DE2835831A1

DE2835831A1 - Kuenstliches kniegelenk

Info

Publication number: DE2835831A1
Application number: DE19782835831
Authority: DE
Inventors: George R Laure
Original assignee: LAURE PROSTHETICS Inc
Current assignee: LAURE PROSTHETICS Inc
Priority date: 1977-08-22
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1979-03-08
Also published as: AU3916278A; FR2400885A1; GB2002638A; FR2400885B3; AU516776B2; JPS5463587A; US4134158A; SE7808817L; GB2002638B; CA1107455A

Description

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Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf ein künstliches Kniegelenk und insbesondere auf ein solches mit zwei Komponenten mit Hülse und Zapfenverbindung, wobei eine relativ große Kontaktfläche für eine direkte Übertragung der Last von der einen zur anderen Komponenten vorgesehen ist und bei den die Schrauben, die die Hülse bildenden Teile zusammenhalten, normalerweise lediglich Scherbeanspruchungen ausgesetzt sind.

In der sich neuerdings beschleunigenden Aktivität im Hinblick auf Metall, Kunststoff und Verbundprothesen für verschiedene Gelenke des menschlichen Körpers, wurde ein großes Maß an Aufmerksamkeit dem Kniegelenk gegeben. Es ist bekannt, daß dieses Gelenk wesentliche Belastungen aushalten muß, in erster Linie Belastungen, die direkt axial auf die gegenüberliegenden Beinteile einwirken, jedoch auch einige Biege-5 beanspruchungen. In der Tat erreicht die vertikale Belastung eines Kniegelenkes eines 90 kg schweren Mannes öfters Werte von wenigstens 56 kg/cm².

In der Vergangenheit sind eine Reihe von künstlichen Kniegelenken konzipiert worden, für die Herstellung aus Kunst-Stoffmaterialien oder aus Kunststoff- und Metallmaterialien, bei denen große Flächen als Tragflächen für die Abstützung dieser Lasten vorgesehen sind, um die spezifische Belastung zu verringern. Diese Ausführungen haben zwar viele gute Eigenschaften, jedoch weisen diese, wie z.B. in der US-PS 3 91 & 101 beschrieben ist, ein zentrales geteiltes Gehäuse

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auf, um den Gelenkhohlraum zu bilden. Die zwei Teile des Gehäuses werden in diesem Fall durch Schrauben zusammengehalten und daher werden diese Schrauben unter Benutzungsbedingungen , die Spannungen durch das Gelenk zur Folge haben, Dehnungskräften ausgesetzt. Da diese Kräfte von in das Kunststoffmaterial eingeschraubten Schrauben aufgenommen werden müssen, stellt dies eine Schwachstelle dar.

In anderen Lösungen, wie z.B. in der US-PS 3 765 033, in der die allgemeine Lösung des Vorsehens einer großen Ab-0 Stützung für die Gelenkbelastung vorgeschlagen wird, werden die Komponenten miteinander durch einen transversal angeordneten Bolzen in einer übergroßen Bohrung verbunden. Dies erfordert nicht nur eine ganz präzise Dimensionierung, sondern führt unvermeidlich zu einer Lockerung des Gelenkes, insbesondere, wenn das Bein des Benutzers unter Belastung steht und ist insgesamt unbefriedigend.

In anderen Beschreibungen, die das Problem behandeln und es durch große Auflageflächen, wie zuvor erwähnt, zu lösen versuchen, ziehen die gegebenen Lösungen alle andere nachteilige Eigenschaften mit sich, z.B. Lockerung, ungewünschte Konzentration der Kräfte in gewissen Situationen, mit dem Ergebnis von Schwachstellen oder nachteiligen konstruktiven und/oder Betätxgungseigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

1. ein künstliches Kniegelenk vorzuschlagen, das aus Kunststoff und/oder Kunststoff-Metall hergestellt werden kann, das die Fähigkeit hat, große Belastungen unter normalen Bedingungen beim Spazierengehen des Benutzers aufzunehmen, das jedoch ein stetiges und stoßfreies Krümmen des 0 Knies unter allen Benutzungsumständen gestattet und keine Lockerung, sogar unter seitlichen Biegebeanspruchungen oder Beinbeanspruchung, zeigt;

