DE2830354A1

DE2830354A1 - Gelenk-endoprothese

Info

Publication number: DE2830354A1
Application number: DE19782830354
Authority: DE
Inventors: Kent Mitchell Samuelson; Michael Anthony Tuke
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-07-11
Publication date: 1979-02-08
Also published as: GB1579773A; US4232404A; CH625118A5

Description

Patentanwalt

MICHAEL KORN

Dipl. Ing.

-Ic'

National Research Development N 11 P 24

Corporation . _ .. .

PO box 236 ^l0· ^Jul1

London SWl 6SL

Gelenkendoprothese

Die Erfindung betrifft eine Gelenk-ISndoprothese, insbesondere zum Ersatz des KnöeheIgelenkes des Menschen.

Es sind grundsätzlich zwei Formen endoprothetxscher Knöchelgelenke bekannt. Im einen Falle ist zunächst ein Schienbein-seitiges Element vorgesehen, welches eine konkave und durch Drehung entstandene Oberfläche, also eine Teilzylinderfläche, aufweist, die mit offenen Enden ausgestaltet ist. Das dazu gehörige knöchelseitige Bauelement weist eine im wesentlichen zum anderen Bauelement komplementär gestaltete konvexe Arbeitsfläche auf und diese beiden zueinander komplementären Flächen stehen in Eingriff miteinander. Auf der jeweils anderen Seite der Arbeitsflächen haben die beiden Bauelemente Ansätze oder dergl., mit denen sie in den entsprechenden Knochen verankert sind. Die andere vorbekannte Gestaltung ist im wesentlichen ähnlich ausgebildet, wobei aber das Schienbein-seitige Element Wandabschnitte aufweist, welche die Enden der konkaven Oberfläche schließen. Siehe hierzu

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GB-PSen 1 474 368 und 1 446 593-

Alle so gestalteten Gelenkprothesen haben - auch mit entsprechenden Abwandlungen - klinisch nicht zu Erfolgen geführt, weil sich bleibende Schmerzen im "Betrieb" der Prothese offensichtlich nicht vermeiden lassen. Diese Schmerzen scheinen von der unmittelbaren Berührung von zwei Knochen herzurühren.

Die sich aus dieser Feststellung ergebende Aufgabe der Erfindung wird mit Hilfe der im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erläutert.

Man erkennt, daß das erfindungsgemäße Gelenk dadurch von bekannten Gelenken abweicht, daß die Gelenkfläche des Knöchel-seitigen Elementes langer ist, sodaß Endabschnitte bezüglich der Drehachse vorgesehen sind. Es wird weiter unten erörtert werden, daß bzw. wie diese Endabschnitte mit entsprechenden Gelenkteilen zusammen wirken, wodurch die Oberflächen der beiden Knochen im Gelenkbereich nicht in Eingriff miteinander kommen und ferner auch mit anderen beweglichen Teilen kein Eingriff stattfindet.

Im wesentlichen sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung denkbar. Im einen Fall ist die Arbeitsfläche des Schienbein-seitigen Elementes nur zum Mittelabschnitt und einem Endabschnitt des anderen Elementes bzw. der diesbezüglichen Arbeitsfläche komplementär und die Schienbein-seitige Fläche ersetzt die inferiore und die mediale Malleolar-Flächen der Schienbein-

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Knöchel-Gelenkflächen des natürlichen Gelenkes. Da ein Endbereich der Gelenkfläche des Knöchel-seitigen Elementes dann anderweitig für möglichen Eingriff mit dem fibularen Malleolus zur Verfügung steht, ist ein weiteres Element vorgesehen, das im Schienbein verankert ist, und als Dämpfungsglied oder Puffer dient, welches seinerseits mit dem Knöchel-seitigen Bauelement in Eingriff steht und sich mit ihm bewegt. Diese Ausführungsform eignet sich dann besonders gut, wenn der Fibular-Malleolus ausreichend gesund ist, sodaß die Verankerung des entsprechenden Elementes daran keine Schwierigkeiten bereitet; hierbei ist zu berücksichtigen, daß nur eine relativ kleine Fläche bzw. ein relativ kleiner Bereich für die Verankerung zur Verfügung steht.

