DE2905592A1

DE2905592A1 - Zweigelenkige prothese

Info

Publication number: DE2905592A1
Application number: DE19792905592
Authority: DE
Inventors: Arthur Jacob Helfet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1979-08-30
Also published as: US4261064A; JPS6142911U; FR2417293A1; CA1109603A; CH632663A5; FR2417293B1; JPS54132390A; IE790276L; GB1600661A

Description

Zweigelenkige Prothese

Die Erfindung betrifft eine zweigelenkige Prothese zum Verbinden zweier natürlicher oder künstlicher Gliedmaßen, bestehend aus zwei ineinandergreifenden Gelenkprothesenteilen aus künstlichem Material, von denen eines mittlere und seitliche Vorsprünge aufweist, die in mittlere und seitliche Pfannen eingreifen, wobei die seitlichen Gelenkteile eine relative winkelmäßige Biegung der beiden Gliedmaße gleichzeitig um zwei Achsen ermöglichen, von denen eine in mittlerer, seitlicher Richtung durch das gemeinsame Mittenzentrum der Relativdrehung der seitlichen Gelenkteile hindurchgeht und von denen die andere durch dieses Zentrum hindurchgeht und in einer Ebene liegt, die im wesentlichen rechtwinkelig zur ersten Achse verläuft, während die mittleren Gelenkteile um beide Achsen sich walzen, wobei die Wälzbewegung um die zweite Achse eine winkelmäßige Biegung der ersten Achse in einer Ebene bewirkt, die im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse der ausgestreckten Gliedmaße

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verläuft.

Eine derartige zweigelenkige Prothese ist beispielsweise beschrieben in der GB-PS 1 360 485 und zwar am Beispiel eines Kniegelenks. Ein Hauptmerkmal dieser bekannten Prothese besteht darin, daß das mittlere Kniegelenk eine Vertiefung aufweist, deren Krümmungsradius um die erste Achse verläuft, wobei gemäß Fig. 4 dieser Schrift dieser Krümmungsradius mit R₂ bezeichnet ist.

Klinische Untersuchungen des natürlichen Knies bei einer Gruppe von Patienten haben gezeigt, daß die komplizierte Bewegung des natürlichen, gesunden Knies zwischen dem gebeugten und dem ausgestreckten Zustand eine Wanderungskomponente des augenblicklichen Drehzentrums umfaßt. Gemäß der vorerwähnten GB-PS kann die natürliche komplizierte Bewegung des Knies mehr oder weniger effektiv simuliert werden durch entsprechende Wahl der Krümmung Rp. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Herstellkosten einer Prothese mit einer komplizierten Krümmung der Vertiefung beim mittleren Kniegelenk sich nur selten rechtfertigen durch die bei einem Patienten erhaltenen Resultate, insbesondere da das Maß der Wandungskomponente der natürlichen Kniebewegung oftmals nur schwierig zu bestimmen ist und zuaem diese Komponente von Patient zu Patient unterschiedlich ist. Der Beitrag zur Bequemlichkeit der Gangart oder Haltung des Patienten ist möglicherweise klein verglichen mit denjenigen, der resultiert aus dem Vorsehen einer einfachen Lösung für die Kniedrehung, resultierend vom Gebrauch von seitlichen Gelenkteilen mit einer sphärischen Kontur und einem konzentrisch gekrümmten mittleren Kniegelenkteil.

Es besteht die Aufgabe, diese bekannte zwei gelenkige Prothese in der vorbeschriebenen Richtung zu verbessern.

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Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß der mittlere Gelenkvorsprung eine Krümmung um die Hauptgelenkachse aufweist, die damit zusammenwirkende mittlere Gelenkpfanne aus einer Vertiefung besteht, deren Krümmungsradius um die zweite Achse geht und der Bodenbereich dieser Vertiefung im wesentlichen flach ist oder einen Krümmungsradius um die Hauptgelenkachse aufweist, welcher ins unendliche strebt und größer ist als der Krümmungsradius des Gelenkvorsprungs um die Hauptgelenkachse. Verglichen mit den Zeichnungen der GB-PS 1 360 485 bedeutet dies, daß die Zentrums 1inie des Bodenbereichs der Vertiefung 15, dargestellt durch den Schnitt IV-IV in Fig. 3 in einer Ebene im wesentlichen rechtwinkelig zur Achse des Kniegelenks liegt.

