DE3913874C1 - Hip joint prosthesis femur part - has shaft, whose cross-section is helically twisted from proximal to distal end - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft ein Oberschenkelteil einer Hüftgelenkendoprothese, bestehend aus einer Gelenkkugel und aus einem mit dieser über einen Hals verbundenen Schaft, dessen Schaftquerschnitt sich von proximal nach distal kon­ tinuierlich verjüngt, wobei der Schaft sich über die gesamte Schaftlänge erstreckende diametral gegenüberliegende Nuten aufweist, wobei der nutfreie Schaftbereich an den Verlauf der Innenfläche der Kortikalis angepaßte äußere Anlageflächen bildet. Das vorbeschriebene Oberschenkelteil ist durch die DE-OS 23 31 728 vorbekannt.

Ein anderes vorbekanntes Oberschenkelteil (DE-OS 35 36 895), ein Ganzmetallteil, weist in seinem proximalen konischen mit einem Auflagekragen für den Kortikalisrand versehenen Bereich einen massiven Kern mit einer jeweils ventral und dorsal vorspringenden Rippe und außerdem vier Axialstäbe auf. Diese Axialstäbe ragen mit dem überwiegenden Teil ihrer Axiallänge frei über den Kern hinaus distal vor. Im proximalen Bereich bildet der Kern ein Distanzteil, das die Axialstäbe proximal in einer definierten Lage halten soll, während deren frei und unabhängig voneinander distal nach unten vorragenden Stabenden sich durchbiegen können, indem die Stäbe sich infolge ihrer Elastizität an die Form des femursei­ tigen Markkanals anpassen können. Auf diese Weise soll eine veränderliche Übertragung der Belastung auf das Femur bei sich ändernder äußerer Hüftkraft erzielt werden. Das bekannte Oberschenkelteil wird besonders deswegen als nachteilig empfunden, weil die axial frei vorragenden elastischen Staben­ den aufgrund der ihnen zugedachten Funktion je nach Belastung ihre Relativlage zueinander und damit auch das Biegewider­ standsmoment des Metallschaftes verändern.

Trotz des an sich nur im Ansatz vorhandenen Vorteils, beim Gegenstand der DE-OS 35 36 895 den metallischen Schaft­ querschnitt gering zu halten (wie bei isoelastischen Ober­ schenkelteilen allgemein üblich), besteht ein weiterer Nach­ teil des bekannten Implantats in folgendem: Die frei vorragen­ den elastischen Stabenden sind mit Verdickungen versehen, die wegen der Elastizitätsmodul-Unterschiede zwischen Femursub­ stanz und Metall den proximal vorhandenen Auflagekragen des Implantats hinsichtlich der axialen Kraftkomponente entlasten und so eine nachteilige distale Kraftübertragung in physiolo­ gisch bedenklicher Höhe bewirken. Die Nachteile einer derarti­ gen Krafteinleitung an sich sind in der Einleitung der DE-PS 33 34 058 beschrieben.

Der Querschnitt des eingangs zunächst erwähnten bekannten Oberschenkelteils (s. DE-OS 23 31 728, Fig. 3) ist etwa hantel­ förmig konturiert, indem er an beiden Enden eines Steges massive rundliche Verdickungen aufweist. Die äußeren Rundungen der Verdickungen sollen hierbei der Knochenkontur entsprechen. Die je dorsal und ventral von den Verdickungen und dem Steg begrenzten beiden Nuten sind einander diametral gegenüberlie­ gend angeordnet und öffnen sich trapezflächenartig nach außen. Die so erzielte Querschnittsgestalt des immerhin noch recht massigen Oberschenkelteils kann eine schädliche Keilwirkung auf die Knochensubstanz und zudem die erwähnte nachteilige distale Axialkraftübertragung ebenfalls nur ansatzweise vermindern.

Ausgehend von dem bekannten Oberschenkelteil gemäß der DE-OS 23 31 728, liegt dem Hauptpatent die Aufgabe zugrunde, ein isoelastisches Oberschenkelteil zu schaffen, welches eine physiologisch günstige Krafteinleitung gestattet und darüber hinaus einen nur geringen Verlust an Knochensubstanz während der Operation erfordert. Diese Aufgabe wurde entsprechend dem Hauptpatent dadurch gelöst, daß die Nuten hinterschnitten sind und der durch die Nuten gebildete Radialsteg von proximal nach distal sich verjüngt und am distalen Ende eine Schneide bildet.

