DE4434539C2 - Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese als Gelenkersatz bei Kniegelenken - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese als Gelenkersatz bei Kniegelenken

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese als Gelenkersatz bei Kniegelenken, wobei die Prothese einen operativen Eingriff am Femur, der Tibia und der Patella eines geschädigten Kniegelenks voraussetzt.
Der operative Eingriff an einem Kniegelenk wird von dem behandelnden Arzt dann in Betracht gezogen, wenn der Patient über schwere Knieschmerzen und Behinderungen als Folge bspw. einer reumathischen Arthritis oder auch sonstiger Gelenkkrankheiten klagt. Der operative Eingriff verläuft dabei herkömmlich in einer Vielzahl von Stufen, die dabei ausschließlich angepaßt werden an die Formgebung von indu­ striell in verschiedenen abgestuften Größen zur Verfügung gestellten Gelenkformteilen, die letztlich eine solche Befestigung an gefrästen Flächen hauptsächlich des vorderen femoralen Condylus, des distalen Femur, der proximalen Tibia und der Patella erfahren, daß mit solchen Komponenten eine senkrechte Ausrichtung zu einer Achse erhalten wird, die bspw. mittels einer voroperativen Röntgenfilmaufnahme und eines Marknagel-Ausrichtungssystems für die gerade Verbindungslinie zwischen der Hüftmitte, dem Knie und dem Fußknöchel erhalten wird. Eine illustrative Darstellung eines solchen operativen Vorgehens findet sich bspw. in dem Firmenprospekt 97-5110-102 20 MA der Firma Zimmer, Inc., Ausgabe 1989 "MG II TOTAL KNEE SYSTEM SURGICAL TECHNIQUE" sowie in der US-PS 4 759 350, in welcher ein betreffendes Marknagelsystem beschrieben wird.
Die Implantantion solcher dreiteiliger Kniegelenk-Endopro­ thesen ist nicht nur sehr aufwendig, vielmehr wird damit unter Berücksichtigung des häufig doch recht unterschied­ lichen Wuchses der Patienten auch allenfalls nur eine angenäherte Wiederherstellung der Verhältnisse eines gesun­ den Kniegelenks erhalten. Häufig treten daher auch Kompli­ kationen auf, die hauptsächlich auf die Mechanik der implan­ tierten Prothesekomponenten zurückzuführen sind und so bspw. ein vorderes Kniegelenk-Schmerzsyndrom ergeben, welches durch ein Fehlgleiten der Kniescheibe mit einer unphysiologischen Belastung des Oberschenkel-Kniescheiben­ gleitgelenks verursacht wird. Auch ergeben sich häufig Reizzustände gelegentlich mit erheblicher Hypertrophie der Gelenkschleimhaut und ausgeprägten Ergüssen im Kniegelenk als Folge eines massiven Abriebes der implantierten Prothe­ senteile, die z. T. aus Polyethylen bestehen und mit diesem Material dann auch ein ungünstiges Gleitverhalten ergeben können, wenn ein solcher Abrieb zu groß wird oder eine Lockerung der meistens mittels Zapfen und einer Verschrau­ bung und oftmals mit einer Zementierung vorgenommenen Knochenverankerung der Komponententeile der Prothese auf­ tritt. Bei der Feststellung solcher Komplikationen muß häufig die Implantation einer neuen Endoprothese veranlaßt werden, wobei sich neue Probleme bspw. hinsichtlich der Schaffung einer geänderten Auflage für die Komponenten einer neuen Prothese mit dem Erfordernis einer Resektion von weiteren Knochenteilen ergeben.
