DE3101789A1

DE3101789A1 - Kniegelenkprothese

Info

Publication number: DE3101789A1
Application number: DE19813101789
Authority: DE
Inventors: Albert 06830 Greenwich Conn. Burstein; John N. 10583 Scarsdale N.Y. Insall
Original assignee: NEW YORK SOCIETY; New York Society for Relief of Ruptured and Crippled
Current assignee: NEW YORK SOCIETY; New York Society for Relief of Ruptured and Crippled
Priority date: 1980-01-21
Filing date: 1981-01-21
Publication date: 1981-12-24
Also published as: SE449171B; SE8100167L; GB2067412B; DK156242C; CA1155603A; FR2473876B1; ES264742Y; NL188324B; JPH0245456B2; IT1170640B; GB2067412A; CH650919A5; DK156242B; US4298992A; NL188324C; BR8100287A; AU542787B2; BE887150A; JPS56106648A; AU6612781A

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

professional representatives before thb european patent ofpicb agkees pres l'office euxopeen des brevets

3-

DR.-IN«,. FiAV

DR. PHIL. FFEDA TUESTHOFF < DIPL.-ING. GERHARD PULS (195I-I971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 66xo ji telegramm: protectpatent telex: 524070

U-54 392

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New York Society for the Relief of the Ruptured and Crippled, maintaining The Hospital for Special Surgery

Titel:

Kniegelenkprothese

130052/0436

PATENTANWÄLTE D-8000 MÜNCHEN 90

WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-COETZ schweighrstrasse ι

TELEFON: (089) 662051 PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE TELEGRAMM: PROTECTPATENT

MANDATAIRES AGREES PRES LOFFICE EUROPEEN DES BREVETS TELEX: 524070

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Beschreibung Kniegelenkprothese

Die Erfindung betrifft eine Kniegelenkprothese, insbesondere eine implantierbare Kniegelenkprothese, die alle Oberflächen des Oberschenkels und des Schienbeins, die miteinander im Kniegelenk in Eingriff stehen, ersetzt und die Gelenkfunktion beim Biegen des Beins stabilisiert.

Forscher am Hospital for Special Surgery, New York arbeiten seit vielen Jahren an der Entwicklung prothetischer Gelenke, einschließlich des Kniegelenks. Die Entwicklung von Kniegelenkprothesen konzentriert sich mehr und mehr auf sogenannte totale Prothesen, bei denen alle Berührungsflächen des Oberschenkels und Schienbeins durch Oberflächen des Femoral- und Tibialteils der Prothese ersetzt werden, sowie auf sogenannte stabilisierte Prothesen, bei denen Teile der Komponenten, beispielsweise Gelenkzapfen oder Kugeln und Pfannen die Bewegung steuern. Die gegenwärtig vorgesehenen totalen Knieprothesen ermöglichen im wesentlichen eine Translationsbewegung von vorn nach hinten, seitliche YJinkelbewegungen und Drehbewegungen fast so wie ein anatomisches Kniegelenk, wobei für Stabilität die Sehnen und Bänder sorgen. In manchen Fällen ist jedoch das Weichgewebe aus dem einen oder anderen Grund nicht imstande, die nötige Stabilität zu gewährleisten, so daß große Gefahr einer Dislozierung der Prothese besteht, die infolgedessen die normale Funktion nicht vollkommen ersetzen kann.

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Scharnierartige Kniegelenkprothesen oder Prothesen mit Kugel und Pfanne können im allgemeinen die Bewegungen des anatomischen Gelenks nicht nachvollziehen. Aus diesem Grund werden sie, weil die normale Punktion nicht ersetzt wird und das Gelenk abnorm arbeitet, nur dann für wünschenswert gehalten, wenn Patienten kein ausreichendes Weichgewebe im Kniegelenk für die erforderliche Stabilität zur Verfügung haben. Da die Mechanik der Prothese für die Stabilität sorgen muß, unterliegt die Prothese außerdem beträchtlicher Beanspruchung, und ein Versagen durch Verlagerung der Bestandteile kommt bei stabilisierten Prothesen viel häufiger vor als bei totalen Prothesen.

