DE3305237C2 - Trochleo-patellare Knievollprothese - Google Patents
Trochleo-patellare KnievollprotheseInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer trochleo-patellaren Knie
vollprothese. In Fig. 1, die eine Vorderansicht eines
Kniegelenkes ist, erkennt man das untere Ende eines Ober
schenkelknochens 2, die oberen Enden eines Schienbeines 3
und eines Wadenbeines 4 und eine Kniescheibe 5, die gegen
die Rolle 6 des Oberschenkelknochens 2 anliegt, d. h.
gegen die bikonvexe Rinne, die von der lateralen Kondyle 7
und der medialen Kondyle 8 begrenzt ist.
In Fig. 1 sind die Kräfte F1 und F2, die auf die Knie
scheibe 5 wirken, dargestellt, sowie die daraus resul
tierende Kraft F3, die darauf gerichtet ist, die Knie
scheibe 5 seitlich nach außen zu verlagern, wobei die
seitliche äußere Neigung der Rolle 6 die Aufgabe hat,
sich dieser Verlagerung zu widersetzen.
Bei den ersten Beugungsgraden des Kniegelenkes, wie es bei
spielsweise beim Gehen auftritt, führt die interne Drehung
des Schienbeines 3 bezüglich des Oberschenkelknochens 2
zu einem Abrollen der Kreuzbänder aufeinander und zu einem
Zusammenhalten der femoro-tibialen Oberflächen. In Wirk
lichkeit ist es der Oberschenkelknochen 2, der, da das
Schienbein 3 das feststehende Element ist, durch seine
externe Drehung anatomisch die Verriegelung des Knies
gewährleistet und er gewährleistet dieses exakt dank
des Seitendruckes der Kniescheibe 5 im Hinblick auf
die Anschmiegkraft, die darauf wirkt, sowie dank des
entsprechenden Drehmomentes.
Die Fig. 2, die eine Teilschnittdarstellung gemäß
Schnitt 2-2 der Fig. 1 ist, illustriert das von der
Anschmiegkraft F4 der Kniescheibe 5 ausgeübte Moment
bezüglich der Drehachse 9 des Oberschenkelknochens 2.
Die Rheuma- oder Arthroseschäden bewirken eine Zerstörung
der Gelenkoberflächen und insbesondere der Rolle und wo
möglich auch der Kniescheibe, was zu Schmerzen und einer
Insuffizienz bei der Knieverriegelung führt.
Bekannterweise sind diese Schäden außerordentlich häufig
und in bestimmten Fällen, die ebenfalls häufig vorkommen,
liegt die Kniescheibe 5 anormal seitlich und sie hat weder
die geometrische noch die mechanische Möglichkeit, sich
wieder zu zentrieren. Es handelt sich dann um eine chro
nische Subluxation der Kniescheibe.
Die Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, mit
einem beschädigten Knie, bei dem infolge der Zerstörung
der lateralen Kondyle 7 die Kniescheibe 5 eine anormale
seitliche Lage hat, wobei aufgrund dieser Tatsache ihre
Anschmiegkraft F4 so winkelmäßig versetzt ist, daß sie
praktisch auf die Schwenkachse 9 des Oberschenkelknochens 2
gerichtet ist, so daß kein Drehmoment für das Rezentrieren der Knie
scheibe 5 mehr vorhanden ist und die Verriegelung des Knies, die norma
lerweise bei einem gesunden Knie erfolgt, nicht möglich ist.
Eine Knievollprothese ist aus der DE 25 20 055 A1, US 41 51 615, der
DE-AS 22 07 816 sowie einem Prospekt der Firma Interplanta "Patella
Gleitlager Totalersatz Modell Lubinus" (Eingangsstempel des Deutschen
Patentamts 1979) bekannt.
