DE3840475A1 - Stossdaempfer-feder-elemente und elastische daempfungselemente als prothesenkomponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Stoßdämpfer-Feder-Elemente resp. elastische Dämpfungselemente für die Anwendung vor allem in der Endoprothetik, insbesondere für die Anwendung bei Hüft- und Kniegelenksendoprothesen, bestehend aus elastischem Dämpfungsmaterial sowie vorzugsweise außerdem bestehend aus angrenzenden Materialien, die vor allem vorgesehen sind zur Stabilisierung und/oder als Gleitflächen; dabei sind diese elastischen Dämpfungselemente resp. Stoßdämpfer-Feder-Elemente vorgesehen zur vollständigen Ausschaltung oder weitgehenden Ausschaltung oder ergänzenden Ausschaltung, den Knochen schädigenden Belastungen, Kräfte und Bewegungen.

Die physiologisch-anatomisch "normalen" Gelenke haben - für den physiologischerweise vorgesehenen Anwendungsbereich - optimale Stoßdämpfer-Feder-Elemente, die vor allem in den Knorpelschichten liegen. Diese elastischen (elastisch v. a. im Sinne von: reversibel verformbar, dämpfend und federnd) Anteile gehen durch operative Manipulation weitgehend oder vollständig verloren, resp. sind häufig - vor allem aufgrund degenerativer Veränderungen - präoperativ nicht mehr vorhanden gewesen.

Aus EP 00 66 092 ist eine integrierte, aus Silikon bestehende Pufferschicht bekannt, welche für die Acetabulumpfanne der Hüftprothese vorgesehen ist. Hierbei ist zwischen einer Außenschale und einer Innenschale Silicon eingekapselt, wobei hierbei erfindungsgemäß Durchgangslöcher vorgesehen sind.

Aus EP 00 46 926 ist eine Kniegelenksendoprothese bekannt, bei welcher zwischen Gleitfläche und Verankerungsfläche ausschließlich Dämpfungsmaterial gelagert ist, welches aus elastischem Silikongummi besteht.

Bei den meisten gebräuchlichen Prothesen sind die Knochenkontaktschichten hart und unelastisch; die auftretenden Spitzenbelastungen werden nur teilweise eliminiert.

Die zur Zeit bekannten, dem bisherigen Stand der Technik entsprechenden Endoprothesen sind aufgrund des jeweiligen Prothesendesigns nicht oder nicht ausreichend in der Lage, die physiologisch-anatomisch erforderlichen elastischen Dämpfungseigenschaften resp. Stoßdämpfer-Feder-Funktionen zu übernehmen.

Da aber beim normalen Bewegungsablauf zu dämpfende und abzufedernde Belastungen (vor allem Kräfte und Bewegungen) auftreten, werden diese - durch Überleitung - in den Knochen eingeleitet, der dann die auftretenden Belastungen verarbeiten muß, d. h. die Dämpfungszone ist in den Knochen hineinverlagert worden.

Die so beanspruchten Gewebe sind aber zur Übernahme dieser Stoßdämpfer- und Feder-Funktion "bautechnisch" nicht vorgesehen und daher dazu auch nicht in der Lage: Prothesenlockerung ist die Folge.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Prothesenkomponenten so zu verbessern, daß:

• 1. eine den Stoßdämpfer-Feder-Eigenschaften der natürlichen Gelenke weitgehend vergleichbare elastische bzw. dämpfende Pufferung gegeben ist, wobei die einwirkenden Belastungen durch diese Stoßdämpfer-Feder-Elemente soweit eliminiert (absorbiert, resorbiert) werden sollen, daß die verbleibenden, den Knochen noch erreichenden Belastungen eine möglichst "unterschwellige", d. h. unterhalb der Toleranzschwelle liegende Größe erreichen sollen, und den Knochen nicht mehr negativ beeinflussen,
• 2. daß in verschiedenen Ausführungen diese Stoßdämpfer-Feder-Elemente ganz oder teilweise als Verankerungskomponenten geeignet sein sollen, bzw. in diese integrierbar oder/und anbringbar sein sollen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zwischen Knochen und den tragenden resp. Gelenk- bzw. Gleitfläche-bildenden Teilen elastische Dämpfungselemente resp. Stoßdämpfer-Feder-Elemente liegen, bzw. das elastische Dämpfungselemente resp. Stoßdämpfer-Feder-Elemente als Zwischenelemente vorgesehen sind, wobei ergänzend, vorzugsweise in Stoßdämpfer-Feder-Elemente resp. elastische Dämpfungselemente eingebettete, knochenverträgliche Knochenkontaktelemente resp. Beschichtungen vorgesehen sind, z. B. aus Titan bestehend.

Da bei der Kompression des elastischen Dämpfungsmaterials dieses Material verdrängt wird, sind Ausgleich- oder Ausweichräume vorgesehen, die erfindungsgemäß bevorzugt aus mit Gas gefüllten, in das elastische Dämpfungsmaterial eingebetteten Hohlräumen bestehen.

Diese Hohlräume sind vorzugsweise abgekapselt. Möglicherweise kann es sich als vorteilhaft erweisen, daß die elastische Dämpfungsmasse vorzugsweise insgesamt abgekapselt ist bzw. auch abgekapselte Areale vorgesehen sind.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Kraft- und Bewegungseinleitung in den Knochen in möglichst orthogonaler Richtung, dabei sollten im Bereich der Knochen-Implantat-Grenze möglichst keine Scherkräfte und Bewegungen mehr auftreten.

Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß kraftumleitende Elemente integriert sind, wobei bevorzugt diese Elemente ganz oder teilweise in die Stoßdämpfer-Feder-Elemente resp. in das elastische Dämpfungsmaterial integriert werden.

Als umleitende Elemente sind borstenartige und/oder haarartige oder/und lamellenartige oder vergleichbare, vorzugsweise elastisch-feste Teile vorgesehen, die im Bereich der Knochengrenze z. B. aus Titan oder Titanbeschichtung bestehen können.

