auf eine formschlüssige Verbindung zwischen Femur- und Tibiateil, die die beiden Teile zum Beispiel durch ein Biegegelenk verbindet, verzichtet werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Endoprothese der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die physiologischen Kniefunktionen bei Bewegung und Belastung erfüllt werden und das Kniegelenk nach Implan­ tation einer Kniegelenksprothese weitestgehend den vormaligen natürlichen Bewe­ gungsablauf vollführen kann. Die Kräfte sollen auf möglichst große Flächen über­ tragbar sein und örtliche Belastungsspitzen, insbesondere in Folge von Linien- und Punktberührungen, sollen vermieden werden. Die Prothese soll kleine Abmessungen aufweisen und ferner soll die physiologische Kinematik und Statik auch bei nur teilweise intakter Bandfunktion sichergestellt sein. Ferner sollen gute tribologische Eigenschaften hinsichtlich der gegeneinander bewegbaren Teile sowie einer hohen statischen Festigkeit der kraftübertragenden Teile gewährleistet sein. Reibungs­ kräfte zwischen den gegeneinander bewegbaren einzelnen Bauteilen sollen mini­ miert werden, und zwar insbesondere die Haftreibung bei Beginn einer Bewegung.

Die Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung die Merkmale vor, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 abgeführt sind. Weitere vorteil­ hafte Merkmale zur Erfüllung der Aufgabe sind in den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche angeführt.

Die durch die Erfindung vorgeschlagene Endoprothese gewährleistet bei zuverlässi­ ger und kompakter Konstruktion eine optimale Realisierung der physiologischen Kinematie und Statik des menschlichen Knies, wobei örtliche Belastungsspitzen zuverlässig vermieden werden. Durch die besondere Ausbildung des Meniskusteiles werden die translatorischen und rotatorischen fünf Bewegungsfreiheitsgrade des menschlichen Knies gewährleistet.

Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden und anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 eine Darstellung der fünf Bewegungsfreiheitsgrade des mensch­ lichen Kniegelenkes,

die Fig. 2 eine Längsschnitt der Endoprothese für ein Kniegelenk bei der Streckstellung,

die Fig. 3 die Darstellung der Endoprothese gemäß der Fig. 2 in einer dorsalen Ansicht,

die Fig. 4 die Explosionsdarstellung der Endoprothese gemäß der Fig. 2,

die Fig. 5 eine Explosionsdarstellung der Endoprothese gemäß der Fig. 3,

die Fig. 6a bis 6d einen Schnitt etwa entlang AB in den Fig. 2 und 3 mit verschiedenen Rotationen um die gedachte vertikale Achse durch das Kniegelenk, wobei zur besseren Veranschaulichung der Funktion auch Elemente ausserhalb der Schnittebene mitübernommen wurden,

die Fig. 7a bis 7c eine Prothese mit verändertem Führungszapfen, wobei 7a eine Explosionsdarstellung, 7b eine Ansicht ähnlich der Fig. 6 und 7c einen Schnitt in zusammengebauten Zustand darstellt.

In der Fig. 1 sind die fünf Freiheitsgrade der Bewegungen des menschlichen Knies zur Veranschaulichung von dessen Funktion dargestellt. Die X-Achse bestimmt darin die sagittale, die Y-Achse die vertikale und die Z-Achse die transversale Richtung. Die fünf Freiheitsgrade des Knies sind dabei:

• 1. 1.) Rotation um die Z-Achse (Rz) bei Beugung und Streckung
• 2. 2.) Rotation um die Y-Achse (Ry) bei axialer Rotation
• 3. 3.) Rotation um die X-Achse (Rx) bei Verkippung bei Ab- und Adduktion
• 4. 4.) Translation in der X-Achse bei sagittaler Verschiebung von Tibia und Femur
• 5. 5.) Translation in der Z-Achse bei transversaler Verschiebung von Tibia und Femur.