Die aus diesen Schriften bekannten Knievollprothesen sind aufgrund ihrer
konstruktiven Ausgestaltung, wenn überhaupt, dann bestenfalls geeignet,
eine Knieverriegelung zu bewirken, die der eines gesunden Knies nahekommt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Knievoll
prothese der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die eine gegenüber einem
gesunden Knie verbesserte und wirksamere Knieverriegelung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Trochleo-patellare Knievollprothese gelöst,
die die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Prothese hat das Trochlea-
Element eine Längskonvexität mit einem Durchmesser in der Größenordnung
von 40 mm und eine Transversalkonkavität mit einem Durchmesser in der
Größen
ordnung von 50 mm. Die Querabmessung des Elementes liegt
dabei in der Größenordnung von 30 mm. Die Asymmetrie des
Elementes bezüglich der Ebene seines Äquatorialdurchmessers
ist so gewählt, daß der mediale Rand einen Durchmesser in
der Größenordnung von 45 mm hat, während der laterale Rand
einen Durchmesser in der Größenordnung von 60 mm hat.
Hieraus ergibt sich, daß die Kniescheibe um ihre drei
Achsen, die transversale, die vertikale und die von vorne
nach hinten verlaufende Achse, schwenken kann, ohne daß sich
ihr Tangentenkreis bezüglich des Trochlea-Elementes ändert.
Ist ferner die Anschmiegkraft der Kniescheibe seitlich
orientiert, verlagert sich die Kniescheibe unter der
Wirkung der sogenannten Luxationskraft bis in eine Gleich
gewichtslage, wobei diese Gleichgewichtslage unausweich
lich erreicht wird, da sich die Neigung des Trochlea-
Elementes dank der speziellen Formgestalt dieser Verla
gerung der Kniescheibe widersetzt, wobei diese Neigung
gleichförmig anwachsend ist und das ist das Gegenteil
von dem Zustand, den man bei den chronischen Subluxationen
antrifft.
Bei dieser Prothese ist somit erreicht, daß, je stärker
die Kniescheibe einer Luxation unterliegt, desto stärker
sie stabilisiert wird und desto stärker das Knie verriegelt
wird, weil in der neuen Gleichgewichtslage das Moment der
Drehkraft vergrößert ist. Für den Fall, daß bei einem Knie
gelenk die Gelenkfläche der Kniescheibe ebenfalls zerstört
ist, was sehr häufig der Fall ist, beinhaltet die erfindungs
gemäße Prothese ferner ein Kniescheibenstück in Form einer
Kugelcalotte, deren Durchmesser dem Transversaldurch
messer des Trochlea-Elementes entspricht, wobei Mittel
für die Befestigung des Stückes an Stelle und am Ort
der Gelenkfläche oder der Abstützfläche der Kniescheibe
vorgesehen sind.
Die Wegbahn der Kniescheibe wird durch den Äquatorial
bogenwinkel bestimmt, auf den das Trochlea-Element aus
gelegt ist. Im allgemeinen geht dieser Bogenwinkel über
90° hinaus und infolge dessen wird die Kniescheibe mit
dem Trochlea-Element in allen physiologischen Beuge
stellungen in Kontakt gehalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieser
Prothese liegt der äquatoriale Bogenwinkel des Trochlea-
Elementes in der Größenordnung von 100° und dieses Trochlea-
Element weist an seinem oberen Ende zwei Verankerungszapfen
auf, die von vorn nach hinten in den Oberschenkelknochen
eingreifen können, sowie an seinem unteren Ende eine
Öffnung für den Durchtritt einer Schraube für den
spongiösen Teil des Knochens, wobei die Schraube von unten
nach oben in den Oberschenkelknochen, axial zu diesem, ein
geschraubt wird.