Aus der DE-OS 29 19 803 ist eine Kniegelenkprothese bekannt, die man als Zwitter zwischen totaler und stabilisierter Prothese bezeichnen kann. Sie hat nämlich die Eigenschaft, eine insgesamt normale Punktion zu ermöglichen, wie sie für totale Prothesen charakteristisch ist, und auch gewisse excessive Relativbewegungen zu begrenzen, was die stabilisierten Prothesen auszeichnet.

Die vorliegende Erfindung bietet Verbesserungen gegenüber der aus der DE-OS 29 19 803 bekannten Kniegelenkprothese, mit der sie einige Merkmale und Prinzipien gemeinsam hat. So weist sie einen Pemoralteil auf, der zwei seitlich im Abstand voneinander liegende Condylarbereiche hat, die jeweils eine Außenfläche aufweisen, welche glatt konvex von vorn nach hinten gekrümmt ist, um insgesamt dem Seitenprofil des anatomischen Gelenkkopfes des Oberschenkels zu entsprechen, und die über ihre ganze Erstreckung von vorn nach hinten seitlich glatt konvex gekrümmt ist. Die Condylarbereiche sind durch eine kastenartige Konstruktion miteinander verbunden, welche eine intercondylare Vertiefung oder Ausnehmung bildet, die nach unten zur Tibia hin offen ist. Der Tibialteil hat einen Plattformbereich mit seitlich im Abstand voneinander liegenden konkaven Bereichen, in denen jeweils einer der Condylarbereiche des pemoralteils aufgenommen ist. Vom tibialen Plateau erstreckt sich ein

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Block oder Pfosten nach oben in die intercondylare Vertiefung des Femoralteils. Die soweit "beschriebene Erfindung ermöglicht relative Bewegungen (Translation von vorn nach hinten, seitliche Winkelbewegung und Drehbewegung), die denen des anatomischen Gelenks und einiger totaler prothetischer Gelenke sehr stark angenähert sind_/ und begrenzt übermäßige Bewegungen durch Eingriff zwischen dem Tibialblock und der Vertiefung im Femoralteil. Diese Merkmale hat das Kniegelenk gemäß der Erfindung mit dem in DE-OS 29 19803 offenbarten gemeinsam. Die hauptsächlichen Verbesserungen der Erfindung sind in folgendem zu sehen:

1.) Ein in Querrichtung verlaufender, konvexer Nockenfolgeteil am hinteren Ende der oberen Wand der intercondylaren Vertiefung im Femoralteil steht in Eingriff mit einer konkaven Nockenflache am unteren hinteren Teil des Tibialblocks, wenn die Biegung vollständig oder nahezu vollständig ist, und drängt die Berührungszonen zwischen den femoralen Condylarbereichen und den tibialen konkaven Bereichen nach hinten, wenn sich die Biegung dem vollen Ausmaß annähert. 2.) Das tibiale Plateau ist nach unten und hinten geneigt. 3.) Die obere Wand der femoralen Einbuchtung ist insgesamt eben und nur leicht von vorn nach hinten gegenüber einer nominalen Basisebene geneigt und tritt nur dann mit dem Tibialblock in Eingriff, wenn eine ziemlich starke Überstreckung von beispielsweise 15° vorliegt.

Durch die Abwandlungen wird die Funktion der Prothese in verschiedener Hinsicht geändert und eine Reihe von Vorteilen erzielt. Zu den wichtigeren darunter gehören die folgenden:

1.) Die steuerkurvenartige Wirkung zwischen dem Tibialblock und der intercondylaren Vertiefung im Femoralteil, die in der Nähe voller Biegung und bei voller Biegung in einem Bereich nahe am Tibialplateau erfolgt - die Hebelwirkung, die bestrebt ist, den Tibialteil zu verlagern, ist auf ein Minimum eingeschränkt.

