DE102010039698B4

DE102010039698B4 - Übergangsadapter

Info

Publication number: DE102010039698B4
Application number: DE201010039698
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: S&G Implants GmbH
Current assignee: ESKA MEDICAL PRODUKTION LUEBECK GMBH KURZ ESKA, DE; GRUNDEI, HANS, DR. - ING., DE; GRUNDEI, HANS, DR. ING., DE
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: DE102010039698A1

Abstract

Adapter zum Ankoppeln eines extrakorporalen orthopädischen Kniegelenks an ein starres transkutanes Implantat, welches intrakorporal in einem Femurstumpf verankerbar ist, mit einem ersten Koppelungsteil (1) zur Verbindung mit dem transkutanen Implantat und einem zweiten Koppelungsteil (2) zur Verbindung mit dem Kniegelenk, wobei das zweite Koppelungsteil (2) mit dem ersten Koppelungsteil (1) mittels einer drehmomentgeschalteten Sicherheitskupplung lösbar verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitskupplung als Sperrkörperkupplung (4, 7, 11) ausgeführt ist, deren austauschbare Sperrkörper (4) aus hochverdichtetem Polyethylen, Polypropylen, PVC oder PTFE bestehen und deren Grenztorsionsmoment, ab dessen Überschreiten die Kupplung durchrutscht, voreinstellbar ist durch die Materialauswahl, Formgebung und/oder durch die Anordnung und Anzahl der verwendeten Sperrkörper (4) im Bereich von 40 bis 80 Nm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Übergangsadapter zwischen einem starren transkutanen Implantat, welches intrakorporal in einem Femurstumpf verankerbar ist, und einem Teil eines extrakorporalen orthopädischen Kniegelenks.
Ein transkutanes Implantat ist bekannt aus der DE 198 26 638 C2 . Der darin offenbarte Adapter für ein exoprothetisches Standardteil ist mit einem proximalen Stielteil in einen Röhrenknochenstumpf setzbar, wobei das Stielteil zumindest teilweise mit einer offenmaschigen, dreidimensionalen Raumnetzstruktur bedeckt ist und an seinem distalen Ende mit einer Koppelungseinrichtung für das exoprothetische Standardteil versehen ist. Die offenmaschige, dreidimensionale Raumnetzstruktur, die auch als interkonnektierend bezeichnet wird, ermöglicht ein Ein-, Durch-, Hinter- und Umwachsen von natürlichem Knochenmaterial während der Einheilphase, so dass der Stielteil nach relativ kurzer Zeit jedenfalls im Hinblick auf den Substratfluss im Röhrenknochen integriert wird und eine extrem stabile Sekundärfixation gewährleistet wird. Das distale Ende des Implantates tritt aus dem Gliedmaßenstumpf heraus und bietet eine Ankoppelungsmöglichkeit für ein exoprothetisches Standardteil, beispielsweise ein extrakorporales orthopädisches Gelenk.
Die dadurch erzielte Unmittelbarkeit der Wahrnehmung der externen Belastungen im Skelett des Patienten wird auch als Osteoperzeption bezeichnet. Diese gestattet eine vollkommen andersartige Wahrnehmung des Patienten mit beispielsweise einem oberschenkelamputierten Bein im Vergleich zu jenem eines konventionell versorgten Patienten.
Die Verbindung zwischen dem Adapter und dem natürlichen Knochen kann sich allerdings als so fest herausstellen, dass eben diese an sich gewünschte Festigkeit zu Problemen führen kann, wenn es nämlich um außergewöhnliche Kraftbelastungen geht. So ist es nicht von vornherein auszuschließen, dass eine extreme, beispielsweise Scherbelastung des künstlichen Kniegelenkes oder eine Belastung der Unterschenkelprothese in den intramedullär verankerten Adapter im Femurstumpf weitergeleitet wird und dort zu Brüchen führen kann. Hierzu ist in der EP 1 309 297 B1 vorgeschlagen worden, eine derartige Beinprothese so auszubilden, dass sie eine extrakorporal angeordnete Sollbruchstelle aufweist, welche durch Applikation einer Kraft vorbestimmter Größe das Prothesenteil abrechen lässt. Diese Art der beschriebenen Sollbruchstelle zielt ab auf eventuell auftretende Dreh- und Kippmomente, welche die Sollbruchstelle veranlassen können zu brechen.