Die in den Fig. 2 bis 6 dargestellte bikonduläre neue Endoprothese 1 bildet ei­ nen Ersatz für die aufeinander gleitenden Oberflächen des menschlichen Knies bei noch oder noch weitgehend funktionierendem Bandapparat. Sie besteht im wesent­ lichen aus dem Femurteil 2, dem Meniskusteil 3 und dem Tibiateil 4, wobei bei dem Bestehen des Bandapparates die Rotation und Translation des Knies durch den Bandapparat gesteuert und begrenzt wird. Der Femurteil 2 wird mit einem Zapfen 19 im Markraum des Femur und der Tibiateil 4 durch einen Schaft 20 im Markraum der Tibia verankert, wobei am Tibiateil 4 neben dem Schaft 20 zusätzlich noch zwei Rotationssicherungen 21 zur weiteren Verankerung im Knochen der Tibia vorgese­ hen sind. Zwischen dem Femurteil 2 und dem Tibiateil 4 ist der künstliche Menis­ kusteil 3 angeordnet, auf dessen Oberseite zwei nebeneinanderliegende Lagerscha­ len 5 eingebracht sind, die im Eingriff mit den zwei entsprechend nebeneinander­ liegenden und kreisförmig ausgebildeten Kondylenlaufflächen 6 am Femurteil 2 stehen, so daß die Laufflächen 6 in den Lagerschalen 5 gleiten und sich der Femur­ teil 2 darin um die Achse Z als Rz drehen kann.

Der Meniskusteil 3 weist an seiner ventralen Seite zwischen den Lagerschalen 5 eine über diese hochstehende und zwischen die Kondylenlaufflächen 6 am Femur­ teil 2 eingreifende Brücke 7 auf, die die transversale Bewegung des Femurteils 2, also die Translation Tz in der Z-Achse begrenzt. Dazu ist auf dem Tibiaplateau 8 des Tibiateiles 4 ein Führungszapfen 11 eingesetzt. der in eine untere, länglich ventral/dorsal ausgebildete Führungsnut 12 im Meniskusteil 3 unter der Brücke 7 einragt und dessen Translation Tx auf die Länge dieser Führungsnut 12 begrenzt. Zur weiteren Begrenzung der Translation Tx ist auf dem ventralen Ende des Ti­ biaplateaues 8 ein hochstehender Bund als Anschlag 9 angebracht, der in eine si­ chelförmige Ausnehmung bzw. den Rezess 10 eingreift, der in die untere ventrale Kante des Meniskusteiles 3 eingebracht ist und in welchem der Anschlag 9 bei Ro­ tation Ry um die y-Achse und Anliegen des Führungszapfens 11 am ventralen Ende der Ausnehmung 12 seitlich hin und her gleitet (siehe die Fig. 6a-c).

Um bei der Rotation Rz um die Z-Achse und der Verschiebung von Tibiateil 4 ge­ gen Femurteil 2 in sagittaler Richtung, also der Translation Tx den Ausgleich des Beugewinkels zu ermöglichen, sind über dem Tibiaplateau 8 je ein mediales und ein laterales Lagerteil 13 für das Meniskusteil 3 angeordnet. Die Lagerteile 13 sind da­ zu jeweils in einer weiteren, in ihrem Umfang geschlossenen Lagertasche 14 im Tibiaplateau 8 mittels der horizontal an deren inneren Seitenflächen laufenden Steuerrollen 16 verschieblich angeordnet und an ihrer, über das Tibiaplateau 8 hinausragenden Oberseite kugelförmig ausgeformt. Die gewölbten Köpfe 15 greifen dabei formschlüssig in entsprechend kalottenförmig ausgeformte Lagertaschen 17 der Unterseite des Meniskusteils 3 ein und ermöglichen somit dessen Bewegung auf dem Tibiaplateau 8 innerhalb der durch die Abmessungen der Lagertasche 14 vor­ gegebenen Begrenzung, wobei diese Abmessungen natürlich größer als der Durch­ messer der Steuerrollen 16 sind. Durch die in der Lagertasche 14 laufenden Steuer­ rollen 16 wird ausserdem die Rotation Ry um die Y-Achse begrenzt.

