DE3420035A1 - Kuenstliches gelenksystem mit idealer natuerlicher krafteinleitung - Google Patents

Kuenstliches gelenksystem mit idealer natuerlicher krafteinleitung

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DE3420035A1 DE19843420035 DE3420035A DE3420035A1 DE 3420035 A1 DE3420035 A1 DE 3420035A1 DE 19843420035 DE19843420035 DE 19843420035 DE 3420035 A DE3420035 A DE 3420035A DE 3420035 A1 DE3420035 A1 DE 3420035A1
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Description

  • Beschreibung Künstliches Gelenksystem mit idealer natürlicher Krafteinleitung Die Erfindung betrifft ein künstliches Gelenksystem, daß durch die Kombination von definierter Vorspannung und einem ganz oder teilweise resorbierbarem Schaft besteht. Aufgrund seiner Konstruktion wird ein idealer Kraftfluß im Knochen ohne Störungen durch das Implantat gewährleistet.
  • Dieses künstliche Gelenksystem ist für alle Röhrenknochen, das heißt, für künstliche Hüftgelenke, künstliche Kniegelenke, künstliche Ellenbogengelenke usw., einsetzbar.
  • Der Kraftfluß vom künstlichen Gelenk zum natürlichen Knochen erfolgt bei allen Gelenksystemen dieser Art nach der Operation in der ersten Phase durch eine Vorspannung zwischen Implantat und Restknochen auf der Resektionsebene und durch die Verbindung des Schaftes mit dem Knochen. Hieraus leitet sich bereits in der ersten Phase eine Verminderung des unphysiologischen Kraftflußes durch den Röhrenknochen und damit eine Reduzierung der unphysiologischen Belastung des Röhrenknochens ab (Fig. 1). Anstelle des Schaftes im Röhrenknochen kann das Zwischenstück, auch Auf lage stück zur Resektionsebene genannt, durch Vorrichtungen verschiedener Art vorgespannt werden. Beispiel Fig. 2 am Hüftgelenksystem.
  • In der zweiten Phase nach der Operation verwächst einerseits der natürliche Knochen auf der Resektionsebene mit dem Implantat des Zwischenstücks entweder durch den Einsatz bioaktiver/osteoinduktiver Materialien (Chemismus) und/oder durch eine Oherflächenvergrößerung, das heißt, bei der das Implantat knochenseitig aus einer ganz oder teilweise resorbierbaren Matrix besteht, die nach Implantation resorbiert und durch natürlichen Knochen ersetzt wird. Das Implantat besteht dabei entweder aus einem metallischen Werkstoff, der knochenseitig bürstenartig ausläuft oder aus einem Faserverbundmaterial, bei dem ebenfalls ein Teil der Fasern knochenseitig bürstenartig ausläuft. Die knochenseitig bürstenartig auslaufenden Drähte oder Fasern sind fest mit dem Implantatkern verbunden. Die knochenseitig in die Zwischenräume zwischen Fasern oder Drähten eingebrachte bioaktive/osteoinduktive Substanz wird durch den Organismus ganz oder teilweise resorbiert und durch natürlichen Knochen ersetzt. Der Knochen umwächst hierbei störungsfrei und total die Einzelfasern, beziehungsweise Einzeldrähte des Implantats, die derart angeordnet sind, daß sie sich nicht überlaqern (kreuzen), sondern iqelstachelartig senkrecht zur Resektionsebene oder in einem zur Resektionsebene optimierten Winkel stehen. Hierbei verlaufen sämtliche Fasern oder Fasergruppen paralell zueinander. (s.Patent-Anmeldung Nr. P 34 16 872.9 v. 08.05.84) In der Grenzschicht zwischen Implantat und Knochen, das heißt, an der Resektionsebene, entsteht ein faserverstärkter Knochen, der eine feste physikalische windung zwischen natürlichem Knochen und Implantat gewährleistet.
