DE202005019383U1

DE202005019383U1 - Endoprothese mit Zwischenteil

Info

Publication number: DE202005019383U1
Application number: DE200520019383
Authority: DE
Original assignee: Waldemar Link GmbH and Co KG
Current assignee: Link America Inc
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2015-12-13

Abstract

Endoprothese zum Ersatz eines Gelenks umfassend eine mit einem unteren Knochen (91) zu verbindende Komponente (1), die eine unterseitige Gleitfläche (11) aufweist, eine mit einem oberen Knochen (92) zu verbindende Komponente (4), die eine oberseitige Gleitfläche (44) aufweist und ein Zwischenteil (2), das an seiner Unter- und Oberseite jeweils eine Gleitfläche (21, 24) aufweist, die mit den Gleitflächen (11, 44) der vorgenannten Komponenten (1, 4) jeweils eine Bewegungsebene für ein Lager bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannreif (3) das Zwischenteil (2) an dessen Seitenflächen umschließt und an dem Zwischenteil (2) frei von den durch die Gleitflächen (11, 44) bestimmten Bewegungsebenen angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoprothese zum Ersatz eines Gelenks umfassend eine mit einem unteren Knochen zu verbindende Komponente, die eine oberseitige Gleitfläche aufweist, eine mit einem oberen Knochen zu verbindende Komponente, die eine unterseitige Gleitfläche aufweist, und ein Zwischenteil, das an seiner Unter- und Oberseite jeweils eine Gegengleitfläche aufweist, die mit den Gleitflächen der vorgenannten Komponenten je ein Lager bildet.
Derartige Endoprothesen werden beispielsweise zum Ersatz des Sprunggelenks verwendet. (FR-A-2 676 917, WO-A-03/075802, WO-A-2005/030098). Dabei wirken die Komponenten und das Zwischenteil über Gleitflächen zusammen, die Beugung und Streckung in einer Sagittalebene ermöglichen. Die Sagittalebene ist hierbei eine Ebene die durch AP-Richtung und die Hochachse definiert ist. Die Komponente am Schienenbein und das Zwi schenteil bilden zusammenwirkende Gleitflächen, die eine Rotation um die Hochachse erlauben. Sie können eben ausgeführt sein, um Ausgleichsbewegungen in AP- und LM(Lateral-Medial)-Richtung zu ermöglichen. Die Stabilisierung geschieht durch den natürlichen Bandapparat.
Auf dem Zwischenteil ruht die gesamte Last der Endoprothese. Es ist damit hoch belastet. In der Praxis hat sich gezeigt, dass es unter hoher Belastung zu einem "Arbeiten" des üblicherweise aus einem Polyethylen ausgeführten Zwischenteils kommen kann. Es besteht dadurch die Gefahr, dass bei erhöhten Belastungen, wie sie bspw. in Folge von Bewegungsdynamik (insbesondere beim Treppensteigen oder Springen) auftreten können, es zur Überlastung und damit einer unkontrollierten Verformung des Zwischenteils kommen kann. Übermäßiger Verschleiß, Kaltfluss oder gar ein Ausfall der Prothese durch Materialversagen können die Folge sein.
Der Erfindung liegt ausgehend von dem genannten Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine Endoprothese der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie hohe Lasten sicherer tragen kann.
Die erfindungsgemäße Lösung liegt in einer Prothese mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Danach ist bei einer Endoprothese zum Ersatz eines Gelenks umfassend eine mit einem unteren Knochen zu verbindende Komponente, die eine oberseitige Gleitfläche aufweist, eine mit einem oberen Knochen zu verbindende Komponente, die eine unterseitige Gleitfläche aufweist, und einem Zwischenteil, das an seiner Unter- und Oberseite jeweils eine Gleitfläche auf weist, die mit den Gleitflächen der vorgenannten Komponenten jeweils eine Bewegungsebene für ein Lager bestimmen, gemäß der Erfindung vorgesehen, dass ein Spannreif das Zwischenteil an dessen Seitenflächen umschließt und an dem Zwischenteil frei von den durch die Gleitflächen bestimmten Bewegungsebenen angeordnet ist.