Das Meniskusteil 3 ist auf seiner Unterseite an seinem dorsalen Ende abgeschrägt, wobei die Abschrägung 18 vorzugsweise einen Winkel von 10° zum Tibiaplateau 8 aufweist. Durch diese Abschrägung auf der dorsalen und der Tibia zugewandten Seite sowie der kugelförmigen Ausgestaltung der Lagerteile 13, die in die Lagerta­ schen 17 eingreifen, wird bei der maximalen Beugung, also der Rotation Rz um die Z-Achse ein Abkippen des Meniskusteils 3 über die Abschrägung 18 der Unterseite des Meniskusteils 3 erreicht. Durch dieses Abkippen wird die Veränderung des Winkels zu den kreisförmigen Kondylenlaufflächen 6 ausgeglichen.

In den Fig. 6a-d wird eine Rotation der Prothese von der Streckstellung in die Beugestellung bei gleichzeitiger Rotation um die Y-Achse und deren Beschränkung durch den Anschlag der Steuerrollen 16 sowie des Führungsnut 12 und des An­ schlages 9 am ventralen Rezess 10 dargestellt. Die Figuren folgen dabei jedoch nicht ganz exakt dem Schnittverlauf, um die ineinandergreifenden Teile anschauli­ cher darstellen zu können. Dabei veranschaulicht die Fig. 6a in einer schematischen Ansicht des Meniskusteiles 3 die Streckstellung der Prothese mit ventraler Rotation und einem hierbei stattfindendem ventralen Anschlag der Steuerrollen 16 und die Fig. 6b die maximale Beugung ohne Rotationsanschlag der Steuerrollen 16 in der­ selben Ansicht. Die Fig. 6c zeigt die Stellung bei einer maximale Beugung mit gleichzeitiger medialer Rotation um Ry und die Fig. 6d eine entsprechende Un­ teransicht bei einem Beugewinkel von 45 Grad mit lateralem Rotationsauschlag.

Die Ausgestaltung der Kondylenlaufflächen 6, des Meniskusteiles 3 sowie die der verschiedenen Lagerungen können je nach verwendetem Material unterschiedlich sein. Die einzelnen Ausgestaltungen können in Abhängigkeit der zum Einsatz ge­ langten Werkstoffe vorgegeben werden. Die Ausgestaltung der einzelnen Kompo­ nenten der Prothese ermöglichen es, daß die artikulierenden Teile Femur-2, Tibia- 4, Meniskus-3, Lagerteil 13 und Steuerrollen 16 aus Metall wahlweise beschichtet oder unbeschichtet, aus Keramik, wahlweise beschichtet oder unbeschichtet sowie das Meniskusteil 3 bei der Prothese aus Metall oder Keramik jeweils wahlweise beschichtet oder unbeschichtet aus Kunststoff bestehen kann.

In den Fig. 7a-c ist eine Ausführung der Endoprothese dargestellt, die für den Einsatz bei ungenügender Bandstraffung des verbliebenen Bandapparates geeignet ist. In solchen Fällen kann es zu Luxationen des Meniskus vom Tibiaplateau kom­ men. Daher wird das Meniskusteil 3 bei der Ausführung gemäß den Fig. 7a-c gegenüber dem Tibiateil 4 bei Aufrechterhalten der Beweglichkeit formschlüssig gegen Abheben gehalten bzw. gesichert. Dies geschieht dadurch, daß der ehemalige Führungszapfen 11 durch einen in das Tibiaplateau 8 eingeschraubten Führungsbol­ zen 22 ersetzt ist, der einen Kopf 23 größeren Durchmesser mit einem Innensechs­ kant aufweist. Der Bolzen 22 gleitet, ähnlich wie der Führungszapfen 11 in der Führungsnut 12 bei den Fig. 2 bis 6, ventral/dorsal in einer die Brücke 7 durch­ dringenden langlochartigen Führungsnut 24 mit oberer Erweiterung 25, wobei sein Kopf 23 in dieser Erweiterung 25 zuliegen kommt und und in dieser gleiten kann. Die obere Erweiterung 25 ist so breit wie der Kopfdurchmesser und so lang wie die Führungsnut 24 plus zweimal Überstand des Kopfes 23 gegenüber dem Durchmes­ ser des Bolzens 22. Das Spiel dieser Verbindung kann dabei nach Bedarf gewählt werden. Durch diese Zwangsführung oder formschlüssige Verbindung werden eine Luxation bei Aufrecherhaltung der Beweglichkeit des auf dem Tibiaplateau 8 glei­ tenden Meniskusteiles 3 zuverlässig verhindert und so Stabilität und Trageigen­ schaften der Prothese erheblich verbessert.

