DE4143617C2 - Knochenimplantatsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlkörper-Pro­ these.

Endoprothesen als in den Körper verbrachte Implan­ tate zur Defektauffüllung nach Gewebeentfernungen oder künstliche Gelenke erfordern für eine gute Funktionsfähigkeit eine ausreichende Stabilisierung im umgebenden, körpereigenen Knochengewebe. Die Implantation von Fremdkörpern geht mit einer er­ höhten Infektionsrate einher, wobei durch die In­ fektion eine Lockerung des Implantats ausgelöst werden kann und wobei die Infektion an sich eine zum Teil lebensbedrohende Komplikation darstellt.

Bei der Verankerung der Endoprothese besteht die Möglichkeit, eine sogenannte "Preß-Fit-Verankerung" vorzunehmen, bei der eine Kongruenz zwischen Im­ plantatlager, also dem körpereigenen Knochen, und der Prothesenform besteht. Die Anforderung an das Implantatlager sowie an die Operationstechnik sind hierbei hoch. Außerdem stellt der sehr unterschied­ liche Elastizitätsmodul bei dem Knochengewebe einer­ seits und dem metallischen Implantat andererseits ein nur schwer kompensierbares Problem bei der Endo­ prothetik dar.

Die oben genannten Nachteile werden bei der Zemen­ tierung des Implantats im Knochen vermieden, da die Knochenzementschicht zwischen Knochen und Metall­ implantat ähnlich einem Puffer wirkt und so das Implantatlager schützt.

Bei der Zementierung ist nachteilig, daß Inhomogeni­ täten des Knochenzements die theoretisch möglichen vorteilhaften Effekte teilweise aufheben können. Das portionsweise Einbringen von Knochenzement führt immer zu Luft- und Blutbeimischungen, so daß der Knochenzement lamelliert und mechanisch geschwächt wird.

Weiterhin kommt es durch das nachträgliche Ein­ schieben der Endoprothese, insbesondere an Krüm­ mungsstellen des Knochens, zu Abschabungen des Knochenzements vom Knochenlager, so daß an dieser Stelle die Prothese überhaupt nicht vom Knochenze­ ment umschlossen ist. Belastungsspitzen sowohl an der Prothese wie auch an den Knochenzementgrenzen sind dann zwangsläufig, wobei diese Belastungs­ spitzen wiederum Brüche des Knochenzements oder auch der Prothese selbst nach sich ziehen können.

Schwierigkeiten bei der Zementierung macht die achsgerechte Einbringung der Prothese in den mit Raspeln vorbereiteten und schon mit Knochenzement aufgefüllten Knochenhohlraum, da der Knochenhohl­ raum wegen der gewünschten Zementdicke größer ge­ schaffen sein muß als die Prothese selbst; damit wird die Prothese nicht mehr durch die Wandung des Knochenhohlraums in die gewünschte Achsposition gelenkt. Die Problematik des Überdrucks bei der Einbringung des Knochenzements wird dabei weder angesprochen noch gelöst.

Diesem Zentrierungsproblem wird durch die EP 0 331 623 A1 abgeholfen, in der eine Femurprothese mit zentral durchgehender Bohrung und ein in dieser Bohrung gleitend passender Zentrierstab, der mit einem Zentrierelement zusammenwirkt, vorgeschlagen wird. Die Problematik des Überdrucks bei der Zemen­ tierung wird hier aber nicht behandelt und nicht gelöst.

Weiterhin entsteht beim Einpressen des Knochenze­ ments ein hoher Überdruck in der Markhöhle, so daß es zu Fettausschwemmungen aus dem Knochenmark kommt, die zu Embolien führen können. Aus diesem Grund wird teilweise der Knochenzement durch Unterdruck in den Knochenhohlraum eingesaugt.

Zu diesem Zweck wird unterhalb des von der Prothese später auszufüllenden Bereichs eine Saugöffnung in den Knochen gebohrt, wobei an dieser Saugöffnung ein Unterdruck angelegt werden kann, der den Knochenzement von der Implantationsstelle des Knochens her in den Knochenhohlraum ansaugt.

Nachteilig dabei ist, daß das Einbringen der Endo­ prothese selbst immer noch zu einer Druckerhöhung im Markraum führt. Weiterhin können die Knochen­ zementhinterschneidungen und damit die späteren Hohlräume im Knochenzement nicht vermieden werden, da die gekrümmten Knochenhohlräume beim Einbringen der Prothese ein Abschaben des vorher eingebrachten Knochenzements begünstigen.