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2.) Die steuerkurvenartige Wirkung in der Nähe voller Biegung und bei voller Biegung läßt den Pemoralteil auf dem Tibialteil nach hinten "gleiten", wodurch der Flexionsbereich ohne Störung zwis'chen den hinteren Flächen des femoralen Gelenkkopfes und dem hinteren Ende des Tibialteils erweitert wird.

3.) Die Neigung des tibialen Plateaus nach hinten und unten erweitert gleichfalls den Flexionsbereich, da sie das hintere Ende des tibialen Plateaus absenkt und dabei gleichzeitig eine gewisse Höhe am vorderen Ende beibehält, so daß sich bei einer Extension die Gelenkköpfe des Pemoralteils in den konkaven Bereichen des Tibialteils gut einbetten. Daraus resultiert eine stabilisierende Wirkung der Einsehachtelung bei Streckung, insbesondere eine Stabilisierung gegen eine Verlagerung des Oberschenkels nach vorn.

4.) Insgesamt ist das Kniegelenk (sowohl das anatomische als auch das prothetische) von Natur aus bei Streckung stabil, wenn der Patient steht, wobei das Abstützen der Gelenkköpfe des Oberschenkels auf dem Tibialplateau wie in einem Nest, das Gewicht des insgesamt über den Knien zentrierten Körpers sowie der Zustand der Bänder und Sehnen die Stabilität des Kniegelenks fördern. Deshalb ist es insgesamt überflüssig, daß die Gelenkprothese zusätzliche Stabilität durch Eingriff zwischen dem Tibialblock und der intercondylaren Vertiefung des ^emoralteils bei Streckung bietet.

5.) Die insgesamt horizontale obere Wand (Decke) der intercondylaren Vertiefung des Pemoralteils erleichtert das Implantieren des Tibialteils, weil sie dem Chirurgen ausreichend Raum zum Einsetzen des Tibialteils zwischen dem dann implantierten Pemoralteil und der exponierten Tibia bietet und ein Herabschieben in die richtige Lage ermöglicht. 6.) Unter Überstreckung ist die Stabilität des Gelenks verringert - die Erfindung bietet Stabilität gegen eine Dislozierung des Oberschenkels nach hinten bei ÜberStreckung, da die vordere Wand des Blocks und der vordere Teil der Decke der Vertiefung in Eingriff treten.

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Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand sehematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1, 2 und 3 eine Draufsicht, Seitenansicht und Rückansicht des Femoralteils;

Fig. 4» 5 und 6 eine Draufsicht, Seitenansicht und Rückansicht des Tibialteils;

Fig. 7A bis 7F Längsschnitte der zusammengesetzten Bestandteile in verschiedenen Positionen (entsprechend einem Bereich der Kniegelenkbewegung von voller Streckung bis zu voller Biegung).

Der dargestellte Femoralteil weist zwei identische, seitlich im Abstand voneinander ausgebildete femorale Condylarbereiche 10 und 12 auf, die jeweils im seitlichen Profil glatt konvex gekrümmt sind, so daß sie insgesamt der Krümmung eines anatomischen Gelenkkopfes des Oberschenkels entsprechen, und die über ihre ganze Erstreckung von vorn nach hinten seitlich konvex gekrümmt sind. Die vorderen Teile der Condylarbereiche gehen glatt in konvex gekrümmte seitliche Bereiche 14a und 14b eines Patellarbereichs 14 über, dessen mittlerer Bereich 14c seitlich konkav und von unten nach oben konvex ist und an seinem unteren Ende eine vordere Wand oder Decke 16a eines kastenförmigen Intercondylarbereichs 16 schneidet, der gemeinsam mit dem Patellarbereich 14 die Condylarbereiche miteinander verbindet. Der eine Vertiefung oder Einbuchtung bildende Intercondylarbereich hat zwei seitlich im Abstand voneinander liegende Seitenwände 16b und 16c, die die Ränder der Decke 16a mit den Innenkanten der Condylarbereiche verbinden, in der Decke des Intercondylarbereichs 16 ist ein Loch 18 vorgesehen, durch welches Fluide und Gewebe leichter in die vom Intercondylarbereich gebildete Einbuchtung eintreten und darin wachsen können, um den eingesetzten Bestandteil besser mit anatomischen Strukturen und Systemen zu integrieren.

