-
1. Technisches Gebiet:
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kniegelenk-Endoprothese zur Implantation zwischen Ober- und Unterschenkelknochen beim Verlust von Funktionen des aktiven auf das Kniegelenk bezogenen Bewegungsapparates, insbesondere des Streckapparates.
-
2. Stand der Technik:
-
Das menschliche Kniegelenk ist aufgrund seiner Position und Funktion innerhalb des menschlichen Körpers verhältnismäßig hohen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt. Es muss im Wesentlichen die gesamte Masse des Körpers tragen und liegt zwischen den beiden längsten Skeletteilen Femur (Oberschenkelknochen) und Tibia (Schienbein), die bei Belastung erhebliche auf das Kniegelenk wirkende Kraftmomente ausüben. Gleichzeitig muss das Kniegelenk hinreichend beweglich sein, um bei unterschiedlichsten Bewegungsabläufen stets die Einnahme oder das Halten einer statischen oder dynamischen Gleichgewichtslage zu ermöglichen. Aufgrund dieser hohen Anforderungen an seine Stabilität und seine Beweglichkeit ist das Kniegelenk einerseits in Bezug auf seine Abmessungen das größte Gelenk im menschlichen Körper, anderseits besitzt es einen komplexen Aufbau mit verschiedenen Elementen als gemeinsame Funktionseinheit. Wesentliche Bestandteile des Kniegelenks sind die als Gelenkflächen dienenden, am unteren Ende (distal) des Femurs und am oberen Ende (proximal) der Tibia befindlichen Kondylen (Gelenkknorren) mit den dazwischen liegenden Knorpelauflagen (Menisken); die Kniescheibe mit Gleitkontakt zum nach vorn weisenden Teil der distalen Gelenkfläche des Femurs; der die Elemente des Kniegelenks stabilisierende Bandapparat (vor allem Kreuz- und Seitenbänder); die sämtliche Gelenkflächen umfassende Gelenkkapsel sowie der zugehörige Muskel- und Sehnenapparat. Die proximalen Kondylen der Tibia bilden eine als Tibiaplateau (Schienbeinplateau) bezeichnete Fläche, die als Gelenkgleitfläche für die konvex geformten distalen Kondylen des Femurs dient.
-
In seiner natürlichen Funktion führt das Kniegelenk beim Übergang zwischen Beugelage (Flexion) und Streckungslage (Extension) eine komplexe Bewegung aus. Bei der Bewegung von der Extension in die Flexion (vom gestreckten in das gebeugte Knie) rotiert der Unterschenkel um den Oberschenkel nach hinten. Dabei drehen sich Fuß und Unterschenkel nach innen und der Unterschenkel gleitet nach vorn. In der Anfangsphase der Beugung (bis zu einem Beugungswinkel, d. h. einem Innenwinkel zwischen Femur und Tibia von etwa 25°) rollen die Femurkondylen, d. h. es findet eine Rotation von Femur und Tibia um eine gemeinsame Querachse im Kontaktbereich der Gelenkflächen (hierbei handelt es sich in Bezug auf den menschlichen Körper und die betroffenen Extremitäten um eine Transversalachse) statt. Bei stärkerer Beugung (also einem höheren Beugungswinkel > 25°) geht die Rollbewegung zunehmend in eine Gleitbewegung der Kondylen des Femurs nach hinten (dorsal) über, wobei sich die Tibia gegenüber dem Femur nach vorne (ventral) verschiebt. Bei maximaler Flexion befindet sich die Kontaktfläche zwischen Femur und Tibia am hinteren Rand der proximalen Gelenkfläche der Tibia. Bei der Bewegung von der Flexion in die Extension (vom gebeugten in das gestreckte Knie) rotiert der Unterschenkel um den Oberschenkel nach vorne. Dabei drehen sich Fuß und Unterschenkel nach außen und der Oberschenkel gleitet nach vorn. In der Streckung aus der Beugelage gleiten die Kondylen des Femurs gegenüber der Tibia nach vorne (ventral), wobei sich die Tibia gegenüber dem Femur nach hinten (dorsal) verschiebt bis die Bewegung bei zunehmender Streckung zunehmend in eine Rollbewegung übergeht. Bei maximaler Extension befindet sich die Kontaktfläche zwischen Femur und Tibia am vorderen Rand der proximalen Gelenkfläche der Tibia. Die Rollbewegung der distalen Kondylen des Femurs auf dem Tibiaplateau ist mithin durch eine relative Gleitbewegung von Femur und Tibia überlagert, die auch als kombinierte Roll- und Gleitbewegung bezeichnet wird. Hinzu tritt, wie dargestellt, eine relative Rotation der Tibia gegen das Femur um ihre Längsachse (hierbei handelt es sich in Bezug auf den menschlichen Körper und die betroffenen Extremitäten um eine Longitudinalachse).