Diese Anordnung schaltet jedes Risiko des Herausreißens
oder Herausbrechens des Trochlea-Elementes aus, insbe
sondere dann, wenn die Montage noch durch einen chirur
gischen Zement, wie beispielsweise Metacrylat, vervoll
ständigt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Prothese ist der
äquatoriale Winkelbogen des Trochlea-Elementes größer als
180°, derart, daß die Enden dieses Winkelbogens in einer
Entfernung voneinander liegen, die kleiner ist, als der
Durchmesser des äquatorialen Kreisringes, wobei die
Elastizität des das Element bildenden Materiales dazu
benutzt wird, seine Anbringung und Rückhaltung auf der
komplementären Fläche zu ermöglichen, die zuvor an der
Stelle der beschädigten Rolle bzw. Trochlea geschaffen
worden ist. Dank dieser Ausgestaltung sind Befestigungs
mittel außer einem chirurgischen Zement überflüssig.
Die Mittel für die Verbindung der Kniescheibe mit dem
Kniescheibenstück in Form einer Kugelcalotte können im
Prinzip beliebig sein. Vorzugsweise, auch im Hinblick
auf eine einfache Ausgestaltung, bestehen sie aus einer
Gruppe von Zapfen und Zapfenlöchern, die in den Verbin
dungsflächen der Kniescheibe und des sie ergänzenden
Kniescheibenstückes vorgesehen sind, so daß sie unter
Zwichenlegung eines chirurgischen Zementes miteinander
verbunden werden können.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 und 2 ein normales Kniegelenk mit Illustrierung
seiner Funktionsweise,
Fig. 3 die Illustration der Funktionsweise
eines Knies mit Subluxation der Kniescheibe,
Fig. 4 eine Seitenperspektive mit Teilschnittdar
stellung des unteren Endes eines Oberschen
kelknochens, der mit einer Prothese gemäß
der Erfindung versehen ist,
Fig. 5 eine Vorderansicht des mit der Prothese verse
henen unteren Endes des Oberschenkelknochens
gemäß Fig. 4,
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 mit Illustra
tion einer weiteren Prothese gemäß der Erfindung,
Fig. 7 und 8 schematisierte Teilschnitte durch ein mit
einer Prothese gemäß der Erfindung versehenes
Kniegelenk mit Illustration der Funktionsweise
bei einer Seitenverlagerung der Kniescheibe und
mit Darstellung einer Befestigungsweise des der
Kniescheibe zugeordneten komplementären Knie
scheibenstückes.
Wie aus den Fig. 4 bis 8 ersichtlich, beinhaltet die
Prothese gemäß der Erfindung im wesentlichen ein Trochlea-
Element 11, d. h. ein Element, das dazu bestimmt ist, in
der beschädigten Rolle bzw. Trochlea 6 zwischen den Kondylen
eines Oberschenkelknochens 2 befestigt zu werden. Dieses
Trochlea-Element 11 ist aus einem Teil in Form eines Sektors
eines Kreisringkörpers gebildet, der darauf ausgelegt ist,
nach seiner Befestigung in der Rolle 6 der Kniescheibe 5
eine kreisringförmige Abstützfläche darzubieten, die im
Längsschnitt konvex und im Querschnitt konkav ausgebildet
ist, wobei der Längsschnitt dem Durchmesser des Äquatorial
kreises des Kreisringes entspricht.
Eine geeignete Abmessung für die Verwirklichung dieses
Trochlea-Elementes 11 sieht für den Äquatorialkreis des
Kreisringes, aus dem es einen Sektor bildet, einen Durch
messer in der Größenordnung von 40 mm vor, während der
Transversaldurchmesser des Kreisringes selbst in der
Größenordnung von 50 mm liegt. Die transversale Breite
des Trochlea-Elementes liegt dabei in der Größenordnung
von 30 mm.
Ferner sind die seitlichen Ränder des Kreisringsegmentes
bezüglich der Äquatorialebene nicht symmetrisch, derart,
daß sein lateraler Rand 11a weiter entfernt von der
Äquatorialebene 12 liegt, als sein medialer Rand 11b.