Die andere Ausführungsform der Erfindung ist für jene Einsatzzwecke gedacht, bei denen die zuerst erläuterte Ausführung sich nicht ohne weiteres anbietet. In diesem Falle hat die tibiale Gelenkfläche Abschnitte, die komplementär mit allen Bereichen der talaren Gelenkfläche sind, wobei aber die Endabschnitte der tibialen Gelenkfläche tiefer bzw. weniger tief sind. Im praktischen Falle ist der weniger tiefe Bereich fibular angeordnet und die Gelenkfläche des Fibular-Malleolus wird ausgeschnitten, um einen Eingriff mit diesem Flächenbereich zu vermeiden.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Hinweis auf die Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 und 2 schematisch in Seiten- und Endansicht das tibiale Element einer Ausführung der Erfindung,

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Fig. 3 und 4 in entsprechender Darstellung das

talare Element,

Fig. 5 ein dazu gehöriges Fibular-Malleo-

lar-Slement, und

Fig. 6 und 7 schematisch die Elemente nach den

Fig. 1 - 5 im Eingriff von der Seite und im Schnitt.

Das tibial-seitige Gelenkelement ist im folgenden stets mit Io bezeichnet. Es weist einen Körper 11 auf, der im vjesentlichen die Gestalt eines länglichen Blockes hat, und in Draufsicht im Ganzen rechteckig ist. Eine große Fläche 12 des Körpers 11 ist eben und weist eine aus dieser Ebene hochstehende Rippe 13 auf, die etwa vom mittleren Längsteil des Körpers 11 hochsteht und quer durchbohrt ist, wodurch eine Reihe von Öffnungen 14 entsteht. Der Körper 11 weist von der Fläche 12 ausgehend im Bereich der Enden der Rippe 13 zxvei Sacklöcher 21 auf. Die der Fläche 12 gegenüber liegende Fläche des Körpers 11 ist in ihrem mittleren Längsbereich mit einer konkaven Zylinderfläche 15 versehen, die sich im wesentlichen über die ganze Länge des Körpers erstreckt und die verbleibenden Abschnitte dieser Fläche sind ebene Flächen 16, die aufeinander zulaufend ihre Schnittlinie über der Zylinderfläche 15 haben, siehe hierzu die Darstellung nach den Fig. 1 und 2.

Im Bereich eines der Längsenden der konkaven Fläche 15 steht ein quer zur Achse der Fläche 15 verlaufender Abschnitt 17 vom Körper 11 ab. Der Abschnitt 17 steht in den zylindrischen Raum ein, der von der Oberfläche

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15 gebildet wird, und ist nach außen von dem zylindrischen Raum aus geneigt. Siehe wieder die Zeichnung. Die Innenfläche des Abschnitts 17, die auf die Gelenkfläche zuweist, bildet eine konkav und teilkonische Oberfläche, die koaxial zur Gelenkfläche 15 orientiert ist. Die nach außen weisende Fläche 19 des Abschnitts 17 ist planar oder eben gestaltet und die freie Kante 2o des Abschnitts 17 bildet eine konvexe Kurve, die weiter unten bei der Diskussion des talaren Elementes der Prothese noch erörtert wird.

