DE102005003097A1

DE102005003097A1 - Kupplung zur formstabilen Verbindung eines Prothesenteils mit einem Halteelement

Info

Publication number: DE102005003097A1
Application number: DE102005003097A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing.(FH) Stern; Sven Barthelmes; Sergej Dr.med. Kammerzell; Martin Hummel
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2005-01-22
Filing date: 2005-01-22
Publication date: 2006-07-27
Also published as: WO2006076962A2; DE202005001040U1

Abstract

Um bei einer Kupplung zur formstabilen Verbindung eines Prothesenteils mit einem Halteelement mittels mindestens einem Paar ineinander greifender Vor- und Rücksprünge einerseits Formstabilität und andererseits eine Schonung des Prothesenteils gegen Beschädigung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, daß die mit entsprechenden Vor- und Rücksprüngen des Prothesenteils zusammenwirkenden Rück- bzw. Vorsprünge am Halteelement aus einem Material bestehen, das elastisch verformbar ist, und daß die elastischen Teile der Rück- und Vorsprünge am Halteelement durch mindestens ein am Halteelement angeordnetes starres Spannglied gegen die Vor- bzw. Rücksprünge des Prothesenteils spannbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur formstabilen Verbindung eines Prothesenteils mit einem Halteelement mittels mindestens einem Paar ineinandergreifender Vor- und Rücksprünge.

Bei Hüftgelenkendoprothesen und ähnlichen Prothesen ist es bekannt, diese aus einzelnen Modulen aufzubauen, die dann mit Hilfe von ineinandergreifenden Vor- und Rücksprüngen miteinander verbunden werden. Beispielsweise kann ein Prothesenteil eine konische Aufnahmeöffnung aufweisen, in die ein entsprechender konischer Steckzapfen eines zweiten Prothesenteils eingesteckt wird, die Konizität ist dabei so gering, daß beim Einstecken Selbsthemmung auftritt.

Beim Implantieren von Prothesenteilen ist es bekannt, diese der Verbindung dienenden Vor- und Rücksprünge zum Aufsetzen bzw. Einsetzen von Halteelementen oder von Markierelementen eines Navigationssystems zu verwenden. Mit den Halteelementen können die Prothesenteile gehandhabt werden, durch die Markierelemente ist es möglich, deren Position und Orientierung relativ zu den Knochen, in die die Prothesenteile eingesetzt sind, exakt zu bestimmen. Es ist dabei wesentlich, daß das Halteelement, das gegebenenfalls mit einem Markierelement verbunden sein kann, relativ zu dem Prothesenteil eine genau reproduzierbare Position einnimmt. Aus diesem Grunde hat man bisher die metallischen Prothesenteile mit Halteelementen verbunden, die ebenfalls aus Metall bestehen.

Dabei hat sich aber herausgestellt, daß beim Handhaben die Gefahr besteht, daß die Vorsprünge und Rücksprünge an den Prothesenteilen durch die auf die Vorsprünge aufgesetzten und in die Rücksprünge eingesetzten Halteelemente beschädigt werden. Eine solche Beschädigung sollte aber unbedingt vermieden werden, um die dauerhafte Verbindung der Prothesenteile über diese Vor- und Rücksprünge nicht zu gefährden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kupplung anzugeben, mit der die Prothesenteile mit Halteelementen formstabil verbunden werden können, ohne daß dabei die Gefahr besteht, die Vor- und Rücksprünge am Prothesenteil zu beschädigen.

Diese Aufgabe wird bei einer Kupplung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit entsprechenden Vor- oder Rücksprüngen des Prothesenteils zusammenwirkenden Rück- bzw. Vorsprünge am Halteelement aus einem Material bestehen, das elastisch verformbar ist, und daß die elastischen Teile der Rück- und Vorsprünge am Halteelement durch mindestens ein am Halteelement angeordnetes starres Spannglied gegen die Vor- bzw. Rücksprünge des Prothesenteils spannbar sind.