  • Das künstliche Gelenksystem besteht aus einem in den Röhrenknochen einschraubbaren oder durch Keilwirkung fest verankerbaren Schaft oder einer Spannvorrichtung, einem Zwischenstück und einer Gleitfliche. Zwischenstück und Gleitfläche können entweder untrennbar oder trennbar fest miteinander verbunden sein. Der in den Röhrenknochen eingebrachte Schaft oder die Spannvorrichtung dient einmal als Gegenlager zum Zwischenstück zur Erreichung der erforderlichen Vorspannung in der Phase 1 nach der Implantation, andererseits sind sie mit einem resorbierbaren bioaktiven/osteoinduktiven Material beschichtet. Die Beschichtung des Schaftes oder des Spannsystems wird nach Implantation vom Organismus so weit resorbiert und von Bindegewebe eingeschlossen, daß der in der Phase 1 vorhandene Kraftfluß bei Belastung allmählich ganz abgebaut wird.
  • In der Phase 3 erfolgt der Kraftfluß ausschließlich ohne Störungen über die Resektionsebene. Das ist möglich, weil am Zwischenstück an der Resektionsebene, ähnlich einer Knochenbruchheilung, eine feste physikalische und/oder chemische Werbindung zwischen Knochen und Implantat besteht.
  • Uer Schaft selbst ist zur Erzielung der Vorspannung des Zwischenstückes mit einer senkrecht zur Resektionsebene verlaufenden Gewindebohrung versehen, die zur Vorspannung des Zwischenstücks in der Phase 1 notwendig ist. Am Kopf, beziehungsweise am Fuß des Schaftes, ist eine Vorrichtung angebracht (z.B. Innen- oder Außensechskant), die ein einfaches Einschrauben des Schaftes während der Operation in den Röhrenknochen ermöglicht.
  • Der Schaft kann entweder aus einem massiven oder perforierten Kern bestehen. Der Kern des Schaftes kann sowohl aus metallischen als auch aus Faserverbund-Werkstoffen bestehen. Zur Beschichtung des Schaftmaterials wird ein langsamer resorbierbares Material verwendet als beim zwischenstück. Das hat zum Vorteil, daß beim Zwischenstück sich erst die feste Verankerung bildet, ehe der Kraftfluß im Schaft aufgehoben wird.
  • Die anstelle des Schaftes mögliche Spannvorrichtung des Zwischenstücks kann entweder aus nicht resorbierbarem Material bestehen, das nach dem Einwachsen des Knochens in das Zwischenstück entfernt werden kann, oder aus ganz oder teilweise resorbierbarem Material.
  • Die Spannsysteme können dabei aus den handelsüblichen zur Knochenbruchheilung verwendeten Systemen bestehen oder aus Feziellen Schraub- oder Keilverbindungen an ler kortikalis der qenenfiberlietlenden Seite zur Resektionsebene.
  • Das Zwischenstück besteht aus einem Kern aus Faserverbund- oder metallischem Werkstoff, einem Gewindezapfen und einer zur Resektionsebene angeordneten Auflagefläche sowie einer Vorrichtung zur Befestigung der Gleitfläche, zum Beispiel einem Konus oder Schraubverbindungen. Die Auflagefläche zur Resektionsebene kann zur Erhöhung der Oberfläche mit zusätzlichen makroskopischen Oberflächenstrukturen versehen werden. Die Auflagefläche des Zwischenstücks zum Restknochen ist so angeordnet, daß die Krafteinleitung vom Lwischenstück des Implantats in den ftestknochen senkrecht erfolgt.
  • Zur besseren Fixation des Zwischenstücks in den Restknochen wird an der Auflagefläche des Zwischenstücks im spongiösen Bereich eine dem jeweiligen Knochen angepaßte Platte aus bioaktivem / osteoinduktivem Material oder aus dem o.a. Matrixmaterial angebracht.