Mit dem Spannreif als eine bezogen auf das Polyethylen zugfestere Umgürtung erhöht sich der resultierende Gesamtelastizitätsmodul des Zwischenteils. Zweckmäßigerweise ist der Spannreif dazu aus einem solchen Material, dass er einen mindestens fünfzigfach, vorzugsweise mindestens hundertfach höheren Elastizitätsmodul als das Polyethylen aufweist. Mit dem Spannreif als eine zugfeste Umgürtung wird einer Verbiegung des Zwischenteils unter Last entgegen gewirkt. Das Zwischenteil kann damit auch höheren Lasten widerstehen, ohne sich zu verformen. Damit kann mit dem erfindungsgemäßen Spannreif eine Verstärkung des Zwischenteils erreicht werden. Dank der erfindungsgemäßen Anordnung des Spannreifs bleiben die Bewegungsflächen, wie sie durch die Gleitflächen des oberen und unteren Lagers bestimmt sind, frei. Damit bleibt trotz der Verstärkung durch den Spannreif die Beweglichkeit der Endoprothese in allen Gelenkfunktionen erhalten. Dies gilt nicht nur für den normalen Bewegungsbereich der Endoprothese, sondern auch bei darüber hinaus gehenden Bewegungen, wie sie bei Knickung (zum Beispiel Umknicken des Fusses) auftreten können.
Es ist zwar bekannt gewesen, als Bestandteil von Kniegelenkendoprothesen fungierende Plateaus aus Polyethylen dadurch zu verstärken, dass an seiner auf der Tibia aufliegenden Unterseite eine Metallplatte vorgesehen ist. Damit wurde das Plateau aus Polyethylen von seiner Rückseite her so verstärkt, dass es unter Biegebeanspruchung weniger nachgab. Diese aus der EP-A-0 829 243 bekannte Verstärkungsmaßnahme ist aber ausschließlich bei solchen Prothesen anwendbar, die nur auf einer Seite eine Gleitfläche aufweisen. Bei einer gattungsgemäßen Endoprothese weist das Zwischenteil sowohl an seiner Ober- wie auch an seiner Unterseite Gleitflächen auf, so dass die Anwendung einer solchen Verstärkungsplatte ausscheidet. Entsprechendes gilt für einen Verstärkungsring, wie er aus der US-A-5 766 256 bekannt ist. Auch dieser Ring ist an der Unterseite angeordnet, die nicht als Gelenkfläche dient.
Vorzugsweise ist der Spannreif zweizonig ausgeführt, mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Gürtungszone und einer Spreizschutzzone, die sich an die Gürtungszone anschließt. Dabei braucht die Spreizschutzzone nicht umlaufend vorgesehen zu sein, sondern es genügt in der Regel, wenn sie an zwei gegenüberliegenden Seiten vorgesehen ist. Mit der Spreizschutzzone wird zusätzlich einem Divergieren der äußeren Abschnitte des Zwischenteils unter hoher Biegebeanspruchung entgegen gewirkt.
Vorzugsweise ist die Ober- und/oder Unterkante des Spannreifs an die Kontur der jeweils benachbarten Gleitfläche angepasst. Unter angepasst wird hierbei verstanden, dass in der Seitenansicht gesehen die Kante des Spannreifs einen konstanten Abstand zu der Kante der benachbarten Gleitfläche aufweist. Ist die Gleitfläche bspw. eine Ebene, so ist deren Kante eine Gerade und die entsprechende Kante des Spannreifs ebenfalls eine Gerade; entsprechendes gilt für eine gewölbte Gleitfläche mit einer kreisbogenförmigen Kante. Es sei angemerkt, dass der Begriff der Bewegungsebene weit zu verstehen ist und auch gewölbte Konturen umfasst.