Der Durchmesser des lateralen Randes 11a liegt vorzugs
weise in der Größenordnung von 60 mm, während der Durch
messer des medialen Randes in der Größenordnung von 45 mm
liegt.
Der laterale Rand 11a des Trochlea-Elementes 11 ist durch
einen Bogenabschnitt 11c in der Größenordnung von 5 mm
abgerundet, der sich auf der äußeren Kondyle 7 abstützt.
Bei der Anbringung dieses Trochlea-Elementes 11 an Stelle
und am Ort der Rolle bzw. Trochlea 6 ist diese zuvor bear
beitet worden und man hat an ihr eine Oberfläche komple
mentär zu der entsprechenden Oberfläche des Trochlea-
Elementes 11 ausgebildet.
Falls das Trochlea-Element 11 aus einem Sektor eines
kreisringförmigen Segmentes mit einem Bogenwinkel 13
kleiner als 180° ausgeschnitten ist, d. h. für den Fall,
daß, wie in Fig. 4 gezeigt, der Bogenwinkel 13 seines
Sektors in der Größenordnung von 10° liegt, ist das
Element nicht selbst haltend und für seine Befestigung
sind an seinem oberen Ende zwei Verankerungszapfen 14
vorgesehen, die von vorne nach hinten in der Diaphyse
basis des Oberschenkelknochens 2 eingreifen und es ist
ferner am unteren Ende des Trochlea-Elementes eine
Öffnung 15 vorgesehen, die den Durchtritt einer Schraube
16 für den spongiösen Knochenteil aufweist. Die Schraube
wird von unten nach oben in der Achse des Oberschenkel
knochens 2 in diesen eingeschraubt.
Die geschilderte Befestigung wird vorzugsweise durch einen
chirurgischen Zement, beispielsweise Metacrylat, komplettiert,
mit dessen Hilfe man auch das abrundende Bogenstück 11c
einpassen kann.
Für den Fall, daß der Bogenwinkel des Sektorstückes des
Trochlea-Elementes 11 größer als 180° ist, wie beispiels
weise in Fig. 6 illustriert, ist der Abstand zwischen
seinem oberen und unteren Ende kleiner als sein Durch
messer und demzufolge erfordert seine Befestigung nicht
mehr das Vorhandensein von Verankerungszapfen und einer
Schraube. Jedoch auch in diesem Fall wird, wie beim vor
hergehenden Beispiel, die Befestigung durch die Verwendung
eines chirurgischen Zementes verbessert. In diesem Fall
wird die Elastizität des das Trochlea-Element 11 bildenden
Materiales dazu benutzt, um seine Festlegung auf der zuvor
geschaffenen komplementären Oberfläche an der beschädigten
Trochlea zu gewährleisten. Ein für diesen Anwendungszweck
sehr gut geeignetes Material für das Trochlea-Element ist
ein Metall oder ein elastischer Kohlenstoff.
Wie aus den Fig. 5, 7 und 8 ersichtlich, schafft
die erfindungsgemäße Prothese, insbesondere das
Trochlea-Element 11, für dieses Gelenk eine Ausge
staltung, die unterschiedlich zu derjenigen ist, die
das Kniegelenk von Natur aus hat, weil die ursprünglich
transversal/bikonvexe Trochlea zwischen den Kondylen
durch eine transversal/konkave Rinne ersetzt ist. Wie
bereits ausgeführt, hat dieser Unterschied im Verhält
nis zur natürlichen Ausgestaltung den Vorteil, sich
einer Subluxation der Kniescheibe durch einen Selbst
zentrierungseffekt zu widersetzen. Vergleicht man die
Fig. 3, die eine Subluxation der Kniescheibe infolge
einer beträchtlichen Seitenverlagerung zeigt, mit der
Fig. 4, die eine seitlich verlagerte Kniescheibe im
Falle eines Knies mit einer Prothese gemäß der Erfindung
zeigt, ist offensichtlich, daß im ersten Fall die Knie
scheibe keinerlei Rezentrierungsmoment und keinerlei
Verriegelung für das Knie hat, während im zweiten Falle,
je weiter die Kniescheibe 5 sich zur Seite begibt, umso
größer das Rezentrierungsmoment wird.