Noch kritischer sind jedoch eventuell auftretende Torsionsmomente um die Femur-Tibiaachse zu betrachten. Treten zu hohe Torsionsmomente auf, so können diese zu einer Spiralfraktur oberhalb des im Femurstumpf verankerten Implantates führen. Im Endeffekt können derartige Torsionsmomente zu Schenkelhalsbrüchen führen.
Dies gilt es selbstverständlich zu vermeiden. Von daher liegt der DE 10 2008 000 977 A1 die Aufgabe zugrunde, einen Übergangsadapter der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass um die Femur-Tibiaachse auftretende Torsionsmomente tunlichst nicht mehr zu Spiralfrakturen im Femurstumpf führen. Einen ähnlichen Adapter zeigt die US 2008/0058957 A1 .
In der genannten Druckschrift wird vorgeschlagen, im Inneren des zweiten Koppelungsteils eine freischaltende Sicherheitskupplung, die ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Koppelungsteil und dem zweiten Koppelungsteil überträgt und bei Überschreiten eines einstellbaren Höchstwertes des Torsionsmomentes durchrutscht, anzuordnen.
Die freischaltende Sicherheitskupplung ist als Brechbolzenkupplung ausgebildet, die aus einer in dem zweiten Koppelungsteil fixierten Torsionsscheibe, von der mindestens ein Scherstift oder Brechbolzen abragt, der in entsprechende Aufnahmen in einer Stirnseite einer Hülse greift, die ihrerseits mit dem ersten Koppelungsteil verbindbar ist, aufgebaut ist. Die Scherstifte sollen dabei aus leicht verformbarem Material bestehen. Als geeignetes Material wird beispielhaft Kupfer oder Messing angegeben, also ein Metall.
Die Konstruktion hat den Nachteil, dass das System recht starr reagiert. Entweder halten die Brechbolzen der Belastung durch das anstehende Torsionsmoment noch stand oder eben nicht mehr. Dies kann für den Patienten recht unangenehm sein, da es keinerlei Vorwarnung hinsichtlich eines eventuell unmittelbar bevorstehenden Durchrutschens der Kupplung gibt. So kann es zu einem Durchrutschen der Kupplung kommen in Momenten, die für den Patienten recht gefährlich werden können. So ist von einem Fall zu berichten, in dem eine Patientin in einer Straßenbahnschiene mit ihrer Prothese hängen blieb und zu Fall kam. Diese Belastung löste die Sicherheitskupplung aus und die Patientin konnte einer herannahenden Straßenbahn nur mit Mühe entkommen. Ursache hierfür war – wie ausgeführt – das starre Reaktionsverhalten der Sicherheitskupplung ohne Vorwarnung.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Adapter zum Ankoppeln eines extrakorporalen orthopädischen Kniegelenks an ein starres transkutanes Implantat, welches intrakorporal in einem Femurstumpf verankerbar ist, mit einem ersten Koppelungsteil zur Verbindung mit dem transkutanen Implantat und einem zweiten Koppelungsteil zur Verbindung mit dem Kniegelenk, wobei das zweite Koppelungsteil mit dem ersten Koppelungsteil mittels einer drehmomentgeschalteten Sicherheitskupplung lösbar verbindbar ist, so weiterzubilden, dass die Konstruktion flexibler reagiert als der bekannte Adapter und darüber hinaus dem Patienten eine steigende Drehmomentenbelastung im Kniegelenk vermittelt, so dass dieser sich der Gefahrensituation entziehen kann, bevor die Sicherheitskupplung durchrutscht. Für einen Notfall muss diese Sicherheitsfunktion jedoch gewährleistet bleiben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Adapter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach ist vorgesehen, dass die Sicherheitskupplung als Sperrkörperkupplung ausgeführt ist, deren austauschbare Sperrkörper aus hochverdichtetem Polyethylen, Polypropylen, PVC oder PTFE bestehen und deren Grenztorsionsmoment, also jenes Torsionsmoment, ab dessen Überschreiten die Kupplung durchrutscht, voreinstellbar ist durch die Materialauswahl, Formgebung und/oder durch die Anordnung und Anzahl der verwendeten Sperrkörper im Bereich von 40 bis 80 Nm.