Entsprechend dem Hauptpatent sind die Nuten hinter­ schnitten, so daß die nutenfreien Bereiche großflächige Schalenelemente bilden können, deren Außenflächen sich mög­ lichst satt an die Innenmantelfläche der Kortikalis bzw. an etwa noch vorhandene Spongiosa anschmiegen können. Hierdurch ist die Voraussetzung zu einer großflächigen Anlage gegeben, so daß die als Bestandteil der eingeleiteten Hüftkraft zu übertragenden Radialkräfte großflächig, d.h. mit geringer Flächenpressung, auf das Femur übertragen werden können. Zudem ist es gemäß dem Hauptpatent wichtig, daß der gesamte Schaft­ querschnitt, also auch der Stegquerschnitt, zum distalen Ende hin bis zu einem fertigungsbedingten Minimalquerschnitt konti­ nuierlich abnimmt, wobei der Steg am distalen Ende eine Schneide bildet. Hierdurch wird zunächst ein physiologisch gün­ stiger von proximal nach distal abnehmender Biegewiderstand geschaffen. Bei der Implantation des Oberschenkelteils gemäß dem Hauptpatent braucht daher nur der proximale trochantäre Innenraum des Femurs geräumt zu werden, während der Markraum des distalen Femurbereichs erhalten bleibt. Das Oberschenkel­ teil entsprechend dem Hauptpatent kann also in den unveränder­ ten distalen Markraum eingesenkt werden, wobei eine Traumatisierung weitestgehend dadurch ausgeschlossen ist, daß die gegeneinander weisenden sich axial erstreckenden Schmal­ flächen benachbarter Schalenelemente (nutfreie Bereiche) jeweils eine geräumige Umfangslücke zur Aufnahme von Knochen­ mark und Spongiosa zwischen sich freilassen. Kern und Schalen­ elemente bilden also räumlich großzügig bemessene Längskanäle, die in Verbindung mit den Umfangslücken zwischen den Schmal­ flächen der Schalenelemente dafür sorgen, daß die Anbindung des Knochenmarks (Medulla) und ggf. der Spongiosa an die Kortikalis in großen Bereichen erhalten bleibt. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Oberschenkelteils bleibt also das medulläre Volumen (Knochenmarkvolumen) vaskularisiert (durch­ blutet).

Hinzu kommt, daß die zunehmende Querschnittsverringerung des vorzugsweise aus Metall bestehenden Schaftes von proximal nach distal besonders in Verbindung mit der distal vorge­ sehenen Schneide eine distale Einleitung der axialen Hüft­ kraft-Komponente bis auf ein tolerierbares Mindestmaß reduziert.

Weiterhin sieht das Hauptpatent vor, daß jeweils eine hinterschnittene Nut der Einschubbefestigung von gesonderten Backenbauteilen dient. Die Mantelfläche eines solchen Backen­ bauteils ist jeweils sowohl in Axialrichtung als auch in Umfangsrichtung in Anpassung an einen hinterschnittenen proximalen femoralen (d.h. trochantären) Hohlraum gewölbt. Zur Einschubbefestigung weist jedes Backenbauteil einen federar­ tigen Ansatz auf. Diese Merkmale des Hauptpatents gestatten den Vorteil, daß vor einer Implantierung, mit welcher zunächst eine Entfernung der natürlichen Gelenkkugel und ein stirn­ seitiger Anschnitt des trochantären Femurbereichs einhergehen, der operativ bedingte Knochensubstanzverlust auf ein Mindest­ maß beschränkt werden kann. Während bei allen bislang bekann­ ten Oberschenkelteilen der trochantäre Femurbereich so weit angeschnitten werden mußte, daß alle Hinterschneidungsräume entfielen, um ein ungehindertes axiales Einsetzen und ggf. Einzementieren des Implantats zu ermöglichen, gestattet das Hauptpatent folgende Operationsweise: Das Femur wird proximal stirnseitig nur so weit wie eben nötig angeschnitten. In die von Knochenmark und Spongiosa befreiten trochantären hinter­ schnittenen Hohlräume werden sodann die beiden Backenbauteile eingesetzt. Anschließend werden die beiden gegenüberliegenden schaftseitigen hinterschnittenen Nuten über die federartigen Ansätze der Einschiebteile geschoben und der Schaft sodann bis zu seiner vorbestimmten Tiefe in das Femur abgesenkt. Durch den Nutverlauf oder durch gesonderte Mittel werden die beiden backenartigen Einbauteile bzw. Einschiebeteile in ihrer End­ lage bis zu einer glatten Anlage an die Innenfläche der Kortikalis verspannt. Die Backenbauteile bewirken zugleich eine rotatorische Stabilität im proximalen Bereich des Ober­ schenkelteils.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu­ grunde, die Erfindung entsprechend dem Hauptpatent 37 36 304 so auszugestalten, daß die Kraftübertragung vom Oberschenkel­ teil auf das Femur den physiologischen Bedürfnissen noch besser als bisher entspricht.

Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schaftquerschnitt, beginnend am proximalen Schaftbereich, über den distalen Schaftbereich hinweg um die Längsmittelachse des Schaftes herum, einer Schrauben­ linie folgend, verdreht ist.

Die Erfindung ist davon ausgegangen, daß bei der Belastung einer Hüftendoprothese nicht nur die statische Hüftkraft eine Rolle spielt. Vielmehr ist auch beim Beugen und beim Gehen, insbesondere auf ansteigenden Flächen, wie auch z.B. beim Treppensteigen, eine räumliche Kraftkomponente vorhanden. Hierbei tritt außer einer Torsion um die Längsachse der Hüftendoprothese im distalen Implantatbereich eine Aus­ weichbewegung in ventraler Richtung, d.h. nach vorn, auf. Während die Axialkräfte und die Torsionskräfte durch den flach und zugleich konisch gestalteten proximalen Bereich der Endoprothese sicher auf das Femur übertragen werden, gestatten die großflächigen Schalenelemente, die bereits Gegenstand des Hauptpatents sind, eine vorzügliche laterale Kraftabstützung. Der erfindungsgemäße vorbeschriebene Drall bzw. die in Axial­ richtung von proximal nach distal erfolgte Drehung des Quer­ schnittes entlang einer Schraubenlinie verlagert demnach die großflächigen äußeren Anlagebereiche der Schalenelemente derart, daß diese zugleich in vortrefflicher Weise eine resultierende Stützkraft übertragen können, welche sich aus lateralen und ventralen Komponenten zusammensetzt.

Der Drehsinn der vorerwähnten Schraubenline ist hierbei nach rechter und linker Hüfte unterschiedlich. Bei einer rechten Hüftendoprothese dreht sich die Schraubenlinie, von oben her bzw. von proximal nach distal betrachtet, nach links bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn, bei einer linken Hüftendo­ prothese nach rechts bzw. im Uhrzeigersinn.

Zweckmäßig folgt die Schraubenlinie einem gleichbleiben­ den Steigungswinkel. Hierbei kann die Schraubenlinie sich insgesamt über eine Steigung von unter bzw. etwa 45° oder auch darüber hinaus bis zu einer Steigung von 90° erstrecken. Der gesamte Steigungswinkel ist hierbei wiederum physiologisch bedingt und muß den Anwendungsfällen entsprechend individuell bestimmt werden.

In weiterer Verbesserung des Hauptpatents sieht die Erfindung außerdem vor, die lichte Nutweite um ein geringes Einbauspiel von distal nach proximal abnehmenzulassen. Dies hat den Vorteil, daß beim Einführen der Führungsansätze der Backenbauteile entsprechend dem Hauptpatent zunächst eine leichte Relativbewegung zwischen den Nutflächen und den Führungsansätzen erfolgen kann, während im proximalen Bereich ein gewünschter selbsthemmender fester Sitz zwischen den Führungsansätzen und den Nutflächen eintritt.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel entsprechend der Erfindung dargestellt, es zeigen,

Fig. 1 eine Ansicht auf die vordere (ventrale) Seite eines Oberschenkelteils einer rechten Hüfte und

Fig. 2-5 verschiedene Querschnitte analog zu den Schnitt­ linien II-II, III-III, IV-IV und V-V in Fig. 1.