Aus der DE 32 13 434 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung individuell mehrdimensional gestalteter Endoprothesen oder Implantate bekannt, bei welchem von der Herstellung mehre­ rer maßstabsgerechter Bereichsbilder mittels der Computer- Tomographie von dem betreffenden Körperteil ausgegangen wird, der mit einer Endoprothese oder einem Implantat ver­ sehen werden soll. Der Bereich, der von der Prothese einzu­ nehmen ist, wird dann in den einzelnen Abbildungen erfaßt und mit Bereichsdaten gespeichert, worauf eine räumliche Kombination der Bildbereiche anhand solcher gespeicherter Bereichsdaten erfolgt und sich daran eine Überprüfung und Modifikation der Werte der räumlichen Kombination nach be­ stimmten vorgegebenen Kriterien anschließt, um schließlich mit solchen überprüften und modifizierten gespeicherten Kombinationswerten die betreffende Endoprothese oder das Implantat bspw. durch ein Erodieren eines Rohlings oder alternativ auch durch ein Kopierfräsen herzustellen. Als Vorteil für dieses Verfahren ist angegeben, daß die damit hergestellten Prothesen und Implantate über ihren gesamten Knochen-Verankerungsbereich an den tragenden Knochen eng angepaßt sind bzw. bei Gelenkendoprothesen auch eine enge Anpassung hinsichtlich der artikulierenden Gelenkflächenbe­ reiche individuell an einen angrenzenden Knochen oder an die Gelenkgegenfläche zu erhalten ist.
Aus der DE 36 26 549 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese auf der Grundlage eines mittels der Computer-Tomographie hergestellten Knochenmodells bekannt, welches sich besonders für Schaftprothesen, die an vorge­ fundenen Knochenbereichen anzupassen sind, sowie auch für zu ersetzende Knochenteile, die an verbleibende Knochenbe­ reiche anzupassen sind, geeignet erscheinen soll. Bei diesem Verfahren wird mit einem Vergleichsmodell gearbeitet, das zunächst für entsprechende Knochenbereiche entweder der anderen symmetrischen Körperhälfte und durch eine Spiege­ lung erzeugt wird oder auch nach einem Durchschnittsmodell, welches mit statistischen Durchschnittswerten der Körper­ größe und der übrigen Konstitution angepaßt ist. Danach werden dann die Oberflächen des mittels der Computer-Tomo­ graphie erzeugten und in datenmäßiger Repräsentation vor­ handenen dreidimensionalen Modells und eines solchen Ver­ gleichsmodells durch einen Vergleich in einer entsprechenden räumlichen Ausrichtung miteinander verglichen und wird bei diesem Vergleich mindestens ein Bereich ermittelt, in welchem sich Abweichungen von dem Vergleichsmodell ergeben, worauf dann solche abweichenden Bereiche durch die entspre­ chenden Bereiche des Vergleichsmodells ersetzt werden, sodaß schließlich nach dem so erhaltenen Modell die Endo­ prothese hergestellt werden kann. Die Herstellung wird dabei insbesondere durch ein Kopierfräsen von Rohlingen realisiert, welche mit den datenmäßig erfaßten dreidimen­ sionalen Modellen übereinstimmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese als Gelenkersatz bei Knie­ gelenken bereitzustellen, welches unter Berücksichtigung des eingangs näher erläuterten operativen Eingriffs an einem Kniegelenk die bei der herkömmlichen Implantation solcher Endoprothesen feststellbaren Komplikationen minimieren hilft, wie bspw. die unphysiologische Gelenkbelastung, die Problematik einer ausreichenden Verankerungsmöglichkeit insbesondere der femoralen und tibialen Prothesenkomponenten und die Vermei­ dung eines zu großen Knochenverlustes primär bei einer erstmaligen Implantation einer solchen Endoprothese als Gelenkersatz bei Kniegelenken.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Endprothese als Gelenkersatz insbesondere bei Knie­ gelenken gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Verfahrensmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen. Von den folgenden Stufen wird Gebrauch gemacht:
  • 1. Es wird ein präoperatives Bild von dem geschädigten Kniegelenk des Patienten hergestellt. Die Herstellung eines solchen Bildes kann dabei mittels der Computer- Tomographie, also einem Schichtaufnahmeverfahren, vor­ genommen werden oder bevorzugt mittels der Kernspintomo­ graphie, weil damit eine besonders scharfe Abgrenzung der Gelenkkontur durch Darstellung des Knorpelgewebes bzw. anderer Weichteile des geschädigten Kniegelenks möglich sind und damit auch eine entsprechend optimale Voraussetzung für den operativen Eingriff geschaffen wird.