  • Es ist bekannt, daß als künstliche Gelenkprothesen zahlreiche Konstruktionen unterschiedlicher Bauart verwendet werden, zum Beispiel Patentschrift DE 2854334 C3, CH Patentschrift 620097, GB 2033755 A, USA 2,82,265, Europäisches Patent 0038 fl9rX sowle die heute iib.Lichen zementfreien heziehung3ueise zementierbaren Schaftprothesen mit und ohne Kragen. Bei allen bisherigen Prothesenkonstruktionen erfolgt eine mehr oder weniger große unphysiologische Krafteinleitung in den Röhrenknochen, entweder durch unphysiologische Radialspannungen bei Schaftprothesen oder durch eine Veränderung der Längsspannungen im Röhrenknochen, zum Beispiel durch Vorspannung. Ferner führen die bekannten Spannsysteme an der gegenüberliegenden Seite der Resektionsebene am Röhrenknochen zu unphysiologischen Krafteinleitungen und damit zu Fehlbelastungen des Knochens. Bei allen bisher bekannten künstlichen Gelenksystemen ist die Haltbarkeit begrenzt, sie beträgt heute im Mittel zwischen fünf und zehn Jahren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den natürlichen Kraftfluß im Röhrenknochen nach der Einheilung wieder vollkommen herzustellen. Hierdurch ist die wesentliche Voraussetzung für einen Langzeiteinsatz (lebenslang) der Prothesen gewShrleistet.

Claims (31)

  1. Patentansprüche: 1. Künstliches Gelenksystem mit idealer natürlicher Krafteinleitung Künstliches Gelenksystem mit idealer natürlicher Krafteinleitung, daß nach Implantation einen festen Verbund mit dem natürlichen Knochen eingeht.
    Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kombination von definierter Vorspannung des Implantats an der Resektionsebene und einem ganz oder teilweise resorbierbarem Schaft, sich nach einer Übergangszeit nach der Implantation das Zwischenstück des Implantats oder das Auflagestück des Implantats zur Resektionsebene mit dem Restknochen fest verbindet und der für die Übergangs zeit erforderliche Schaft im Röhrenknochen an der Oberfläche oder das Spannsystem des Zwischenstücks so weit abgebaut wird, und der verbleibende Kern vom Schaft oder Spannsystem, soweit er noch vorhanden ist, vom Bindegewebe eingeschloßen wird, daß keine unphysiologische Kraftübertragung über den Schaft des Implantates oder dee Spannsystem in den Röhrenknochen mehr möglich ist, und die Kraftüberizgung ausschließlich über das Zwischenstück oder das Auflagestück zur Resektionsebene in den Röhrenknochen erfolgt. Die Krafteinleitung erfolgt durch das Zwischenstück senkrecht zur Kortikalis.
    Das künstliche Gelenksystem ist für alle Röhrenknochen, das heißt, für künstliche Hüftgelenke, künstliche Kniegelenke, künstliche Ellenbogengelenke usw. einsetzbar. Als Material für den Schaft und das Zwischenstück können alle organischen und anorganischen beziehungsweise Mischungen aus organischen und anorganischen Materialien benutzt werden, die körperverträglich sind. Als Materialien für die Beschichtung oder für die ganz oder teilweise resorbierbare Matrix knochenseitig sind alle organischen teilweise oder ganz resorbierbaren sowie unresorbierbare bioaktive/osteoinduktive Materialien verwendbar, zum Beispiel Trikalzium-Phospat, Hydroxyl-Apatit und Biogläser sowie alle organischen bioaktiven/osteoinduktiven Materialien sowie eine Kombination aus organischen und anorganischen Materialien.
  2. 2. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück und der Schaft des Gelenksystems mit ganz oder teilweise bioaktivem/osteoinduktivem Material beschichtet ist.
  3. 3. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück an der Resektionsebene zur OberflSchenvergrößerung zusätzliche Oberflächenstrukturen, zum Beispiel Bohrungen oder Noppen aufweist.
  4. 4. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Spannvorrichtung das Zwischenstück vorgespannt werden kann und nach dem Einwachsen des Knochens in das Implantat ein fester Verbund an der Resektionsebene entsteht.
  5. 5. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung aus einer Platte mit zentraler Gewindebohrung oder mehreren kleineren Gewindebohrungen besteht.
  6. 6. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung an der Kortikalis der gegenüberliegenden Seite zur Resektionsebene angebracht ist.
  7. 7. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück radialsymmetrisch ist.
  8. 8. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück mit der Gleitfläche fest oder über einen Konus verbunden ist.
