DE2152639A1

DE2152639A1 - Kuenstliches Skelett-Gelenk

Info

Publication number: DE2152639A1
Application number: DE19712152639
Authority: DE
Inventors: Moritz Walter Daniel
Original assignee: MORITZ WALTER DANIEL
Current assignee: MORITZ WALTER DANIEL
Priority date: 1970-11-02
Filing date: 1971-10-22
Publication date: 1972-05-04
Also published as: CA988654A; IT942239B; BE774340A; CH538858A; FR2113429A5; US3694821A; GB1321342A

Description

PIPL.-ING. GÜNTHER EISENFÜHR 2157639

O1PL.-IIMG. Ol ETER K. SPEIgER

PATENTANWÄLTE

Aktenzeichen: Neuanmeldung 28 BREMIN 1

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Anmeldername: Walter Daniel Moritz . <τ r ι N j D α d - η α υ g»

TELEFON: (0421) IHf77 TELEGRAMME: FERRQPAT

BREMER BANK 100 9072 POSTSCHECK HAMBURG 25S767 UNS. ZEICHEN: M 187

datum: 14. Oktober 1971

Walter Daniel Moritz, 1206 Riverside, Fort Atkinson, Wisconsin 53538 (V.St.A.)

Künstliches Skelett-Gelenk

Die Erfindung betrifft ein künstliches Skelett-Gelenk, bestehend aus einem ersten, eine Kammer aufweisenden Element zur Befestigung an einem Skelett-Bestandteil, und aus einem zweiten Element, von dem sich ein Teil innerhalb der Kammer befindet, zur Befestigung an einem zweiten Skelett-Bestandteil.

Derartige künstliche Gelenke sind bekannt und werden als Prothesen für Gelenke von Lebewesen, insbesondere zum Ersatz eines Kniegelenks od. dgl. verwendet.

Ein ideales künstliches Gelenk würde die natürliche Beweglichkeit zwischen den angrenzenden Skelett-Bestandteilen, welche durch dieses Gelenk miteinander verbunden sind, in vollem Umfang wieder herstellen. Bisher auf dem Markt befindliche künstliche Gelenke als Ersatz für entweder durch natürliche oder äußere Einflüsse zerstörte Gelenke von Lebewesen sind nicht

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in der ksge, eine ideale Gelenkverbindung herzusteilen,

Ss ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbessertes künstliches Skelett-Gelenk, insbesondere ein verbessertes künstliches Kniegelenk zu schaffen, welches eine bessere Rehabilitierung der zerstörten Skelett-Bestandteile erlaubt und die vollständige natürliche Beweglichkeit zwischen den durch dieses Gelenk verbundenen Knochen wiederherzustellen erlaubt, insbesondere die natürlichen Bewegungsabläufe zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein eines Menschen»

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kammer ein Paar funktionsmäßig zusammenhängender Abschnitte aufweist; und daß eine Anordnung zum Verschieben des innerhalb der Kammer befindlichen Teiles des zweiten Elementes zwischen diesen beiden Abschnitten vorhanden ist.

Hierbei lassen sich besondere Vorteile erzielen, wenn dieses Teil des zweiten Elementes als innerhalb der Kammer schwenkbarer Kopf ausgebildet ist, und wenn ferner zur Anordnung ein geführtes Element cfehört, das fest mit dem Kopf verbunden ist.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß dieses geführte Element aus dem einen Abschnitt in den anderen Abschnitt der Kammer bewegt und dabei gegenüber den angeschlossenen Skelette-Bestandteilen bewegt werden kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf eine Zeichnung entnommen werden; Es zeigen:

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Fig. 1 ein erfindungsgemäßes künstliches Gelenk in perspektivischer Darstellung und im auseinandergezogenen Zustand;

Fig. 2 einen quer gerichteten Vertikalschnitt durch des zusammengefügte künstliche Gelenk von Fig. 1; und

Fig. 3 einen rechtwinklig zur Schnittebene von Fig. 2 ver aufenden, von vorn nach hinten durchgehenden Schnitt durch das künstliche Gelenk von Fig. 1 und 2, und mit einer durch unterbrochene Linien angedeuteten zweiten Betriebsstellung.

