DE19735875A1

DE19735875A1 - Schaft für eine Hüftgelenk-Endoprothese

Info

Publication number: DE19735875A1
Application number: DE19735875A
Authority: DE
Inventors: Bodo Gnutzmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 1999-03-04

Description

Die Erfindung betrifft einen (Prothesen-)Schaft für eine Hüftgelenk-Endoprothese, der an seinem oberen Ende einen seitlich schräg nach oben vorstehenden, kugelförmigen Ge lenkkopf bzw. eine im allgemeinen als kegelförmiger Zapfen ausgebildete Aufnahme für einen Gelenkkopf aufweist, und dessen bzgl. ihrer Breite von oben nach unten abnehmende Außenkontur dem Knochenmarkkanal eines zu versorgenden Femurknochens wenigstens abschnittsweise im wesentlichen angepaßt ist.

Prothesenschäfte für Hüftgelenk-Endoprothesen sind bzgl. ihrer Form, Länge, ihres Materials etc. in unterschied lichsten Ausgestaltungen bekannt. Da der Querschnitt des Knochenmarkraums vom oberen Ende des Femurs zunächst über einen längeren Abschnitt stetig abnimmt, ist auch die (im implantierten Zustand im wesentlichen quer zur Gehrichtung gerichtete) Schaftbreite der Form des Knochenmarkkanals im wesentlichen angepaßt, damit sich der Schaft im implan tierten Zustand in möglichst zweckmäßiger Weise am Kno chengewebe abstützen kann. Dabei ergeben sich jedoch beim Einsetzen des Schaftes häufig Schwierigkeiten, weil der Knochenmarkkanal nicht linear verläuft, sondern bereits oberhalb seiner engsten Stelle s- bzw. wellenförmig (wenn gleich regelmäßig mit verhältnismäßig kleiner Amplitude), und zwar ist er im oberen Bereich entgegen der Gehrichtung konkav nach hinten gekrümmt und in dem sich hieran an schließenden Bereich in Gehrichtung nach vorn. Wenn ein starrer Schaft so ausgebildet ist, daß er im implantierten Zustand den Knochenmarkkanal (zumindest in Richtung der Schaftbreite) im wesentlichen voll ausfüllt, läßt er sich häufig nur unter Beschädigung des Knochengewebes eintrei ben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei nen gattungsgemäßen Prothesenschaft zu schaffen, der sich ohne Beschädigung des Knochengewebes in den Knochenmarkka nal eintreiben läßt, und der dennoch im implantierten Zu stand im wesentlichen flächig an der Innenwand des Kno chenmarkkanals anliegt und dementsprechend günstig abzu stützen ist, und zwar selbst dann, wenn der Knochenmark kanal relativ stark gekrümmt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Schaft aus mehreren jeweils einen Schaft-Längs abschnitt bildenden, gelenkig miteinander verbundenen (Schaft-)Segmenten besteht, die im bei seinem Eintreiben in den Knochenmarkkanal vorliegenden Ausgangszustand quer zur Schaftlängsrichtung relativ zueinander verschwenkbar sind, und die im implantierten Zustand mittels einer die Segmente im wesentlichen mittig in Schaftlängsrichtung durchsetzenden, flexiblen Längsspanneinrichtung unter Bil dung eines starren Schaftes fest gegeneinander zu verspan nen sind.

Dabei liegen einander benachbarte Segmente vorzugsweise zwar auch im Ausgangszustand bereits aneinander an (sind also in Schaftlängsrichtung nicht relativ zueinander be wegbar), doch können sie beim Eintreiben des Schaftes re lativ zueinander verschwenkt werden, um sich den vor handenen Markraumkrümmungen anzupassen, wobei sich der Schwenkwinkel zwischen zwei einander benachbarten Seg menten während des Eintreibens regelmäßig verändert, und auch im implantierten Zustand regelmäßig ein relatives Verschwenken gegenüber dem gestreckten Ausgangszustand vorliegt, die Schwenkwinkel sich aber regelmäßig gegenüber den beim Eintreiben vorliegenden verändert haben. Im im plantierten Zustand werden die Segmente sodann mittels der Längsspanneinrichtung so gegeneinander verspannt, daß ein Verschwenken unter Belastung nicht mehr möglich ist. Der Schaft wirkt dann mithin wie ein starrer Schaft.

In bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Gelenke zwischen zwei einander benachbarten Seg menten jeweils als Gleitlager ausgebildet, und zwar vor zugsweise so, daß an der einem benachbarten Segment Zuge kehrten Stirnseite eines Segmentes eine teilzylindrische konvexe Lagerfläche und an der entsprechenden Stirnseite des benachbarten Segmentes eine entsprechende konkave La gerfläche ausgebildet ist. Grundsätzlich könnten die La gerflächen ersichtlich auch kugelkalottenförmig ausgebil det sein, so daß einander benachbarte Segmente jeweils in allen quer zur Schaftlängsrichtung verlaufenden Richtungen relativ zueinander verschwenkbar wären. Dieses ist jedoch deshalb schwierig zu verwirklichen, weil die rechtwinklig zur Schaftbreite gerichtete Schafttiefe regelmäßig kleiner als die Schaftbreite ist. Auch wäre grundsätzlich eine Ausbildung der Gelenke als Kardangelenke denkbar. Eine solche Gelenkausbildung ist jedoch für Prothesenschäfte weniger geeignet, zumal eine in allen Querrichtungen mögliche Schwenkbewegung ans ich aufgrund der Kno chenmarkraumgeometrie gar nicht erforderlich ist.

Die Schwenkachse der Gelenke ist bevorzugt jeweils im we sentlichen parallel zur Schaftbreite gerichtet, so daß sich die Segmente beim Eintreiben des Schaftes in bzw. entgegen der Gehrichtung verschwenken lassen.

Die Lagerflächen erstrecken sich bevorzugt im wesentlichen über die gesamte Breite des Schaftes an der Gelenkstelle. Ihre (in der Breite des Schaftes gemessene) Länge kann je doch auch kleiner als die Schaftbreite eines Segmentes an dessen betreffender Stirnseite sein. Dieses hat den Vor teil, daß einander benachbarte Segmente sich nicht quer zur Schaftlängsrichtung gegeneinander schieben lassen, sondern nur relativ zueinander schwenkbar sind.

Um ein relatives Verschwenken zweier einander benachbarter Segmente in besonders zweckmäßiger Weise zu ermöglichen, kann der die konkave Lagerfläche aufweisende Endabschnitt eines Segmentes bzgl. seiner quer zur Schaftbreite verlau fenden Tiefe über einen Längsabschnitt schmaler als die Tiefe des benachbarten Segmentes an dessen betreffender Stirnseite ausgebildet sein.

Im übrigen hat es sich als höchst zweckmäßig erwiesen, wenn die Lagerflächen mit einer parallel zur Schwenkachse verlaufenden Feinverzahnung mit einer Zahnhöhe von vor zugsweise höchstens etwa 0,2-0,4 mm versehen sind, so daß im nichtverspannten Ausgangszustand bis zur vollstän digen Implantation ein relatives Verschwenken möglich ist, im implantierten Zustand aber beim Anziehen der Längs spanneinrichtung nicht nur ein Reibschluß zwischen den Lagerflächen vorliegt, sondern ein Formschluß, mit dem ein relatives Verschwenken zweier einander benachbarter Seg mente im implantierten Zustand unter Belastung noch siche rer auszuschließen ist.

Die Längsspanneinrichtung besteht bevorzugt aus einem Drahtseil od. dgl., an dessen unterem Ende ein am unt ersten Segment abstützbarer Anschlag befestigt ist, und an dessen oberem Endabschnitt ein Spannmittel angeordnet ist, welches aus einer am oberen Ende des Seils befestig ten Gewindebuchse sowie wenigstens einer auf diese auf schraubbaren Mutter bestehen kann, die in einer am oberen Endabschnitt des obersten Segmentes ausgebildeten entspre chenden Aufnahmeöffnung abzustützen ist. Der Anschlag kann in einer zweckmäßigen Ausbildung konus- bzw. trichterför mig ausgebildet und in einer entsprechend geformten Auf nahmeöffnung des untersten Segmentes aufzunehmen bzw. ab zustützen sein.

Der Seildurchmesser der Längspanneinrichtung ist zweckmä ßigerweise etwas kleiner als der Durchmesser der die Seg mente jeweils in Schaftlängsrichtung durchsetzende Durch gangsbohrungen, damit bei relativ großem Schwenkwinkel kein scharfkantiges Abknicken des Seils erfolgt.