Bezugszeichenliste

1

Endoprothese

2

Femurteil

3

Meniskusteil

4

Tibiateil

5

Lagerschalen

6

Kondylenlaufflächen

7

Brücke

8

Tibiaplateau

9

Anschlag

10

Rezess, Ausnehmung

11

Führungszapfen

12

Führungsnut

13

Lagerteile

14

Lagertaschen

15

Kugelköpfe

16

Steuerrollen

17

Lagertaschen

18

Abschrägung

19

Zapfen

20

Schaft

21

Rotationssicherung

22

Führungsbolzen

23

Kopf

24

Führungsnut

25

Erweiterung

Claims (12)

1. Endoprothese für ein Kniegelenk, mit einem in den jeweiligen Knochen veran­ kerbaren Femur- und einem Tibiateil, sowie einem zwischen dem Fermurteil und dem Tibiateil auf einem ebenen Tibiaplateau als künstlicher Meniskus dor­ sal/ventral in einer Führung verschieblich angebrachten Meniskusteil mit Lager­ schalen, die mit Kondylenlaufflächen des Femurteiles im Eingriff stehen, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) der Meniskusteil (3) weist an seiner ventralen Seite zwischen den Lagerschalen (5) eine über diese hochstehende und zwischen die Kondylenlaufflächen (6) am Femurteil (2) eingreifende Brücke (7) auf,
• b) auf dem Tibiaplateau (8) des Tibiateiles (4) ist ein Führungszapfen (11) einge­ setzt, der in eine untere Führungsnut (12) im Meniskusteil (3) unter der Brücke (7) einragt.

2. Endoprothese nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) auf dem ventralen Ende des Tibiaplateaues (8) ist ein Anschlag (9) angebracht, der in einen in die untere ventrale Kante des Meniskusteiles (3) eingebrachten Re­ zess (10) eingreift und in diesem seitlich hin und her gleitet.

3. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Merk­ male:

• a) über dem Tibiaplateau (8) sind Lagerteile (13) für das Meniskusteil (3) angeord­ net, welche dazu jeweils in einer Lagertasche (14) im Tibiaplateau (8) mittels Steu­ errollen (16) verschieblich und an ihrer, über das Tibiaplateau (8) hinausragenden Oberseite kugelförmig ausgebildet sind.

4. Endoprothese nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) die gewölbten Köpfe (15) der Lagerteile (13) greifen formschlüssig in entspre­ chend kalottenförmig ausgeformte Lagertaschen (17) der Unterseite des Menisku­ steils (3) ein.

5. Endoprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) das Meniskusteil (3) ist auf seiner Unterseite an seinem dorsalen Ende mit einer Abschrägung (18) versehen.

6. Endoprothese nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) die Abschrägung (18) weist einen Winkel von ungefähr 10° zum Tibiaplateau (8) auf.

7. Endoprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) das Meniskusteil (3) ist gegenüber dem Tibiateil (4) bei Aufrechterhalten der Beweglichkeit formschlüssig gegen Abheben gehalten.

8. Endoprothese nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) in das Tibiaplateau (8) ist ein Führungsbolzen (22) eingeschraubt, der einen Kopf (23) größeren Durchmessers besitzt und in einer die Brücke (7) eingebrachten Füh­ rungshut (24) mit oberer Erweiterung (25) zur Aufnahme des Kopfes (23) gleitet.

9. Endoprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) der Tibiateil (4) ist durch einen Schaft (20) im Markraum der Tibia verankert, wobei am Tibiateil (4) neben dem Schaft (20) zusätzlich noch zwei Rotationssiche­ rungen (21) zur weiteren Verankerung im Knochen der Tibia vorgesehen sind.

10. Endoprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) das Meniskusteil (3) besteht aus Kunststoff

11. Endoprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) die artikulierenden Teile, Femur-(2), Tibia-(4), Meniskus-(3), Lagerteile (13) bestehen aus unbeschichteter oder beschichteter Keramik.

12. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• a) die artikulierenden Teile, Femur-(2), Tibia-(4), Meniskusteil (3) bestehen aus unbeschichtetem oder beschichtetem Metall.