Gemäß dieser Schrift definiert die Hauptgelenkachse die durchschnittliche Stellung der mittleren, seitlichen Achse, um welche die Bewegungen des Gelenks während des Beugens und Ausstreckens stattfinden.

Bevorzugt ist der seitliche Gelenkvorsprung Teil eines Sphäroids und dieser Teil steht in Wirkverbindung zu einer komplementären sphärischen oder sphäroidalen Gelenkpfanne,, die im wesentlichen den gleichen Radius aufweist.

Die Kontur der Vertiefung, gesehen in einem Schnitt in einer Ebene durch die HauptgeTenkachse kann ein kreisförmiger Bogen mit dem gleichen Radius sein, wie derjenige der sphärischen Kontur der gekrümmten Oberfläche der seitlichen Gelenkpfanne.

Bevorzugt ist die Krümmung der gekrümmten Oberfläche der seitlichen und mittleren Vorsprünge konform zu Sphären des gleichen Radiusses, welcher seinerseits im wesentlichen gleich ist zu dem Radius der seitlichen

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Gelenkpfanne.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den oberen Teil eines Kniegelenks;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. Γ;

Fig. 4 eine Draufsicht auf den unteren Teil des Kniegelenks und

Fig. 5 bis 8 Schnitte längs den Linien V-V,

VI-VI, VII-VII und VIII-VIII in Fig.

Das in der Zeichnung dargestellte Gelenk dient als Ersatz eines Kniegelenks.

Das oberschenkelseitige Implantat 10 weist zwei Gelenkvorsprünge 12, 14 auf, welche aus zwei identisch geformten und dimensionierten "Schuhen" bestehen, welche nahezu konstante Dicke aufweisen. Jeder dieser Gelenkvorsprünge 12, 14 weist eine sphärisch konturierte Lageroder Gelenkoberfläche 15 auf (Fig. 2 und 3). Die Radien dieser Oberflächen sind gleich. Die Oberseite jedes Schuhs besteht aus flachen Bereichen 17, um das Einbetten des Implantats 10 zu erleichtern. Die Gelenkschuhe 12 und 14 sind starr über eine frontseitige Brücke miteinander verbunden, welche die relative Flucht und den Abstand der Schuhe 12, 14 sicherstellt. Jeder Gelenk-

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vorsprung 12, 14 ist an seiner oberen Rückseite, d.h. auf der anderen Seite der Lagerfläche 15 mit einem zum Schuh einstlickigen stiftartigen Vorsprung 18 versehen, der als Befestigungsstift dient. Die Identität der Form und Abmessungen der Gelenkteile 12 und 14 machen das Implantat 10 geeignet zum Einsatz als rechtes oder linkes Kniegelenk.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen das damit zusammenwirkende Implantat 20 für das rechte Kniegelenk. Es besteht aus einer seitlichen Kniegelenkpfanne 22 und einer mittleren Kniegelenkpfanne 24, welche starr über eine frontseitige Brücke 26 miteinander verbunden sind. Die Gelenkoberfläche 25 der seitlichen Gelenkpfanne 22 ist eine sphärisch konturierte Pfanne mit dem gleichen Radius wie die Oberfläche 15 der Gelenkvorsprünge 12 und 14, so daß eine dieser Gelenkvorsprünge mit spielfreiem Sitz in der Fläche 25 sitzt. Bei einem linksseitigen Knieimplantat sind die Gelenkpfannen 22 und 24 gegenüber den Fig. 4 bis 6 umgetauscht angeordnet. Die Gelenkoberflache 27 des mittleren Gelenks 24 ist eine bogenförmige Vertiefung, bei der die Zentrumslinie M-M in der Querebene der Fig. 4 (senkrecht zur Achse des Gelenks) einen Radius um den Mittelpunkt P der seitlichen Gelenkpfannenfläche 25 aufweist. Die Kontur der Vertiefung 27 gesehen im Querschnitt längs der Linien V-V oder VI-VI in Fig. 4, d.h. in einer Ebene durch die Gelenkachse ist ein kreisförmiger Bogen mit dem gleichen Radius wie die Oberfläche 15 der Gelenkvorsprünge 12 und 14. Die gekrümmte Zentrumslinie M-M liegt in der Querebene T-T, siehe Fig. 6. Dies bedeutet aJso, daß die Vertiefung 27 für die volle Länge ihres Grundes tangential zu einer Ebene verläuft, welche senkrecht zur Achse des Kniegelenks ist und daß die sphärische seitliche Gelenkpfannenoberflache am Punkt P tangential