  • 2. Im Anschluß an die Herstellung eines solchen präopera­ tiven Bildes wird der operative Eingriff am Femur, der Tibia und der Patella des geschädigten Kniegelenks vorgenommen. Bei diesem operativen Eingriff hat grund­ sätzlich nur eine vollständige Entfernung des nicht tragfähigen Knochens zu erfolgen und zusätzlich die Entfernung nur eines absoluten Minimums des angrenzenden gesunden Knochens wenigstens am Femur und der Tibia, sodaß an dem Knochen eine Resektionsfläche erhalten wird, die sich ideal darstellt für ein späteres Zemen­ tieren der zugehörigen femoralen bzw. tibialen Komponente der zu implantierenden Endoprothese.
  • 3. Wenn der operative Eingriff abgeschlossen ist, dann wird von dem Kniegelenk ein entsprechendes postoperatives Bild hergestellt, dabei wieder entweder mit der Computer- Tomographie oder bevorzugt mit der Kernspintomographie.
  • 4. Im Anschluß an diesen operativen Eingriff oder auch bereits im Anschluß an die Herstellung des präoperativen Bildes von dem geschädigten Kniegelenk wird dann eine Korrektur dieses präoperativen Bildes vorgenommen, wobei mit dieser Korrektur eine Annäherung an die bei einem gesunden Kniegelenk vorliegenden Verhältnisse gesucht wird. Diese Korrektur des präoperativen Bildes kann entweder manuell an diesem präoperativen Bild selbst vorgenommen werden, wobei mit der Korrektur also die mehr oder weniger idealen Konturen wenigstens des Femur und der Tibia nachgefahren werden, die für die mit der später implantierten Endoprothese bereitgestellten Gelenkflächen eine entsprechen optimale physiologische Gelenkkontur des Kniegelenks ergeben. Diese Korrektur des präoperativen Bildes kann daher alternativ auch mit der Zugrundelegung eines Bildes bewirkt werden, welches soweit noch möglich eine Spiegelbildaufnahme eines zu dem geschädigten Kniegelenk gegenseitigen, gesunden Kniegelenks ist, wobei dazu die Annahme vorausgesetzt wird, daß die beiden Kniegelenke eines Patienten gleich ausgebildet sind und daher über einen solchen Vergleich eines geschädigten mit einem gesunden Kniegelenk für das geschädigte Gelenk tatsächlich die günstigsten Voraus­ setzungen für die Implantation der Endoprothese zugrunde gelegt werden können. Daneben ist es grundsätzlich auch denkbar, daß die Korrektur des präoperativen Bildes durch einen Vergleich mit Bildern von Kniegelenken vorgenommen wird, die unter vergleichbaren Verhältnissen aufgenommen wurden, wobei die Kniegelenke mit dem geschädigten Kniegelenk vergleichbare Gelenkflächen von Femur, Tibia und Patella aufweisen.
  • 5. Das somit korrigierte präoperative Bild wird dann mit dem im Anschluß an den operativen Eingriff hergestellten postoperativen Bild verglichen, um die Unterschiede zwischen den beiden Bildern zu ermitteln. Dabei interes­ sieren insbesondere die Verhältnisse an den Konturen von Femur und Tibia, da der Größenunterschied dieser Konturen die Basis für die anschließende Herstellung von entspre­ chenden femoralen und tibialen Komponenten der Endopro­ these ergeben.
  • 6. Wie vorstehend angegeben, betrifft somit der letzte Verfahrensschritt der Herstellung einer Endoprothese als Gelenkersatz bei Kniegelenken die Herstellung wenigstens von femoralen und tibialen Komponenten, welche dem mit dem Vergleichsbild ermittelten Größenunterschied der Flächen entspricht, die bei dem Femur und der Tibia für die korrigierten präoperativen Verhältnisse aufgenommen wurden. Die Herstellung solcher femoraler und tibilarer Komponenten einer dann anschließend zu implatierenden Endprothese kann dabei bspw. damit erfolgen, daß das die Unterschiede zwischen dem korriegierten präoperativen Bild und dem postoperatiwen Bild erfassende Vergleichs­ bild digitalisiert und dann für eine maschinelle Her­ stellung der Komponenten in einem Kopierverfahren ver­ wendet wird.