-
Zur Wiederherstellung der Funktion des Kniegelenks bei schwerwiegenden Schädigungen des Kniegelenks und/oder seines Stützapparates, die mit konservativen Therapiemaßnahmen nicht mehr behandelbar sind, ist der Einsatz von Kniegelenk-Endoprothesen bekannt. Dies sind als geschlossene Implantate ausgeführte Prothesen, die vollständig vom Körpergewebe umgeben sind, dauerhaft im Körper verbleiben und das Kniegelenk ganz oder teilweise ersetzen. Der Einsatz erfolgt je nach Art und Ausmaß der Schädigung mit dem Ziel, so wenig eigenes Knochenmaterial wie möglich zu zerstören und intakte Bestandteile des Kniegelenks, insbesondere den Bandapparat, so weit wie möglich zu erhalten. Im Stand der Technik werden daher nach Art und Umfang der zu ersetzenden Funktionen unterschiedliche Typen von Teil- oder Total-Kniegelenk-Endoprothesen unterschieden. Ist der Bandapparat noch intakt, kommt bei einer Schädigung des Gelenkknorpels an einer oder beiden Kondylen des Femurs eine kondyläre sog. „Schlittenprothese” zum Einsatz. Hierbei erfolgt an der geschädigten Kondyle des Femurs eine Wegnahme des betroffenen Knorpelgewebes und die Überkronung mit einem als Metalllegierung ausgeführten Oberflächenersatz, der auf die verbleibende Oberfläche distal aufgesetzt wird. Auf der jeweiligen gegenüberliegenden Teilfläche des Tibiaplateaus wird nach Entfernung der Knorpel- und Knochensubstanz ein Metallunterteil und eine Kunststoffplatte als Gleitfläche aufgesetzt, auf dem die überkronte Kondyle des Femurs bei der kombinierten Gleit-/Rollbewegung des Knies rotieren und – gleich einem Schlitten – hin und her gleiten kann. Dieser Art der Schlittenprothese kann einseitig (unikondylär) oder bei beidseitiger Schädigung der Kondylen des Femurs auch beidseitig (bikondylär) ausgeführt sein. Bei der beidseitigen Schlittenprothese erfolgt der vollständige Ersatz des Scheinbeinkopfes. Derartige Prothesen werden als „ungekoppelte” Endoprothesen bezeichnet, weil die femoralen und die tibialen Prothesenkomponenten miteinander nicht gekoppelt sind, sondern die Stabilisierung der Achsführung des Kniegelenks allein durch den natürlichen Bandapparat erfolgt. Bei der bikondylären Prothese wird das vordere Kreuzband in der Regel ohne Stabilitätsverlust entfernt und die Kollateralbänder und das hintere Kreuzband belassen (banderhaltende Variante, „cruciate retaining”, „CR-Knie”). Der Bewegungsumfang des Kniegelenks bleibt weitgehend unbeeinflusst und ein nahezu physiologisches Rollgleitverhalten wird ermöglicht. Ist das hintere Kreuzband geschädigt, erfolgt der Einsatz einer sogenannten posterior stabilisierten Prothese („PS-Knie”, auch als „cruciate sacrifing”, „CS-Knie” bezeichnet). Diese teilgekoppelte Kniegelenk-Endoprothese übernimmt die Funktion beider Kreuzbänder, indem sie das Schienbein bei zunehmender Bewegung durch eine mechanische Führung oder Lagerung (zumeist ein längerer Zapfen oder Kamm, der in eine entsprechende Aussparung der femoralen Komponente hineinragt) nach vorne bzw. den Oberschenkelknochen nach hinten zwingt und so die Gleitbewegung von Femur und Tibia mit deren Rotationsbewegung koppelt. Solche Kniegelenk-Endoprothesen sind beispielsweise aus der
DE 80 16 063 U1 , der
DE 83 27 423 U1 , der
EP 0 400 045 B1 oder
DE 10 2008 017 394 B4 bekannt. Sind sowohl die Kreuzbänder, als auch die Seitenbänder beschädigt, die Gelenkkapsel und der Muskelapparat aber noch gut intakt, kann eine sogenannte achsgeführte Rotationsprothese („Rotating-Hinge”) eingesetzt werden. Hier übernimmt das Implantat als gekoppeltes Gelenk (Verbindung zwischen Tibia und Femur-Komponente) die Stabilisierung des Gelenks sowohl nach vorne und hinten als auch nach links und rechts. Es lässt neben der Rotation von Femur und Tibia um eine gemeinsame Querachse auch eine Rotation der Tibia gegen das Femur um ihre Längsachse zu, das heißt der Fuß kann noch nach außen gedreht werden. Derartige Kniegelenk-Endoprothesen sind etwa aus der
US 5 370 701 A , der
DE 10 2005 022 584 B4 oder aus der
EP 1 721 585 B1 bekannt. Als Zwischenlösung zu den beiden vorgenannten Prothesentypen („PS-Knie” und „Rotating Hinge”) hat sich in den letzten Jahren ein „kondylär geführtes” Knie („condylar constraint knee”, „CCK”) etabliert. Bei diesem Typ besteht keine feste Verbindung zwischen Femur- und Tibia Komponente. Um es bei Schädigung eines Seitenbandes einsetzen zu können, ist der Zapfen im Gegensatz zum PS-Knie deutlich größer ausgebildet und stabilisiert das Kniegelenk zusätzlich nach links und/oder rechts. Bei der zusätzlichen Schädigung der Gelenkkapsel und/oder des Muskelapparates und/oder anderer ausgeprägter struktureller Defekte (Knochenverlust bspw. durch Tumor oder Unfall) verbleibt die Implantation einer rein achsgeführten Kniegelenk-Endoprothese (Rigid Hinge), die nur noch die Rotation von Femur und Tibia um eine gemeinsame Querachse zulässt. Sind auch die Kapsel und der Muskelapparat beschädigt, was oft mit großen Knochendefekten einhergeht, muss auch die Rotation der Tibia gegen das Femur um ihre Längsachse, sprich das Drehen des Fußes, eingeschränkt und das Kniegelenk so weiter stabilisiert werden. Die achsgeführte Kniegelenk-Endoprothese schränkt zusätzlich das Drehen des Fußes ein. Hier kann nun nur noch die Tibia gegen das Femur nach vorne und hinten bewegt werden.