Die dem Oberschenkel zugewandten Oberflächen des Pemoralteils sind insgesamt eben und im Fall der "Facetten" jedes Condy-

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larbereichs 10 urvi ' < ' -r. cin.r ^'.ei;.i;i Pippe oder einem flansch begrenzt, damit ein.3 >lei^3nie odar verkeilende Wirkung erzielt viri, die den eingesetzten Bestandteil sicher an des zum Sefss-si^en aa Oberschenkel benutzten Bindemittel festhält.

Die Decke 16a des Intercondylarbereichs 16 in Form einer Vertiefung oder Einbuchtung ist insgesamt eben (auch wenn sie eine geringe Unterbrechung zwischen zwei e'oanen Oberflächen hat) und ist, obwohl sie insgesamt horizontal verlauft (parallel zu einer nominalen 3asisebene) ν cn hinten nach oben zu einer sich in Querrichtung erstreckenden, konvexen Nockenfolgeflache 20 a.:: hicr;aron Ende geneigt. An den Irj.enrändern der hinteren -Teils der Coridylarbereiche vorgesehene Kerben (Pig· 3) sind für Zweoke der chirurgischen Technik vorgesehen und haben nichts mit dar anatomischen Struktur oder Funktion der Prothese zu. Van. Der Penoralteil besteht vorzugsweise aus einem dauerhaften Metall von chirurgischer Qualität, z.B. 3161 rostfreiem Stahl oder einer Chrom-Kobalt-Molybdänlegierung, die der ASTM-Norm Nr. P75-74 entspricht. Alle Oberflächen des Pemoralteils, die gegenüber dem Knochen außen liegen, sind feinpoliert. Der Pemoralteil ist um eine vertikale_; von vorn nach hinten verlaufende Mittelebene symmetrisch, so daß er an beiden Knien verv/endbar ist. Der Tibialteil (Pig. 4-6) ist vorzugsweise aus einem Hochdruckkunststoff von chirurgischer Qualität mit niedriger Reibung und geringem Verschleiß, z.B. RCH-1000 hergestellt und gleichfalls um eine vertikale, ■von. vorn nach hinten verlaufende Mittelebene symmetrisch, so daß er zur Verwendung am rechten und linken Knie geeignet ist. Er weist einen länglichen, abgerundeten, scheibenartigen Plateau- oder Plattformteil 30 auf, dessen Oberseite insgesamt eben ist und von vorn nach hinten abwärts geneigt verläuft. Jeder von zwei seitlich im Abstand voneinander vorgesehenen länglichen konkaven Bereichen 32 und 34 nimmt einen der Condylarbereiche des Pemoralteils auf, wobei die eingeschachtelte Abstützung des Pemoralteils die Gelenkprothese stabilisiert und doch eine Translationsbewegung von vorn nach hinten, seit-

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1ΐ3ίΐ3. WiiL'celbewuj.iUgen und Drehbewegungen ermöglicht, wie ε:.ε alle h:--l der normalen Funktion des anatomischen Kniegelenke vorkoonsen. Die seitliche Krümmung ist etwas größer als öie seitliche Krümmung der Condylarbereiche des Pemoralteils.