Bei einer sog. Kurzschaftprothese besteht der Schaft vor zugsweise aus fünf oder sechs Segmenten, doch kann die An zahl der Segmente - insbesondere bei Langschaftprothesen - ggf. auch größer sein. Der Schaft sollte im allgemeinen wenigstens vier Segmente aufweisen.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematisierte perspektivische Dar stellung eines erfindungsgemäßen Schaftes in Explosionsdarstellung ohne Längsspann einrichtung;

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 etwas vergrößert dar gestellte Längsspanneinrichtung ebenfalls in Explosionsdarstellung;

Fig. 3 eine Seitenansicht des zusammengefügten Schaftes gem. Fig. 1 (in einem etwas ande ren Maßstab) auf die Breite des Schaftes gesehen;

Fig. 4 eine rechtwinklig zur Darstellung gem. Fig. 3 gerichtete Seitenansicht auf einen grund sätzlich ähnlichen Schaft, der jedoch statt fünf Segmente sechs Segmente aufweist;

Fig. 5 eine ebenfalls schematisierte Teildarstel lung zweier Segmente, deren Lagerflächen mit einer Feinverzahnung versehen sind; und

Fig. 6 eine vergrößerte Teildarstellung in Rich tung des Pfeils VI in Fig. 5 gesehen, in welcher die Verzahnung der einen Lager fläche angedeutet ist.

Fig. 1 zeigt in einer schematisierten, perspektivischen Explionsdarstellung (in Seitenansicht, etwas schräg von unten gesehen) einen im ganzen mit 1 bezeichneten Schaft für eine Hüftgelenk-Endoprothese, jedoch ohne dessen Längsspanneinrichtung 2, die in Fig. 2 (ebenfalls in Explosionsdarstellung) in einer etwas vergrößerten Dar stellung wiedergegeben ist.

Der Schaft 1 weist an seinem oberen Ende eine als kegel förmiger Zapfen 3 ausgebildete Aufnahme für einen nicht dargestellten, kugelförmigen Gelenkkopf auf. Die Außen kontur des Schaftes 2 ist dem Knochenmarkkanal eines zu versorgenden Femurknochens zumindest bzgl. der von oben nach unten abnehmenden Breite B im wesentlichen angepaßt, bzgl. der rechtwinklig hierzu verlaufenden Tiefe T jedoch erst im unteren Schaftabschnitt. Dabei sind die Ränder des Schaftes 1 in der schematischen Darstellung gem. Fig. 1 zwar scharfkantig gezeichnet, tatsächlich aber selbstver ständlich abgerundet.

Der Schaft 1 besteht bei dem in Fig. 1 dargestellten Aus führungsbeispiel aus fünf Segmenten 4-8, die im montier ten Ausgangszustand (siehe Fig. 3) in Schaftlängsrichtung 10 jeweils so aneinander liegen, daß sie in Längsrichtung 10 praktisch nicht beweglich, jedoch relativ zueinander verschwenkbar sind.

Die Gelenke 11 zwischen zwei einander benachbarten Segmen ten 4, 5; 5, 6; . . . sind jeweils als Gleitlager ausgebil det. Hierfür ist an der einem benachbarten Segment (z. B. 4) zugekehrten oberen Stirnseite 5' eines Segmentes 5 eine teilzylindrische konvexe Lagerfläche 12 und an der ent sprechenden unteren Stirnseite 4' des benachbarten Segmen tes 4 eine entsprechende konkave Lagerfläche 13 ausgebil det. Die Lagerflächen 12, 13 können sich über die gesamte Breite B des Schaftes 1 an der jeweiligen Gelenkstelle er strecken. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei spiel ist die Breite b jedoch etwas kleiner als die Breite B im Bereich der Außenkontur der Segmente. Auch bzgl. der Tiefe t ist der die konkave Lagerfläche 13 aufweisende Endabschnitt 14 jedes Segmentes 5-8 schmaler als die Tiefe T des benachbarten Segmentes (z. B. 4) an dessen betreffender Stirnseite (4'). Die Schwenkachse 15 der Gelenke 11 verläuft jeweils im wesentlichen parallel zur Schaftbreite B.

Wie aus den schematisierten Darstellungen gem. den Fig. 5 und 6 hervorgeht, sind die Lagerflächen 12, 13 jeweils mit einer parallel zur Schwenkachse 15 verlaufenden Fein verzahnung 16 mit einer Zahnhöhe z von 0,3 mm versehen.

Die Längsspanneinrichtung 2 besteht im wesentlichen aus einem Drahtseil 17 aus einem gewebeverträglichen Metall (z. B. V4A, Titan od. dgl.), an dessen unterem Ende ein am untersten Segment 8 (bzw. 9; siehe Fig. 4) abstützbarer Anschlag 18 befestigt ist, und an dessen oberem Endab schnitt ein Spannmittel 19, 20 befestigt ist. Das Spann mittel 19, 20 besteht aus einer am oberen Ende des Seils 17 befestigten Gewindebuchse 19 und (wenigstens) einer auf diese aufschraubbaren Mutter 20, die in einer am oberen Endabschnitt des obersten Segmentes 4 ausgebildeten ent sprechenden Aufnahmeöffnung 21 abzustützen ist. Der Durch messer der Aufnahmeöffnung 21 ist also größer als der Durchmesser der Mutter 20. Statt der in Fig. 2 beispiel haft eingezeichneten Mutter kann diese zweckmäßigerweise eine mit einem Innensechskant versehene Mutter sein.