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zur gleichen Ebene T-T verläuft. Die Vertiefung ist auf diese Weise im wesentlichen flach ausgebildet oder kann einen Krümmungsradius um die Hauptgelenkachse aufweisen, der ins Unendliche strebt und größer ist als der Krümmungsradius der Gelenkvorsprünge 12 und 14.

Das unterschenkelseitige Kniegelenkteil ist mit schwalbenschwanzfö'rmigen Vorsprüngen 28, 30 und 32 an seiner Unterseite versehen, welche zum Befestigen des Implantats in entsprechenden Ausnehmungen dienen. Diese Unterseite ist weiterhin mit Riefen 34 (Fig. 6 bis 8) versehen, welche die Grifffestigkeit und das Haftvermögen bei der Verwendung eines Zements zum Befestigen des Implantats erhöhen. Das Implantat kann auf diese Weise verschiebungs- und torsionssicher eingebaut werden.

Bei einem rechtsseitigen Kniegelenk passen die Oberflächen 15 und 25 der seitlichen Gelenkteile 12 und 22 ineinander. Das mitt1 ere Ge1enktei 1 14 paßt spielfrei in die Vertiefung 27 des mittleren Gelenkteils 24 und kann in dieser Vertiefung eine Wälzbewegung ausführen, während das seitliche Gelenkteil 12 in der seitlichen Gelenkpfanne 25 sich drehen kann.

Ist die Prothese implantiert und ist das Bein voll ausgestreckt, dann ruht das Vorderende des mittleren Gelenkvorsprungs 14 im Bereich der Brücke 16 im vorderen Ende des mittleren Gelenkteiles 24 nahe der Brücke 26. Wird das Knie gebogen, dann schwenkt der seitliche Gelenkvorsprung 12 in der seitlichen Gelenkpfanne 25 um das gemeinsame Zentrum der sphärischen Gelenkoberflächen 15 und 25. Hierbei handelt es sich um den Punkt 0 in Fig. 1 der GB-PS 1 360 485. Gleichzeitig rollen die mittleren Gelenkteile 14 und 24 längs der gebogenen Vertiefung 27, wobei die sphärische Gelenkoberfläche 15 des mittleren Gelenkvorsprungs 14 sich gleich verhält wie

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die gekrümmte Rippe 24 in den Fig. 5 bis 10 der vorerwähnten britischen Patentschrift. Das Beugen und Ausstrecken des Knies findet statt um eine Hauptgelenkachse X-X in Fig. 1 der britischen Patentschrift, wahrenc diese Achse selbst winkelmäßig abgelenkt wird zwischen den begrenzenden Stellungen Y- Y (voll gebeugt) und Z-Z (voll ausgestreckt) der dortigen Fig. 2. Die Ablenkung der Hauptgelenkachse der Prothesenteile 10, findet somit nur in einer Querebene statt und keine Ablenkung tritt auf in der Ebene von Fig. 4 der vorerwähnten britischen Patentschrift.

Der modifizierte Aufbau der vorliegenden zwei ge lenkigen Prothese führt zu praktischen Vorteilen.

Die mittlere Gelenknut 27 ist wesentlich einfacher zu bearbeiten als die Vertiefungen 15 oder 25 nach der GB-PS 1 360 435, da ihre Kontur Teil der Umhüllung ist, weiche durch einen feststehenden kreisförmigen Bogen erzeugt wird_s der in einer Ebene rechtwinkelig zu derjenigen der Fig. 4 der Zeichnung liegt, wobei das implantat 20 in der Ebene dieser Figur um den Punkt P gedreht wird. Dieser kreisförmige Bogen kann mittels eines sphärischen oder teilweise sphärischen rotierenden Werkzeugs erzeugt werden_s das in einer konstanten Höhe oberhalb des Werktisches einer Werkzeugmaschine gehalten wird,, auf der das Implantat 20 befestigt ist. Dieses Werkzeug wird gedreht in der Ebene der Fig. 4 um eine Achse senkrecht zur Ebene durch den Punkt P. Toleranzen und die Oberflächengüte der Vertiefung 27 können somit in engen Grenzen gehalten werden.