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2. die Prothese so auszubilden, daß die Belastung in allen Hauptrichtungen wenigstens teilweise durch ein festes Materialstück getragen wird und wobei der Rest dieser Belastung durch Scherwirkung auf die Schrauben aufgenommen wird, die die Komponenten zusammenhalten und lediglich ein geringer Lastanteil Zugbeanspruchung auf die Schrauben ausübt;

3. die Prothese so auszubilden, daß das Gelenk stabil und haltbar ist und insbesondere kein freies Spiel vorhanden ist;

4. die Prothese so auszubilden, daß sie ausreichend einfach in der Konstruktion ist, so daß diese in relativ großen Mengen durch Gießen hergestellt werden kann und frei von zusammengesetzten und folglich beim Gießen schwierigen Teilen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigen:

Fig. 1 eine Explosionszeichnung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Endansicht der Lager und Zylinderteile im zusammengesetzten Zustand von der linken

Seite der Fig. 1 aus gesehen,

Fig. 3 einen zentralen Querschnitt gemäß Linie III-

III in Fig. 2, jedoch mit aufgesetztem Kappenteil und

Fig. 4 eine Seitenansicht der Abschlußkappe von der

rechten Seite aus in Fig. 1 gesehen.

In den Figuren ist ein mit einer Ausnehmung versehenes Teil 1 dargestellt, mit einer konventionell ausgebildeten Klaue für das Einsetzen in den Oberschenkelknochen, ein zylin-0 drisches Teil 3 mit einer Klaue 4 für das Einsetzen in das Schienbein des Benutzers und ein Verschlußkappenteil 6,

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ORIGINAL INSPECTED

für das Verschließen des Endes des in dem mit einer Ausnehmung versehenen Teil 1 gebildeten Hohlraumes.

Dieses mit einer Ausnehmung versehene Teil 1 hat einen zentralen Bereich 7 und ein Endteil 8. Der zentrale Bereich 7 weist im wesentlichen eine zylinderförmige Form auf, bei der ein Teil dieses Zylinders entfernt ist, um eine konzentrische, im wesentlichen halbzylinderförmige Ausnehmung 9 zu schaffen. Eine Fläche 10 erstreckt sich radial von der Außenseite des genannten zylinderförmigen Körpers 7 zu der halbrunden Fläche, die durch die Ausnehmung 9 gebildet wird. Eine weitere Fläche 11 erstreckt sich von einem anderen Teil der äußeren Fläche des zylinderförmigen Körpers 7 zu der Fläche, die die halbkugelförmige Ausnehmung 9 und den Anschnitt damit bildet. Die Fläche 11 ist, wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, im wesentlichen parallel zu der Mittellinie der Klaue 2 und ist auf der Seite der Ausnehmung 9 gelegen, die sowohl von der Klaue 2 und der genannten Fläche 10 fernliegt. Die Fläche 10 bildet einen Winkel zu der genannten Mittellinie und ist in einem Winkel zu der genannten Fläche 11 angeordnet. Der Winkelabstand hängt-von der Größe der Gradzahl für die gewünschte Beugung für die Prothese ab, hier in etwa 120°.

Das Endteil 8 ist in seiner äußeren Fläche im wesentlichen eine Fortsetzung der entsprechenden angrenzenden Teile des zentralen Bereiches 7 und ist innen mit einer zylindrischen Blindbohrung 12 versehen, wobei ein Teil von diesen Wänden eine Fortsetzung der die halbkugelförmige Ausnehmung 9 bildenden Wände ist.

Die Verschlußkappe 6 bildet mit dem zentralen Bereich ein 0 Spiegelbild des Endteiles 8 und ist an diesem mit bekannten Mitteln, wie z.B. Schrauben 18, befestigt, die in Schraubenlöchern 13 angeordnet sind. Die genannten Schraubenbohrungen sind in Anschlag, wenn die Teile mit den mit Gewinde versehenen Bohrungen 16 verbunden sind, wozu Schrauben 18 verwendet werden können, um die Teile zusammenzuhalten.

