DE3305237C2 - Trochleo-patellare Knievollprothese - Google Patents

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.