Ein weiterer Nachteil dieser Methode besteht darin, daß zur Unterdruckerzeugung unterhalb der später eingebrachten Prothese ein Bohrloch im Knochen in dem Abschnitt erforderlich ist, der zur Knochen­ mitte hin gerichtet ist. Dieses Bohrloch stellt eine mechanische Beeinträchtigung und damit eine Frakturgefährdung für den Knochen dar. Außerdem muß dieser Bohrkanal weitab vom eigentlichen Operations­ gebiet angelegt werden, so daß entweder eine Ver­ längerung der Operationswunde oder eine zusätzliche Operationswunde erforderlich werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dauerhaft festen Sitz der Hohlkörper-Prothese sicherzustellen und gleichzeitig einen möglichst schonenden Operationsverlauf zu ermöglichen.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Ausgestaltung einer Hohlkörper-Prothese gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 3 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können den Ansprüchen entnommen werden.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, die Hohlkörper-Prothese mit einem durchgehenden Hohlraum auszustatten, in den ein Saugrohr gleitend paßt, so daß der Knochenzement durch das Saugrohr angesaugt werden kann. Das Einsaugen des Knochenzements um das lagerichtig angeordnete Saugrohr stellt eine homogene Knochenzementschicht mit den entsprechenden mechanischen Vorteilen sicher.

Auf diese Weise ist eine Verfahrensweise bei der Implantation von Endoprothesen möglich, wie sie beispielsweise aus dem Stahlbetonbau bekannt ist:

Zunächst werden tragende Elemente in ihrer mecha­ nisch optimalen Lage angeordnet. Schließlich werden diese Elemente mit einer Sekundärumgießung umgeben, so daß sich ein idealer Verbund ergeben kann. Nur durch eine besondere Formgestaltung der Prothese kann dieses Prinzip umsetzbar gemacht werden.

Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Hohl­ körper-Prothese sind in den Zeichnungen näher be­ schrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Femurimplantat einer Hüftprothese in perspektivischer und teilweise ge­ schnittener Ansicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand von Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Oberschenkelknochen (Femur) bezeichnet, der in seinem Inneren Knochenmark 2 aufweist. Im oberen Bereich des Oberschenkel­ knochens 1 ist das Knochenmark 2 entfernt worden und mit einem Fräs- oder Raspelwerkzeug ein Hohl­ raum mit genau definierter Form geschaffen worden.

In diesem Hohlraum befindet sich eine Hohlkörper- Prothese 3, die aus einem Schaft 4, einem Hals 5 und einem Kopf 6 besteht. Im Übergangsbereich zwischen dem Schaft 4 und dem Hals 5 ist ein Kragen 7 angeformt. Zentriervorsprünge 8 fixieren die Hohlkörper-Prothese 3 lagerichtig innerhalb des Oberschenkelknochens 1. Die Zentriervorsprünge 8 sind als einzelne Zentrierfinger unterhalb des Kragens 7 ausgestaltet. In Abwandlung von dem dar­ gestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, anstelle der Zentrierfinger den Kragen 7 zu einem Zentrierkragen weiterzubilden, der über Einfüllöff­ nungen für Knochenzement verfügt. Die Zentriervor­ sprünge können entweder an der Hohlkörper-Prothese fest angeformt sein oder entfernbar ausgebildet sein, so daß sie beispielsweise zur lagerichtigen Fixierung der Prothese zunächst an der Prothese be­ festigt werden. Dann wird die Prothese mit den Fixierungen lagerichtig eingesetzt und einzementiert und anschließend werden diese oberen Fixiervor­ sprünge wieder entfernt.

Im unteren Bereich wird die Prothese 3 durch einen Stopfen 9 zentriert, der porös oder mit Kanälen versehen ist.

Die Hohlkörper-Prothese 3 weist über nahezu ihre gesamte Länge einen durchgehenden Hohlraum 10 in Form einer Durchgangsbohrung auf, wobei die Hohl­ körper-Prothese 3 an ihrem untersten Ende innerhalb des Stopfens 9 eine untere Öffnung 11 und im Bereich des Halses 5 eine seitliche, obere Öffnung 12 auf­ weist, die beide durch den Hohlraum 10 miteinander verbunden sind. Diese Öffnungen stellen Saugan­ schlüsse dar, mit deren Hilfe innerhalb des Knochens ein Unterdruck angelegt werden kann.