Es wird also dafür Sorge getragen, daß das Halteelement im Kontaktbereich zum Prothesenteil, sei es in einem als Vorsprung ausgebildeten Verbindungselement, sei es in einem als Rücksprung ausgebildeten Verbindungselement, aus einem elastisch verformbaren Material besteht, so daß bei der Anlage dieses Materials an den empfindlichen Kontaktflächen des Prothesenteils keine Beschädigung auftritt. Zwar ergibt sich dadurch eine größtmögliche Schonung dieser Kontaktflächen, andererseits wäre aber das elastisch verformbare Mate rial nicht geeignet, eine formstabile Verbindung herzustellen. Aus diesem Grund wird zusätzlich vorgesehen, daß diese elastischen Teile der Rück- und Vorsprünge am Halteelement durch ein entsprechendes Spannglied gegen die entsprechenden Kontaktflächen des Prothesenteils gedrückt werden, das Spannglied verspannt also Halteelement und Prothesenteil miteinander unter Zwischenlage des elastisch verformbaren Materials. Nach dieser Verspannung ist eine ausgezeichnete Formstabilität zwischen den beiden derart miteinander verbundenen Teilen gegeben, trotzdem bleibt die Schonung der Kontaktflächen am Prothesenteil erhalten.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das elastisch verformbare Material ein Kunststoffmaterial ist, beispielsweise POM (Polyoxymethylen).

Das Material kann auch deutlich weicher sein als das Material des Prothesenteils, bei dem insbesondere Titan und Titanlegierungen verwendet werden, beispielsweise kann die Kugeldruckhärte H (DIN 53456) des elastisch verformbaren Materials zwischen 120 [N/mm²] und 190 [N/mm²] liegen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Spannglied zwischen einer Freigabestellung am Halteelement, in der das elastisch verformbare Material nicht gegen das Prothesenteil gespannt ist, und einer Spannstellung verschiebbar ist, in der das elastisch verformbare Material gegen das Prothesenteil gespannt ist. Die Teile werden zusammengefügt, solange das Spannglied sich in der Freigabestellung befindet, nach dem Zusammenfügen wird das Spannglied in die Spannstellung verschoben und dadurch werden die beiden Teile formstabil – jedoch schonend – gegeneinander gespannt.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß am Halteelement ein stopfenförmiger Vorsprung aus elastisch verformbarem Material angeordnet ist, in den das Spannglied als Kern einschiebbar ist und dadurch den Vorsprung in radialer Richtung aufweiet. Es kann dabei vorgesehen sein, daß der stopfenförmige Vorsprung durch Längsschnitte in Einzelabschnitte unterteilt ist, die durch das in den Vorsprung eingeschobene Spannglied radial auseinandergetrieben werden.

Der stopfenförmige Vorsprung kann einen die Eintauchtiefe in einen Rücksprung des Prothesenteils begrenzenden Anschlag aufweisen, der vorzugsweise als Ringschulter ausgebildet sein kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Halteelement einen rohrförmigen Schaft auf, der an seinem Ende den Vorsprung aus dem elastisch verformbaren Material trägt, und in dem rohrförmigen Schaft ist das stabförmige Spannglied längsverschieblich gelagert.

An der Außenseite des Schaftes kann ein Griffteil angeordnet sein, welches durch eine Durchbrechung des Schaftes hindurch mit dem stabförmigen Spannglied verbunden ist. Mittels dieses Griffteils läßt sich das stabförmige Spannglied im Schaft aus der Freigabestellung in die Spannstellung verschieben und umgekehrt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß am Halteelement eine Aufnahmehülse aus elastisch verformbaren Material für einen Vorsprung des Prothesenteils angeordnet ist und daß das Spannglied eine außenseitige, über die Aufnahmehülse schiebbare Spannhülse ist, die die Wandteile der Aufnahmehülse radial nach innen drängt.

Die Wandteile der Aufnahmehülse können dabei durch Längsschnitte in Einzelabschnitte unterteilt sein.

Günstig ist es, wenn bei dieser Ausgestaltung die Aufnahmehülse am Ende eines Träger des Halteelementes angeordnet ist und die Spannhülse auf den Träger aufgeschraubt ist. Dadurch läßt sich die Aufnahmehülse durch Verschrauben auf dem Träger in Längsrichtung gegenüber diesem verstellen und kann auf diese Weise von der Freigabestellung in die Spannstellung verschraubt werden.

An dem Halteelement kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Markierelement eines Navigationssystems festgelegt sein. Dabei kann das Markierelement mittels einer Kupplung festgelegt werden, so daß es von dem Halteelement abnehmbar und gegebenenfalls in derselben Position wieder auf dieses aufsetzbar ist. Dadurch ist beispielsweise auch intraoperativ ein Abnehmen und Wiederaufsetzen des Markierelementes in reproduzierbarer Position möglich.