Des weiteren sind Zwischenelemente vorgesehen, die vorzugsweise orthogonal zur Kraftrichtung liegen und vorzugsweise in elastisches Dämpfungsmaterial eingebettet sind; diese Zwischenelemente sind vorzugsweise blattartig und dünn und elastische-fester als das sie einbettende elastische Dämpfungsmaterial.

Die borsten- oder haarartigen Elemente enden z. T. mit ihren Spitzen in oder an diesen blattartigen Elementen; dadurch werden die umgeleiteten Belastungen auf die blattartigen Zwischenelemente geleitet und hier von weitgehend punktförmiger Belastung in flächige Belastung überführt: die Auflagefläche der Belastungen wird dadurch vergrößert.

Die Stoßdämpfer-Feder-Elemente resp. elastischen Dämpfungselemente der Prothesen sollen alle auftretenden Belastungen (Kräfte und Bewegungen) bis zum Erreichen des Knochens auf ein "unterschwelliges" Maß reduzieren (eliminieren, absorbieren, dämpfen usw.).

Hierzu sind Stoßdämpfer-Feder-Elemente in verschiedenen Ausführungen vorgesehen.

Viele (ortsfeste) gasgefüllte Hohlräume, z. B. Blasen, in einer elastischen Masse stellen - in Verbindung mit dem Dämpfungsmaterial - ein Stoßdämpfer-Feder-Element dar; des weiteren haben elastische Wände von Blasen einen Stoßdämpfer-Feder-Effekt. Variationen des Blaseninhaltes (z. B. z. T. flüssig oder gasförmig oder etwas fester), der Blasengrößen, der Blasenanordnung, der Blasenformen usw. führen zur Variation der elastischen Eigenschaften der Stoßdämpfer-Feder-Elemente.

Ausgleich- resp. Ausweichräume, in welche das elastische Dämpfungsmaterial (zum Teil) bei Kompression reversibel entweichen kann, sind vorgesehen; vorzugsweise sind hierzu, z. B. mit Überdruck, gasgefüllte Hohlräume vorgesehen, z. B. in dem elastischen Dämpfungsmaterial eingebettete Blasen, welche vorzugsweise abgekapselt sind.

Des weiteren stellen faserartige, borstenartige und blattartige Strukturen mit unterschiedlicher Elastizität ein sehr variierbares Ausgangsmaterial zur Erstellung von Stoßdämpfer-Feder-Elementen dar.

Ergänzende (oder ausschließliche) homogene oder inhomogene elastische Materialien stellen ein weiteres Material dar zur Erstellung von Stoßdämpfer-Feder-Elementen.

Kombinationen dieser Formen sind vorgesehen. Des weiteren sind Federn, z. B. Druckfedern, zum Einsatz vorgesehen.

Die Erfindung ist nachstehend in Ausführungsbeispielen in Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 stellt eine der Blasen dar; vorzugsweise ist der Blaseninhalt (I) elastisch-weich (z. B. gasförmig, flüssig oder fester), die Blasenwand (W) ist in einer Variante vorzugsweise elastisch-fester (prinzipiell sind die Grenzen des Elastizitätsbereiches variabel).

Die Blasendimensionen (Größe, Wanddicke) sind variabel. Beispielsweise kann es sich auch um eine gasgefüllte Blase in einer elastischen Masse handeln. Bei Verwendung elastisch-verformbarer Materialien, die jedoch durch Kompression ihr Volumen nicht ändern, sind Ausgleich- resp. Ausweichräume vorgesehen, in welche Teile der elastischen Dämpfungsmasse entweichen können.

Fig. 2 zeigt eine zweischichtige Blasenanordnung mit Blasen annähernd gleicher Größe. In diesem Beispiel haben die Blasen Kontakt zueinander.

Fig. 3 zeigt eine gerichtete Blasenanordnung, wobei die bevorzugte Längsrichtung orthogonal zur Knochenoberfläche steht.

Fig. 4 zeigt eine parallel zur Knochenoberfläche, in Pfeilrichtung ausgerichtete Blasenanordnung.

Fig. 5 zeigt eine Blasenzusammenstellung mit Variation der variablen Blasengrößen (unterschiedliche Größe, Ausrichtung, Wanddicke).

Fig. 6 stellt eine netzartige Anordnung von faserartigen Strukturen dar; dabei sind diese faserartigen Strukturen vorzugsweise elastisch fester und eingebettet in ein vorzugsweise elastisch weicheres Material. Vor allem Elastizität und Dicke der Fasern sind variable Größen.

Fig. 7 zeigt - analog zur Fig. 6 - eine in Pfeilrichtung gerichtete Anordnung der netzartigen Strukturen.

Fig. 8 zeigt eine weitgehend homogene Anordnung des Stoßdämpfer-Feder-Elementes, dabei nimmt in Pfeilrichtung die Festigkeit des elastischen Materials kontinuierlich zu und in gleicher Weise die Weichheit ab.

Fig. 9 (a und b) zeigt einen weitgehend parallel zur Knochenschicht angeordneten Faseraufbau; die Fasern sind vorzugsweise elastisch-fest.

Fig. 10 (a und b) zeigt eine Faseranordnung, bei der Fasern aus der parallelen Anordnung (vgl. Fig. 9) abweichen, z. T. in orthogonaler Richtung.

Fig. 11 (a und b) zeigt eine Faseranordnung bei der die Fasern von der Knochenschicht fortweisen. Der Scheitelpunkt der Krümmung liegt hierbei in Richtung Knochen. Punktförmige Belastungen im Bereich des Scheitelpunktes werden in Faserrichtung weitergeleitet und dadurch großflächiger verteilt. Kraftumleitung, jeweils in Faserrichtung, ist möglich.

