DE4204979A1 - Gelenkprothese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkprothese, insbesondere Hüftgelenkprothese, mit einem in einen Knochen implan­ tierbaren Prothesenschaft, der an seinem freien Ende einen Prothesenhals trägt, auf dem ein mit einer dem Pro­ thesenhals zugeordneten, vorzugsweise als Sackbohrung ausgebildeten Bohrung versehenes, vorzugsweise als Ge­ lenkkugel ausgebildetes Gelenkteil unter Zwischenschal­ tung einer Dämpfungseinrichtung in axialer Richtung ver­ schiebbar aufnehmbar ist.

Eine Gelenkprothese dieser Art ist beispielsweise aus der DE 38 02 213 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist die Dämpfungseinrichtung als den Prothesenhals über­ greifende, elastische Kappe ausgebildet, die aus elasti­ schem Material bestehen oder durch einen ein Flüssig­ keits-Gas-Gemisch enthaltenden, in mehrere Kammern unter­ teilte Behälter gebildet werden kann. Anordnungen dieser Art sind jedoch nicht variabel genug, was ihre Anpas­ sungsfähigkeit an unterschiedliche Einsatzfälle, insbe­ sondere an unterschiedliche Körpergewichte der Prothesen­ träger, anbelangt. Außerdem erfordert die bekannte Anord­ nung einen vergleichsweise großen Bohrungsdurchmesser sowie eine komplizierte Bohrungsgeometrie mit Hinter­ schneidungen, was sich ungünstig auf die erzielbare Festigkeit und Lebensdauer auswirken kann. Abgesehen davon ist zu befürchten, daß sich mit Anordnungen vor­ liegender Art auch im Bereich der Dämpfungseinrichtung die erwünschte Robustheit und Langzeitsicherheit nicht erreichen läßt. In diesem Zusammenhang ist nämlich davon auszugehen, daß die bekannte Dämpfungseinrichtung bei Abnutzung bzw. bei Undichtheit völlig unbrauchbar wird und ausgetauscht werden muß. Die Standzeit einer implan­ tierten Gelenkprothese soll aber durch die Dämpfungsein­ richtung nicht beschränkt, sondern vielmehr erhöht wer­ den. Es kommt daher darauf an, daß die Dämpfungsein­ richtung über eine lange Standzeit hinweg funktionsfähig bleibt.

Es sind auch schon Anordnungen eingangs erwähnter Art vorgeschlagen worden, bei denen die Dämpfungseinrichtung als Gasfeder ausgebildet ist. Hierzu sind in der Sackboh­ rung zwei durch Ventile verbundene Kammern vorgesehen, von denen eine durch den nach Art eines Kolbens ausgebil­ deten Prothesenhals begrenzt wird. Die Realisierung dieses Vorschlags würde jedoch zu vergleichsweise komplizierten und aufwendigen Konstruktionen führen. Zudem ergäbe sich auch hierbei ein hoher Raum- und Teilebedarf, da nicht nur ein vergleichsweise großes Gasvolumen benötigt würde, sondern gleichzeitig auch eine Vorspannung des Gases vorhanden sein müßte. Außerdem ist zu befürchten, daß sich gewisse Leckagen auf Dauer nicht vermeiden ließen. Die Folgen davon wären bereits bei Teilleckage Abstandsveränderungen sowie eine Beeinträch­ tigung der Wirkung.