  9. 9. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück auf der Resektionsebene medial auf der Kortikalis unter Vorspannung aufliegt.
  10. 10. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück mit einer zentralen Bohrung versehen ist, die ein Hineinwachsen des Knochengewebes in das Zwischenstück auf der Resektionsehene gestattet.
  11. 11. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück mit einem Gewindezapfen versehen ist, der senkrecht zur Resektionsebene steht.
  12. 12. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Fixierung des Zwischenstücks in den Restknochen an der Auflagefläche eine dem jeweiligen Knochen angepaßte Platte angebracht ist, die über die Resektionsebene hinaus in den spongiösen Bereich eintaucht.
  13. 13. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück oanz oder teilweise mit einem bioaktiven/osteoinduktiven Material beschichtet ist.
  14. 14. Künstliches Gelenksytem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück zur Resektionsebene hin aus einer ganz oder teilweise resorbierbaren Matrix aus organischen und/ oder anorganischen Materialien besteht, die nach der Implantation resorbiert und durch natürlichen Knochen ersetzt wird und ein faserverstärkter Knochen entsteht, der über die Fasern bzw.
    Drähte fest mit dem Implantat verbunden ist.
  15. 15. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bzw.
    Drähte berührungslos, das heißt, paralell zueinander verlaufen.
  16. 16. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 14, 15, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fasern und Drähte gänzlich bindegewebsfrei von Knochenzellen eingeschlossen werden und das Knochengewebe zwischen den einzelnen Fasern ohne Störung miteinander verbunden ist.
  17. 17. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Zwischenstückes aus allen organischen und anorganischen Materialien bestehen kann, die körperverträglich und auf Druck belastbar sind.
  18. 18. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück mit einer Vorrichtung, zum Beispiel Außensechskant, versehen ist, die ein einfaches Einschrauben des Gewindestückes in den Schaft zur Erzielung der Vorspannung ermöglicht.
  19. 19. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Schaftes aus einem metallischen oder einem Faserverbund-Material besteht.
  20. 20. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Schaftes mit einer zentralen Innenbohrung versehen ist.
  21. 21. Künstliches Gelenksytem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft zusätzlich im Mantel mit Durchbrüchen versehen ist.
  22. 22. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 19, 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbohrung des Schaftes und die Manteldurchbrüche mit resorbierbarem, bioaktivem/osteoinduktivem Material ausgefüllt sind.
  23. 23. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft radialsymmetrisch ist.
  24. 24. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Schaftes mit einem nicht resorbierbaren bioaktiven/osteoinduktiven Material beschichtet ist.
  25. 25. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die knochenseitige Oberfläche des Schaftes mit einer teilweise oder ganz resorbierbaren Matrix aus bioaktivem/osteoinduktivem Material versehen ist, die nach der Implantation ganz oder teilweise resorbiert und durch natürlichen Knochen ersetzt wird. Vom Kern des Schaftes durchdringen dabei die Matrix bürstenartig Fasern und Drähte.
  26. 26. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bzw.
    Drähte berührungslos, das heißt, paralell zueinander verlaufen.
  27. 27. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 25,26, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fasern und Drähte gänzlich bindegewebsfrei von Knochenzellen eingeschloßen werden und das Knochengewebe zwischen den einzelnen Fasern ohne Störung miteinander verbunden ist.
  28. 28. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft zur Erzielung der Vorspannung des Zwischenstückes mit einer senkrecht zur Resektionsebene verlaufenden Gewindebohrung versehen ist.
  29. 29. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf, bzw. am Fuß des Schaftes eine Vorrichtung angebracht ist (z.B. Innen- oder Außensechskant), die ein einfaches Einschrauben des Schaftes während der Operation in den Röhrenknochen ermöglicht.
  30. 30. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Operationsinstrument zur Herstellung der Resektionsebene der äußeren Kontur des Zwischenstückes entspricht.
  31. 31. Künstliches Gelenksystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Operationsinstrument mit einem Gewindezapfen, der senkrecht zur Resektionsebene steht, versehen ist und in die Gewindebohrung des Schaftes zur genauen Führung einschraubbar ist.
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