Als Variante ist eine umgedrehte Anordnung vorgesehen, bei der die Faserenden in Richtung Knochen weisen und die Scheitelpunkte der Krümmung vom Knochen fern liegen.

Fig. 12 zeigt eine schräge Anordnung der Krümmung der Fasern.

Fig. 13 zeigt eine Kombination der horizontal verlaufenden Fasern (vgl. Fig. 9) mit gekrümmten Fasern (vgl. Fig. 10, 11, 12).

Fig. 14 zeigt zusätzlich die Knochenkontaktschicht, in diesem Beispiel liegt spongiöser Knochen vor:

Fig. 15 zeigt:

1 = Knochen
2 = subchondrale Knochenplatte
3 = elastisch weiche Schicht, hier mit Blasen
4 = Fasernplatte der parallel zum Knochen verlaufenden Fasern
5 = Umleitungszone; großflächige Verteilung punktförmiger Belastungen; elastische Fasern, vorzugsweise etwas fester.
6, 7, 8 = zunehmende Festigkeit in Pfeilrichtung.

Fig. 16 bis Fig. 18 zeigen verschiedene Anordnungen der einzelnen Schichten der elastischen Dämpfungselemente; hierbei haben die Zahlen jeweils folgende Bedeutung:

1 = Knochen
3 = sehr formanpassungsfähige Schicht, z. B. blasige Hohlräume mit elastischen Wänden oder z. B. gasgefüllte Blasen; denkbar ist auch eine formanpassungsfähige Titanbeschichtung oder dgl.,
4 = parallel zur Knochenschicht verlaufende Zwischenelemente; homogenisieren die Spitzenbelastungen;
5 = Umleitungszone für Belastungen.

Fig. 19 zeigt ein Beispiel einer geschichteten Anordnung von Stoßdämpfer-Feder-Elementen resp. elastischer Dämpfungselemente.

Ein Spreizkörper, hier z. B. zu einem Oberschenkelschaft einer Hüftgelenkstotalendoprothese (TEP) gehörend, spreizt das dübelähnliche Stoßdämpfer-Feder-Element resp. elastische Dämpfungselement auf und drückt es dadurch an die Knochenwand fest an.

Kn = Knochen
H = elastisches Dämpfungselement
P = formstabiles, zentrales Prothesenteil
V = reversibel (etwas) verformbares Prothesenteil.

Fig. 20 zeigt ein Beispiel eines Querschnittes der Fig. 19. Die mit Zahlen gekennzeichneten Schichten haben folgende Bedeutung:

1 = Knochen, z. B. spongiöser Knochen,
3 = elastisches Dämpfungsmaterial, blasenartig; vorzugsweise elastisch sehr weich und formanpassungsfähig, z. B. bestehend aus Silikonblasen mit elastischen Wänden und freien Zwischenräumen, oder z. B. bestehend aus in Silikon eingebetteten, gasgefüllten Hohlräumen mit elastischen Wänden, wobei vorzugsweise die gasgefüllten Blasen unter Überdruck stehen und damit ein Federelement darstellen und die umgebende Silikonmasse das Dämpfungselement darstellt.
4 = vorzugsweise parallel zur Knochenoberfläche angeordnete Schichtung, bestehend z. B. aus blattartigen oder borstenähnlichen oder haarähnlichen oder lamellenähnlichen oder vergleichbar geformten, elastisch etwas festeren Elementen, welche z. B. in Silikon eingebettet sind. Diese Zone ist vorzugsweise vorgesehen zur
- flächigen Verteilung orthogonal einwirkender, punktförmiger Belastung,
- zur Umleitung parallel zum Knochen einwirkender Kräfte
5 = die Zone 4 geht teilweise als Umleitungszone über in die Zone 5; hier sind die elastisch festeren Elemente gebogen oder z. T. gebogen; diese gehen über in die Zone 6.
6 = Dieser Bereich zeigt orthogonal zur Knochenfläche, in Hauptbelastungsrichtung liegende, vorzugsweise borstenähnliche Zwischenelemente, welche elastisch fester sind als das sie einbettende elastische Dämpfungsmaterial.
7 = parallel zur Knochenfläche liegende Zwischenelemente, welche in das elastische Dämpfungsmaterial eingebettet sind.
8 = zunehmend festeres Material.
V = tragendes Zwischenelement.
H = elastisches Dämpfungselement, Stoßdämpfer-Feder-Element; elastisch-weich.

Fig. 21 bis Fig. 25 zeigen verschiedenartige Hohlräume im elastischen Dämpfungsmaterial. Diese Hohlräume sind vorgesehen als Ausgleichs- und Ausweichräume in dem elastischen Dämpfungsmaterial, so daß das elastische Dämpfungsmaterial bei Kompression in diese Räume entweichen kann.

Diese Hohlräume können miteinander in Verbindung stehen (Fig. 23, 24) oder vereinzelt im elastischen Dämpfungsmaterial liegen (Fig. 21, 22, 25). Größe, Anzahl und Anordnung der Hohlräume sind variabel und v. a. abhängig von den an sie gestellten Anforderungen, so z. B. von der Belastung und auch von den elastischen Dämpfungseigenschaften der Pufferschicht.

Fig. 26 zeigt ein prinzipielles Beispiel einer Gleitschicht, z. B. Tibiaplateau.

- Gl = Gleitfläche
- SFE-Gl = unterhalb der Gleitfläche (Gl) liegende elastische Dämpfungsmasse

Fig. 27 und Fig. 28 zeigen die Gleitschicht (Gl) der Gelenkflächen, welche elastisch etwas verformbar ist. Unterhalb der Gleitschicht (Gl) liegt ein elastisches Dämpfungselement, vorzugsweise bestehend aus elastischer Dämpfungsmasse (SFE- 1); diese Schicht (SFE- 1) wird getragen von einem weitgehend formstabilen Trägerteil (Tr), welches vorzugsweise in ein elastisches Dämpfungselement (welches vorzugsweise aus elastischer Dämpfungsmasse besteht) eingebettet ist.