In der Normalstellung der Kniescheibe 5, wie sie in
Fig. 7 dargestellt ist, ist das Rezentrierungsmoment
gleich dem Produkt aus der Anschmiegkraft F4 der Knie
scheibe 5, multipliziert mit dem Abstand d1 der Schwenk
achse 9 des Oberschenkelknochens 2 von der Anschmieg
kraft F4. Wird aber die Kniescheibe 5 seitlich ver
lagert, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, vergrößert sich
dieses Rezentrierungsmoment, weil für ein und dieselbe
Anschmiegkraft F4 sich der Abstand d1 auf einen größeren
Abstand d2 vergrößert.
So wie eine beschädigte Trochlea 6 zwischen den Kondylen
die Anbringung eines Trochlea-Elementes 11 erfordert, ist
auch im Falle der Beschädigung der Gelenk- oder Abstütz
fläche der Kniescheibe 5 ein Ergänzungsteil erforderlich.
Die Prothese beinhaltet somit ferner gegebenenfalls ein
komplementäres Kniescheibenstück 17 für die Kniescheibe 5
in Form einer Kugelcalotte, das an der Kniescheibe 5 an
Stelle und am Ort der zuvor beseitigten Abstützfläche an
gebracht wird. Dieses Kniescheibenstück ist aus irgend
einem körperverträglichen Material hergestellt, das einen
geringen Reibkoeffizienten bezüglich der Trochlea-Elementes
11 hat. Ein hierzu hervorragend geeignetes Material für das
Kniescheibenstück 17 ist beispielsweise Polypropylän.
Die Befestigung des komplementären Kniescheibenstückes 17
an der hinteren Fläche der Kniescheibe 5 kann auf belie
bige Weise geschehen. Gemäß einer bevorzugten sehr einfachen
Ausführungsform geschieht diese Befestigung aber, wie in den
Fig. 7 und 8 gezeigt, dadurch, daß an den beiden Verbin
dungsflächen der Kniescheibe 5 und des komplementären Knie
scheibenstückes 17 ein Zapfen 17a und ein Zapfenloch 5a
ausgebildet werden, wobei der Zapfen unter Zwischenfügung
eines chirurgischen Zementes 18, wie beispielsweise Metacry
lat, in das Zapfenloch eingesteckt wird.
Der Durchmesser des Kniescheibenstückes 17 ist gleich dem
Durchmesser des Transversalschnittes des Trochlea-Elementes
11. Hierdurch bekommt die Kniescheibe 5, welche Lage sie
auch einnehmen mag, mit dem Trochlea-Element 11 einen
Kontakt in Form eines Kreisbogens, dessen Ebene senkrecht
zur Äquatorialebene 12 des Kreisringstückes ist. Die
Kniescheibe 5 kann somit um ihre drei Achsen, die
transversale, die vertikale und die von vorne nach
hinten gehende Achse, drehen, ohne daß sich dadurch
der Tangentenkreis mit dem Trochlea-Element 11 ändert.
Dabei ist der Drehmittelpunkt der Kniescheibe 5 orts
fest bezüglich der Äquatorialebene der Trochlea und
ferner ist die Kniescheibe immer in der Hüllkurve
des Trochlea-Elementes 11 gehalten.
Dank dieser Ausgestaltung ist diese Prothese selbst
zentrierend.