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Die innere Fläche 21 der Verschlußkappe 6 ist in einem gekrümmten Bereich 22 eben, wobei der genannte Bereich jener Bereich ist, der an den Endflächen 23 des zentralen Bereiches 7 anliegt. Ein weiterer Teil der Verschlußkappe weist eine ringförmige Zone 26 auf, die konzentrisch mit dem Ende 27 der Blindbohrung 12 ist und dieser gegenüber liegt, wobei die gestrichelte Linie A dieses Teil des Randes der Fläche 26 zeigt, die an dem Rand 28 der halbrunden Fläche 9 anliegt. Die genannten Flächen 21 und 26 liegen ο rechtwinklig zu der Achse der Ausnehmung 9 und der Blindbohrung 12. Ein vorspringendes Teil 31 erstreckt sich zentral über die Fläche 23 hinaus, um im montierten Zustand der Teile eine Blindbohrung zwischen dem mittleren Bereich 7 und der Abschlußkappe 6 entsprechend der und identisch der (spiegelbildlich) Blindbohrung 12.

In den Fig. 2 und 4 ist zu erkennen, daß die untere Fläche des Sockelteils 1, der den zentralen Bereich 7 aufweist, der Endteil 8 und die Abschlußkappe 6 zusammenwirken, um eine gewölbte zylindrische innere Fläche 32 zu bilden, die konzentrisch mit dem Zentrum der halbkugelförmigen Ausnehmung 9 ist. Ein ebener Teil 33 kann vorgesehen werden, um eine Kniescheibe daran zu befestigen, jedoch ist wenigstens der Teil der genannten Oberfläche 32, der mit dem zylindrischen Teil 3 der Prothese zwischen seinen extremen Schwenkpositionen in Kontakt kommt, und zwar zwischen den Positionen 32A und 32B des Sockelteils 1, gewölbt, wie dies zuvor für die nachfolgend aufgeführten Gründe beschrieben ist.

Auf dem zylindrischen Teil 3 ist, wie zuvor erwähnt wurde, eine Klaue 4 für die Einfügung in ein Schienbein des Benutzers angebracht. Am oberen Ende der genannten Klaue ist eine Platte 34 angebracht, deren obere Fläche 36 mit dem gleichen Radius wie die Fläche 32 gewölbt ist. Im wesentlichen in der Verlängerung der Klaue 4 erstreckt sich nach oben ein Ansatz 37, dessen Länge im wesentlichen gleich ist (oder um das Spiel größer) der Abmessung 38

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der Verschlußkappe 6 und der gleichen Abmessung 38A des Flansches 41 des Endteiles 8. Am oberen Ende des Ansatzes 37 ist ein zylindrischer Kopf 39 angeformt, der einen solchen Durchmesser und eine solche Länge hat, daß dieser bündig in die Blindbohrung 12, gegen die halbkugelförmxge Fläche der Ausnehmung 9 und in die Blindöffnung, die zwischen dem zentralen Bereich 7 und der Verschlußkappe 8 gebildet wird, anliegt, wenn die genannten zwei Teile, wie in Fig. 3 gezeigt, zusammengesetzt sind.

-]0^Ein Gleitstück 42 für die Anordnung zwischen und für die Zusammenwirkung mit sowohl der normalen Kniescheibe K (die normalerweise nicht ersetzt werden braucht) und einer Kniegelenkprothese gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kniescheibe wird vom Chirurgen geschliffen, um die ebene 15Fläche K1 an der dem Gelenk gegenüberliegenden Seite zu erhalten, desweiteren wird eine enge Führungsbohrung K2 zentral in diese gebohrt. Das Gleitstück 42 hat ein Kontaktteil 43 und einen Heftbolzen 44. Der Heftbolzen wird in die Führungsbohrung K2 eingeführt und das Kontaktteil 43 wird so ausgerichtet, daß dieses an der Fläche 33 der Prothese anliegt. Wenn das Knie gebeugt wird, wird sich das genannte Kontaktteil an der äußeren Fläche (links gelegen, wie in Fig. 2 dargestellt) des mit einer Ausnehmung versehenen Teiles 1 so weit wie nötig emporbewegen. Die Muskein und Sehnen, die normalerweise mit der natürlichen Kniescheibe angreifen, bleiben in den meisten Fällen mit dieser verbunden und arbeiten, nachdem die Prothese eingesetzt ist, in normaler Art und Weise mit den Muskeln und Sehnen, die das künstliche Kniegelenk betätigen.