Durch Kompression infolge Belastung wird das korrespondierende Gelenkteil (Fem) (z. B. Femurkondylen belasten das Tibiaplateau) diese Gleitschicht (Gl) komprimieren (vgl. Fig. 28), vorausgesetzt, das belastende Gelenkteil (Fem) ist formstabil(er) als das eingedrückte Teil (Gl). Dabei wird die reversibel verformbare Gleitschicht (Gl) in die darunter liegende elastische Dämpfungsmasse gedrückt (Fig. 28), so daß dadurch die zunächst punktförmige Belastung (vgl. Fig. 27: F) in eine großflächige Belastung umgewandelt wird (Fig. 28). Diese großflächige Belastung wird dann vom Träger (Tr) aufgefangen und weiter nochmals großflächiger verteilt, vorzugsweise in die darunter liegende elastische Dämpfungsmasse (SFE- 2) (Fig. 28: Fn).

Dieser Träger hat u. a. die Aufgabe, Spitzenbelastungen (Fig. 27, Fig. 28: F) vor Erreichen der Knochengrenze abzufangen und die verbleibenden Belastungen (F) großflächig und homogen weiterzuleiten.

Fig. 29 zeigt ein dübelartiges Verankerungselement (D) mit einer plateauartigen Erweiterung (Pl). In dieses Verankerungselement ist ein elastisches Dämpfungselement integriert resp. dieses Verankerungselement besteht ganz oder teilweise aus elastischem Dämpfungsmaterial (Kn = Knochen; S = Spreizkörper, z. B. Schraube).

Fig. 30 und Fig. 31 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus Fig. 29; hierbei sind lediglich mögliche Varianten vorgestellt.

Das dübelartige Gebilde der Fig. 29 (D, Pl) stellt ganz oder teilweise ein elastisches Dämpfungselement dar, bestehend aus elastischem Dämpfungsmaterial. Vorzugsweise ist dabei der dübelartige Körper (D) im Verankerungsbereich des Spreizkörpers (S), welcher z. B. aus einer Verschraubung besteht, fester. Die Festigkeit des elastischen Dämpfungsmaterials nimmt dabei in Pfeilrichtung kontinuierlich (oder diskontinuierlich) zu. Vorzugsweise ist im Knochenkontaktbereich dieses Material relativ weich und sehr formanpassungsfähig.

Die Fig. 30 zeigt im elastischen Dämpfungsmaterial die oben beschriebenen blasenartigen Hohlräume. Die Fig. 31 zeigt innerhalb des elastischen Dämpfungsmaterials faserartige Strukturen, welche z. T. gebogen sind zwecks Kraftumleitung und Belastungsverteilung; außerdem zeigt die Fig. 31 orthogonal zur Belastungsrichtung verlaufende lamellenartige Strukturen. Kombinationen dieser im elastischen Dämpfungsmaterial eingebetteten Strukturen sind vorgesehen in unterschiedlicher Anordnung.

Fig. 32, 33, 34, 35 und 36 zeigen verschiedene Formen dübelartiger Verankerungselemente (SFE), welche ganz oder teilweise - vergleichbar wie in Fig. 29 bis 31 beschrieben - als elastische Dämpfungselemente ausgebildet sind. Die Form dieser dübelartigen Gebilde ist in erster Linie abhängig von den an sie gestellten Anforderungen. Fig. 33 zeigt ein kragenförmiges Plateau (K), welches als elastisches Dämpfungselement bei Belastungen in Längsrichtung zum Einsatz kommt; diese Art der dübelartigen Verankerung ist z. B. vorgesehen zur Abstützung des Schaft-Kragens (T) der Hüftgelenktotalendoprothese (TEP).

Eine plateauartige Erweiterung des dübelartigen Gebildes ist geeignet zur Abpufferung von Belastungen in Richtung der Längsachse, hierzu sind verschiedene Ausführungsformen vorgesehen (vgl. Fig. 34, 35, 36). Um Keilwirkungen bei Belastungen in Richtung der Längsachse zu vermeiden, ist vorgesehen, daß das Plateau so abgeschrägt wird, daß ein Teil der auftretenden Kräfte in die Knochenmitte hineingeleitet wird (vgl. Fig. 35, 36: jeweils Bereich P).

Asymmetrische Anordnungen des Plateaus sind hierbei ebenfalls vorgesehen (nicht abgebildet).

Fig. 37, 38 und 39 zeigen ebenfalls dübelartige Verankerungselemente, die ebenfalls vorzugsweise mit elastischen Dämpfungseigenschaften versehen sind (vgl. Beschreibung der Fig. 29 bis 31).

Die Form dieser dübelartigen Verankerungselemente unterscheidet sich von den in Fig. 32 bis 36 dargestellten Verankerungselementen dadurch, daß diese hier in der Tiefe der knöchernen Höhlung einen größeren Querschnitt resp. Durchmesser haben als im Eingangsbereich der knöchernen Höhlung (Kn = Knochen, SFE = dübelartiges Verankerungselement mit elastisch dämpfender Komponente).

Diese Verankerungselemente sind - so wie sie hier dargestellt sind - bereits mittels Spreizkörpern im Knochen aufgespreizt; die Spreizkörper selbst sowie die Verjüngungsbereiche der aufspreizbaren dübelartigen Körper sind zwecks Übersichtlichkeit hier nicht abgebildet.

Fig. 40 zeigt ein dübelartiges Verankerungselement (SFE) im aufgespreizten Zustand (dieses Gebilde ist in der Fig. 41 im nicht aufgespreizten Zustand dargestellt).

Des weiteren zeigt die Fig. 40:

Kn = Knochen
S = Spreizkörper, z. B. Schraube
P = plateauartige Erweiterung des SFE
T = Trägerteil, formstabil
F = Feder
SK = Abschluß des Spreizkörpers, z. B. Sechskant
SM = Befestigungselement, z. B. Schraubenmutter
K = kappenförmige Abdeckung.