-
Auch die rein achsgeführte Kniegelenk-Endoprothese erfordert – wie die übrigen dargestellten endoprothetischen Maßnahmen – jedoch zumindest die Funktionsfähigkeit des Streckapparates. Der Streckapparat des Kniegelenkes besteht im Wesentlichen aus der vorderseitigen Oberschenkel-Muskulatur (Musculus quadriceps femoris), der zur Kniescheibe (Patella) ziehenden Sehne, der Kniescheibe als eine in den Sehnenapparat des Streckmuskels eingelagerte knöcherne Komponente und dem Kniescheibenband (Ligamentum patellae), das zum oberen Schienbein zieht. Das Knie muss beim Stehen oder Gehen von den Streckern des Oberschenkels (Musculus quadriceps femoris) geführt werden, um den aufgrund der Belastung durch die Körpermasse auf das Kniegelenk wirkenden Kraftmomenten standhalten zu können. Bei einer hinreichenden Schädigung und Insuffizienz des Streckapparates ist der Einsatz der angeführten Kniegelenks-Endoprothesen daher nicht möglich, weil den auf das Kniegelenk wirkenden Kraftmomenten nicht entgegengewirkt werden kann und das Bein durch die Körpermasse gebeugt wird. Ist der Streckapparat derart beschädigt oder in seiner Funktion eingeschränkt oder ist diese vollständig verloren, steht zur Beibehaltung der autonomen Mobilität bei Vermeidung einer Amputation häufig nur noch eine Versteifungsoperation (Athrodese) des Kniegelenks zur Verfügung. Hierbei wird das Kniegelenk durch einen Femur und Tibia verbindenden Marknagel oder einer mit Nägeln oder Schrauben fixierten Platte dauerhaft versteift. Alternativ kann dies auch über einen gelenkübergreifenden Fixateur externe erreicht werden, der dann Druck auf das Gelenk zur knöchernen Durchbauung/Überbrückung ausübt.
-
Grundsätzlich sind auch beim Verlust des Beugeapparates solche eingreifenden medizinischen Maßnahmen zu erwägen. Dies ist in der Regel jedoch nicht erforderlich, weil die Schwerkraft die Beugebewegung unterstützt. Während die Funktion des Streckapparates für das Stehen und Gehen zwingend erforderlich ist, muss der Beugeapparat hierbei nicht unbedingt aktiviert werden. Ein solcher Funktionsverlust wird daher zumeist hingenommen und konservativ durch das Erlernen eines entsprechend geänderten Bewegungsablaufs ersetzt.
-
-
Derartige Vorrichtungen dienen der Adaption an den Oberschenkelstumpf und eignen sich daher aufgrund der fehlenden räumlichen und funktionalen Voraussetzungen nicht zur Verwendung als Implantat für eine Kniegelenk-Endoprothese.
-
Aus der
US 2014/0 025 174 A1 ist eine achsgeführten Kniegelenk-Endoprothese mit einer tibialen und einer femoralen Komponente, die um eine gemeinsame Querachse zwischen einer Beuge- und einer Streckungslage rotierbar sind, bekannt. Die Kniegelenk-Endoprothese ist ferner mit einer mechanischen Arretiereinrichtung ausgebildet, welche die femorale und tibiale Komponente in der Streckungslage – beispielsweise durch Belastung – formschlüssig gegen eine Rotation sperrt. Die Sperrung kann vom Träger mittels eines externen Magnetmittels wieder gelöst werden, welches seitlich von außen an das Knie angelegt wird und so ein axial bewegliches Sperrmittel aus einer Sperrstellung löst. In weiteren Ausgestaltungen erfolgt die Lösung der Sperrung durch die manuelle Betätigung eines seitlich an der Prothese angeordneten Knopfes oder durch das Anheben des gestreckten Beines, bis ein Sperrbolzen aus einer Sperrstellung herausgleitet. Die von der
US 2014/0 025 174 A1 gelehrte Kniegelenk-Endoprothese kann als Alternative zu einer Versteifungsoperation (Athrodese) bei einer starken Beschädigung oder dem Verlust des Streckapparates eingesetzt werden. Sie besitzt jedoch den Nachteil, dass die Lösung der Sperrung umständlich zu bewerkstelligen ist und keine naturnahen Bewegungsabläufe ermöglicht. Bei der Verwendung eines externen Magnetmittels muss sich der Träger bei gestrecktem Bein zum Knie herunterbeugen, um die Sperrung zu lösen. Zudem kann das Magnetmittel als zusätzliches externes Gerät vom Träger verlegt oder vergessen werden oder verloren gehen. Auch bei der Verwendung eines seitlich an der Prothese angeordneten Knopfes muss sich der Träger zum Knie herunterbeugen, um die Sperrung zu lösen. Da der Kopf unter der Haut liegt, kann dauerhafte Benutzung schmerzhaft sein oder zu Druckstellen und Hämatomen führen. Bei der Verwendung eines Bolzens muss der Träger das gestreckte Bein mit der blockierten Prothese soweit anheben, bis sich der Unterschenkel oberhalb des Oberschenkels befindet, was nur im Liegen oder zumindest Sitzen möglich ist.