In Fig. 1 der Zeichnung ist im auseinandergezogenen Zustand ein künstliches Gelenk 10 als Prothese zum gelenkigen Zusammenfügen zweier Skelett-Bestandteile dargestellt. Bei den gelenkig zu verbindenden Skelett-Bestandteilen handelt es sich um ein Schienbein 12 und einen Oberschenkelknochen 14. Das künstliche Gelenk 10 dient somit als Knie-Prcthese; jedoch beschränkt sich die Anwendung der Erfindung keinesfalls auf den Ersatz von zerstörten Kniegelenken. Das vorliegende künstliche Gelenk 10 setzt sich aus zwei Teilen zusammen, nämlich aus einem Schienbein-Element 16 und einem Oberschenkel-Element 18.

Das Schienbein-Element ist mit einem im Knochen zu verankernden Anschlußteil versehen, welches die Form eines Anschlußzapfens 20 aufweist. Vor der Montage wird der Schienbein-Knochen mit einem passenden Kanal versehen, in den dieser Anschlußzapfen 20 eingeführt werden kann. Ferner ist ein an das Schienbein-Element 16 angeformter Flansch 22 vorhanden, dessen knochenseitige Oberfläche 24 sich auf einer entsprechend vorbereiteten abgeflachten Oberfläche 26 des Schienbeins abstützt und dort sicher befestigt ist, beispielsweise mittels eines biologisch neutralen Klebemittels. Zur Bearbeitung der abgeflachten Oberfläche 26 des Schienbeins 12 wird ein entsprechendes Werkzeug verwendet, das in der Zeichnung nicht dargestellt

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ist. In der Mitte einer knochenfernen Oberflache 58 des Flansches 22 ist ein zylindrischer Halsabschnitt 30 angeformt, der in einen darübersitzenden Kugelkopf 28 übergeht. Das gesamte Schienbein-Element 16 ist rotationssymmetrisch um eine gemeinsam hindurchlaufende Längsachse ausgebildet, welche durch die Mitte des Kugelkopf es 28 verläuft. Das Oberschenkel-Element 18 weist einen ähnlichen Anschlußzapfen 32 auf, welcher in einen entsprechend vorbereiteten engen Kanal des Oberschenkelknochens 14 eingeführt ist und damit für eine feste Verbindung zwischen diesem Knochen und dem gesamten Oberschenkel-Element 18 sorgt. Am gelenknahen Ende des Anschlußzapfens 32 ist eine Fassung 34 mit einer ebenen knochennahen Außenfläche 36 fest mit dem Anschlußzapfen 32 verbunden. Über diese ebene Außenfläche 36 wird das Oberschenkel-Element 18 beispielsweise mittels eines geeigneten biologisch neutralen Klebemittels an einer entsprechend vorbereiteten, mittels eines geeigneten Werkzeuges abgeflachten Knochenoberfläche 38 befestigt.

Die Fassung 34 besitzt eine von Wänden umschlossene innere Kammer 40. Außer der bereits erwähnten knochennahen Außenfläche 36 sind weitere fünf Wände vorhanden: Zwei entgegengesetzte Längsseiten 42 und 44 (Fig. 2), eine Vorderseite 46 (Fig. 3), eine Rückseite 48 und eine knochenferne Bodenseite 50. Ein Schlitz 52 erstreckt sich von der Bodenseite 50 bis hindurch zur Rückseite 48 und verbindet die Kammer 40 mit ihrer Umgebung.

Die Kammer 40 ist in zwei miteinander verbundene Abschnitte 54 und 56 unterteilt, welche in einer von vorn nach hinten wirksamen Ausrichtung innerhalb der Fassung 34 untergebracht sind und eine gemeinsame von vorn nach hinten durchgehende Länge von etwa dem dreifachen Radius des

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Kugelkopfes 28 aufweisen. Jeder dieser beiden Kammerabschnitte 54 und 56 besitzt einen Krümmungsradius, welcher etwa dem Radius des Kugelkopfes 28 angepaßt ist, und der hintere Kammerabschnitt 56 ist gegenüber dem vorderen Abschnitt 54 leicht nach oben versetzt, wenn man von der Betriebslage gemäß Fig. 3 ausgeht.