Die knöcherne Höhlung hat in der Tiefe einen größeren Querschnitt als im Eingangsbereich. In diese Höhlung wird das dübelartige Verankerungselement (vgl. Fig. 41) eingebracht; dabei liegt die plateauartige Erweiterung (P) dem knöchernen Plateau fest auf. Anschließend wird der Spreizkörper (S), welcher z. B. aus einer Schraube besteht, in die innere Höhlung des aufspreizbaren, dübelartigen Körpers (vgl. Fig. 41) eingebracht.

Dabei werden die Verjüngungen (V) in der inneren Höhlung des aufspreizbaren Körpers (vgl. Fig. 41) auswärts gedrückt, so daß der dübelartige Körper fest an die Wand der knöchernen Höhlung angepreßt wird (Fig. 40); dadurch ist der Spreizkörper (S) über das dübelartige Gebilde (SFE) fest und dauerhaft im Knochen verankert. An diesem Spreizkörper können jetzt weitere Prothesenkomponenten fest und dauerhaft verankert werden (vgl. Fig. 40).

Der Vorteil dieser Art von Verankerung liegt darin,

daß aufgrund der Form des "Dübels" in der Tiefe ein (mäßiger) Knochenschwund nicht zum Stabilitätsverlust führt, und
daß aufgrund der elastischen Dämpfungseigenschaften der Verankerung eine vorzeitige Lockerung vermieden werden kann.

Fig. 42 zeigt mobile, formanpassungsfähige elastische Dämpfungselemente, welche vorzugsweise als künstlicher Meniskusersatz vorgesehen sind. Aufgrund der Rollgleitbewegungen des Femurs auf dem Tibiaplateau liegen - je nach Beugungsgrad - immer andere Krümmungen des Femurs im Belastungsbereich des Tibiaplateaus. Der künstliche Meniskus (Men) paßt sich, wie der anatomisch normale Meniskus, jeweils den vorgegebenen Krümmungen an. Dadurch ist gewährleistet, daß ständig ein bedarfsgerechtes, formangepaßtes Pufferelement zwischen Femur (Fem) und Tibia (Tib) vorliegt.

Fig. 43 und Fig. 44 zeigen im Querschnitt jeweils einen Meniskusabschnitt mit der charakteristischen keilähnlichen Form. Die Feinstruktur dieser künstlichen Menisken ist in der eingangs beschriebenen Weise gestaltet; hierbei ist vorgesehen, daß die Gleitflächen der künstlichen Menisken weitgehend abriebfest und etwas elastisch verformbar sind. Der Kern der Menisken besteht vorzugsweise weitgehend aus elastischem Dämpfungsmaterial, wobei elastisch festere Anteile vorgesehen sind zur Stabilisierung des Gebildes, z. B. faserartige Strukturen (vgl. Fig. 44).

Fig. 45 zeigt in der Draufsicht die bogigen künstlichen Menisken, welche die gleichen Ansatzstellen haben wie die anatomisch normalen Menisken.

Fig. 46 zeigt die Feinstruktur der künstlichen Menisken in der Draufsicht. Arkadenartige, faserähnliche Strukturen sind in dem elastischen Dämpfungsmaterial integriert zwecks Stabilisierung bei dynamischer Belastung.

Fig. 47 zeigt - ähnlich wie die Fig. 46 - derartige faserähnliche Strukturen, welche zur Stabilisierung der künstlichen Menisken vorgesehen sind. Die Gleitflächen der Menisken sind elastisch etwas verformbar und abriebfest.

Fig. 48 zeigt - im Gegensatz zur Fig. 20 - eine andere Anordnung der das elastische Dämpfungselement bildenden Schichten.

Gl = Gleitfläche, etwas reversibel verformbar
SFE = elastisches Dämpfungselement
SFE-Gl = SFE-Schicht unterhalb der Gleitfläche
T = Trägerteil
4 = parallel zur Oberfläche bzw. Knochen liegende Schicht, vorgesehen vor allem zur Dämpfung von Bewegungen in gleicher Richtung, sowie vorgesehen zur flächigen Verteilung der Belastungen
5 = Umleitungszone: Belastungen (v. a. Kräfte und Bewegungen), welche parallel zum Knochen verlaufen, werden hier aus dieser Richtung umgeleitet und über z. B. borstenähnliche Zwischenelemente in die Tiefe weitergeleitet (Umkehrung möglich)
6 = hauptsächlich orthogonal zur Knochenfläche (Kn) liegende Zwischenelemente; die Häufigkeit und Stärke dieser Zwischenelemente, welche vorzugsweise einen definierten, etwas elastischen Anteil haben, ist variabel; ergänzende blasenartige Hohlräume zur elastischen Dämpfung sind hier ebenfalls als Variation vorgesehen;
7 = vorzugsweise orthogonal zur Hauptbelastungsrichtung und orthogonal zu den borstenähnlichen Strukturen des Bereiches 6 liegende, vorzugsweise lamellenartige resp. blattartige Zwischenelemente, die vorzugsweise im Endbereich der borstenähnlichen Strukturen (Bereich 6) liegen;
8 = formanpassungsfähige Knochenkontaktschicht; ggfls. ist hier eine zusätzliche knochenfreundliche Beschichtung vorgesehen resp. die Integration knochenfreundlicher Zusatzelemente.

Fig. 49 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie die Fig. 48.

Zwischen einem Trägerteil (T) und dem Knochen (Kn) liegt ein elastisches Dämpfungselement (Schicht 1 bis 8). Oberhalb des Trägers resp. am Träger (T) sind die zu befestigenden Prothesenkomponenten angebracht. Es treten bei Belastungen vor allem Relativbewegungen des Trägers (T) parallel zum Knochen auf (z. B. infolge von Scherkräften und Torsionskräften), sowie infolge von Druckbelastungen Bewegungen des Trägers in Richtung Knochen. Den Knochen dürfen dabei in keinem Fall über eine bestimmte Toleranzschwelle reichende Belastungen erreichen. Druckbelastungen werden vom Knochen noch am ehesten toleriert, Scherbelastungen dagegen sind im Bereich der Implantat-Knochen-Grenze unerwünscht.