Außerdem kann das Halteelement einen Handhabungsgriff aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rück- oder Vorsprünge am Prothesenteil durch konische Aufnahmevertiefungen für konische Steckzapfen anderer Prothesenteile bzw. durch konische Steckzapfen zum Einführen in konische Aufnahmevertiefungen anderer Prothesenteile gebildet werden. Diese Steckzapfen und Aufnahmevertiefungen, die der Verbindung der Prothesenteile dienen, sind an diesen üblicherweise ohnehin vorgesehen und können daher zusätzlich zur formstabilen Aufnahme der Halteelemente verwendet werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Halteelement mit einer Kupplung, die die vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
1: eine schematische Ansicht eines in einen Oberschenkelknochen eingesetzten Prothesenteils mit einer Halterung und mit Markierelementen für ein Navigationssystem am Oberschenkel und am Halteelement;
2: eine vergrößerte Ansicht des Halteelements der 1 vor dem Einsetzen in eine Aufnahmevertiefung eines Prothesenteils;
3: eine vergrößerte Detailansicht des Kupplungsbereiches des Halteelements der 2;
4: eine Längsschnittansicht des mit einem Prothesenteil gekuppelten Halteelements der 2 längs Linie 4-4 in 5;
5: eine Längsschnittansicht durch das mit einem Prothesenteil gekuppelte Halteelement der 2 längs Linie 5-5 in 4 und
6: eine Längsschnittansicht durch ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Halteelementes mit einer Spannhülse und einer Aufnahmevertiefung für einen Vorsprung eines Prothesenteils.
In 1 ist schematisch dargestellt, wie bei einer Operation ein Prothesenteil in einen Knochen eingesetzt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Schaft 1 einer Endoprothese nach entsprechender Vorbereitung des Oberschenkelknochens 2 in diesen eingetrieben. Nach dem Einsetzen des Schaftes 1 in den Oberschenkelknochen 2 ist es notwendig, die genaue Position des Schaftes 1 im Oberschenkelknochen 2 zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden am Oberschenkelknochen 2 und an einem Halteelement 3 Markierelemente 4 bzw. 5 festgelegt, deren Lage und Orientierung im Raum durch ein an sich bekanntes Navigationssystem 6 bestimmbar ist, beispielsweise durch Aussendung und Empfang infraroter Strahlung, die an den Markierelementen 4, 5 in räumlich voneinander getrennten Bereichen reflektiert wird. Die Ergebnisse dieser Lagebestimmung können auf einem Bildschirm 7 abgebildet werden, in einer Datenverarbeitungsanlage 8 können diese Daten weiterbearbeitet werden, beispielsweise um zu dem implantierten Schaft 1 passende weitere Implantatteile auszuwählen, die nach dem Zusammensetzen mit dem in den Oberschenkelknochen 2 eingesetzten Prothesenteil eine Gesamtprothese der gewünschten Geometrie ergeben.
Damit das Markierelement 5 mittels des Halteelementes 3 in einer genau reproduzierbaren und bekannten Position relativ zu dem Schaft 1 steht, ist es notwendig, das Halteelement 3 formstabil mit dem Schaft 1 zu verbinden.
Diese Verbindung erfolgt bei den in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen über einen Vorsprung 9 am Halteelement 3, der in eine Aufnahmevertiefung 10 am Schaft 1 eingreift. Diese Aufnahmevertiefung 10 ist die Aufnahmevertiefung, die zur Aufnahme eines Steckzapfens eines anderen Prothesenteils dient, die beiden Prothesenteile werden durch den Eingriff des Steckzapfens in die Aufnahmevertiefung 10 miteinander verbunden, beispielsweise über eine konische Selbsthemmungsverbindung.
Der Vorsprung 9 des Halteelements 3 taucht in die Aufnahmevertiefung 10 reproduzierbar ein und positioniert dadurch das Halteelement 3 gegenüber dem Schaft 1 exakt.
Der Vorsprung 9 ist Teil eines Einsetzkörpers 11 aus Kunststoffmaterial, das elastisch verformbar ist und weicher ausgebildet ist als das Material des Schaftes, beispielsweise kann es sich bei diesem Kunststoffmaterial um POM (Polyoxymethylen) handeln, dieses Material kann beispielsweise eine Kugeldruckhärte H (DIN 53456) zwischen 120 [N/mm²] und 190 [N/mm²] aufweisen. Der Einsetzkörper 11 ist in einen rohrförmigen Schaft 12 des Halteelementes 3 an dessen freiem, erweitertem Ende eingesetzt und weist eine Ringschulter 13 auf, welche die Eintauchtiefe des Vorsprunges 9 in die Aufnahmevertiefung 10 begrenzt.