0 Da die Teile groß und mit einfachen Ebenen oder gewölbten zylindrischen Flächen versehen sind, können diese und werden diese gegossen, um enge Toleranzen zwischen diesen zu erhalten, wobei mit dem eingesetzten Kopf 39 das Gelenk stabil und ohne Lockerheit ist, wobei es jedoch leicht und stoßfrei schwenkbar ist. Die Grenzen für das Schwenken werden durch die Flächen 10 und 11 bestimmt, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht.

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Aus den Zeichnungen ist zu entnehmen, daß die Teile dadurch zusammengefügt werden, daß der Kopf 3 9 gegen die halbzylinderförmige Fläche der Ausnehmung 9 gedrückt und diese axial bewegt wird, bis (vgl. Fig. 1) das rechte Ende 39A des genannten Kopfes vollständig in die Blindbohrung 12 eingreift. Hierdurch ist das Ende 3 9B des genannten Zylinders im wesentlichen eben mit der Fläche 23 des mit einer Ausnehmung versehenen Teiles 1. Die Verschlußkappe 6 wird dann eingesetzt, wobei das vorspringende Teil 31 zwischen dem Kopf 3 9 und der Platte 34 zu liegen kommt. Die Schrauben 18 werden in die öffnungen 13 und entsprechend in die öffnungen 16 eingesetzt und in geeigneter Weise angezogen. Der Kopf 3 9 ist so fest in der Ausnehmung des Teiles 1 gehalten und nur unter Ausnahmebedingungen wird eine axiale Belastung auf die Schrauben 18 ausgeübt werden. Wenn der Benutzer steht, wird die Last direkt von dem mit einer Ausnehmung versehenen Teil 1 über die Fläche 32 und von dort über die Fläche 3 6 zu der Klaue 4 übertragen. Wenn gleichzeitig ein Kontakt zwischen dem oberen Ende des Kopfes 3 9 und der mit dieser zusammenwirkenden Fläche der halbkugelförmigen Ausnehmung 9 besteht, so haben die Kunststoffteile eine ausreichende Elastizität, damit der Druck zwischen den genannten Teilen und den Flächen 3 2 und 3 6 im wesentlichen ausgeglichen wird. Ebenso liegt unter diesen Bedingungen die gesamte Länge des Kopfes 3 9 an dem Gußstück an, das das Teil 1 aufweist, so daß kein Druck auf irgend eine der Schrauben 18 übertragen wird.

Wenn der Benutzer in einer hockenden oder einer sitzenden Stellung ist, wird die Last gleichermaßen von dem mit einer Ausnehmung versehenen Teil 1 zu dem Zylinderteil 3 übertragen, und keine irgendwelche Belastung wird auf die Schrauben ausgeübt.

Wenn jedoch der Fuß des Benutzers angehoben wird, so daß eine Spannkraft auf das Bein ausgeübt wird, dann wird ein Teil dieser Last auf den Flansch 41 des Endteiles 8 ausgeübt, der als ein integraler Bestandteil des mit einer Ausnehmung

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versehenen Teiles 1 ausgebildet ist und lediglich ein Teil dieser Spannkraft wirkt auf den Flansch 31 der Verschlußkappe 6 ein. Sogar dies wirkt auf die Schrauben 18 als
Scherbeanspruchung und wird ausreichend von relativ kleinen Schrauben aufgenommen.

Die einzige Art und Weise, in der eine axiale Spannung auf die Schrauben ausgeübt werden kann, besteht dann, wenn
ein Seitendruck auf ein Teil des Beines des Benutzers ausgeübt wird, während das andere Teil abgestützt ist. Dies
ist jedoch nur von geringerer Bedeutung, verglichen zu den normalen Situationen.

Folglich wird das Ziel der Erfindung, wie es oben dargelegt ist, hinreichend durch die zuvor beschriebene und in den
Zeichnungen dargestellte Prothese erreicht, wobei die Belastung der Prothese unter normalen Umständen selten, wenn überhaupt, 300 psi übersteigen wird.