-
3. Darstellung der Erfindung:
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kniegelenk-Endoprothese zu schaffen, welche die dargestellten Nachteile vermeidet. Es soll eine Kniegelenk-Endoprothese geschaffen werden, die sich zum Einsatz beim Verlust von Funktionen des aktiven auf das Kniegelenk bezogenen Bewegungsapparates eignet und die insbesondere beim Verlust oder einer erheblichen Einschränkung der Funktion des Streckapparates verwendbar und hierbei einfach bedienbar ist.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kniegelenk-Endoprothese nach Anspruch 1, vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Den Kern der Erfindung bildet eine Kniegelenk-Endoprothese mit mindestens einer am oder im Oberschenkel verankerbaren femoralen Komponente und einer am oder im Schienbein verankerbaren tibialen Komponente, wobei die tibiale Komponente relativ zur femoralen Komponente zumindest zwischen einer Beuge- und einer Streckungslage um eine Querachse schwenk- oder rotierbar ausgebildet ist und wobei die Kniegelenk-Endoprothese mit einer implantierbaren Arretiereinrichtung ausgeführt ist, welche die femorale und/oder tibiale Komponente in der Streckungslage kraft- und/oder formschlüssig gegen eine Schwenk- oder Rotationsbewegung in Beugungsrichtung sperrt und die Sperrung vom Träger durch eine Entlastung der Kniegelenk-Endoprothese und/oder eine muskulär bewirkten Veränderung der Lastverteilung oder Lastübertragung zwischen der femoralen und tibialen Komponente oder durch einen muskulär bewirkten Impuls oder durch die Beugung des Knies aktiv lösbar ist. Die Arretiereinrichtung ist als Funktionsbestandteil des Implantats ausgeführt. Die Erfindung ist mit jeglichen Kniegelenk-Endoprothesen ausführbar, die mindestens eine femorale und eine tibiale Prothesenkomponente aufweisen, welche um eine Querachse zwischen einer Beuge- und einer Streckungslage schwenk- oder rotierbar ausgebildet sind. Schwenkbar bedeutet im Sinne der Erfindung, dass dies auch solche Kniegelenk-Endoprothesen umfasst, die insoweit anstatt einer reinen Rotationsbewegung (wie etwa die rein achsgeführte Kniegelenk-Endoprothese) die Ausführung einer komplexeren Roll-/Gleitbewegung zulassen (wie beispielsweise eine Uni- oder bikondyläre Schlittenprothese). Die Erfindung ist daher mit sämtlichen dargestellten Kniegelenk-Endoprothesentypen aus dem Stand der Technik ausführbar. Dies gilt unabhängig davon, ob die Kniegelenk-Endoprothese über die nach der Erfindung benötigten Komponenten hinaus komplexer ausgeführt ist, etwa mit zusätzlichen Meniskus- oder Kniescheiben-Komponenten. Durch die lösbare Sperrung der femoralen und/oder tibialen Komponente gegen eine Schwenk- oder Rotationsbewegung in Beugungsrichtung wird die Kniegelenk-Endoprothese in der Streckungslage gegen das durch das aufgrund der Körpermasse auf das Kniegelenk wirkende Kraftmoment verursachte Beugemoment blockiert und das betroffene Bein in der Streckungslage stabilisiert. Sie ist derart ausgestaltet, dass sie vom Träger der Kniegelenk-Endoprothese aktiv entweder durch eine Entlastung der Kniegelenk-Endoprothese und/oder eine muskulär bewirkten Veränderung der Lastverteilung oder Lastübertragung zwischen der femoralen und tibialen Komponente oder durch einen muskulär bewirkten Impuls oder durch die Beugung des Knies gelöst werden kann. Die lösbare kraft- und/oder formschlüssige Sperrung ist mittels einfach mechanisch, magnetisch, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder hydropneumatisch wirkender Mittel ausführbar. Die Art der Wirkungsweise der Arretiereinrichtung und ihre konkrete Ausgestaltung wird in Abhängigkeit vom Typ und der Beschaffenheit der verwendeten Kniegelenk-Endoprothese, dem vorhanden Raumverhältnissen und der Art und dem Ausmaß der jeweiligen Schädigung des aktiven Bewegungsapparates am Knie des Trägers unter Rückgriff auf geeignete im allgemeinen Stand der Technik bekannte lösbare Sperrmechanismen für Rotations- oder Schwenklager gewählt, etwa solcher für künstliche Kniegelenkskonstruktionen auf dem Gebiet der Exoprothetik. Die Erfindung hat erkannt, dass die Ausführung einer Kniegelenk-Endoprothese mit einer zusätzlichen Arretiereinrichtung, welche eine vom Träger aktiv lösbare und einfach bedienbare Sperrung der femoralen und/oder tibialen Komponente gegen eine Schwenk- oder Rotationsbewegung in Beugungsrichtung in der Streckungslage bewirkt, die wesentliche Funktion des Streckapparates ersetzt. Dies ermöglicht den Einsatz einer Kniegelenk-Endoprothese auch beim Verlust der Funktion des Streckapparates sowie etwaigen weitergehenden Schädigungen des aktiven Bewegungsapparates am Knie des Trägers. Ein bewegliches und vom Patienten aktiv steuerbares Knie wird im Kontext der Endoprothetik (Ersatz von Defekten im passiven Bewegungsapparat) auch bei einem zusätzlichen Verlust von Funktionen des aktiven Bewegungsapparates am Knie erreicht. Zugleich wird eine einfach bedienbare und in die natürlichen Bewegungsabläufe integrierbare endprothetische Alternative für diejenigen Fälle geschaffen, in denen eine autonome Mobilität des Patienten bislang nur durch eine Athrodese des Kniegelenks teilweise wiederhergestellt werden kann.