Claims (9)
1. Trochleo-patellare Knievollprothese mit einem Trochlea-
Element (11), das die Form des Sektors eines kreisring
förmigen Segmentes aufweist, das anstelle und am Ort einer
beschädigten Trochlea zwischen den Kondylen befestigbar
ist und so ausgestaltet ist, daß es eine kreisringförmige
Abstützfläche für die Kniescheibe (5) oder einer kugelkalotten
förmigen Prothese (17) der Kniescheibenrückseite aufweist und
daß der Längsschnitt der Abstützfläche konvex ist und deren
Querschnitt konkav ist, wobei sich der Sektor über einen
Bogenwinkel (13) zwischen 60° und 190° erstreckt, während
das Segment bezüglich der Äquatorialebene (12) des kreis
ringförmigen Segmentes asymmetrisch ausgebildet ist, derart,
daß einer seiner Ränder weiter entfernt als der andere von
dieser Äquatorialebene (12) liegt, wobei dieser eine Rand
(11a) dem lateralen Rand der Trochlea (6) entspricht,
während der gegenüberliegende Rand (11b) dem medialen Rand
der Trochlea (6) entspricht und daß die Kniescheibe um die
transversale, die vertikale und um die von hinten nach vorne
verlaufende Achse verschwenkbar ist, ohne daß sich ihr
Tangentenkreis bezüglich des Trochlea-Elementes (11) ändert.
2. Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trochlea-Element eine Längskonvexität mit einem
Durchmesser von etwa 40 mm, eine Querkonkavität mit
einem Durchmesser von etwa 50 mm und eine Querabmessung
von etwa 30 mm hat, wobei die Asymmetrie des Trochlea-
Elementes bezüglich der Äquatorialebene so ausgebildet
ist, daß sein medialer Rand (11b) einen Durchmesser
von etwa 45 mm, sein lateraler Rand (11a) einen Durch
messer von etwa 60 mm hat.
3. Prothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie ferner ein für die Kniescheibe (5) komplementäres
Kniescheibenstück (17) in Form einer Kugelcalotte auf
weist, deren Durchmesser dem Querdurchmesser des Trochlea-
Elementes (11) entspricht, wobei Befestigungsmittel für
die Befestigung des Kniescheibenstückes (17) an Stelle
und am Ort der Gelenk- oder Abstützfläche der Kniescheibe
(5) vorgesehen sind.
4. Prothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der aquatoriale Bogenwinkel des
Trochlea-Elementes (11) etwa 100° beträgt und das
Trochlea-Element (11) an seinem oberen Ende zwei von
vorn nach hinten in den Oberschenkelknochen einbring
bare Verankerungszapfen (14) und an seinem unteren Ende
eine Öffnung (15) für den Durchtritt einer Schraube (16)
für den spongiösen Knochenteil aufweist, derart, daß die
Schraube (16) von unten nach oben in der Achse des Ober
schenkelknochens (2) in diesen einschraubbar ist.
5. Prothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der äquatoriale Bogenwinkel des Trochlea-
Elementes (11) größer als 180° ist, derart, daß die Enden
dieses Bogens voneinander eine Entfernung haben, die
kleiner ist als der Äquatorialkreisdurchmesser des Elementes,
wobei das Herstellungsmaterial des Trochlea-Elementes (11)
eine solche Elastizität hat, daß das Element auf der zuvor
gebildeten Komplementärfläche der beschädigten Trochlea
durch diese Elastizität gehalten ist.
6. Prothese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trochlea-Element (11) aus einem Metall oder einem
elastischen Kohlenstoff besteht.
7. Prothese nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Befestigungsmittel für das Trochlea-Element (11)
unter anderem einen chirurgischen Zement beinhalten.
8. Prothese nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel für die Befestigung der Kniescheibe (5) und
des Kniescheibenstückes (17) aus mindestens einem
Zapfen (17a) und einem Zapfenloch (5a) bestehen, die an
den entsprechenden Verbindungsflächen gebildet sind,
wobei der Zapfen (17a) in das Zapfenloch (5a) unter
Zwischenlegung eines chirurgischen Zementes eingesteckt
ist.
9. Prothese nach Anspruch 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kniescheibenstück (17) aus Polypropylän
besteht.
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