Eine Feinstruktur eines elastischen Dämpfungselementes in einer Anordnung entsprechend der Fig. 49 soll derartige, über eine Toleranzschwelle reichende Belastungen vermeiden.

Zunächst ist vorgesehen, daß einige der Spitzenbelastungen bereits vor dem Erreichen des Trägerteils (T) durch hier nicht dargestellte elastische Dämpfungselemente und Stoßdämpfer-Feder-Elemente weitgehend eliminiert werden.

Die unter dem Trägerteil (T) liegende Schicht 1 ist vorzugsweise elastisch relativ weich und zäh und erlaubt dem Träger (T) "schwimmende" gepufferte Relativbewegungen parallel zum Knochen (vgl. horizontal verlaufenden Pfeil).

Diese Bewegungen werden z. T. von der Schicht 1 aus in die tiefer liegende Schicht 2 weitergeleitet, wobei in dieser Schicht 2 auch borstenähnliche und/oder lamellenähnliche integrierte, in die elastische Dämpfungsmasse eingebettete Zwischenelemente vorgesehen sind.

Die Schicht 3 beinhaltet die "Umleitungszone", in welcher die borstenähnlichen oder lamellenähnlichen Zwischenelemente vom horizontalen Verlauf, d. h. vom parallel zum Knochen liegenden Verlauf in den knochenwärts gerichteten Verlauf übergehen und schließlich im Bereich 4 vorwiegend einen zum Knochen orthogonal gerichteten Verlauf haben.

In diesem Bereich 4 sind zusätzlich blasenartige Hohlräume vorgesehen, die vorzugsweise säulenartig zueinander angeordnet sind.

Weiter in Richtung Knochen (Bereich 5) sind zusätzlich lamellenartige oder blattartige, zum Knochen parallel verlaufende Zwischenelemente vorgesehen, die z. T. mit den borstenartigen Zwischenelementen (Bereich 4) unterschiedlich fest verbunden sind. Mit zunehmender Nähe zum Knochen enden die borstenähnlichen resp. lamellenartigen Zwischenelemente zunehmend in parallel zum Knochen liegenden, in die elastische Dämpfungsmasse eingebetteten Zwischenelementen (Schicht 5).

In der Schicht 6 liegen hauptsächlich parallel zum Knochen liegende, lamellenartige Zwischenelemente vor.

Weiter in Richtung Knochen sind innerhalb des elastischen Dämpfungsmaterials blasenähnliche Hohlräume (Schicht 7) als Ausgleich- und Ausweichräume vorgesehen. Diese Schicht 7 geht kontinuierlich über in die Knochenkontaktschicht, die vorzugsweise sehr formanpassungsfähig ist.

Druckbelastungen werden weitgehend direkt in Richtung Knochen weitergeleitet. Scherbelastungen dagegen werden über die Umleitungszone (Bereich 2 bis 4) von der horizontalen Richtung in die vertikale Richtung umgeleitet. Die borstenähnlichen Zwischenelemente leiten die Belastungen auf die parallel zum Knochen ausgerichteten lamellenartigen Zwischenelemente ein, so daß hier punktförmige Belastungen in flächige Belastungen überführt werden. Diese werden dann in der nachfolgenden elastischen Dämpfungsschicht (Bereich 7 und 8) abgepuffert.

Fig. 50 zeigt beispielartig in die elastische Dämpfungsmasse (SFE) integrierte knochenfreundliche (Kn = Knochen) Elemente (KE), welche über die elastische Dämpfungsmasse mechanisch voneinander entkoppelt sind. Die Form dieser knochenfreundlichen Elemente (KE) ist prinzipiell beliebig.

Fig. 52 zeigt knäuelartig angeordnete knochenfreundliche Elemente, die z. B. aus Titanfasern bestehen kann, welche in die elastische Dämpfungsmasse integriert sind.

Fig. 51 zeigt - ähnlich wie die Fig. 48 - innerhalb der elastischen Dämpfungsmasse angeordnete lamellare und/oder blattartige und/oder faserartige Strukturen, welche zur Umleitung der Belastungsrichtung dienen, sowie zur großflächigen Verteilung der Belastungen. Trägerteil und Knochen sind hier nicht eingezeichnet, da diesbezüglich eine variable Anordnung vorgesehen ist.

Fig. 53 zeigt innerhalb der elastischen Dämpfungsmasse säulenförmig angeordnete blasenartige Hohlräume (B), welche in diesem Fall jeweils in einer elastischen Hülle abgekapselt sind. Diese säulenförmige Anordnung ist jeweils (oder abschnittweise oder teilweise) begrenzt von einer schlauchartigen Struktur (S), welche vorzugsweise elastisch etwas fester ist als die elastische Dämpfungsmasse. Bei Belastungen werden die Hohlräume der Blasen, die vorzugsweise mit Gas gefüllt sind, je nach Belastung reversibel zusammengedrückt.

In einer Ausführung ist vorgesehen, daß statt der schlauchartigen Gebilde (S) bzw. in einer weiteren Ausführung zusätzlich faserartige Strukturen vorgesehen sind, die vorzugsweise in gleicher Richtung wie die schlauchartigen Gebilde (S) angeordnet sind.