-
Eine einfache mechanisch wirkende Ausführung der Arretiereinrichtung mit einem relativ geringem Raumbedarf lässt sich dadurch erreichen, dass die Sperrung durch den Eingriff mindestens eines Rastkörpers in eine Rastausnehmung erfolgt, wobei der oder die Rastkörper in der femoralen oder der tibialen Komponente ausgebildet ist oder sind und die Rastausnehmung(en) in der jeweils anderen Komponente ausgebildet ist oder sind und die Sperrung durch eine Entlastung der Kniegelenk-Endoprothese und/oder eine muskulär bewirkte Veränderung der Lastverteilung oder Lastübertragung zwischen beiden Komponentender femoralen und tibialen Komponente lösbar ist. Aufgrund des geringen Raumbedarfs eignet sich diese Ausführung insbesondere zur Verwendung mit „kleinen” uni- oder bikondylären Schlittenprothesen. Es muss lediglich ein Rastkörper vorgesehen sein, welcher in der femoralen oder der tibialen Komponente gelagert ist und in der Streckungslage in eine korrespondierende, in der jeweils anderen Komponente ausgebildete Rastausnehmung eingreift. Damit ist die Kniegelenk-Endoprothese in der Streckungslage gegen eine Beugung aufgrund des durch die Körpermasse beim Belasten des Beines im Gehen oder Stehen im Wesentlichen senkrecht auf das Kniegelenk wirkenden Kraftmoments (Druckbelastung) blockiert und hierdurch das betroffene Bein in der Streckungslage stabilisiert. Die Lösung der Sperrung kann in dieser Ausführung durch die Reduktion der senkrecht auf der auf die Kniegelenk-Endoprothese wirkenden Belastung erfolgen, beispielsweise durch eine Gewichtsverlagerung auf das andere Bein. Die Lösung der Sperrung kann ferner alternativ oder kumulativ durch eine muskulär bewirkte Veränderung der Lastverteilung oder Lastübertragung zwischen der femoralen und tibialen Komponente erfolgen, etwa durch Anspannung der Beugemuskulatur. Die Beugemuskulatur befindet sich größtenteils auf der Oberschenkelrückseite, also dem dorsalen Femur. Hierdurch ist es möglich, mit der Beugemuskulatur, insbesondere bei der Entlastung des Beins, einen Kraftimpuls (Zugbelastung) mit einem gegenüber dem im Stand und bei einer Abstützbelastung durch die Körpermasse wirkenden Druckbelastung abweichenden Vektor auf die Kniegelenk-Endoprothese auszuüben. Die Position, Größe und die Form des Rastkörpers und der Rastausnehmung sowie die Lagerung des Rastkörpers und/oder der Rastausnehmung sind hierzu derart gewählt, dass die Rastverbindung die Kniegelenks-Endoprothese in Streckungslage gegenüber der bei einer Abstützbelastung durch die Körpermasse wirkenden Druckbelastung stabil sperrt, die Sperrung jedoch mittels einer Entlastung der Kniegelenk-Endoprothese und/oder einer durch muskulär mittels des verbliebenen aktiven Bewegungsapparates bewirkte Veränderung der Lastverteilung oder Lastübertragung zwischen ihren Komponenten lösbar ist. Mit einer derart ausgeführten Kniegelenks-Endoprothese wird eine gegenüber einer Athrodese bereits erheblich verbesserte Mobilität erreicht.
-
Eine einfache mechanisch-kraftschlüssig wirkende Ausführung der Arretiereinrichtung mit einem relativ geringem Raumbedarf lässt sich erreichen, indem die femorale oder die tibiale Komponente mit einem Permanentmagnetelement ausgebildet ist, und die jeweils andere Komponente mit einem hiermit korrespondierenden Kraftschlusselement ausgebildet ist, wobei die Sperrung durch einen magnetischen Kraftschluss zwischen dem Permanentmagnetelement und dem Kraftschlusselement erfolgt und der sperrende Kraftschluss durch eine Entlastung der Kniegelenk-Endoprothese und/oder eine muskulär bewirkte Veränderung der Lastverteilung oder Lastübertragung zwischen der femoralen und tibialen Komponente lösbar ist. Das Kraftschlusselement kann entweder ein ferromagnetisches Element oder ein weiteres Permanentmagnetelement mit umgekehrter Polung sein. Die Position, Größe und Form sowie die Halte- und Abrisskraft des Permanentmagnetelements und des Kraftschlusselements sind derart gewählt, dass der Kraftschluss die Kniegelenks-Endoprothese in Streckungslage gegenüber der im Stand und bei einer Abstützbelastung durch die Körpermasse wirkenden Druckbelastung stabil sperrt, jedoch mittels einer Entlastung der Kniegelenk-Endoprothese und/oder einer durch muskulär mittels des verbliebenen aktiven Bewegungsapparates bewirkte Veränderung der Lastverteilung oder Lastübertragung zwischen ihren Komponentenlösbar ist.
-
Eine mechanisch-kraftschlüssig wirkende Kniegelenk-Endoprothese wird in einfacher Weise steuerbar ausgestaltet, indem die femorale oder die tibiale Komponente mit einem Elektromagnetelement ausgebildet ist, und die jeweils andere Komponente mit einem hiermit korrespondierenden Kraftschlusselement ausgebildet ist, wobei die Sperrung durch einen magnetischen Kraftschluss zwischen dem Elektromagnetelement und dem Kraftschlusselement erfolgt und wobei der Arretierungseinrichtung ein Sensormittel zur Erfassung der Streckungslage zugeordnet ist und ein Aktormittel zugeordnet ist, welches das Elektromagnetelement und/oder das Kraftschlusselement in Streckungslage aktiviert und durch einen muskulär bewirkten Impuls deaktiviert. Das Kraftschlusselement kann entweder ein ferromagnetisches Element oder ein weiteres Elektromagnetelement mit umgekehrter Polung sein. Die Position, Größe und Form sowie die Halte- und Abrisskraft des Elektromagnetelements und des Kraftschlusselements sind derart gewählt, dass der Kraftschluss die Kniegelenks-Endoprothese in Streckungslage gegenüber der im Stand und bei einer Abstützbelastung durch die Körpermasse wirkenden Druckbelastung stabil sperrt. Die Aktivierung der Sperrung erfolgt automatisch durch das mit dem Sensormittel verbundene Aktormittel, sobald das Sensormittel die Streckungslage der fermoralen und der tibialen Komponente erfasst und einen entsprechenden Impuls übermittelt. Die Lösung der Sperrung erfolgt durch die Übermittlung eines entsprechenden muskulären Impulses vom Träger an das Aktormittel. Diese Ausgestaltung besitzt den besonderen Vorteil, dass sie die Verwendung einer Kniegelenk-Endprothese unabhängig von der Leistungsfähigkeit des verbliebenen aktiven Bewegungsapparates ermöglicht. Der zur Auslösung des Impulses verwendete Muskel kann frei gewählt werden. Der Schwellenwert der muskulären Anspannungs- oder Entspannungsmusters zur Umsetzung des Steuerbefehls zur Lösung der Sperrung durch das Aktormittel wird hierbei in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit des jeweiligen Muskels so gewählt, dass dieser vom Träger möglichst einfach bewusst umsetzbar ist und eine unbewusste Auslösung möglichst vermieden wird.