Unter einer Sperrkörperkupplung wird in diesem Zusammenhang eine selbsttätig schaltende Kupplung mit Ausrückelementen verstanden, welche beim Grenztorsionsmoment aus einer Einrastposition heraus gedrückt werden (vgl. Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 19. Aufl., Seite G74). Die Sperrkörper sind insbesondere Bolzen.
Überschreitet das Torsionsmoment den erwähnten Grenzwert, rutscht die Kupplung – wie ausgeführt – durch, das heißt, dass das Kniegelenk unterhalb des Adapters um seine Achse rotieren kann, womit eine Weiterleitung des hohen Torsionsmomentes in den Femurstumpf unterbleibt und die befürchteten Spiralfrakturen nicht auftreten. Nach einem solchen Fall wird der Adapter mit einfachen Handgriffen mit neuen Sperrkörpern bestückt und ist dann wieder einsatzbereit. Hierbei fallen auch keine extremen Kosten an. Insoweit ist der Sicherheitsaspekt also erfüllt.
Dadurch aber, dass die Sperrkörper aus elastischem Kunststoff bestehen, ergibt sich ein hochinteressanter Aspekt gegenüber den bekannten Adaptern. Anstatt von einem Zeitpunkt zum anderen zu brechen, wie dies bei den Scherstiften beim bekannten Adapter bei Überschreiten des Grenztorsionsmomentes der Fall ist, baut sich das Grenztorsionsmoment im vorliegenden Fall mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung im Rahmen der Elastizität der Sperrkörper auf. Dem Patienten wird dieser Anstieg des Torsionsmomentes über die angesprochene Osteoperzeption vermittelt und er kann darauf reagieren, indem er sein Bein in eine günstigere Lage bringt. So kann der Patient über die Osteoperzeption die an sich unerwünschte, weil noch nicht notwendige Auslösung der Kupplung vermeiden. Unterbleibt eine derartige Ausweichreaktion seitens des Patienten und überschreitet das Torsionsmoment das vorgegebene Grenztorsionsmoment, dann scheren die Sperrkörper bestimmungsgemäß ab und die Kupplung rutscht durch.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erwähnte Sperrkörperkupplung aufgebaut aus einer in dem zweiten Koppelungsteil fixierten Torsionsscheibe, von der mindestens ein Sperrkörper abragt, und aus einer mit dem ersten Koppelungsteil verbundenen Hülse, wobei der mindestens eine Sperrkörper in entsprechende Aufnahmen in der Hülse greift.
Die zentrale Funktion der Sperrkörperkupplung wird von dem wenigstens einen Sperrkörper wahrgenommen. Dieser ist so ausgelegt, dass er nach Überschreiten des Höchstwertes des Torsionsmomentes abschert, so dass dann keine form- und kraftschlüssige Verbindung mehr zwischen dem ersten und zweiten Koppelungsteil besteht. Mit anderen Worten wird der Sperrkörper nach Überschreiten des errechneten Höchstwertes des Torsionsmomentes abgeschert und das unterhalb des Übergangsadapters angeordnete Kniegelenk kann um seine Achse herumgedreht werden, ohne dass ein weiterer Schaden entstehen würde.
Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass das Torsionsmoment bis zum Höchstwert unter Dehnung des bzw. der Sperrkörper übertragbar ist. Die dabei auftretenden Reaktionskräfte in der Kupplung werden dem Patienten über die Osteoperzeption vermittelt und er hat meist Gelegenheit, hierauf angemessen zu reagieren, bevor es zum Abscheren der Sperrkörper kommt.