Claims (4)

1. Stoßdämpfer-Feder-Elemente und elastische Dämpfungselemente, vorgesehen für die Anwendung in der Endoprothetik, insbesondere für die Anwendung bei Hüft- und Kniegelenksendoprothesen, bestehend aus elastischem Dämpfungsmaterial bzw. Stoßdämpfer-Feder-Elementen, sowie vorzugsweise außerdem bestehend aus angrenzenden Materialien, die vor allem vorgesehen sind zur Stabilisierung und/oder als Gleitflächen, wobei die elastischen Dämpfungselemente, resp. die Stoßdämpfer-Feder-Elemente vorgesehen sind zur vollständigen oder teilweisen Ausschaltung oder weitgehenden Ausschaltung oder ergänzenden Ausschaltung, den Knochen schädigender Belastungen, Kräfte und Bewegungen, dadurch gekennzeichnet, daß
das elastische Dämpfungsmaterial zwischen Knochen und Gleitflächen zwischengelagert ist, wobei
das elastische Dämpfungsmaterial zwischen Knochen und den festeren, tragenden Prothesenteilen angebracht ist (vgl. Fig. 33: T = Träger, K = Kragen, Kn = Knochen) und/oder hier integriert ist;
bzw. dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Knochen und Gleitflächen angebrachten elastischen Dämpfungselemente resp. Stoßdämpfer-Feder-Elemente knochennah und/oder gelenkflächennah und/oder in Nähe der Trägerelemente angebracht sind und/oder hier integriert sind;
bzw. dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dämpfungsmaterial resp. Stoßdämpfer-Feder-Element als - vorzugsweise mobiles - Zwischenelement zwischen den Gleitflächen zwischengelagert ist, wobei dieses vorzugsweise vorgesehen ist als künstlicher Ersatz des Meniskus im Kniegelenk (vgl. Fig. 42, 43, 44, 45, 46, 47) sowie als mobiles Zwischenelement in einer Ausführung des künstlichen Hüftgelenks (vgl. Anmeldung "Hüftgelenkspfanne": Fig. 6),
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß elastisches Dämpfungsmaterial vorgesehen ist zur Lagerung von Gleitflächen (vgl. Fig. 26, 27, 2), wobei als kennzeichnendes Merkmal diese Gleitflächen reversibel und elastisch etwas eindrückbar sind und dabei die Auflagefläche des eindrückbaren Körpers dementsprechend vergrößerbar ist, dabei ist das elastische Dämpfungsmaterial auf einem Träger gelagert (vgl. Fig. 27, Fig. 28), welcher keine Verankerungsfläche darstellt, sondern ein formgebendes tragendes Zwischenelement;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in dem elastischen Dämpfungsmaterial resp. in den Stoßdämpfer-Feder-Elementen Zwischenelemente vorgesehen sind, die in prinzipiell beliebiger Ausrichtung zur Hauptkraftrichtung verlaufen, dabei bestehen diese Zwischenelemente vorzugsweise aus elastisch festerem Material, sie sind vorzugsweise plan oder/und blattähnlich oder/und lamellenähnlich oder/und borstenähnlich oder/und haarähnlich angeordnet (vgl. u. a. Fig. 48, Fig. 49),
bzw. dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dämpfungsmaterial zwischen Gleitfläche und festeren, tragenden Prothesenteilen angebracht ist;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß weitere formstabile, tragende Zwischenelemente vorgesehen sind (vgl. Fig. 20, Teil V),
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in dem elastischen Dämpfungsmaterial resp. in den Stoßdämpfer-Feder-Elementen Zwischenelemente vorgesehen sind, die annähernd parallel zur Unterlage verlaufen bzw. annähernd orthogonal zur Kraftrichtung verlaufen, dabei bestehen diese Zwischenelemente vorzugsweise aus elastisch festerem Material, sie sind vorzugsweise plan oder/und blattähnlich oder/und lamellenähnlich oder/und borstenähnlich oder/und haarähnlich angeordnet,
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß im elastischen Dämpfungsmaterial resp. in den Stoßdämpfer-Feder-Elementen neben den borstenähnlichen, elastisch festeren Zwischenelementen auch flächige, blattförmige oder lamellenförmige, vorzugsweise elastisch festere Zwischenelemente vorgesehen sind, deren Hauptrichtung vorzugsweise Vorzugsrichtungen hat, wobei die blattförmigen Zwischenelemente vorzugsweise weitgehend orthogonal zur Hauptbelastungsrichtung stehen und die Anteile der borstenähnlichen Zwischenelemente, welche in der gleichen Ebene liegen wie die blattförmigen Zwischenelemente, in diesem Abschnitt hierzu vorzugsweise eine orthogonale Hauptrichtung aufweisen, dabei sind festere Verbindungen zwischen diesen verschiedenen Zwischenelementen vorgesehen, (vgl. Fig. 20: Bereich 6 und 7),
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in dem elastischen Dämpfungsmaterial resp. in den Stoßdämpfer-Feder-Elementen Zwischenelemente vorgesehen sind, die annähernd orthogonal zur Unterlage verlaufen bzw. annähernd parallel zur Kraftrichtung verlaufen, dabei bestehen diese Zwischenelemente vorzugsweise aus elastisch festerem Material, sie sind vorzugsweise plan oder/und blattähnlich oder/und lamellenähnlich oder/und borstenähnlich oder/und haarähnlich angeordnet,
sowie dadurch gekennzeichnet, daß in dem elastischen Dämpfungsmaterial resp. in den Stoßdämpfer-Feder-Elementen Zwischenelemente vorgesehen sind, die bogig verlaufen, dabei bestehen diese Zwischenelemente vorzugsweise aus elastisch festerem Material, sie sind vorzugsweise plan oder/und blattähnlich oder/und lamellenähnlich oder/und borstenähnlich oder/und haarähnlich;
sowie dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenträger einen netzförmigen, und/oder gerichteten Aufbau haben; sowie dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenträger einen netzförmigen, und/oder ungerichteten Aufbau haben;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in dem elastischen Dämpfungsmaterial resp. in den Stoßdämpfer-Feder-Elementen Zwischenelemente vorgesehen sind, die bogig verlaufen sowie orthogonal und/oder parallel zur Kraftrichtung, dabei ist vorgesehen, daß diese Zwischenträger ganz oder teilweise ineinander übergehen, dabei bestehen diese Zwischenelemente vorzugsweise aus elastisch festerem Material, sie sind vorzugsweise plan oder/und blattähnlich oder/und lamellenähnlich oder/und borstenähnlich oder/und haarähnlich;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der einzelnen Schichten sowie die Ausrichtung der Strukturen prinzipiell beliebig ist,