Im Bereich des Vorsprunges 9 sind achsparallel verlaufende Längsschlitze in diesen eingearbeitet, so daß der Vorsprung 9 in nebeneinander angeordnete Einzelabschnitte 14, 15, 16, 17 unterteilt ist (3). Außerdem wird der Einsetzkörper 11 von einer zentralen Längsbohrung 18 durchsetzt, die einen stangenförmigen Kern 19 aus Metall aufnimmt, der sich in das hohle Innere des Schaftes 12 fortsetzt. Der Kern 19 ist in der Längsbohrung 18 und in dem Schaft 12 längsverschieblich gelagert und mit einem den Schaft 12 umgebenden, scheibenförmigen Griffteil 20 durch eine Durchbrechung 21 im Schaft 12 hindurch verbunden. Mittels des Griffteils 20 kann der Kern 19 somit in Längsrichtung verschoben werden zwischen einer Freigabestellung, in der der Kern 19 aus dem Vorsprung 9 herausgezogen ist, und einer Spannstellung, in der der Kern 19 zwischen die Einzelabschnitte 14, 15, 16, 17 des Vorsprunges 9 eingeschoben ist. Die Dimensionierung ist dabei so gewählt, daß der Kern in der Spannstellung die Einzelabschnitte 14, 15, 16, 17 radial auseinandertreibt, den Vorsprung 9 also aufweitet.
Zur Verbindung des Halteelementes 3 mit dem Schaft 1 des Prothesenteils wird zunächst mit dem Kern in Freigabestellung der Vorsprung 9 in die Aufnahmevertiefung 10 eingeschoben. Sowohl die Aufnahmevertiefung als auch der Vorsprung sind dabei unrund ausgebildet, beispielsweise mit einem ovalen Querschnitt, so daß die relative Orientierung vorgegeben ist. Die Eintauchtiefe wird dabei durch die Ringschulter 13 begrenzt, der Vorsprung 9 ist so ausgebildet, daß er die Aufnahmevertiefung im wesentlichen vollständig ausfüllt (4 und 5).
Nach dem Einsetzen des Vorsprunges 9 in die Aufnahmevertiefung 10 wird der Kern 19 in Spannstellung verschoben und spannt dadurch die Einzelabschnitte 14, 15, 16, 17 kräftig gegen die Wand der Aufnahmevertiefung 10, dadurch werden das Halteelement 3 einerseits und der Schaft 1 andererseits formstabil miteinander verbunden, und zwar unter Zwischenlage des zusammengepreßten, elastischen Materials des Vorsprunges 9. Die Verbindung ist zwar form stabil, jedoch sehr schonend ausgebildet, da die empfindliche Innenwand der Aufnahmevertiefung 10 nur mit elastisch verformbarem und gegebenenfalls weicherem Material in Kontakt kommt.
Der Schaft 12 des Halteelementes 3 ist an seinem dem Vorsprung 9 gegenüberliegenden Ende von einem Handgriff 22 überfangen, an dem über einen Aufsteckzapfen 23 das Markierelement 5 festgelegt ist, so daß auch dieses Markierelement 5 über das Halteelement 3 in genau definierter und formstabiler Lage zum Schaft 1 gehalten wird. Dadurch kann die genaue Lage des Schaftes 1 im Oberschenkelknochen 2 über das Navigationssystem bestimmt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 wird ein Prothesenteil verwendet, das einen Aufsteckzapfen 24 aufweist. Das Halteelement 3 weist einen zentralen Träger 25 auf, an dessen einem Ende eine Aufnahmehülse 26 aus elastisch verformbarem Kunststoffmaterial angeordnet ist. Die Wandteile dieser Aufnahmehülse 26 sind durch achsparallele Einschnitte in Einzelabschnitte unterteilt und so dimensioniert, daß sie den Aufsteckzapfen 24 aufnehmen, wenn das Halteelement auf diesen aufgesteckt wird.
Auf den Träger 25 ist eine Spannhülse 27 aufgeschraubt, die auf diesem in Richtung auf das freie Ende verschraubt werden kann und dabei die Aufnahmehülse 26 außenseitig umgibt. Die Dimensionierung ist dabei so gewählt, daß beim Verschrauben der Spannhülse 27 die Einzelabschnitte der Wand der Aufnahmehülse 26 radial nach innen gedrängt werden, die Aufnahmehülse 26 wird also dadurch gegen den in die Aufnahmehülse 26 eingeschobenen Auf steckzapfen 24 gespannt. Dadurch ergibt sich eine formstabile und schonende Kupplung zwischen Halteelement und Prothesenteil.
Das Halteelement 3 könnte in gleicher Weise mit einem Handgriff und einem daran festgelegten Markierelement verbunden sein, in dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Markierelement 5 direkt auf den Träger 25 aufgesteckt, so daß das Halteelement 3 in diesem Falle nicht gleichzeitig als Handhabungsinstrument dient, wie dies beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 dargestellt ist, sondern lediglich als Halterung für das Markierelement. Selbstverständlich können beide Ausführungsformen entweder als Handhabungsinstrument mit Markierelement oder auch nur als Halterung für das Markierelement ausgebildet sein.