Als Ergebnis des Verfahrens zur Herstellung einer Endpro­ these als Gelenkersatz bei Kniegelenken werden damit Kompo­ nenten erhalten, welche somit die Konturen des gesunden Kniegelenks aufweisen bzw. allenfalls geringfügig unter­ schiedliche, den aktuellen Knochen-Weichteilverhältnissen angepaßte, dabei physiologisch gleichzeitig entsprechend ideal angepaßte Gelenkkonturen ergeben, deren erfolgreiche Implantation dann nur noch mehr oder weniger von der Güte der Verankerung der Komponenten abhängig ist. Weil für die Implantation solcher nahezu idealer Gelenkersatzkomponenten eine größere mechanische Lockerungsgefahr kaum zu erwarten ist, bietet sich für ihre Verankerung ideal eine zementfreie Verankerung der Komponenten am Femur bzw. an der Tibia an, wobei im Hinblick auf die individuelle Anpassung der Gelenk­ verhältnisse bei einem Patienten der operative Eingriff an dem geschädigten Kniegelenk hinsichtlich der zusätzlichen Wegnahme von gesundem Knochen neben der vollständigen Entfernung von nicht mehr tragfähigen Knochen bereits so ausgerichtet werden kann, daß für die Implantation eine physiologisch einwandfreie Verankerung der Komponenten der Endprothese erhalten wird.
Sofern erforderlich, wird die Herstellung einer Endoprothese selbstverständlich auch die Herstellung einer Komponente einschließen, die für die Patella des geschädigten Kniege­ lenks verwendet wird. Das Verfahren ist daneben auch anwend­ bar für einen operativen Eingriff bei anderen Gelenken, so bspw. auch am Sprunggelenk, wenn insoweit vergleich­ bare Verhältnisse voraussetzbar sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese als Gelenk­ ersatz bei Kniegelenken, wobei die Prothese einen opera­ tiven Eingriff bei dem Femur, der Tibia und der Patella eines geschädigten Kniegelenks voraussetzt, bestehend aus den Stufen:
  • a) Herstellung eines präoperativen Bildes von dem ge­ schädigten Kniegelenk;
  • b) Korrektur des präoperativen Bildes von dem geschädig­ ten Kniegelenk hinsichtlich einer Annäherung an die bei einem gesunden Kniegelenk vorliegenden Konturen wenigstens am Femur und an der Tibia;
  • c) Herstellung eines postoperativen Bildes von dem geschädigten Kniegelenk;
  • d) Gegenüberstellung des korrigierten präoperativen Bildes und des postoperativen Bildes von dem geschädig­ ten Kniegelenk auf einem Vergleichsbild für eine Ermittlung des Unterschiedes zwischen den beiden Bildern von dem geschädigten Kniegelenk; und
  • e) Herstellung wenigstens einer femoralen und einer tibialen Komponente einer Endoprothese auf der Basis der mit dem Vergleichsbild ermittelten Unterschiede der entsprechenden Konturen von Femur und Tibia bei dem korrigierten präoperativen Bild und dem postopera­ tiven Bild von dem geschädigten Kniegelenk.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Bilder von dem geschädigten Kniegelenk mittels der Computer-Tomo­ graphie oder der Kernspintomographie hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Korrek­ tur des präoperativen Bildes manuell vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Korrektur des präoperativen Bildes mit dem Bild einer Spiegelbildaufnahme eines zu dem geschädigten Kniegelenk gegenseitigen, gesunden Kniegelenks des Patienten vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Korrektur des präopertiven Bildes durch einen Ver­ gleich mit Bildern von gesunden Kniegelenken vorgenommen wird, bei denen an den Gelenkflächen wenigstens des Femur und der Tibia mit dem präoperativen Bild des geschädigten Kniegelenks vergleichbare Konturen vorliegen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das Vergleichsbild digitalisiert und für die maschinelle Herstellung der femoralen und tibialen Komponenten der Endoprothese in einem Kopierverfahren verwendet wird.
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