Zweckmäßigerweise weist der Spannreif an seiner Unterkante zumindest an zwei Seiten eine Anschrägung auf, die so ausgebildet ist, dass sie glatt in das Zwischenteil übergeht. Weiter weist der Spannreif an seiner Innenseite vorzugsweise eine wulstartige Hervorstehung auf, die in eine entsprechende Ausnehmung am Zwischenteil eingreift. Damit ist der Spannreif gegenüber einer unerwünschten Verschiebung aus seiner vorgesehen Position gesichert. Es können aber auch andere Befestigungstechniken vorgesehen sein, wie eine Klebung oder eine Klemmung, die insbesondere durch Aufschrumpfen des Spannreifs auf das Zwischenteil erzeugt ist. Es kann auch eine formschlüssige Verbindung vorgesehen sein, wie Verstiften oder Verschrauben.
Um dem Spannreif eine definierte Position an dem Zwischenteil zu geben, weist es an seiner Ober- oder Unterseite einen Flansch auf, an dem der Spannreif anliegt. Dies erleichtert die Montage des Spannreifs, da die vorgesehene Position klar definiert ist. Ferner wird erreicht, dass die Gleitfläche des Zwischenteils nicht wegen des Spannreifs verkleinert zu werden braucht. Damit ist die Flächenbelastung nicht höher als bei der herkömmlichen Ausführung des Zwischenteils ohne Spannreif.
Zweckmäßigerweise ist der Spannreif derart bemessen, dass seine Oberkante und seine Unterkante rundherum einen Abstand von mindestens 1 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 mm, zu dem Rand der jeweiligen Gleitfläche aufweisen. Damit ist sichergestellt, dass auch bei hoher, zu einer Kompression des Zwischenteils führenden Belastung oder bei Verschleiß des Zwischenteils ein unerwünschter Kontakt zwischen dem Spannreif und den Gleitflächen der Komponenten der Prothese verhindert werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
1 einen Sagittalschnitt durch ein mit der erfindungsgemäßen Prothese versorgtes Sprunggelenk;
2 die Prothese gemäß 1 in perspektivischer Ansicht aufgefächert;
3 a), b) eine Frontal- sowie eine Seitenansicht eines Spannreifs der Prothese; und
4 eine Teil-Querschnittsdarstellung des Spannreifs mit einem Zwischenteil der Prothese.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prothese handelt es sich um eine Sprunggelenksprothese. Es sei angemerkt, dass die Erfindung auch auf andere Arten von Endoprothesen Anwendung finden kann, beispielweise Zwischenwirbelendoprothesen. Wesentlich ist, dass die Endoprothese zwei Lager aufweist, deren Bewegungsebenen durch die jeweiligen Gleitflächen bestimmt sind.
Die Endoprothese gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist im Wesentlichen drei Komponenten auf. Die erste Komponente ist eine Schienenbeinkomponente 1, die zur Anordnung an dem unteren Ende eines Tibia-Knochens 91 ausgebildet ist. Sie weist einen plattenförmigen Teil 10 auf, dessen Unterseite eine ebene Gleitfläche 11 bildet. An der Oberseite des plattenförmigen Teils 10 ist ein mit Vorsprüngen versehener Ver ankerungskörper 12 vorgesehen, der zur Befestigung der Schienenbeinkomponente 1 in entsprechenden Resektionsausnehmungen der Tibia 91 dient.
Die Prothese umfasst weiter eine Sprungbeinkomponente 4. Sie ist sattelartig ausgebildet und weist an ihrer Oberseite eine konvex gewölbte Gleitfläche 44 auf. Sie kann wie dargestellt zylindermantelartig ausgebildet sein; genauso gut kann sie aber auch kegelartig ausgeführt sein. Auf ihr ist eine Führungsrippe 46 angeordnet, die in AP-Richtung liegt. Sie dient zur Führung bei einer Beuge- und Streckbewegung des Sprunggelenks.