Das soweit beschrienene tibiale Gelenk-Element kann in einer Ausführung einen weiteren Quer verlaufenden Abschnitt aufweisen, der vom anderen Ende des Körpers 11 absteht. Dieser mögliche weitere Abschnitt ist mit 17a bezeichnet, stellt im wesentlichen ein Spiegelbild des Abschnitts 17 dar, reicht aber nicht so weit mit seinem freien Ende vom Körper 11 weg, wie der Abschnitt 17. Der Kantenabschnitt 17a folgt in seiner Begrenzung den Flächen 16, wenn man sich diese in der in Fig. 1 dargestellten Weise aufeinander zu verlängert vorstellt. Sowohl die Ausführung mit zusätzlichem Abschnitt 17a und die zuerst beschriebene Ausführungsform sind symmetrisch zu derjenigen Mittelebene, die in Fig. 2 parallel zur Papierebene zu denken ist und besteht aus Polyäthylen mit außerordentlich hohem Molekulargewicht.

Das talare Element ist im ganzen mit 3o bezeichnet. Sein Körper 31 weist zwei Hauptflächen auf, nämlich eine konvexe teilzylindrische Gelenkfläche 32 und eine ebene Fläche 33. Die zylindrische Gelenkfläche 32 ist komplementär zur Arbeits- oder Gelenkfläche 15 des tibialen Elementes und hat die gleiche

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Längsausdehnung. Die Oberfläche 32 hat aber einen größeren Umfang (senkrecht zur Zylinderachse) als dies bei der Zylinderfläche I5 der Fall ist. Von der ebenen Fläche 33 steht eine Rippe 34 mit öffnungen 35 ab, die ähnlich der Rippe I3 gestaltet ist; die Rippe 34 ist radial bezüglich der Zylinderflache 32 ausgerichtet, was Fig. 3 und 4 deutlich zeigen. Der Körper 3I weist ferner von der Oberfläche 33 ausgehend zx-jei Sackbohrungen 39 an den gegenüberliegenden Seiten der Rippe 34 auf, siehe wieder Fig. 3 und 4.

Das talare Element weist ferner zwei quer verlaufende Abschnitte 36 auf, die von den gegenüber liegenden Längs-Enden der Fläche 32 in der aus Fig. 4 erkennbaren Weise abstehen. Die Abschnitte 36 sind mit entgegengesetztem Vorzeichen gegenüber der Längsachse der Zylinderfläche 32 voneinander weg neigend angeordnet. Jeder dieser Abschnitte 36 ist außen mit einer Oberfläche 37 versehen, die ^eiIkonisch ausgestaltet ist und koaxial zur Zylinderfläche sowie komplementär zur konischen Fläche l8 des tibialen Elementes gestaltet ist. Jeder Abschnitt 36 weist ferner eine innere fäbene Oberfläche 38 auf und einen kreisförmig gebogenen freien Rand. Sine der Oberflächen 37 wirkt gelenkartig koaxial mit der Oberfläche 18 zusammen, was sich ohne weiteres aus den Fig. 6 und 7 ergibt. Die Grenzstellungen dieser Bewegungsmöglichkeit ergeben sich aus der gekrümmten Gestalt des freien Bereiches des Abschnitts 17 des tibialen Elementes. Diese Gestalt besteht im wesentlichen aus zwei gleichen Hälften, die spiegelbildlich zueinander sind und

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-τ-- η

jede solche Flächenhälfte ist im wesentlichen dieselbe wie die entsprechende Hälfte der Außenfläche JJ des Abschnittes 36 in der innersten Grenzstellung des simulierten Bewegungsablaufes. Die freien Kanten des Abschnittes 3>6 bewegen sich nicht über die Oberfläche hinaus.

Das talare Element J5o ist hinsichtlich zweier Flächen spiege!symmetrisch, nämlich einmal der mittleren Radialebene und zum anderen zur einer Längsebene, wie besonders Fig. J5 zeigt. Dieses Element ist ebenfalls einstückig gestaltet und besteht aus Metall, z.B. einer Chrom-Kobald-Legierung.