Der Höchstwert des zu übertragenden Torsionsmomentes ist durch die Materialauswahl, die Formgebung oder durch die Anordnung von mehreren Scherstiften einstellbar.
Wesentlich bleibt stets ein Verhalten, welches dem Patienten in der Regel eine Vorlaufzeit vor dem Abscheren der Sperrkörper zur Verfügung stellt, um noch angemessen reagieren zu können.
Hinsichtlich der Möglichkeit der Einstellung des Höchstwertes des zu übertragenden Torsionsmomentes ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform zu erwähnen, bei der mehrere Sperrkörper mit unterschiedlich tiefen Einkerbungen versehen sind.
Hinsichtlich der Möglichkeit, den Höchstwert des zu übertragenden Torsionsmomentes durch die Anordnung von mehreren Sperrkörpern einzustellen, ist jene Ausführungsform erwähnenswert, bei der mehrere Sperrkörper auf Kreissegmenten auf der Torsionsscheibe angeordnet sind. Die entsprechenden Aufnahmen in der Stirnseite der Hülse sind dann entsprechend angeordnet.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Zeichnungsfiguren näher erläutert.
Hierbei zeigt:
1 eine Seitenansicht des Adapters,
2 eine Explosionsdarstellung des Adapters gemäß 1,
3 eine dreidimensionale Explosionsansicht des ersten Kopplungsteils,
4 die Torsionsscheibe in Relation zur Hülse,
5 eine Ansicht wie 3, vollbestückt mit Sperrelementen, und
6 ein Sperrelement in drei Ansichten.
Nachfolgend sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Einen ersten Überblick verschafft die 1. Diese zeigt die Seitenansicht des Übergangsadapters.
Dieser weist ein erstes Koppelungsteil 1 mit einem Doppelkonus auf. Der obere Konus dient zur Herstellung einer Verbindung mit dem transkutanen Implantat (nicht dargestellt), wohingegen der untere Konus des Doppelkonus zur Herstellung einer Verbindung mit einer Konushülse 7 als erstes Teil der Sperrkörperkupplung dient.
Das zweite Koppelungsteil 2 dient zur Verbindung mit einem extrakorporalen orthopädischen Kniegelenk, welches vorliegend nicht dargestellt ist. Zumindest ein Sperrkörper stellt eine Verbindung zu einer Torsionsscheibe 11 her, die ihrerseits an dem zweiten Koppelungsteil 2 fixiert ist.
Eine selbsthemmende Sicherungsschraube 12 durchdringt die Torsionsscheibe 11 und dient zur Arretierung des konischen Klemmsitzes des Doppelkonus in der Konushülse 7.
Kern des Übergangsadapters ist die Sperrkörperkupplung 3, die insbesondere gebildet ist aus den Teilen Torsionsscheibe 11, Sperrkörper 4 und Hülse 7. Um dies verständlich zu machen, wird auf die 3 bis 5 verwiesen.
3 zeigt die dreidimensionale Explosionsansicht des ersten Kupplungsteils 1. Gut erkennbar sind sie wieder die Teile Konushülse 7 und Torsionsscheibe 11. Diese bilden zusammen mit Sperrkörpern 4 die Sperrkörperkupplung. Die Sperrkörper 4 sind hierfür in entsprechende Ausnehmungen in der Stirnseite der Torsionsscheibe 11 gesetzt. In der Stirnseite der Hülse 7 sind entsprechende Ausnehmungen 3 eingearbeitet, in welche die Sperrkörper 4 mit ihren anderen Enden nach dem Zusammenbau der Kupplung eingreifen.
An dieser Stelle wird nochmals betont, dass die Sperrkörper 4 austauschbar sind.