Zwischen der Schienenbeinkomponente 1 und der Sprungbeinkomponente 4 ist ein Zwischenteil 2 angeordnet. Es weist an seiner Oberseite eine ebene Gleitfläche 21 auf, die passend zur Gleitfläche 11 der Schienenbeinkomponente 1 ausgebildet ist. An seiner Unterseite weist das Zwischenteil 2 eine kongruent zur Gleitfläche 44 der Sprungbeinkomponente 4 ausgebildete Gleitfläche 24 auf. Sie weist zusätzlich eine Nut 26 auf, die zur längsverschieblichen Aufnahme der Rippe 46 ausgebildet ist. Damit ist das Zwischenteil 2 seitlich im Verhältnis zur Sprungbeinkomponente 4 geführt. Nur Beuge- und Streckbewegungen sind damit ermöglicht. Dagegen ermöglichen die ebenen Gleitflächen 11, 21 eine beliebige Bewegung in einer horizontalen Ebene, und zwar sowohl Längs- und Querbewegungen wie auch insbesondere eine Drehung um die Hochachse.
Die Schienenbeinkomponente 1 sowie die Sprungbeinkomponente 4 bestehen zweckmäßigerweise aus Metall, bspw. einer Kobalt-Chrom-Nickel Legierung, die an ihrer jeweiligen Außenseite mit einer knochenwachstumsfördernden Beschichtung (bspw. Kalziumphosphat) versehen sind. Das Zwischenteil 2 hingegen be steht vorzugsweise aus einem gleitgünstigen Kunststoffmaterial, insbesondere Polyethylen. Jedoch soll nicht ausgeschlossen sein, dass auch andere Werkstoffe mit ausreichender Festigkeit und Gleitfähigkeit verwendbar sind.
Im implantierten Zustand ist das Gelenk und insbesondere das Zwischenteil 2 einer hohen Axiallast (symbolisiert durch einen Pfeil 95) längs der Hochachse ausgesetzt. Auf Grund der dabei entstehenden Kompression entsteht in dem Polyethylenmaterial des Zwischenteils 2 eine horizontal nach außen gerichtete divergierende Kraft (in 1 durch die Pfeile 96 symbolisiert). Durch die konvexe Gestaltung der Gleitfläche 44 der Sprungbeinkomponente 4 verstärkt sich diese divergierende Kraft noch zusätzlich. Dadurch kann es unter hoher Last zu einer unerwünschten Verformung des Zwischenteils 2 kommen.
Um dem entgegen zu wirken, ist ein erfindungsgemäßer Spannreif 3 vorgesehen. Er besteht aus einer Kobaltchromlegierung mit einem Elastizitätsmodul, der etwa zweihundert Mal so hoch ist wie das des Polyethylenmaterials des Zwischenteils 2. Es kann auch Titan verwendet werden, das einen etwa hundertfach höheren Elastizitätsmodul aufweist. Der Spannreif 3 ist aus einem Flachbandmaterial hergestellt. Es weist eine Stärke von bspw. 1 mm auf. Der Spannreif 3 weist im Horizontalschnitt eine Kontur entsprechend der Außenkontur des Zwischenteils 2 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies eine quadratische Kontur. Es könnte aber genauso gut eine andere Kontur vorgesehen sein, z. B. rund für eine Ausführung als Zwischenwirbelprothese. Seine Abmessungen sind so gewählt, dass er das Zwischenteil 2 straff umschließt.
Der Spannreif 3 weist in seinem oberen Abschnitt eine umlaufende Gürtungszone 36 auf. Sie wirkt einer Verformung des Zwischenteils 2 unter Last in allen Seitenrichtungen (in Längs- wie in Querrichtung) entgegen. Zusätzlich schließt unten an die Gürtungszone 36 noch eine Spreizschutzzone 37 an. Die Spreizschutzzone 37, zu der auch die Anschrägung 32 gehört, stabilisiert die äußeren Bereiche der konkaven Gleitfläche 24 zusätzlich und wirkt damit auf besonders wirksame Weise der sich aus der konvexen Gestaltung der Gleitfläche 44 ergebenden divergierenden Kraftkomponente 96 entgegen. Damit ist dank des erfindungsgemäßen Spannreifs das Zwischenteil 2 verstärkt. Dadurch wird auch unter hoher Last einer unerwünschten Durchbiegung entgegen gewirkt.