Der Durchmesser d des Seiles 17 ist etwas kleiner als der Durchmesser D der die Segmente 4-8 bzw. 9 jeweils in Schaftlängsrichtung 10 durchsetzenden Durchgangsbohrungen 21, der wiederum etwas größer als der Durchmesser D' der Gewindebuchse 19 ist
Es sei noch darauf verwiesen, daß der Schaft 1 gem. Fig. 4 dem Schaft 1 gem. den Fig. 1 und 3 im wesentlichen ent spricht und sich von diesem lediglich dadurch unterschei det, daß er statt aus fünf aus sechs Segmenten 4-9 be steht.

Um den Schaft in seinen Ausgangszustand zu versetzen, wird das mit dem Anschlag 18 und der Gewindebuchse 19 fest ver bundene Drahtseil 17 der Längsspanneinrichtung 2 durch das unterste Segment 8 bzw. 9 in dessen Durchgangsbohrung 21 eingeführt. Sodann wird das darüberliegende Segment 7 so aufgefädelt, daß seine Lägerfläche 13 der räumlichen Lage der Lagerfläche 12 des untersten Segmentes 8 bzw. 9 ent spricht etc. Sind alle Segmente 4-8 bzw. 4-9 so ange ordnet, daß ihre Lagerflächen 12, 13 jeweils aneinander liegen, so ragt die Gewindebuchse 19 in denjenigen Ab schnitt 21' am oberen Ende des Segmentes 4 vor, dessen Durchmesser gegenüber den Durchgangsbohrungen 21 so er weitert ist, daß die Mutter 20 aufgenommen werden kann. Diese wird sodann auf die Gewindebuchse 19 aufgeschraubt und stützt sich schließlich an der Schulter 22 zwischen dem Abschnitt 21' und dem Abschnitt 21 der Durchgangsboh rung des obersten Segmentes 4 ab. Die Mutter 20 wird in diesem Ausgangszustand noch nicht fest angezogen, so daß die Segmente jeweils um ihre Schwenkachse 15 relativ zu einander verschwenkbar sind.

In diesem Zustand wird der Schaft 1 in den Knochenmark kanal eingetrieben. Dabei können einander benachbarte Segmente 4, 5 bzw. 4, 5 etc. relativ zueinander ver schwenken und sich dem wellenförmigen Verlauf des Kno chenmarkkanals jeweils anpassen.

In der vollständig eingetriebenen Implantationsstellung wird sodann die Mutter 20 fest angezogen. Hierdurch werden die zumindest teilweise gegeneinander verschwenkten Seg mente 2-9 fest gegeneinander verspannt, so daß sie spä ter bei Belastung nicht mehr relativ zueinander verschwen ken können. Dieses wird durch die an den Lagerflächen 12, 13 vorgesehene Feinverzahnung 16 noch unterstützt. Ggf. kann eine Kontermutter vorgesehen werden, um ein Lösen der Mutter 20 zu verhindern.

Mit dem erfindungsgemäßen Prothesenschaft ist es mithin möglich, bereits beim Eintreiben eine optimale Anpassung an die jeweiligen wellenförmigen Krümmungen des Knochen markkanals zu erzielen, ohne daß das Knochengewebe dabei beschädigt wird. Im implantierten Zustand ergibt sich eine flächige Abstützung am Knochengewebe, die zur Übertragung und Aufnahme der vom Oberkörper ausgeübten Last besonders zweckmäßig ist. Es ist für den Fachmann ohne weiters er kennbar, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens gegenüber den Ausführungsbeispielen zahlreiche - zum Teil bereits benannte - Modifikationen möglich sind, insbesondere bzgl. der Ausbildung der Gelenke 11 und der Längsspanneinrich tung 2, wobei der Basisgedanke mithin darin besteht, den Schaft 1 nicht wie im Stand der Technik von vorn herein starr auszubilden, sondern aus einer Mehrzahl gelenkig miteinander verbundener Schaftsegmente, die beim Implan tieren (in wenigstens einer quer zur Schaftlängsrichtung gerichteten Richtung) relativ zueinander verschwenkbar sind, und die im implantierten Zustand mittels der Längs spanneinrichtung 2 (sowie ggf. einer Feinverzahnung 16) so fest gegeneinander zu verspannen sind, daß ein Verschwen ken im implantierten Zustand auch unter Last nicht mehr möglich ist.