Ton der Unterseite des Plattformbereichs erstreckt sich ein kielartiger Pixierblock 36 nach unten. In in den Vänden des Fixierblooks vorgesehene Schlitze 38 und in Schlitze 40 an der Unterseite des Plattformbereichs dringt Bindemittel ein, 30 daß der TiMalteil mit dem Bindemittel verankert wird.

Uwxsoiien den. konkaven Bereichen erstreckt sich vom plattform-■frvr-a·^ "/να ein Stabilisierblock 42 nach oben, der in der Vertiefung auigenoiaraet. ist, die der Intercondylarbereich 16 des Fe-.vxi'EiXv-dls bildet. Dar Stabilisierblock 42 ist im seitlichen x'rofil insgesamt dreieckig und hat ebene, parallele Seitenfläche;!, eine konkavs Nockanfläohe 42a im unteren Teil der liiiterferi Fläche und eine vordere Fläche, die nach vorn und ο ·■?■&. ιι?Α-ε?? einer", spitzen VirJcal gegenüber einer nominalen Be- ·:- -¹^e'/·.:..:. ^e^e-'.gt ist, welche rechtwinklig zur nominalen Ach- :"ΰ le3 gestreckter: Beins verläuft. Die seitlichen Flächen des SiatllisierbloekB 42 sind in ausreichend großem Spiel von den seitlichen V/änden der intercondylaren Einbuchtung im Femoral- ^eil vorgesehen, so daß eine normale seitliche winkelbewegung u:i'2 Erehtewegung der Kniegelenkprothese möglich ist.

Bei gestrecktem Bein (Fig. 7A) wird eine insgesamt stabile Position dadurch erreicht, daß die (Jelenkköpfe des Femoralteils in den konkaven Bereichen des Tibialplateaus eingebettet sind. Der Stabilisierblock 42 des Tibialteils und die Einbuchtung des Intercondylarbereichs 16 treten in Richtung von vorn nach hinten nicht miteinander in Eingriff. Bei geringfügigen Biegegraden (Fig. TB und 7D) bleiben Block und Vertiefung weiterhin funktionsmäßig außer Eingriff; aber bei zunehmender Flexion wird das Bestreben der Nockenfolgefläche 20 am Femoralteil mit der hinteren Fläche des Stabilisierblocks 42 am Tibialteil in Eingriff zu treten, größer, wenn die Knieflech.s-

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muskeln der Hüfte das Schienbein nach hinten ziehen und das Bestreben haben, das Schienbein nach hinten zu dislozieren. Etwa im Bereich einer Biegung von 40° bis 50° (Pig. 7E) sollte die Nockenfolgefläche 20 am Femoralteil im allgemeinen mit der Nockenfläche 42a am Tibialteil in Eingriff treten, und bei über dieses Ausmaß hinausgehender Flexion werden die Gelenkköpfe des prothetischen Femoralteils gezwungen, in den konkaven Bereichen des Tibialteils nach hinten zu rollen (Fig. 7F). Dabei ist zu beachten, daß die Berührungszone zwischen den Gelenkköpfen und den konkaven Bereichen sich nach hinten zu einer Stelle verlagert (vergleiche Fig. 7E und 7F), die bei voller Biegung sehr nahe am hinteren Ende des tibialen Plateaus liegt. Durch diese Verlagerung und durch die Neigung des tibialen Plateaus kann eine starke Flexion erfolgen, ohne daß es zu einer Störung zwischen dem hinteren Ende des Oberschenkels und dem hinteren Ende des Tibialteils kommt. Der Block und die Vertiefung stabilisieren also die Gelenkfunktionen in der Nähe voller Biegung und bei voller Biegung, da sie die relativen Positionen des Femurs von vorn nach hinten steuern und eine Translation nach vorn verhindern.

Sollte das Knie eine ziemlich starke Überstreckung erfahren, z.B. um ca. 15 (nicht gezeigt, siehe jedoch Fig. 7A), so rollt der vordere Teil der oberen Wand 16a des Intercondylarbereichs 16 des Femoralteils zurück in Eingriff mit der vorderen Fläche des Blocks am Tibialteil und verhindert eine Dislozierung des Femurs nach hinten.