In den Zeichnungen ist das Oberschenkelteil einer rechten Hüftgelenkendoprothese insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Das Oberschenkelteil 10 besteht aus einem insgesamt mit 11 bezeichneten Metallschaft, welcher einen proximalen konischen Bereich 12 und einen distalen Bereich 13 aufweist. Proximal entsprechend dem physiologischen Schenkelhalswinkel angesetzt, ist ein Implantathals 14, auf welchem eine nicht dargestellte Gelenkkugel zu befestigen ist. Metallschaft 11 und Implantathals 14 bestehen insgesamt aus einem stoff­ schlüssig zusammenhängenden Metallteil, beispielsweise aus einem Schmiedeteil aus Titan oder aus einem geeigneten Im­ plantatstahl.

Die Besonderheiten des in Fig. 1 gezeigten Oberschenkel­ teils werden bei Betrachtung der Querschnitte gemäß den Fig. 2-5 deutlich.

Hierbei fällt zunächst auf, daß ein Radialsteg 15 zwei Schalenelemente 16, 17 stoffschlüssig miteinander verbindet.

Die metallischen Querschnitte sowohl der Schalenelemente 16, 17 als auch des Radialsteges 15 nehmen von proximal (Fig. 2) bis zum äußersten distalen Ende (unterhalb der Schnittlinie V-V) ab. Diese Querschnittsverminderung ist derart, daß das distale Ende des Schaftes 11 nach Art einer Schneide 18 ausge­ bildet ist. Zwischen den Außenflächen 19, 19 des Radialsteges 15 und den Innenflächen 20, 21 der Schalenelemente 16, 17 sind eine ventrale (vordere) hinterschnittene Nut 22 sowie eine dorsale (hintere) hinterschnittene Nut 23 gebildet

Bei Vergleich der Querschnitte untereinander gemäß den Fig. 2-5 fällt auch auf, daß die zwischen den Schalenelementen 16, 17 gemessene Stegbreite b von proximal (Fig. 2) nach distal (Fig. 5) im wesentlichen unverändert ist. Dieses gilt unabhängig davon, daß die lichte Weite der Nuten 22, 23 nur im Rahmen eines Einbauspiels von distal nach proximal abnimmt. Hierdurch soll das Einsetzen von Backenbauteilen distal er­ leichtert und zugleich deren fester Sitz im proximalen Bereich 12 erzielt werden.

Die Nuten 22, 23 sind demnach so beschaffen, daß sämt­ liche Nutquerschnitte über die gesamte axiale Schaftlänge von proximal nach distal im wesentlichen kongruent sind; lediglich am äußeren Ende des distalen Schaftbereichs 13, also in der Nähe der Schneide 18, können die Schalenelemente 16, 17 bis auf ein Mindestmaß verschmälert sein.

Die Schalenelemente 16, 17 sind derart gestaltet, daß diese über den distalen Schaftbereich 13 an den Verlauf der Innenmantelfläche der Kortikalis eines nicht dargestellten Femurs angepaßte äußere konvexe Anlageflächen 24, 25 bilden. Hierbei lassen die gegeneinanderweisenden, sich axial er­ steckenden Schmalflächen 26, 27 der benachbarten Schalenele­ mente 16, 17 jeweils eine Lücke L zwischen sich frei. Jede Lücke L, geschaffen durch die Nuten 22, 23, dient der Aufnahme von Knochenmark (Medulla) und Spongiosa im distalen Bereich des Femurs. Es ist daher vorstellbar, daß Medulla und Spon­ giosa im Bereich der Lücken L beim Einsetzen (Eintreiben) des distalen Schaftendes 13 in den Innenquerschnitt des Femurs nur unwesentlich gestört werden, d.h. also, daß Medulla und Spon­ giosa jedenfalls ihre vaskuläre Anbindung an die Kortikalis nicht verlieren.

Aus den Fig. 2-5 wird auch deutlich, daß die Dicke d des Steges 15 von proximal nach distal abnimmt.