Aus 3 ist noch ein elastischer Ring 14 sowie ein metallischer Ring 13 erkennbar. Diese Teile bewirken zusammen mit der Sicherungsschraube 12 beim Zusammenbau des ersten Koppelungsteils 1 eine axiale Vorspannung des Torsionsringes 11 gegen die Hülse 7.
Der dargestellte Bolzen 6 ist ein reiner Führungsbolzen, der nach dem Zusammenbau in die Führungsbohrungen 5 in der Stirnseite der Hülse 7 greift. Er ist so dimensioniert, dass er keinen nennenswerten Einfluss auf das Verhalten der Kupplung ausübt.
4 zeigt nochmals Einzelheiten der Sperrkörperkupplung, insbesondere ein Ausführungsbeispiel für den Sperrkörper 4. Einzelheiten hierzu ergeben sich aus 6.
5 ist eine ähnliche Ansicht wie 4, allerdings komplettiert durch sämtliche vier Sperrkörper 4 in diesem Ausführungsbeispiel.
6 zeigt drei Ansichten einer bevorzugten Ausführungsform eines Sperrkörpers 4, und zwar in Aufsicht (c), in Ansicht (b) und in Stirnansicht (a). Man erkennt einen tonnenförmigen Grundkörper 4 ₁, von welchem zwei Arme 4 ₂ senkrecht und in entgegengesetzter Richtung abragen. Diese Bauform ist allerdings nur beispielhaft. Das Abscher- und das Dehnverhalten wird auch deutlich durch die Materialauswahl, die Anzahl und Anordnung der Sperrkörper in dem Torsionsring 11 und selbstverständlich durch die Geometrie der Sperrkörper beeinflusst. Zielführend ist eine Auswahl von Sperrkörpern, die dem Patienten die Möglichkeit bietet, vor dem Durchrutschen der Kupplung noch eine Ausgleichsbewegung zur Entlastung des Kniegelenks vornehmen zu können.
Im Falle der Abscherung von Sperrkörpern 4 nach Überschreitung des höchstzulässigen Drehmomentes kann der Übergangsadapter in einfacher Weise wieder hergestellt werden durch Öffnen und Herausnahme der abgescherten Sperrkörper 4. Diese werden dann durch neue Sperrkörper ersetzt.

Claims

Adapter zum Ankoppeln eines extrakorporalen orthopädischen Kniegelenks an ein starres transkutanes Implantat, welches intrakorporal in einem Femurstumpf verankerbar ist, mit einem ersten Koppelungsteil (1) zur Verbindung mit dem transkutanen Implantat und einem zweiten Koppelungsteil (2) zur Verbindung mit dem Kniegelenk, wobei das zweite Koppelungsteil (2) mit dem ersten Koppelungsteil (1) mittels einer drehmomentgeschalteten Sicherheitskupplung lösbar verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitskupplung als Sperrkörperkupplung (4, 7, 11) ausgeführt ist, deren austauschbare Sperrkörper (4) aus hochverdichtetem Polyethylen, Polypropylen, PVC oder PTFE bestehen und deren Grenztorsionsmoment, ab dessen Überschreiten die Kupplung durchrutscht, voreinstellbar ist durch die Materialauswahl, Formgebung und/oder durch die Anordnung und Anzahl der verwendeten Sperrkörper (4) im Bereich von 40 bis 80 Nm.
Adapter nach Anspruch 1, bei dem die Sperrkörperkupplung aufgebaut ist aus einer in dem zweiten Koppelungsteil (2) fixierten Torsionsscheibe (11), von der mindestens ein Sperrkörper (4) abragt, und aus einer mit dem ersten Koppelungsteil (1) verbundenen Hülse (7), wobei der mindestens eine Sperrkörper (4) in entsprechende Aufnahmen (3) in der Hülse (7) greift.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Torsionsmoment bis zum Höchstwert unter Dehnung der Sperrkörper (4) übertragbar ist.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mehrere Sperrkörper (4) mit unterschiedlich tiefen Einkerbungen versehen sind.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mehrere Sperrkörper (4) auf Kreissegmenten auf der Torsionsscheibe (11) angeordnet sind.