Der Spannreif 3 ist an seiner Oberkante 31 gerade ausgeführt. Damit ergibt sich ein konstanter Abstand zu der Kante der obenen Gleitfläche 21. An seiner Unterkante 34 weist der Spannreif an seinen Längsseiten 33 (die parallel zu der Rippe 46 ausgerichtet sind) eine bogenförmige Gestaltung auf. Sie ist so ausgeführt, dass sich in diesem Bereich ein konstanter Abstand der Unterkante 34 des Spannreifs 3 zu der Kante der unteren Gleitfläche 24 ergibt. An seinen Querseiten 35 weist der Spannreif 3 eine gerade Unterkante auf. Damit ergibt sich wiederum ein konstanter Abstand zu der entsprechenden Kante der Gleitfläche 24. In dem Bereich der Querseiten ist die Unterkante des Spannreifs schürzenartig nach unten gezogen und weist ferner eine Anschrägung 32 auf. Letztere ist so ausgeführt, dass sie eine durchgehende Ebene mit der entsprechenden Seitenfläche 22 des Zwischenteils 2 bildet. Dank der Anschrägung ergibt sich eine zusätzliche Verstärkung gerade in einem besonders durch die divergierenden Kräfte (s. Pfeil 96) belasteten Bereich, und zwar ohne dass damit eine unerwünschte Beschränkung der Beweglichkeit einher geht.
Das Zwischenteil 2 weist im Bereich seiner oberen Gleitfläche 21 einen Flansch 20 auf. Gegen dessen Unterseite ist der Spannreif 3 bündig geschoben, so dass sich ein glatter Übergang an der Außenseite zwischen dem Flansch 20 und der Außenfläche des Spannreifs 3 ergibt.
Dank der erfindungsgemäßen Gestaltung des Spannreifs 3 bleiben die oberen und unteren Gleitflächen 21, 24 frei, so dass sie in ihrer Lagerfunktion nicht beeinträchtigt sind.

Claims

Endoprothese zum Ersatz eines Gelenks umfassend eine mit einem unteren Knochen (91) zu verbindende Komponente (1), die eine unterseitige Gleitfläche (11) aufweist, eine mit einem oberen Knochen (92) zu verbindende Komponente (4), die eine oberseitige Gleitfläche (44) aufweist und ein Zwischenteil (2), das an seiner Unter- und Oberseite jeweils eine Gleitfläche (21, 24) aufweist, die mit den Gleitflächen (11, 44) der vorgenannten Komponenten (1, 4) jeweils eine Bewegungsebene für ein Lager bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannreif (3) das Zwischenteil (2) an dessen Seitenflächen umschließt und an dem Zwischenteil (2) frei von den durch die Gleitflächen (11, 44) bestimmten Bewegungsebenen angeordnet ist.
Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ober- und/oder Unterkante des Spannreifs (3) an die Kontur der jeweils benachbarten Gleitfläche (21, 24) angepasst sind.
Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannreif (3) zweizonig ausgeführt ist, mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Gürtungszone (36) und einer Spreizschutzzone (37), die sich an die Gürtungszone (36) anschließt.
Endoprothese nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil (2) an seiner Ober- oder Unterseite einen Flansch (20) aufweist, an dem der Spannreif (3) anliegt.
Endoprothese nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannreif (3) an seiner Unterkante (34) zumindest an zwei Seiten eine Anschrägung (32) aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie glatt in den Zwischenteil (2) übergeht.
Endoprothese nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unter- und Oberkante (34, 31) des Spannreifs (3) einen Abstand von mindestens 1 mm, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 mm aufweisen.
Endoprothese nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannreif (3) an seiner Innenseite eine wulstartige Hervorstehung (38) aufweist, die in eine entsprechende Ausnehmung am Zwischenteil (2) eingreift.
Endoprothese nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannreif (3) einen mindestens fünfzigfach, vorzugsweise mindestens hundertfach höheren Elastizitätsmodul als das Zwischenteil (2) aufweist.