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■Ä.

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Claims

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Patentansprüche

Kniegelenkprothese mit einem Femoralteil, der zwei seitlich im Abstand voneinander angeordnete Condylarbereiche hat, die jeweils eine Außenfläche aufweisen, welche von vorn nach hinten glatt konvex gekrümmt ist, so daß sie insgesamt dem seitlichen Profil eines anatomischen Oberschenkelgelenkkopfes entspricht, und die seitlich über ihre ganze Erstreckung von vorn nach hinten glatt konvex gekrümmt ist, sowie einen kastenartigen Intercondylarbereich, der die Condylarbereiehe miteinander verbindet, und mit einem Tibialteil, der einen plattenartigen Plattformbereich hat, welcher an seiner Oberseite zwei seitlich im Abstand voneinander liegende konkave Bereiche aufweist, die jeweils zur Aufnahme eines der Condylarbereiche des Femoralteils in einer Art Einbettung geeignet sind, sowie einen Block, der sich von der Plattformoberfläche zwischen den konkaven Bereichen nach oben erstreckt und im Intercondylarbereich des Pemoralteils aufgenommen ist,

dadurch gekennze ichne t, daß der Intercondylarbereich (16) eine Vertiefung bildet, die nach unten zum Tibialteil offen ist und im Abstand voneinander liegende seitliche Wände und eine obere Wand hat, die die seitlichen Wände verbindet, insgesamt eben ist und sich insgesamt parallel zu einer Bezugsebene erstreckt, die rechtwinklig zur Nominalachse des gestreckten Beins verläuft, sowie einen Nockenfolgeteil am hinteren Ende der oberen Wand mit einer in Querrichtung verlaufenden, konvex gekrümmten Nockenfolgefläche (20), und daß der Tibialblock eine hintere Fläche hat, die einen konkav gekrümmten Nockenbereich in der Nähe der

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Verbindungsstelle zwischen dem Block und der Plattformoberfläche aufweist, und daß der Nockenbereich am Block zum Eingriff durch die Nockenfolgefläche am Intercondylarbereich beim Biegen des Beins und beim Bestreben des Femurs zu einer Translationsbewegung nach vorn im Verhältnis zur Tibia geeignet ist, sowie dazu, die Berührungszonen zwischen den femoralen Condylarflachen des Femoralteils und den konkaven Bereichen (32, 34) des Tibialteils bei zunehmender Flexion des Beins nach hinten zu drängen.
2. Kniegelenkprothese nach Anspruch 1,

dadurch gekenn zeichnet, daß der Tibialblock insgesamt im seitlichen Profil dreieckig ist und eine insgesamt ebene vordere Fläche hat, die schräg unter einem spitzen Winkel zur Bezugsebene liegt, und daß mit der vorderen Fläche des Tibialblocks ein vorderer Teil der oberen Wand der intercondylaren Vertiefung des Femoralteils nur bei Überstreckung des Beins und sonst nicht in Eingriff bringbar ist.
3. Kniegelenkprothese nach Anspruch 1,

dadurch gekennz eichnet, daß ein vorderer Teil der oberen Wand der Vertiefung des Femoralteils unter kleinem spitzen Winkel nach unten und vorn geneigt ist und einen Eingriff mit der vorderen Fläche des Blocks des Tibialteils bei Überstreckung des Beins ermöglicht.
4. Kniegelenkprothese nach Anspruch 1,

dadurch gekennze i chne t, daß die obere Fläche des Tibialteils nach unten und hinten gegenüber der Bezugsebene geneigt ist, wobei ein hoher Grad an Flexion des Beins ohne Störung zwischen dem anatomischen Oberschenkel und dem hinteren Bereich des Tibialteils ermöglicht ist.

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