Durch die Zentrierung wird gewährleistet, daß die Hohlkörper-Prothese 3 überall einen nahezu gleich­ mäßigen Abstand zum umgebenden Oberschenkelknochen 1 aufweist. Dieser, in etwa rohrförmige Hohlraum soll durch Knochenzement ausgefüllt werden, um einen guten und sicheren sowie dauerhaften Sitz der Hohl­ körper-Prothese 3 innerhalb des Knochens 1 zu ge­ währleisten.

Der Knochenzement wird zu diesem Zweck um das Saugrohr oder den Kragen 7 herum zugeführt, während im Saugrohr ein Unterdruck erzeugt, also gesaugt wird. Der Unterdruck breitet sich durch das Saugrohr 10 und den unteren Sauganschluß (Öffnung 11) sowie durch die Poren oder Kanäle innerhalb des Stopfens 9 aus, so daß anschließend auch im rohrförmigen Hohlraum um die Hohlkörper-Prothese 3 herum ein Unterdruck entsteht. Auf diese Weise wird von oben nachge­ führter Knochenzement um das Saugrohr herum in den Knochen 1 eingesaugt.

Wenn der Knochenzement unten am Stopfen 9 angelangt ist, können zwei verschiedene Vorgehensweisen ver­ wendet werden:

Bei einem feinporigen Stopfen 9 kann über den er­ höhten Saugwiderstand festgestellt werden, daß der Knochenzement unten am Stopfen 9 anliegt. Aufgrund seiner Viskosität kann der Knochenzement nicht in den Stopfen 9 eindringen. Die Zufuhr weiteren Knochenzementes wird unterbunden. Der Knochenzement kann nun abbinden und gewährleistet nach dem Abbin­ den den erwünschten sicheren Sitz der Prothese im Knochen.

Das Saugrohr kann unausgefüllt verbleiben oder mit Material gefüllt werden, welches erwünschte mechanische und/oder pharmakologische Eigenschaften aufweist.

Alternativ dazu kann ein großporiger Stopfen ver­ wendet werden oder ein Stopfen, der in seinem oberen Bereich Ausnehmungen aufweist, die eine Verbindung von dem rohrförmigen Hohlraum um die Hohlkörper-Pro­ these 3 schaffen. Bei geeigneter Größe dieser Ausneh­ mungen oder Poren kann angesaugter Knochenzement durch den Stopfen 9 in die untere Öffnung 11 und damit in das Saugrohr 10 eingesaugt werden, im Hohlraum 10 ansteigen und schließlich an der oberen Öffnung 12 austreten.

Der Austritt des Knochenzementes an der oberen Öffnung 12 stellt dabei einen sicheren Indikator dafür dar, daß der Hohlraum um die Hohlkörper-Pro­ these 3 herum vollständig mit Knochenzement aus­ gefüllt ist. Dabei können dem Knochenzement pharma­ kologische Wirkstoffe zugegeben sein, die Infek­ tionen innerhalb des Hohlraumes 10 und an den Öff­ nungen 11 und 12 verhindern.

Welche der beiden Befüllungsmethoden angewandt wird, hängt davon ab, ob der Hohlraum 10 mit Knochenzement ausgefüllt werden soll oder nicht. Um einen dauer­ haft guten Sitz der Prothese innerhalb des Knochens zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, daß die Pro­ these einen Elastizitätsmodul aufweist, der dem des umgebenden Knochens möglichst ähnlich ist. Durch die Auswahl des Materials für die Hohlkörper-Prothese, für den Zement, und durch die Wahl, ob in der Hohl­ körper- Prothese ein Hohlraum 10 verbleibt oder dieser Hohlraum mit Zement verfüllt wird, sind ver­ schiedene Anpassungen und verschiedene Ausgestal­ tungen der Elastizitätsmodule möglich.

Weiterhin wird durch die Zentrierung der Hohlkör­ per-Prothese eine gleichmäßig dicke und überall aus­ reichend dicke Knochenzementschicht um die Hohlkör­ per-Prothese herum gewährleistet, so daß die Zement­ schicht nicht an bestimmten, zu dünnen Stellen brechen kann. Ein Bruch der Zementschicht schädigt nicht allein die Zementschicht selbst, sondern führt im längeren Verlauf auch zu Schädigungen der benachbarten Knochenpartien, so daß durch die gleichmäßige Zementschicht in Folge der zentrierten Lage der Hohlkörper-Prothese ein zweifacher Vorteil erzielt wird:

Zunächst bietet die gleichmäßige Ausfüllung des Hohlraumes um die Hohlkörper-Prothese eine optimale mechanische Kraftübertragung von der Hohlkörper-Pro­ these auf den umgebenden Knochen und zweitens wird der resorbierende Angriff durch Granulationsgewebe auf den Knochen unterbunden, der im Bereich von Stör- oder Bruchstellen des Knochenzementes üb­ licherweise auftritt.