Bezugszeichenliste

1

Schaft

2

Längsspanneinrichtung

3

Zapfen

4

Segment

4

' untere Stirnseite (von

4

)

5

Segment

5

' obere Stirnseite (von

5

)

6

Segment

7

Segment

8

Segment

9

Segment

10

Schaftlängsrichtung

11

Gelenke

12

(konvexe) Lagerfläche

13

(konkave) Lagerfläche

14

Endabschnitt

15

Schwenkachse

16

Feinverzahnung

17

Drahtseil (von

2

)

18

Anschlag (an

17

)

19

Gewindebuchse Spannmittel

20

Mutter Spannmittel

21

,

21

' Durchgangsbohrungen (von

4-9

)

22

Schulter

Claims

1. Schaft für eine Hüftgelenk-Endoprothese, der an sei nem oberen Ende einen kugelförmigen Gelenkkopf bzw. eine Aufnahme für einen Gelenkkopf aufweist, und dessen Außen kontur dem Knochenmarkkanal eines zu versorgenden Femur knochens wenigstens abschnittsweise im wesentlichen ange paßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (1) aus mehreren jeweils einen Schaft-Längsabschnitt bildenden, gelenkig miteinander verbundenen (Schaft-)Segmenten (4 bis 9) besteht, die im Ausgangszustand quer zur Schaft längsrichtung (10) relativ zueinander verschwenkbar sind, und die im implantierten Zustand mittels einer die Segmen te (4 bis 9) im wesentlichen mittig in Schaftlängsrichtung (10) durchsetzenden, flexiblen Längsspanneinrichtung (2) fest gegeneinander zu verspannen sind.

2. Schaft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (11) zwischen zwei einander benachbarten Seg menten (z. B. 4, 5) jeweils als Gleitlager ausgebildet sind.

3. Schaft nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der einem benachbarten Segment (z. B. 4) zugekehrten Stirnseite (5') eines Segmentes (5) eine teilzylindrische konvexe Lagerfläche (12) und an der entsprechenden Stirn seite (4') des benachbarten Segmentes (4) eine entspre chende konkave Lagerfläche (13) ausgebildet ist.

4. Schaft nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (15) der Gelenke (11) jeweils im wesentlichen parallel zur Schaftbreite (B) verläuft.

5. Schaft nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß sich die Lagerflächen (12, 13) im wesentlichen über die gesamte Breite (B) des Schaftes (1) an der Ge lenkstelle (11) erstrecken.

6. Schaft nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die konkave Lagerfläche (13) aufweisende Endabschnitt (14) eines Segmentes (5 bis 9) bzgl. seiner Tiefe (t) schmaler als die Tiefe (T) des benachbarten Segmentes (z. B. 4) an dessen betreffender Stirnseite (4') ist.

7. Schaft nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflächen (12, 13) mit einer parallel zur Schwenkachse (15) verlaufenden Feinverzahnung (16) versehen sind.

8. Schaft nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnhöhe (z) der Feinverzahnung (16) etwa 0,2-0,4 mm beträgt.

9. Schaft nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsspannein richtung (2) im wesentlichen aus einem Drahtseil (17) od. dgl. besteht, an dessen unterem Ende ein am untersten Seg ment (8; 9) abstützbarer Anschlag (18) befestigt ist, und an dessen oberen Endabschnitt ein Spannmittel (19, 20) an geordnet ist.

10. Schaft nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (18) konus- bzw. trichterförmig ausgebildet ist und in einer entsprechend geformten Aufnahmeöffnung des untersten Segmentes (8; 9) aufzunehmen bzw. abzu stützen ist.

11. Schaft nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, daß das Spannmittel (19, 20) aus einer am oberen En de des Seils (17) befestigten Gewindebuchse (19) sowie we nigstens einer auf diese aufschraubbaren Mutter (20) be steht, die in einer am oberen Endabschnitt des obersten Segmentes (4) ausgebildeten entsprechenden Aufnahmeöffnung (21') abzustützen ist.

12. Schaft nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Seildurchmesser (d) kleiner als der Durchmesser (D) der die Segmente (4 bis 9) jeweils in Schaftlängsrichtung (10) durchsetzenden Durch gangsbohrungen (21) ist.

13. Schaft nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus wenigstens vier Segmenten (4 bis 9) besteht.