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß das in einer Ausführung ein kontinuierlicher Übergang der elastischen Eigenschaften von elastisch-weich bis elastisch-fest vorgesehen ist (vgl. Fig. 8)
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ausführung eine schichtweise Anordnung der elastischen Eigenschaften vorgesehen ist, wobei die Übergänge der elastischen Eigenschaften sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich vorgesehen sind (vgl. Fig. 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20),
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß - vorzugsweise innerhalb des elastischen Dämpfungsmaterials, resp. innerhalb der Stoßdämpfer-Feder-Elemente - Ausweichräume, resp. Ausgleichräume vorgesehen sind (vgl. Fig. 24), in welche das elastische Dämpfungsmaterial bei Kompression reversibel entweichen kann, wobei bevorzugt die Materialausweichräume aus gasgefüllten Hohlräumen bestehen (vgl. Fig. 5; Fig. 15, 18, 20: jeweils Teil 3; Fig. 21, 22, 23, 25, 26, 27, 28, 30, 43), dabei sind diese elastischen Dämpfungselemente vorzugsweise abgekapselt,
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht resp. die elastische Dämpfungsmasse mehrere integrierte Hohlräume aufweist, welche als Ausweich- bzw. als Ausgleichräume der elastischen Dämpfungsmasse vorgesehen sind;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese Hohlräume im nicht belasteten Zustand ausgedehnt sind und im belasteten Zustand teilweise oder weitgehend oder etwas komprimiert sind, resp. reversibel komprimierbar sind;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ausführung diese Hohlräume blasenartig in der elastischen Dämpfungsmasse, welche z. B. in bekannter Weise aus Silicon besteht, angeordnet sind;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese blasenartigen Hohlräume in einer Ausführung abgekapselt sind, wobei vorgesehen ist, daß diese Kapselwände definierte elastische Eigenschaften haben;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese blasenartigen Hohlräume gleiche oder unterschiedliche Dimensionen haben;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese blasenartigen Hohlräume gleiche oder unterschiedliche Formen haben (z. B. im unbelasteten Zustand flach und/oder eiförmig und/oder hochoval und/oder eckig und/oder quaderförmig oder vergleichbar geformt sind);
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese blasenartigen Hohlräume prinzipiell beliebig angeordnet sind, vorzugsweise aber in einer Ausführung zueinander so geordnet sind, daß sie säulenartig in Hauptbelastungsrichtung zueinander stehen, wobei die Formen vorzugsweise kontinuierlich von linsenförmig-flach in hochoval übergehen (vgl. Fig. 53);
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese blasenartigen Hohlräume bei säulenförmiger Anordnung vorzugsweise ganz oder teilweise schlauchartig vor elastisch etwas festeren Strukturen begrenzt sind (vgl. Fig. 53);
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese blasenartigen Hohlräume bei säulenförmiger Anordnung, vorzugsweise orthogonal zu dieser Säulenrichtung, durch flächige Strukturen begrenzt sind, wobei diese flächigen Strukturen vorzugsweise elastisch etwas fester sind (vgl. Fig. 53);
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese säulenartigen, etwas festeren Strukturen in die elastische Dämpfungsmasse eingebettet sind (vgl. Fig. 53);
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß diese flächige Begrenzung in einer Ausführung z. T. aus blattartigen Lamellen besteht, welche z. T. in die elastische Dämpfungsmasse eingebettet sind, dabei nehmen die Dichte und Häufigkeit dieser blattartigen Lamellen zu bis hin zu einer einheitlichen, flächigen Begrenzung, wobei diese Begrenzung vorzugsweise elastisch etwas fester ist;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß elastische Dämpfungselemente resp. Stoßdämpfer-Feder-Elemente vorgesehen sind als Zwischenelemente zwischen Knochen und Gleitflächen, sowie zwischen Knochen und tragenden Verankerungselementen und des weiteren zwischen tragenden Verankerungselementen und Gleitflächen;
des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Dämpfungselemente resp. Stoßdämpfer-Feder-Elemente, vorzugsweise als integrierter Bestandteil, flächig ausgeformt sind und/oder in dübelähnlicher Form vorgesehen sind und/oder dem Knochen resp. den Prothesenteilen angepaßt sind.

2. Stoßdämpfer-Feder-Elemente und elastische Dämpfungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dämpfungsmaterial resp. die Stoßdämpfer-Feder-Elemente aus körperverträglichem, vorzugsweise in der Endoprothetik gebräuchlichem Material bestehen, z. B. aus Silikongummi.

3. Stoßdämpfer-Feder-Elemente und elastische Dämpfungselemente nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ausführung im Knochenkontaktbereich eine knochenverträgliche Beschichtung vorgesehen ist, bzw. daß in einer Ausführung knochenverträgliche resp. "knochenfreundliche" Knochenkontaktelemente vorgesehen sind, z. B. aus Titan bestehend oder mit Titan beschichtet, wobei diese Elemente vorzugsweise in elastische Dämpfungsmasse eingebettet sind und über elastische Dämpfungsmasse voneinander mechanisch entkoppelt sind (vgl. u. a. Fig. 50).

4. Stoßdämpfer-Feder-Elemente und elastische Dämpfungselemente für Endoprothesen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ausführung die elastische Dämpfungsschicht im Knochenkontaktbereich vorzugsweise elastisch weich ist und formanpassungsfähig ist (vgl. Fig. 20: Bereich 3).