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e e r s e i f e

Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut M i s s I i η g 6300 Giessen 14-8.1978

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

Telefon: (0641) 71019

Dipl.-Ing. Arne Missling

Mi/B 13.546

Laure Prosthetics, Inc., 8140 Shaver Road, Portage, Michigan, U.S.A.

Künstliches Kniegelenk

Ansprüche:

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1./Künstliches Kniegelenk, gekennzeichnet durch ein mit einer Ausnehmung versehenes Teil mit einer Klaue (2) und einem Kopfstück (1) an einem Ende, wobei das Kopfstück (1) einen zentralen Bereich (7) mit einer zentral liegenden und teilweise zylindrischen Oberfläche, die eine Ausnehmung (9) bildet und einen weiteren Endteil (8) aufweist, mit einer ersten Blindbohrung (12), mit einer Oberfläche, die eine Fortsetzung der genannten ersten zylindrischen Fläche bildet, wobei die genannte teilweise zylindrische Fläche an jedem Ende durch Flächen (10, 11) begrenzt ist, die einen Abstand zueinander aufweisen und von dieser teilweise zylindrischen Fläche ausgehen und sich bis auf die Umfangsflache des genannten Kopfes erstrecken, um den Schwenkbereich des Kniegelenkes zu begrenzen;

durch eine Verschlußkappe (6), die am Ende des genannten zentralen Bereiches (7) anliegt, die dem genannten Endteil (8) gegenüberliegt, und mit dem genannten zentralen Bereich eine zweite Blindbohrung bildet, die konzentrisch und spiegelbildlich zu der erstgenannten Blindbohrung (12) ist, wobei die erste Blindbohrung (12), die teilweise zylindrische Fläche und die

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zweite Blindbohrung koaxial zueinander auf einer zentralen Achse liegen und die Kontaktfläche zwischen der Verschlußkappe (6) und dem angrenzenden Teil des zentralen Bereiches senkrecht zu der genannten zentralen Achse liegt; durch abnehmbare Mittel (18) für die starre Befestigung der Verschlußkappe (6) an dem zentralen Bereich (7); durch einen zylindrischen Teil (3), der bündig, jedoch schwenkbar, in der Ausnehmung (9) angeordnet ist und einen Ansatz (3 7) aufweist, der sich im wesentlichen radial nach außen zwischen die beiden Begrenzungsflächen (10, 11.) erstreckt;

und durch eine Platte (3 4) am Ende des Ansatzes (37) , die im wesentlichen senkrecht zu dessen Erstreckungsrichtung angeordnet ist und eine Klaue (4) aufweist, die sich hinter der genannten Platte in einer Richtung erstreckt, die im wesentlichen eine Fortsetzung der Erstreckungsrichtung des Ansatzes (37) ist.
2. Kniegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Kopfes (1) in dem Bereich im wesentliehen von der Zone der einen Fläche (10) zu der Zone der anderen Fläche (11) zylindrisch gewölbt und konzentrisch mit der zentralen Achse ist, daß die Fläche (3 6) der Platte (34), die dieser gegenüber liegt, gleichfalls zylindrisch gewölbt und ebenfalls konzentrisch ist, und daß die Abmessung der zuvor genannten Komponenten derart ist, daß wenn der zylindrische Teil (3) gebrauchsfähig in der genannten Ausnehmung (9) liegt, die zwei zuletzt genannten zylindrischen gewölbten Flächen sich in einem lastübertragenden Kontakt zueinander befinden.

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3. Kniegelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der ersten Blindbohrung (12) und die Länge der dieser gegenüberliegenden teilweise zylindrischen Fläche zusammen wenigstens so lang wie oder gleich der axialen Länge des Zylinderteiles (3) sind, wobei die gesamte Belastung, die auf die Prothese in einer Richtung wirkt, die im wesentlichen axial zu den genannten Klauen ist, zwischen

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dem mit einer Ausnehmung versehenen Teil (1) und dem Zylinderteil (3) übertragen wird.
4. Kniegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gleitstück (42) für das Einfügen zwischen der natürlichen Kniescheibe und dem künstlichen Gelenk, wobei das genannte Gleitstück Mittel (44) für die Befestigung desselben an der Kniescheibe aufweist und so geformt ist, daß diese stoßfrei an der dieser gegenüberliegenden Fläche des künstlichen Gelenkes gleiten kann.

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