Ein weiterer Vorschlag zielt darauf ab, die Dämpfungsein­ richtung als den Prothesenhals umfassende Schraubendruck­ feder auszubilden. Auch Anordnungen dieser Art erweisen sich jedoch als nicht variabel und sicher genug. In diesem Zusammenhang ist davon auszugehen, daß bei vorgegebener Federlänge nur mit Hilfe unterschiedlicher Federn unterschiedliche Federkräfte erreichbar sein wür­ den. Es müßte daher eine große Anzahl unterschiedlicher Federn bereitgehalten werden. Zudem erfordert eine Schraubendruckfeder eine gewisse Mindestfederlänge, was sich ungünstig auf den Raumbedarf auswirkt. Außerdem ergäbe sich auch aufgrund der den Prothesenhals umfas­ senden Anordnung der Schraubendruckfeder ein ver­ gleichsweise großer Bohrungsdurchmesser. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß Schraubendruckfedern nach einer bestimmten Zahl von Lastwechseln bruch­ gefährdet sind und im Falle eines Federbruchs deren Teile zu Komplikationen führen könnten.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung, eine Gelenkprothese gattungsgemäßer Art unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Anordnungen so zu verbessern, daß trotz einfacher, kostengünstiger und kompakter Bauweise eine hohe Variabilität und Sicher­ heit gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise da­ durch gelöst, daß die Dämpfungseinrichtung als zwischen schaft- und gelenkteilseitige Stützflächen eingelegte Tellerfederanordnung ausgebildet ist.

Tellerfedern stehen in vorteilhafter Weise als handelsüb­ liche Artikel zur Verfügung, was geringe Gestehungskosten garantiert. Zudem ist aufgrund der bisherigen Erfahrungen davon auszugehen, daß Tellerfedern auch bei robusten Be­ lastungsverhältnissen eine praktisch unbegrenzte Lebens­ dauer aufweisen. Abgesehen davon bliebe auch im unwahr­ scheinlichen Fall eines Bruchs noch eine gewisse Teilwir­ kung vorhanden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist darin zu sehen, daß sich ein Tellerfe­ derpaket auf vergleichsweise kleinem Raum unterbringen läßt und daß mit Hilfe eines vergleichsweise kompakten Tellerfederpakets vergleichsweise hohe Federkräfte er­ zeugbar bzw. aufnehmbar sind, was sich insgesamt günstig auf den Raumbedarf auswirkt. Ein weiterer, ganz besonde­ rer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist aber darin zu sehen, daß mit ein und demselben Tellerfederele­ ment Tellerfederpakete mit unterschiedlicher Federcharak­ teristik zusammengestellt werden können. Es ist daher mit einfachen Mitteln möglich, die Federcharakteristik an die Verhältnisse des Einzelfalls, beispielsweise an das Kör­ pergewicht des Prothesenträgers, anzupassen, ohne daß verschiedene Federelemente benötigt würden. Vielmehr läßt sich dies einfach durch verschiedene Schichtung ein und desselben Federelements erreichen. Es ergibt sich daher auch eine höchst einfache und kostengünstige Vorratshal­ tung. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß Tel­ lerfederelemente, sofern erforderlich, auf einfache Weise mit einem Schutzüberzug, beispielsweise zur Verhinderung einer Abstoßungsreaktion, versehen werden können und die­ ser Schutzüberzug die Federungseigenschaften nicht beein­ flußt und durch diese selbst nicht beeinflußt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildun­ gen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprü­ chen angegeben. So kann die Tellerfederanordnung gemäß einer besonders zu bevorzugenden Fortbildung der überge­ ordneten Maßnahmen zweckmäßig zwischen die Stirnseite des Prothesenhalses und den dieser gegenüberliegenden Grund der Sackbohrung eingelegt sein. Eine Anordnung dieser Art eignet sich in vorteilhafter Weise nicht nur für Erstanwendungen, sondern auch zur einfachen Nachrüstung aller vorhandenen Gelenkprothesen, bei denen ein Gelenkteil auf einen Prothesenhals aufgesteckt ist. Zudem ergibt sich bei der genannten Fortbildung praktisch eine geschlossene Kammer zur Aufnahme der Tellerfederanordnung, so daß diese mit Gewebe praktisch nicht in Berührung kommt und damit zu keiner Abstoßungsreaktion führen kann. Außerdem ist hierdurch sichergestellt, daß auch im höchst unwahrscheinlichen Falle eines Federbruchs keine Federteile entweichen kön­ nen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Prothesenhals und die Sackbohrung zylindrische Mantelflächen aufweisen können, was die Herstellung erleichtert.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, daß der Durchmesser der Elemente der Tellerfederanordnung zumindest um ihre radiale Ausdehnung kleiner als der Durchmesser der Sackbohrung im der Tellerfederanordnung zugeordneten Abschnitt ist. Hierdurch wird sicherge­ stellt, daß Zwangskräfte zuverlässig vermieden werden.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann der Prothesenhals umfangsseitig mit einem elastischen Mantel umgeben sein. Hiermit läßt sich eine gewisse Dämpfung in radialer Richtung bewerkstelligen. Zudem kann in diesem Zusammenhang ein Material mit selbstschmie­ renden Eigenschaften Verwendung finden, was sich eben­ falls vorteilhaft auf die Erzielung hoher Standzeiten auswirken kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beispielsbeschreibung.