Die Gelenkvorsprünge 12 und 14 weisen identische Form und Abmessungen auf_s wodurch ebenfalls die Herstellkosten vermindert werden können. Wegen des symmetrischen

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Aufbaus kann das Implantat 10 sowohl für ein rechtes

als auch für ein linkes Kniegelenk verwendet werden,

was ebenfalls zu einer Kostenreduzierung führt. Die

einzige Variable ist die Länge der Brücke 16.

Das Implantat 10 wird bevorzugt aus einem biologisch inerten Metall gefertigt, während das Implantat 20 bevorzugt aus einem sehr dichten, verschleißfesten Kunst-Stoffmaterial, wie beispielsweise aus Polyäthylen besteht.

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Claims

Dipl.-Ing.

Rolf Charter

Patentanwalt

Rohling jnstraße 8 · Postfach 260
D-S¹IOt) Augsburg 31

Telefon (W 21/36015+3 fiO 16
Telex 53 3 275

Anm.: Arthur Jacob Helfet 7339/01/Ch/Gr Augsburg, 13. Februar 1979

Patentansprüche

Zweigelenkige Prothese zum Verbinden zweier natürlicher oder künstlicher Gliedinaße, bestehend aus zwei ineinandergreifenden Gelenkprothesenteilen aus künstlichem Material, von denen eines mittlere und seitliche Vorsprünge aufweist, die in mittlere und seitliche Pfannen eingreifen_s wobei die seitlichen Gelenkteile eine relative winkelmäßige Biegung der beiden Gliedmaße gleichzeitig um zwei Achsen ermöglichenj, von denen eine in mittlerer, seitlicher Richtung durch das gemeinsame Mittenzentrum der Relativdrehung der seitlichen Gelenkteile hindurchgeht, und von denen die andere durch dieses Zentrum hindurchgeht und in einer Ebene liegt_s die im wesentlichen senkrecht zur ersten Achse verläuft₉ während die mittleren Gelenkteile um beide Achsen sich abwälzen,, wobei die Abwälzbewegung um die zweite Achse eine winkelmäßige Biegung der ersten Achse in einer Ebene bewirkt,, die im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse der ausgestreckten Gliedmaße verläuft_s dadurch gekennzeichnet,, daß der mittlere Gelenkvorsprung eine Krümmung um die Hauptgelenkachse aufweist₅ die zugehörige mittlere Gelenkpfanne aus einer Vertiefung mit einem Krümmungsradius um diese zweite Achse besteht und der Grund dieser Vertiefung

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im wesentlichen flach ist oder einen Krümmungsradius um diese Hauptgelenkachse aufweist, der ins Unendliche strebt und größer ist als der Krümmungsradius des Gelenkvorsprungs um die Hauptgelenkachse.
2. Prothese nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der seitliche Gelenkvorsprung sphärisch oder sphäroidisch ausgebildet ist und in eine komplementäre Gelenkpfanne eingreift, welche ebenfalls sphärisch oder sphäroidisch ausgebildet ist und im wesentlichen den gleichen Radius aufwe ist.
3. Prothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur eines Querschnitts der Vertiefung in einer Ebene durch die Hauptgelenkachse ein kreisförmiger Bogen des gleichen Radiusses ist, wie der Radius der sphärischen Kontur der Gelenkoberfläche der seitlichen Gelenkpfanne.
4. Prothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Gelenkoberfläche des mittleren und seitlichen Gelenkvorsprungs gleich der Sphäre des gleichen Radiusses ist, der im wesentlichen gleich ist denjenigen der seitlichen Gelenkpfanne.
5. Prothese nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gelenkteil einen Befestigungsvorsprung aufweist.
6. Prothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Befestigungsvorsprünge aus schwaibenschwanzförmigen Vorsprüngen bestehen.

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