Im montierten Zustand befindet sich der Kugelkopf 28 innerhalb der Kammer 40, und der Halsabschnitt 30 wird vom Schlitz 52 aufgenommen, wobei die knochenferne Oberfläche 58 des Flansches 22 an der Außenfläche des Schlitzes 52 anliegt. Der Schlitz 52 ist so breit, daß gegenüberliegende Seiten des Halsabschnittes 30 an je einem Bodenende 60 bzw. 62 (siehe Fig. 2) der Längsseite 42 bzw. 44 anliegen, und die Gesamtlänge des Schlitzes 52 entspricht etwa dem vierfachen Radius des Kugelkopfes 28. Daraus wird deutlich, daß jegliche Winkelbewegung des Kugelkopfes 28 um seine X-Achse durch die Bodenenden 60 und 62 unterdrückt werden. Der Kugelkopf 28 hat lediglich die Möglichkeit, sich um seine Y-Achse und seine Z-Achse zu drehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung steht dem Kugelkopf ein Schwenkwinkel von etwa 130° um seine Z-Achse zur Verfügung. Dieser Schwenkwinkel wird auf der Vorderseite dadurch begrenzt, daß sich der Halsabschnitt 30 gegen ein vorderes Ende 64 (siehe Fig. 3) des Schlitzes, und auf der Rückseite der Fassung 34 gegen ein hinteres Ende 66 des Schlitzes 52 legt.

Das Wesen der Erfindung liegt in seiner Führungseinrichtung, bestehend aus einer Kurvenbahn und einem darauf geführten Il ein ent. Die Kurvenbahn wird durch den Abschnitt der äußeren Oberfläche der Fassung 34 dargestellt, welcher an den Schlitz 52 angrenzt. Das geführte Element ist der Flansch 22 mit seiner knochenfernen Ober-

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fläche 58, welcher an dieser Kurvenbahn anliegt. Der Flansch 22 als geführtes Element läßt sich entlang dieser Kurvenbahn um die Z-Achse des Kugelkopfes 28 schwenken, und zwar zwischen einer in Fig. 3 mit durchgehenden Linien dargestellten Endlage, in der das Schienbein 12 und der Oberschenkelknochen 14 sich in gegenseitiger Strecklage befinden, und der mit unterbrochenen Linien gezeichneten anderen Endlage dieses Schwenkbereiches. Im Verlaufe dieser Schwenkbewegung wird der Kugelkopf 28 innerhalb der Kammer vom Abschnitt 54 in den Abschnitt 56 geleitet.

Die Bodenenden 60 und 62 der beiden Längsseiten 42 und des künstlichen Gelenkes 10 verhindern ein seitliches Ausschwenken des künstlichen Gelenkes in gleicher Weise, wie es sonst durch die Bänder und Sehnen eines natürlichen Gelenkes geschieht. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße künstliche Gelenk 10 eine wirklichkeitsnähere Simulation der natürlichen Verhältnisse als alle bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel; vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich, welche von dem zuvor beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein künstliches Gelenk zur Verbindung von zwei Skelett-Bestandteilen, beispielsweise zur Verbindung des Oberschenkelknochen· mit dem Schienbein, Das künstlich· Gelenk weist «ine Kugel auf, di· in einer Fassung geführt 1st« Das »it der Kugel versehene Element ist an de« ·1η·η Skelett-Bestandteil befestigt, welches sich gegenüber den an-

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deren Skelett-Bestandteil in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung verlagert, während die Kugel rotiert. Ein mit der Kugel verbundenes geführtes Element liegt so an der Außenwand der Fassung an, daß die Kugel während des Bewegungsablaufes innerhalb einer Kammer der Fassung aus einem ersten Kammerabschnitt in einen zweiten Kammerabschnitt geleitet wird und dabei die gewünschte gegenseitige Verlagerung der beiden Skelett-Bestandteile erfolgt.