Nachstehend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungs­ beispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläu­ tert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gelenkkopf einer Hüft­ gelenkprothese, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 die Federcharakteristik eines Tellerfederpakets mit gleichsinniger Schichtung,

Fig. 3 das der Fig. 2 zugrundeliegende Tellerfeder­ paket,

Fig. 4 die Federcharakteristik eines Tellerfederpakets mit gegensinniger Schichtung und

Fig. 5 das der Fig. 4 zugrundeliegende Tellerfeder­ paket.

Der der Fig. 1 zugrundeliegende Gelenkkopf einer Hüftge­ lenkprothese besteht aus einem Gelenkteil, hier in Form einer im implantierten Zustand in eine nicht näher darge­ stellte Hüftpfanne eingreifenden Gelenkkugel 1, die auf einem zur hüftresultierenden Koaxialen oder leicht hier­ gegen geneigten Prothesenhals 2 eines in den Oberschenkelknochen eines Prothesenträgers implantier­ baren Schafts 3 aufgenommen ist. Der Prothesenhals 2 kann an den Schaft 3 angeformt oder hieran befestigt sein. Die Gelenkkugel 1 ist in Richtung der Achse des Prothesen­ halses 2 auf diesem verschiebbar aufgenommen. Die Gelenkkugel 1 ist dementsprechend mit einer dem Prothesenhals 2 zugeordneten Sackbohrung 4 versehen, in die der Prothesenhals 2 mit Schiebesitz eingreift. Die körpereigene Flüssigkeit führt dabei automatisch zu einer Schmierung der Sitzflächen.

Die Tiefe der Sackbohrung 4 ist größer als die Eingriffs­ länge des Prothesenhalses 2, so daß sich eine vom Prothesenhals 2 verschlossene Kammer 5 ergibt, die einer­ seits durch den Boden 6 der Sackbohrung 4 und anderer­ seits durch die Stirnseite 7 des Prothesenhalses 2 begrenzt wird. In die Kammer 5 ist ein Tellerfederpaket 8 eingelegt, das einerseits am Boden 6 der Sackbohrung 4 und andererseits an der Stirnseite 7 des Prothesenhalses 2 anliegt und dementsprechend eine gelenkkugelseitige und eine schaftseitige Abstützung hat. Das Tellerfederpaket 8 fungiert als Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der beim physiologischen Bewegungsablauf auftretenden Stöße.