Beide hinterschnittenen Nuten 22, 23 liegen einander diametral gegenüber. Jede Nut 22, 23 bildet eine in Axial­ richtung offene Einschieböffnung A für den federartigen An­ satz eines ventralen Backenbauteils bzw. eines dorsalen Backen­ bauteils entsprechend dem Hauptpatent 37 36 304. Die Backenbau­ teile sind hier nicht dargestellt. Da der lichte Querschnitt der hinterschittenen Nuten 22, 23 trotz Querschittsverminde­ rung der Schalenelemente 16, 17 und des Steges 15 von proximal nach distal konstant bleibt, können auf diese Weise schwalben­ schwanzförmig hinterschnittene Nuten 22, 23 von distal nach proximal formschlüssig über die Ansätze der Backenbauteile hinweggeschoben werden. Hierbei wandern die Backenbauteile wegen der von distal nach proximal zunehmenden Dicke d des Steges 15 radial (d.h. ventral und dorsal) nach außen. Die Relativbewegung beim Einschieben zwischen dem Metallschaft 11 und den Backenbauteilen 28, 29 endet dann, wenn dessen konvex gewölbte obere Anschlagflächen gegen die konkav gewölbten nutseitigen Anschlagflächen 33 (Fig. 1) stoßen.

Durch die Querschnittsverminderung des Schaftes 11 (ins­ besondere des Bereichs 13) ergibt sich eine von proximal nach distal abnehmende Steifigkeit, welche die physiologische Biegefähigkeit des Femurs erhält.

Im Zusammenhang der Fig. 1-5 wird deutlich, daß der Schaftquerschnitt, beginnend am proximalen Schaftbereich 12, über den distalen Schaftbereich 13 hinweg um die Längs­ mittelachse x des Schaftes 11 herum, einer gleichbleibend steigenden Schraubenlinie folgend, verdreht ist. Und zwar beträgt die gesamte Steigung 45°, wie aus dem Zusammenhang der Fig. 2-5 zu ersehen ist. Auf diese Weise ist die distale Fläche 24 wegen der Umfangsdrehung im distalen Bereich des Oberschenkelteils 10 zu einem großen Teil nach vorn, d.h. nach ventral, gelangt. Auf diese Weise bildet die Fläche 24 dort eine im Sinne der obigen Ausführungen angestrebte ventrale Stützfläche zur femurseitigen Knochen-Innenwandung, während die selbstverständlich ebenfalls umfangsverdrehte Anlagefläche 25 die dorsale Gegenstützfläche an der femur­ seitigen Knochen-Innenwandung darstellt.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel eines Implantats für eine rechte Hüfte erfahren die Querschnitte, von oben her betrach­ tet, eine kontinuierliche Drehung nach links (entgegen dem Uhrzeigersinn), während bei einem analogen linken Oberschenkel­ teil die Querschnitte nach rechts, d.h. im Uhrzeigersinne, verdreht sind.

Claims (5)

1. Oberschenkelteil einer Hüftgelenkendoprothese, be­ stehend aus einer Gelenkkugel und aus einem mit dieser über einen Hals verbundenen Schaft, dessen Schaftquerschnitt sich von proximal nach distal kontinuierlich verjüngt, wobei der Schaft sich über die gesamte Schaftlänge erstreckende diame­ tral gegenüberliegende Nuten aufweist, wobei der nutenfreie Schaftbereich an den Verlauf der Innenfläche der Kortikalis angepaßte äußere Anlageflächen bildet, wobei die Nuten hinterschnitten sind und der durch die Nuten gebildete Radialsteg von proximal nach distal sich verjüngt und am distalen Ende eine Schneide bildet, nach Patent 37 36 304 dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftquerschnitt, beginnend am proxi­ malen Schaftbereich (12), über den distalen Schaftbereich (13) hinweg um die Längsmittelachse x des Schaftes (11) herum, einer Schraubenlinie folgend, verdreht ist.

2. Oberschenkelteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schraubenlinie einem gleichbleibenden Steigungs­ winkel folgt.

3. Oberschenkelteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenlinie sich insgesamt etwa angenähert über eine Steigung von 45° erstreckt.

4. Oberschenkelteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenlinie sich insgesamt über eine Steigung von 90° erstreckt.

5. Oberschenkelteil nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der Nuten (22, 23) jeweils um ein geringes Einbauspiel von distal nach proximal abnimmt.