Claims

Kupplung zur formstabilen Verbindung eines Prothesenteils mit einem Halteelement mittels mindestens einem Paar ineinandergreifender Vor- und Rücksprünge, dadurch gekennzeichnet, daß die mit entsprechenden Vor- oder Rücksprüngen (24; 10) des Prothesenteils (1) zusammenwirkenden Rück- bzw. Vorsprünge (26; 9) am Halteelement (3) aus einem Material bestehen, das elastisch verformbar ist, und daß die elastischen Teile der Rück- und Vorsprünge (26; 9) am Halteelement (3) durch mindestens ein am Halteelement (3) angeordnetes starres Spannglied (27; 19) gegen die Vor- bzw. Rücksprünge (24; 10) des Prothesenteils (1) spannbar sind.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verformbare Material ein Kunststoffmaterial ist.
Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verformbare Material eine Kugeldruckhärte H (DIN 53456) zwischen 120 [N/mm²] und [190 N/mm²] aufweist.
Kupplung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (27; 19) zwischen einer Freigabestellung am Halteelement (3) verschiebbar ist, in der das elastisch verformbare Material nicht gegen das Prothesenteil (1) gespannt ist, und einer Spannstellung, in der das elastisch verformbare Material gegen das Prothesenteil (1) gespannt ist.
Kupplung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Halteelement (3) ein stopfenförmiger Vorsprung (9) aus elastisch verformbarem Material angeordnet ist, in den das Spannglied (19) als Kern einschiebbar ist und dadurch den Vorsprung (9) in radialer Richtung aufweitet.
Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der stopfenförmige Vorsprung (9) durch Längsschnitte in Einzelabschnitte (14, 15, 16, 17) unterteilt ist, die durch das in den Vorsprung (9) eingeschobene Spannglied (19) radial auseinander getrieben werden.
Kupplung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stopfenförmige Vorsprung (9) einen die Eintauchtiefe in einen Rücksprung (10) des Prothesenteils (1) begrenzenden Anschlag (13) aufweist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (3) einen rohrförmigen Schaft (12) aufweist, der an seinem Ende den Vorsprung (9) aus dem elastisch verformbaren Material trägt, und daß in dem rohrförmigen Schaft (12) längsverschieblich das stabförmige Spannglied (19) gelagert ist.
Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Schaftes (12) ein Griffteil (20) angeordnet ist, welches durch eine Durchbrechung (21) des Schaftes (20) hindurch mit dem stabförmigen Spannglied (19) verbunden ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Halteelement (3) eine Aufnahmehülse (26) aus elastisch verformbaren Material für einen Vorsprung (24) des Prothesenteils (1) angeordnet ist und daß das Spannglied eine außenseitige, über die Aufnahmehülse (26) schiebbare Spannhülse (27) ist, die die Wandteile der Aufnahmehülse (26) radial nach innen drängt.
Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile der Aufnahmehülse (26) durch Längsschnitte in Einzelabschnitte unterteilt sind.
Kupplung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse (26) am Ende eines Träger (25) des Halteelementes (3) angeordnet ist und die Spannhülse (27) auf den Träger (25) aufgeschraubt ist.
Kupplung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Halteelement (3) ein Markierelement (5) eines Navigationssystems (6) festgelegt ist.
Kupplung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (3) einen Handhabungsgriff (22) aufweist.
Kupplung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück- oder Vorsprünge (10; 24) am Prothesenteil (1) durch konische Aufnahmevertiefungen für konische Steckzapfen anderer Prothesenteile bzw. durch konische Steckzapfen zum Einführen in konische Aufnahmevertiefungen anderer Prothesenteile gebildet werden.
Halteelement für ein Prothesenteil mit einer Kupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.