Der Durchmesser der Sackbohrung besitzt im Bereich der das Tellerfederpaket 8 aufnehmenden Kammer 5 gegenüber dem Durchmesser der das Tellerfederpaket 8 bildenden Tel­ lerfederelemente 9 leichtes Übermaß. Dieses liegt im Be­ reich der bei Belastung des Tellerfederpakets 8 sich er­ gebenden, radialen Durchmesservergrößerung der Tellerfe­ derelemente 9. Diese laufen daher auch im Belastungsfall umfangsseitig nicht an der Wandung der Sackbohrung an, so daß Zwangskräfte unterbleiben. Da das Tellerfederpaket 8 auf der Stirnseite 7 des Prothesenhalses 2 aufliegt, be­ nötigt dieser keinen Stützbund. Dasselbe gilt bezüglich der Abstützung des Tellerfederpakets 6 durch den Boden 7 der Sackbohrung 4, die somit ebenfalls ohne Stützbund auskommt. Der Prothesenhals 2 kann dementsprechend auf seiner ganzen, an den abgerundeten, schaftseitigen An­ schlußbereich sich anschließenden Länge als Zylinder­ zapfen mit auf der ganzen Länge gleichem Durchmesser ausgebildet sein. Ebenso kann die Sackbohrung 4 als auf ihrer ganzen Tiefe denselben Durchmesser aufweisende Zylinderbohrung ausgebildet sein, so daß sich insgesamt eine höchst einfache Herstellung ergibt und gleichzeitig die Entstehung von Kerbspannungen verhindert wird.

Die das Tellerfederpaket 8 aufnehmende Kammer 5 wird durch den Prothesenhals 2 hermetisch abgeschlossen. Die Tellerfederelemente 9 kommen daher mit die Prothese umgebendem Gewebe überhaupt nicht in Berührung, so daß auch bei Verwendung von kostengünstigem Stahlmaterial zur Bildung der Tellerfederelemente 8 keine Abstoßungsreak­ tion zu befürchten ist. Es wäre aber auch ohne weiteres denkbar, die Tellerfederelemente 9 mit humanverträglichem Material zu beschichten oder aus abstoßungssicherem Edel­ stahl herzustellen. Infolge des zuverlässigen Verschlus­ ses der Kammer 5 ist außerdem sichergestellt, daß auch im Falle einem höchst unwahrscheinlichen Federbruchs keine Bruchstücke aus der Kammer 5 entweichen können.

Die im Körper automatisch vorhandene Flüssigkeit reicht zur Schmierung der Sitzflächen zwischen Prothesenhals 2 und Sackbohrung 4 aus. Zur Verbesserung der Gleiteigen­ schaften kann der Prothesenhals 2 und/oder die Sack­ bohrung 4 mit einer Gleitbeschichtung versehen sein. Im dargestellten Beispiel ist der Prothesenhals 2 hierzu mit einem mantelförmigen Bezug 10 versehen. Dieser kann aus einem selbstschmierenden, humanverträglichen Material, beispielsweise geeignetem Kunststoffmaterial, bestehen. Der Bezug 10 bildet dementsprechend gleichzeitig einen elastischen Mantel, der eine gewisse Federung in radialer Richtung ermöglicht.

Das in die Kammer 5 eingelegte Tellerfederpaket 8 kann aus mehreren, gleichen Tellerfederelementen 9 zusammenge­ stellt sein. Zur Erzielung unterschiedlicher Federcharak­ teristiken und damit zur Anpassung der Federeigenschaften beispielsweise an das Körpergewicht des Prothesenträgers sind dabei einfach unterschiedliche Schichtungen der Tel­ lerfederelemente 9 anzuwenden.

Für den Fall einer gleichsinnigen Schichtung der Teller­ federelemente 9 ist bei vorgegebenem Federweg die Feder­ kraft der Anzahl der Tellerfederelemente 9 proportional, wie aus Fig. 2 erkennbar ist. Die Kurve 11 bezeichnet hierbei die Federcharakteristik eines einzelnen Tellerfe­ derelements 9. Die Kurve 12 bezeichnet die Federcharakte­ ristik eines in Fig. 3 angedeuteten Tellerfederpakets 12a mit zwei gleichsinnig aufeinandergeschichteten Tel­ lerfederelementen. Bei gleichem Federweg s ergibt sich die doppelte Federkraft F.