-
Zur Erzielung eines naturnäheren Laufbildes ist die Arretiereinrichtung zur Ausübung eines veränderbaren Beugewiderstands in Abhängigkeit von der Beuge- oder Streckungslage ausgebildet, wobei sich der ausgeübte Beugewiderstand mit zunehmender Streckung erhöht. Das natürliche Kniegelenk wird durch Muskelbetätigung beaufschlagt und seiner jeweiligen Lage stabilisiert. So erfolgt auch die Stabilisierung des Kniegelenks in der Streckungslage – seine Sperrung gegenüber der Beugungsrichtung – im Wesentlichen durch die Kontraktion der vorderseitigen Oberschenkel-Muskulatur. Die Muskelkontraktion ist hierbei dynamisch, d. h., dass das die Stärke des durch die Kontraktion ausgeübten Kraftmoments veränderbar ist. Im natürlichen Bein verändert sich hierdurch die Beweglichkeit des Kniegelenkes in Abhängigkeit von seiner von der Beuge- oder Streckungslage. Im natürlichen Laufbild wird der Widerstand gegen eine weitere Beugung mit abnehmendem Beugungswinkel, also bei zunehmender Streckung des Beines, vergrößert und mit zunehmendem Beugungswinkel, also bei zunehmender Beugung des Beines, verkleinert. In der Streckungslage ist das Kniegelenk nahezu steif. Im angewinkelten Zustand, also bei einem Beugungswinkel von etwa 90°, ist die Tibia gegenüber dem Femur relativ frei beweglich. Indem die Arretiereinrichtung dementsprechend derart ausgebildet ist, dass sich der von ihr auf die schwenk- oder rotierbare Verbindung der femoralen und tibialen Komponente ausgeübte Beugewiderstand mit zunehmender Streckung erhöht und mit abnehmender Streckung verringert, wird ein naturnäheres, bionischeres Laufbild erreicht. In dieser komplexeren Ausgestaltung wird dem Träger der Kniegelenk-Endoprothese insbesondere auch das Treppensteigen erleichtert. Die Kopplung des von der Arretiereinrichtung ausgeübten Beugewiderstands mit der jeweiligen Beuge- oder Streckungslage erfolgt je nach Art der Wirkungsweise der Arretiereinrichtung und ihrer konkreten Ausgestaltung unter Rückgriff auf geeignete im allgemeinen Stand der Technik bekannte Steuerungsmechanismen für Arretiereinrichtungen für Rotations- oder Schwenkbewegungen mit einem veränderbaren Widerstand. Die Stärke des von der Arretiereinrichtung in Abhängigkeit von der Beuge- oder Streckungslage jeweils ausgeübten Beugewiderstands wird so gewählt, dass in Abhängigkeit vom medizinischen Zustand und der Leistungsfähigkeit des Beugeapparates des Trägers eine möglichst zufriedenstellende Benutzung möglich ist. Als Rahmenvorgabe wird der Beugewiderstand bei gestrecktem Bein so hoch eingestellt, dass das Bein in einem Beugungswinkel im Bereich von 160° bis 180° zunehmend steif, die Kniegelenk-Endoprothese bei annähernd 180° also gesperrt ist. Mit zunehmend kleinerem Beugungswinkel wird das Kniegelenk zunehmend beweglicher. Im Übergangsbereich zwischen 120° und 135° wird der Beugewiderstand derart gewählt, dass sich die die Kniegelenk-Endoprothese noch in einem gesicherten Zustand befindet, jedoch eine Beugebewegung zulässt. Im gebeugten Zustand des Knies ab etwa 90° ist die tibiale Komponente gegenüber der femoralen Komponente relativ frei beweglich.
-
Eine einfache mechanische Kopplung des von der Arretiereinrichtung ausgeübten Beugewiderstands mit der jeweiligen Beuge- oder Streckungslage wird bei der vorstehenden Ausführung erreicht, indem die Arretiereinrichtung als federgelagerte Schubstange ausgebildet ist, welche auf die femorale und tibiale Komponente wirkt. Die Ausgestaltung der Schubstange und die Ausgestaltung und Charakteristik der Federlagerung wird derart gewählt, dass sich der von der federgelagerten Schubstange die schwenk- oder rotierbare Verbindung der femoralen und tibialen Komponente ausgeübte Beugewiderstand mit zunehmender Streckung erhöht und mit abnehmender Streckung verringert.