Der Stopfen 9 kann zusammen mit der Hohlkörper-Pro­ these 3 in den Knochenhohlraum eingebracht werden. Beim späteren Einbringen der Hohlkörper-Prothese kann die entsprechende Formgebung von Zentrierele­ ment und Prothesenspitze dafür Sorge tragen, daß die Prothese lagerichtig innerhalb des Knochens fixiert wird.

Wenn der Unterdruck am Bereich der oberen Öffnung 12 aufgebaut wird, wirkt dieser Unterdruck über die Kanäle oder Poren des Stopfens 9. Um ein Ansaugen des Knochenmarks 2 zu verhindern, kann der Stopfen 9 an seiner Unterseite abdichtend ausgebildet wer­ den, so daß der Unterdruck nicht über den Stopfen 9 hinaus auf das Knochenmark 2 einwirkt. Auf diese Weise wird verhindert, daß Knochenmark 2 in den Stopfen 9 eingesaugt wird.

Je nach Viskosität des verwendeten Knochenzementes und des Knochenmarks 2 kann diese abdichtende untere Schicht des Stopfens 9 auch entfallen, wenn der Unterdruck lediglich ein Ansaugen des Knochen­ zements bewirkt, jedoch ein Eindringen des Kno­ chenmarks 2 in den Stopfen 9 nicht zuläßt. Dies hängt vom Zusammenspiel der Viskosität des verwen­ deten Knochenzementes, der Viskosität des Knochen­ marks 2, der Poren- oder Kanalgröße im Stopfen 9 und der Stärke des angelegten Unterdruckes ab.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Ansicht von Fig. 1 im Bereich des Schaftes 4 der Hohlkörper-Pro­ these, wobei abweichend zu der Fig. 1 der Bereich zwischen dem Knochen 1 und dem Schaft 4 mit Knochen­ zement ausgefüllt dargestellt.

Abweichend von dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Hohlraum auch seitlich an der Prothese angeordnet sein. Er kann einerseits in die Prothese eingeformt sein oder - wie in Fig. 3 angedeutet - in eine Einbuchtung der Prothese ein­ gepaßt sein und als separates Bauteil beispielsweise in Rohrform ausgebildet sein. Dabei kann das Rohr als entfernbarer Hohlkörper nach der Operation an der Prothese verbleiben und hohl bleiben oder ge­ füllt werden oder er kann nach dem Einbringen der Prothese und des Knochenzementes entfernt werden.

Claims (10)

1. Knochenimplantat bestehend aus einer einen Schaft (4) aufwei­ senden Endoprothese mit einem den Schaft in Längsrichtung durchsetzenden Kanal (10) und ein als Saugleitung dienendes und in den Kanal gleitend passendes Saugrohr mit zumindest einer als Saugleitungsanschluß ausgebildeten Öffnung (12).

2. Knochenimplantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10) die Prothesenspitze im wesentlichen zentral durchsetzt.

3. Knochenimplantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Saugrohr starrwandig ausgebildet ist.

4. Knochenimplantat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr mit einem Zentrierelement und/oder einer Markraumsperre mittels einer Einrichtung verbindbar ist.

5. Knochenimplantat nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr mit einem Ende in einen Aufnahmeraum eines Zen­ trierelementes eingelassen ist.

6. Knochenimplantat nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr mit dem Zentrierelement lösbar verbunden ist.

7. Knochenimplantat nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrier­ element (9) an seiner Außenfläche und/oder seiner Innenstruk­ tur mit Kanälen versehen ist.

8. Knochenimplantat nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrier­ element (9) zumindest teilweise eine mikro- und/oder makro­ poröse Struktur aufweist.

9. Knochenimplantat nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrier­ element (9) als Markraumsperre ausgebildet ist.

10. Knochenimplantat nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr als Indikator ausgebildet ist, der die Lage des im Knochen befindlichen Zentrierlementes und/oder Markraum­ sperrers anzeigt.