Bei wechselsinniger Aneinanderreihung der Tellerfederele­ mente 9, wie sie in Fig. 1 vorliegt, ist bei vorgegebe­ ner Federkraft der Federweg proportional zur Anzahl der vorhandenen Tellerfederelemente, wie in Fig. 4 anschau­ lich gezeigt ist. Die Kurve 11 entspricht hier wiederum der Federcharakteristik eines einzelnen Tellerfederele­ ments 9. Die Kurve 13 entspricht der Federcharakteristik eines in Fig. 5 angedeuteten Tellerfederpakets 13a mit vier wechselsinnig aneinandergereihten Tellerfederelemen­ ten. Bei vorgegebener Federkraft F ist der erzielbare Federweg s im Fall der Kurve 13 viermal so groß wie im Fall der Kurve 11.

Die vorstehend geschilderten Schichtungsarten lassen sich auch miteinander kombinieren. So können Federpakete mit zunehmender oder abnehmender Anzahl von einzelnen Feder­ elementen aneinandergereiht werden. Hierdurch läßt sich praktisch jede gewünschte Form einer Gesamtfederkennli­ nie, beispielsweise progressiver oder degressiver An­ stieg, erreichen. Dennoch können die einzelnen Tellerfe­ derelemente 9 untereinander gleich sein, so daß man praktisch mit einer Art von Tellerfederelement auskommt. Selbstverständlich wäre es aber auch denkbar, verschieden dicke Tellerfederelemente miteinander zu kombinieren, um die gewünschte Federkennlinie zu erhalten.

Vorstehend ist zwar ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, ohne daß jedoch hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll. So wäre es bei­ spielsweise auch ohne weiteres möglich, die erfindungsge­ mäßen Maßnahmen im Rahmen einer Kniegelenkprothese einzu­ setzen.

Claims (10)

1. Gelenkprothese, insbesondere Hüftgelenkprothese, mit einem in einen Knochen implantierbaren Prothesen­ schaft (3), der an seinem freien Ende einen Prothesenhals (2) trägt, auf dem ein mit einer dem Prothesenhals (2) zugeordneten, vorzugsweise als Sackbohrung (4) ausgebildeten Bohrung versehenes, vorzugsweise als Gelenkkugel (1) ausgebildetes Ge­ lenkteil unter Zwischenschaltung einer Dämpfungs­ einrichtung in axialer Richtung verschiebbar auf­ nehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung als zwischen schaft- und ge­ lenkteilseitige Stützflächen eingelegte Tellerfeder­ anordnung (8) ausgebildet ist.

2. Gelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tellerfederanordnung (8) zwischen die Stirnseite (7) des Prothesenhalses (2) und den dieser gegenüberliegenden Grund (6) der Sackbohrung (4) eingelegt ist.

3. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der die Tellerfederanordnung (8) bildenden Tellerfeder­ elemente (9) zumindest um ihre radiale Durchmesser­ vergrößerung kleiner als der Durchmesser der Sack­ bohrung (4) im der Tellerfederanordnung (8) zugeord­ neten Abschnitt ist.

4. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Sackbohrung (4) auf ihrer ganzen Länge gleich ist.

5. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Prothesenhalses (2), der mit Schiebesitz in die Sackbohrung (4) eingreift, auf seiner ganzen Länge gleich ist.

6. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Prothesenhals (2) umfangsseitig mit einem Bezug (10) versehen ist.

7. Gelenkprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bezug (10) aus einem elastischen, vor­ zugsweise selbstschmierenden Material besteht.

8. Gelenkprothese nach Anspuch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bezug (10) als Kunststoffmantel ausge­ bildet ist.

9. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfederan­ ordnung aus untereinander gleichen Tellerfederele­ menten (9) bestehendes Tellerfederpaket (8) ausge­ bildet ist.

10. Gelenkprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schichtung der die Tellerfederanordnung (8) bildenden Tellerfederelemente (9) an das Körper­ gewicht des Prothesenträgers angepaßt ist.