-
Eine einfach steuerbare Koppelung des von der Arretiereinrichtung ausgeübten Beugewiderstands mit der jeweiligen Beuge- oder Streckungslage wird erreicht, indem die Arretiereinrichtung einstellbar ausgebildet ist und ihr ein Sensormittel zur Erfassung des Beugungswinkels und ein Aktormittel zur Übermittlung von den Beugungswinkel repräsentierenden Signalen zugeordnet sind, wobei die Arretiereinrichtung den von ihr ausgeübten Beugewiderstand in Abhängigkeit vom jeweiligen empfangen Signal in einem einstellbaren Maß einnimmt. Hierdurch lässt sich die Koppelung des von der Arretiereinrichtung ausgeübten Beugewiderstands mit der jeweiligen Beuge- oder Streckungslage flexibel steuern, da das Maß des von der Arretiereinrichtung in Abhängigkeit vom jeweils empfangenen Signal ausgeübten Beigewiderstands – beispielsweise gegenüber einer rein mechanischen Kopplung – frei einstellbar und damit wählbar ist. Hierdurch wird es beispielsweise erleichtert, die Vorrichtung für den jeweiligen Träger individuell anzupassen und in Abhängigkeit vom medizinischen Zustand und Leistungsfähigkeit des Beugeapparates des Trägers ein entsprechend angepasstes dynamisches Profil des Beugewiderstandsverlaufs einzustellen. Ferner ermöglicht dies die nachträgliche leistungs- und altersmäßige Anpassung des Beugewiderstandsprofils.
-
Eine programmierbare Steuerung der Kopplung wird bereitgestellt, indem das Sensormittel als Wandler ausgebildet ist, der den jeweiligen Beugungswinkel in ein eindeutiges elektrisches oder elektronisches Signal umsetzt, und das Aktormittel als programmierbare Steuerungseinrichtung ausgebildet ist und die Arretiereinrichtung als elektrisch oder elektronisch verstellbarer Aktuator ausgebildet ist, welcher den ausgeübten Beugewiderstand in Abhängigkeit vom jeweiligen empfangenen Signal in einem einstellbaren Maß einnimmt. Hierdurch ist die Realisierung eines patientenindividuellen Beugewiderstandsprofils weiter erleichtert, indem die Steuerungseinrichtung mit dem jeweiligen patientenindividuellen Beugewiderstandsprofil programmtechnisch eingerichtet wird.
-
Zur Ermöglichung einer nachträglichen Nachjustierung und Anpassung der programmierbaren Steuerungseinrichtung, ohne dass hierzu eine erneute postoperale Eröffnung des Körpergewebes erforderlich ist, ist die programmierbare Steuerungseinrichtung mit einer als Implantat ausgeführten drahtlosen Programmierschnittstelle ausgebildet.
-
Eine Arretiereinrichtung mit einem einfachen steuerbaren veränderbaren Beugewiderstand wird erreicht, indem die Arretiereinrichtung aus einem mit der femoralen oder tibialen Komponente ausgeführten Elektromagnetelement und einem mit der jeweils anderen Komponente ausgeführten, hiermit korrespondierenden Kraftschlusselement gebildet ist, wobei die Sperrung durch einen magnetischen Kraftschluss zwischen dem Elektromagnetelement und dem Kraftschlusselement erfolgt. Das Kraftschlusselement kann entweder ein ferromagnetisches Element oder ein weiteres Elektromagnetelement mit umgekehrter Polung sein. Durch die Erhöhung des Stromdurchflusses lässt sich die Magnetfeldstärke des oder der Elektromagnetelementen erhöhen, wodurch sich aufgrund des gegenüber dem Kraftschlusselement ausgeübten Kraftschlusses der Beugewiderstand erhöht. In umgekehrter Weise lässt sich der Beugewiderstand verringern. Die Regulierung des Stromflusses erfolgt durch das vom Aktormittel oder der Steuerungseinrichtung übermittelte Signal. Die Position, Größe und Form sowie die Ausgestaltung des oder der Elektromagnetelementen und des Kraftschlusselements sowie die mit dem oder den Elektromagnetelementen maximal erzielbare Magnetfeldstärke sind derart gewählt, dass der Kraftschluss die Kniegelenks-Endoprothese in Streckungslage gegenüber der im Stand und bei einer Abstützbelastung durch die Körpermasse wirkenden Druckbelastung stabil sperrt.
-
Eine weitere Arretiereinrichtung mit einem einfachen steuerbaren veränderbaren Beugewiderstand wird erreicht, indem das Arretiereinrichtung aus einem oder einer Anordnung von mehreren pneumatisch, hydraulisch oder hydropneumatisch wirkenden Zylindermitteln mit einer steuerbaren Ventileinrichtung gebildet ist, wobei das Zylindermittel oder die Zylindermittelanordnung auf die femorale und tibiale Komponente wirken. Die Steuerung der Ventileinrichtung erfolgt durch das vom Aktormittel oder der Steuerungseinrichtung übermittelte Signal, Jedes einen bestimmten Beugungswinkel repräsentierende Signal kann hierbei über die Steuerung des Zustands der Ventileinrichtung die Beaufschlagung des Zylindermittels oder der Zylindermittelanordnung beeinflussen. Durch die Änderung der Beaufschlagung wird der vom Zylindermittel oder der Zylindermittelanordnung jeweils auf die femorale und tibiale Komponente ausgeübte Beugewiderstand eingestellt.
-
Zur einfachen Stromversorgung des Sensormittels und/oder des Aktormittels und/oder der Steuerungseinrichtung und/oder der Arretiereinrichtung ist oder sind ein oder mehrere Batterie- oder Akkumulatormittel vorgesehen, welche als integraler Bestandteil des Implantats ausgeführt sind.