Das Fibular-Malleolar-Element 5° - siehe Fig. 5 - hat die Gestalt eines einfachen Zaofens, bestehend aus einem rechteckigen Plättchen 51* von dessen einer großer Fläche ein Fortsatz 52 absteht. Das Element ist einstückig ausgebildet und besteht aus demselben Werkstoff wie das tibiale Element.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Elemente der Endoprothese nach den Fig. 1 bis 5 im Eingriff, wobei Fig. 7 zusätzlich die Stellungen der Enden der natürlichen Knochen zeigt, nämlich der Tibia 60, des Talus 7o und der Fibula 80. Man erkennt, daß nach entsprechender chirurgischer Freilegung des Gelenkes und entsprechender Bearbeitung der Enden der drei Knochen die drei Elemente zum Ersatz der natürlichen Gelenkflächen an deren natürlicher Stelle angebracht worden sind. Das talare Element ist am Talus befestigt, wobei die Gelenkflächen zur Drehung in der Sagittal-Ebene des Talus ausgerichtet sind. Das tibiale Element ist

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entsprechend verankert, und zwar mit seinen Zylinderteil- und Konusteil-Flächen im Ersatz für die distalen bzw. malleolaren Gelenkflachen der Tibia. Das Fibular-Malleolar-Element ist so angeordnet, daß seine freie große Fläche die Rolle der natürlichen Gelenkfläche der Fibula übernimmt und mit dem ausgesetzten Konusteil des ta Taren Elementes in Gelenkeingriff steht. Wenn das modifizierte tibiale Element eingesetzt wird, steht die weitere Gelenkfläche des entsprechenden Abschnittes mit dem talaren Element in Eingriff, und zwar anstelle des Fibular-Malleolar-Elementes und die Gelenkfläche des fibularen Malleolus wird zurückgeschnitten, damit hier keine Möglichkeit einer Berührung mit einem der anderen Elemente besteht.

Die gezeigten Relativstellungen der Elemente zu den Knochenenden xverden durch Knochenzement gesichert, viozu vor allem die Sacklöcher 21 und 39 dienen. Der Knochenzement sollte nicht im Bereich der mit Löchern versehenen Rippen I^ und y\ angewendet werden, da in die Löcher der Rippen Knochen einwachsen sollen.

Vor der endgültigen Verankerung können die Längs-End-Abschnitte des tibialen Elementes einschl. der Oberfläche l6 noch zugeschnitten bzw. entsprechend angepaßt werden, um eine Passung mit dem Ende der Tibia herzustellen.

Patentansprüche

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Le

-ήψ-

e r s e i f e

Claims

Patentansprüche

3ndoprothetisches Knöchelgelenk mit folgenden zwei, an den jeweiligen Gelenkflächen gegenüber liegenden Seiten im Talus und der Tibia verankerten Gelenke lernen ten:

ein talares Element (3°) weist eine konvexe, dreiteilige, durch Rotation um dieselbe Achse erzeugte Gelenkfläche (32, 37) auf, und zwar einen mittleren zylindrischen Bereich (32) und zwei konische Flächen (37) an den beiden Enden der teilzylindrischen Fläche, wobei die Konusflächen an schräg vom Körper des Elementes abstehenden Abschnitten (36) ausgebildet sind;

ein tibiales Gelenkelement (Fig. 1+2) weist eine asymmetrische und konkave Gelenkfläche auf, die durch Rotation

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ORIGINAL INSPECTED

um dieselbe Achse wie beim anderen Gelenkelement entstanden ist, und also dazu komplementär gestaltet ist, wobei eine komplementäre teilzylindrische Gelenkfläche (15) vorgesehen ist, jedoch nur eine konische Gelenkflache (l8).
2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugenden der mittleren und Endabschnitte gradlinig sind, da3 die Endabschnitte (j>6) des tabularen Elementes gleiche Neigung zum Mittelabschnitt haben, sodaß jedes Element eine teilzylindrische Gelenkfläche und mindestens ein konisches Gelenkflächenteil aufweist.
3. Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Arbeitsfläche des talaren Elementes zwei achsparallele freie Kanten aufweist und daß die freien Kanten der die konischen Flächen tragenden Abschnitte im wesentlichen kreisförmig gekrümmte Kanten sind.
4. Gelenk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Oberflächen des talaren Elementes im wesentlichen drei ebene Flächen aufweisen, die sich zwischen den freien Kanten der zylindrischen und der beiden konischen Gelenkflächen erstrecken, und daß die ebenen Flächen (16), die an die beiden parallelen Ränder der zylindrischen Gelenkfläche (15) anstoßen, miteinander einen Winkel von etwas weniger als l8o° bilden und mit dieser "stumpfen Spitze" zum anderen Gelenkelement zuweisen.