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Claims

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Ansprüche

/l.y Künstliches Skelett-Gelenk, bestehend aus einem ersten, eine Kammer aufweisenden Element zur Befestigung an einem ersten Skelett-Bestandteil, und aus einem zweiten Element, von dem sich ein Teil innerhalb der Kammer befindet, zur Befestigung an einem zweiten Skelett-Bestandteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (40) " ein Paar funktionsmäßig zusammenhängender Abschnitte (54, 56) aufweist; und daß eine Anordnung (22, 58, 36, 50) zum Verschieben des innerhalb der Kammer (40) befindlichen Teiles (28) des zweiten Elementes (16) zwischen diesen beiden Abschnitten (54, 56) vorhanden ist.
2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, deß dieses Teil des zweiten Elementes O6) als innerhalb der Kammer (40) schwenkbarer Kopf (28) ausgebildet ist; und daß zur Anordnung ein geführtes Element (22) gehört, das fest mit dem Kopf (28) verbunden ist.
3. Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (28) als um zwei Achsen (Y, Z) eines dreiachsigen koordinaten Systems schwenkbare Kugel ausgebildet ist; und daß ferner eine Einrichtung (60, 62) zur Unterdrückung einer Kugel-Schwenkbewegung um die dritte Achse (X) vorhanden ist.
4. Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (40) des ersten Elementes (18) durch einen Schlitz (52) mit der Umgebung verbunden ist; und daß sich Abschnitte (2C, 22) am zweiten Element (16) außerhalb des ersten Elementes (18) befinden und ein Hals (30) so an

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diesem Element angeordnet ist, daß er sich innerhalb des Schlitzes (52) entlangbewegen kann.
5. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus einer Kurvenbahn (50) an dem einen Element (18) und einer mit dieser zusammenwirkenden Folgeeinrichtung (22, 58) am anderen Element (16) besteht.
6. Gelenk nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (18) als Fassung (34), deren Oberfläche die Kurvenbahn (50) ist, ausgebildet ist; und daß die Folgeeinrichtung (22, 58) mit dem zweiten Element (16) verbunden ist und mit der Kurvenbahn (50) zusammenwirkt.
7. Gelenk nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (54, 56) der Kammer (40) funktionsmäßig ausgerichtet sind; und daß der Schlitz (52) in Richtung dieser Ausrichtung verläuft und so bemessen ist, daß ein Hals (30) des anderen Elementes (16) darin in Löngsrichtung verschoben werden kann, wenn der kugelförmige Kopf (28) um einen Winkel verschwenkt wird.
8. Gelenk nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (18) eine dem Knochen (14) abgewandte Seite (50) und ein einstückig angeschlossenes Paar von entgegengesetzten Seiten (46, 48) aufweist, welche von dieser Seite bis zur anderen, dem Knochen nahen Seite reichen; und daß das erste Element (18) einen Schlitz (52) aufweist, der sich über die knochenabgewandte Seite (50) und die eine (48) der beiden entgegengesetzten Seiten erstreckt.

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9. Gelenk nach mindestens einem der Ansprüche 1-3 . oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzten Seiten (46, 48) ein Vorn-Hinten-Verhältnis zueinander haben; und daß das erste Element (18) ferner zwei seitliche Seiten (42, 44) mit den Schlitz (52) begrenzenden, vom Knochen entfernten Enden aufweist, mittels der die Rotation des Kugelkopfes (28) um eine erste nchse (X) seines dreidimensionalen Systems verhindert wird.
10. Gelenk, insbesondere bei Verwendung in einem künst-™ liehen Knie, nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (18) so bemessen ist, daß der Kugelkopf (28) in jedem Kammer-Abschnitt (54, 56) um eine zweite Achse (Y) schwenkbar ist. .
11. Gelenk nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzten Enden (64, 66) des Schlitzes (52) einen se großen Abstand voneinander aufweisen, daß der Kugelkopf (28) um einen Winkel von etwa 130 um die dritte Achse (2) schwenkbar ist,

wenn er zwischen beiden Kammer-Abschnitten (54, 56) fe wechselt.

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