-
Zur Ermöglichung einer einfachen Wiederaufladung der vorstehenden Ausführung bei der Ausgestaltung mit einem oder mehreren Akkumulatormittel(n) ist zur Aufladung eine als Implantat ausgeführte Induktionsschnittstelle und eine extern ausgeführte Ladeeinrichtung mit einer korrespondierenden Schnittstelle vorgesehen. Dies ermöglicht die Aufladung der Akkumulatormittel durch die Haut hindurch, ohne dass hierzu eine erneute postoperale Eröffnung des Körpergewebes erforderlich ist.
-
Sofern eine als Teils des Implantats ausgeführte Stromversorgung nicht möglich oder gewünscht ist, kann eine drahtlose externe Stromversorgung für das Sensormittel und/oder die Steuerungseinrichtung und/oder die Arretiereinrichtung durch eine als Implantat ausgeführte Induktionsschnittstelle und ein oder mehrere extern ausgeführte Batterie- oder Akkumulatormittel mit einer korrespondierenden Schnittstelle realisiert werden. Auch hierdurch wird eine dauerhafte Stromversorgung der implantierten Komponenten ohne dauerhafte oder turnusmäßige postoperale Eröffnung des Körpergewebes ermöglicht.
-
Die erfindungsgemäße Kniegelenk-Endoprothese wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine im Stand der Technik bekannte Kniegelenk-Endprothese in perspektivischer Darstellung,
-
2 die Rückseite einer Kniegelenk-Endoprothese gemäß 1 mit einer Arretiereinrichtung in Frontaldarstellung.
-
1 zeigt eine im Stand der Technik bekannte, als kondylär geführtes, teilgekoppeltes „condylar constrained knee” ausgeführte Kniegelenk-Endoprothese 1. 2 zeigt die Rückseite der Kniegelenk-Endoprothese gemäß 1 in Frontaldarstellung mit der räumlichen Anordnung einer Arretiereinrichtung. Die femorale Komponente der Kniegelenk-Endoprothese 1 ist als Femurteil 2 ausgebildet, welche als eine im Oberschenkelknochen (Femur) intramedullär verankerbare Stielprothese ausgeführt ist. Hierzu wird der stielförmige Abschnitt 2a in den Markraum des Oberschenkelknochens eingeführt und verankert. Die tibiale Komponente der Kniegelenk-Endoprothese 1 ist als Tibiateil 3 ausgebildet, welche als eine im Schienbein (Tibia) intramedullär verankerbare Stielprothese ausgeführt ist. Hierzu wird der stielförmige Abschnitt 3a in den Markraum des Schienbeins eingeführt und verankert. Die Doppelpfeile a und b erläutern die zwischen Femur und Tiba möglichen – d. h. durch die Kniegelenk-Endoprothese 1 nicht gekoppelten – relativen Bewegungsrichtungen. Doppelpfeil a zeigt die Richtungen der relativen Verschwenkung des Femurteils 2 gegenüber dem Tibiateil 3 bei einer Beugung oder Streckung der Kniegelenk-Endoprothese 1 um eine Querachse (Transversalachse) im Kontaktbereich der beiden Komponenten 1 und 2. Hierbei vollziehen das Femurteil 2 und das Tibiateil 3 eine kombinierte Roll- und Gleitbewegung, indem die den Kondylen des natürlichen Femurs nachempfunden künstlichen Kondylenabschnitte 2b und 2c in den korrespondierenden Gleichflächen 3b und 3c, welche den Gleitflächen des natürlichen Tibiaplateaus nachempfunden sind, geführt sind. Der Doppelpfeil b zeigt die beiden Bewegungsrichtungen der relativen Rotation der Tibia gegen das Femur um ihre Längsachse (Longitudinalachse) bei der Drehung von Fuß und Unterschenkel nach innen oder außen. In 2 ist die Anordnung einer Arretiereinrichtung 4 innerhalb der Kniegelenk-Endoprothese 1 dargestellt. Die Arretierseinrichtung 4 umfasst einen in das Femurteil 2 ragenden, in diesem in den durch den Doppelpfeil c symbolisierten Bewegungsrichtungen verschiebbar gelagerten Abschnitt 4a und einen im Tibiateil 3 verankerten Abschnitt 4b. Die beiden Abschnitte 4a und 4b der Arretiereinrichtung 4 sind über die Querachse 5 rotationsbeweglich verbunden. Bei der Verschwenkung des Femurteils 2 gegenüber dem Tibiateil 3 bei einer Beugung oder Streckung der Kniegelenk-Endoprothese 1, welche eine kombinierte Roll- und Gleitbewegung ist, rotieren die beiden Abschnitte 4a und 4b um die Querachse 5, wobei sich der Abschnitt 4a gleichzeitig in den durch den Doppelpfeil c symbolisierten Bewegungsrichtungen relativ gegenüber dem gleitenden Femurteil 2 verschiebt. Die Arretiereinrichtung wirkt hierzu mit einem in 2 nicht dargestellten Sperrmittel auf den Femurteil 2 und das Tibiateil 3, indem sie diese in der Streckungslage der Kniegelenk-Endoprothese 1 gegen eine Schwenkbewegung in Beugungsrichtung in Beugungsrichtung kraft- und formschlüssig lösbar sperrt. Die Sperrung kann vom Träger durch eine Entlastung der Kniegelenk-Endoprothese wieder gelöst werden.
-
4. Gewerbliche Anwendbarkeit:
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Anwendung als Kniegelenk-Endoprothese beim Verlust von Funktionen des aktiven auf das Kniegelenk bezogenen Bewegungsapparates, insbesondere des Streckapparates.