_ "5 —

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5. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Gelenkfläche gegenüber liegende ebene Fläche (12) in einer Radialebene davon abstehend eine mit Öffnungen (14) versehene Rippe (13) aufweist.
6. Gelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das talare Element (Fig. 3 und 4) sowohl spiegelbildlich symmetrisch zu einer axialen Medialebene ist als auch zu einer radialen Querebene, auf der die Erzeugende für die Arbeitsflächen senkrecht steht.
7· Gelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils konkave Gelenkfläche einem geringeren Grad an Umdrehung der Erzeugenden entspricht als dies für die konvex gestaltete Gelenkfläche der Fall ist.
8. Gelenk nach Anspruch 3 und J, dadurch gekennzeichnet, daß der teilzylindrische Abschnitt der konkaven Gelenkfläche Kanten hat, die parallel zur Erzeugenden sind und daß die entsprechende, einen Teil einer Konusfläche bildende Gelenkfläche freie Kanten hat, die spiegelbildlich Hälften zueinander sind, und gemeinsam im wesentlichen eine kreisförmige Kante haben, und innerhalb eines begrenzten Drehbereiches des Gelenks innerhalb des Umfangs desjenigen Abschnittes am anderen Gelenkteil liegen, mit welchem es gleitend zusammen wirkt.

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9. Gelenk nach Anspruch 4 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende Oberfläche des tibialen Elementes bezüglich der konkaven Gelenkfläche im wesentlichen ebene Flächen aufweist, die sich etwa entsprechend den diesbezüglichen weiteren Flächen am talaren Element erstrecken.
10. Gelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Fläche des tibialen Elementes, die der teilzylindrischen Fläche desselben entspricht, eine mit Öffnungen versehene Rippe aufweist, die sich in einer Ebene erstreckt, die trahsvers und radial bezüglich der konkaven Gelenkfläche ist.
11. Gelenk nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeiohnet, daß das tibiale Element im wesentlichen ein blockförmiger Körper ist, der in einem mittleren Längsbereich die konkave Gelenkfläche aufweist.
12. Gelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das tibiale Element symmetrisch zur medialen Axialebene ist, in der auch die Erzeugende der Gelenkflächen liegt.
13· Gelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Gelenkfläche nur zu jenen Flächenteilen der konvexen Gelenkfläche komplementär gestaltet ist, die vom mittleren Bereich und einem Endabschnitt der Erzeugenden gebildet werden, und daß ein

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fibulares Gelenkelement (5o) vorgesehen ist, dessen Gelenkfläche mit der anderen konischen Gelenkfläche am Talus zusammen wirkt.
14. Gelenk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die .Gelenkflache des fibularen Elementes (5o) eben ist.

15· Gelenk nach Anspruch 1J5 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das fibulare Element (5o) im wesentlichen aus einer Scheibe besteht, deren eine große Fläche die Gelenkfläche bildet und von dessen dieser gegenüber liegenden Fläche ein 3efestigungszapfen zur Aufnahme in der Fibula absteht.

l6. Gelenk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkelement' mit konkaver Gelenkfläche einen mittleren Gelenkflächenbereich mit zylindrischer Krümmung aufweist und an deren beiden Enden zwei konische Gelenkflächen - Abschnitte, deren Erzeugende aber unterschiedlich lang sind (Fig. 2, gestrichelte Darstellung bei 17a!).

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