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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen U.S. Patentanmeldung
Nr. 60/188,714, die am 13. März
2000 eingereicht wurde.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kniegelenksprothese,
und insbesondere auf eine posterior stabilisierte Ersatz-Kniegelenksprothese.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik.
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Ein
natürliches
Kniegelenk beinhaltet das distale Ende des Femur bzw. Oberschenkelknochens mit
einem Gelenksknorpel, das proximale Ende der Tibia bzw. des Schienbeins
mit einem Gelenksknorpel und einen Meniskus zwischen dem Femur und der
Tibia. Der Femur und die Tibia werden durch Bänder in einer ordnungsgemäßen bzw.
passenden Beziehung zu dem Lager gehalten. Diese stabilisierenden
Bänder
beinhalten das posteriore bzw. rückwärtige Kreuzband,
das anteriore bzw. vordere Kreuzband und die Collateral- bzw. Seitenbänder.
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Eine
Beugung des Knies veranlaßt
die Tibia, sich relativ zu dem Femur um eine Achse zu drehen, die
sich allgemein in einer Medial-Lateral-Richtung erstreckt, und veranlaßt gleichzeitig,
daß die
Kontaktfläche
des Femur relativ zu der Tibia zurückrollt. Eine Beugung erzeugt
ebenso eine Drehung bzw. Rotation der Tibia um ihre eigene Achse.
Die Menge bzw. das Ausmaß einer
der Drehung der Tibia während einer
Beugung des Knies wird durch die Bänder gesteuert bzw. geregelt
und begrenzt.
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Das
natürliche
Kniegelenk kann beschädigt oder
krankhaft werden. Beispielsweise kann eine Beschädigung bzw. ein Schaden oder
eine Erkrankung an dem Knie die Gelenksoberfläche des Femur oder der Tibia
verschlechtern und kann den Gelenksknorpel zwischen den Knochen
beschädigen.
Der Stand der Technik beinhaltet Kniegelenksprothesen, um ein beschädigtes oder
erkranktes natürliches
Knie zu ersetzen. Eine Kniegelenksprothese beinhaltet typischerweise
eine femorale Komponente, die an dem distalen Ende eines resezierten
Femur montiert bzw. angeordnet ist bzw. wird, eine tibiale Komponente, die
an dem proximalen Ende einer resezierten Tibia montiert wird, und
ein Lager zwischen der femoralen und der tibialen Komponente. Die
untere Fläche
bzw. Seite der femoralen Komponente einer Kniegelenksprothese definiert
typischerweise ein Paar von bogenförmigen bzw. gekrümmten konvexen
Kondylen. Die obere Fläche
des Lagers weist ein entsprechendes Paar von bogenförmig konkaven
Bereichen bzw. Regionen für
einen gelenkigen Lagereingriff mit den Kondylen der femoralen Komponente
auf. Die obere Fläche
der tibialen Komponente kann im wesentlichen planar bzw. eben sein
und wird in Eingriff mit der unteren Fläche des Lagers angeordnet.
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Kniegelenksprothesen
gemäß dem Stand der
Technik haben viele verschiedene Formen abhängig von den Vorlieben des
orthopädischen
Chirurgen, dem Zustand des natürlichen
Knies und der Gesundheit, des Alters und der Beweglichkeit bzw.
Mobilität
des Patienten angenommen. Manche Kniegelenksprothesen des Standes
der Technik sichern starr bzw. fest die untere Oberfläche des
Lagers an der oberen Oberfläche der
tibialen Komponente. Andere Kniegelenksprothesen des Standes der
Technik erlauben bzw. gestatten eine drehende bzw. Rotationsbewegung
zwischen dem Lager und der tibialen Komponente. Noch eine andere
Kniegelenksprothese des Standes der Technik gestattet eine gesteuerte bzw.
geregelte Menge bzw. Summe einer anterioren-posterioren gleitenden
bzw. Gleitbewegung zwischen dem Lager und einer tibialen Komponente. Eine
Bewegung des Lagers relativ zu der tibialen Komponente erzielt viele
funktionelle Vorteile, wie dies im Stand der Technik beschrieben
wird. Kniegelenksprothesen gemäß dem Stand
der Technik, die bestimmte der strukturellen und funktionellen Merkmale
enthalten, auf die oben Bezug genommen wird, sind in U.S. Patent
Nr. 4,470,158 und U.S. Patent Nr. 4,309,778 geoffenbart.
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Wie
oben erwähnt,
umfaßt
die untere Lageroberfläche
der femoralen Komponente an den meisten Kniegelenksprothesen ein
Paar von konvex gekrümmten
Kondylen. Die Kondylen der femoralen Komponente sind in gelenkigem
Lagereingriff mit bogenförmig
konkaven Bereichen bzw. Regionen an der oberen Fläche des
Lagers. Folglich beinhaltet die obere Fläche des Lagers typischerweise
ein Paar von gewölbten
bzw. schalenförmigen
Bereichen, von welchen jeder einen relativ niedergedrückten bzw. vertieften
zentralen bzw. Mittelabschnitt und eine relativ erhöhte periphere
Lippe aufweist. Wie oben erklärt,
veranlaßt
eine Beugung des Kniegelenks die Tibia, sich um eine medial-laterale
Achse relativ zu dem Femur zu drehen. Eine Beugung veranlaßt die Tibia
auch, sich um ihre eigene Achse zu drehen. Diese kombinierten Bewegungen
können
die Kondylen des Femur veranlassen, die Konkavitäten an der oberen Oberfläche eines
derartigen Lagers hochzurutschen oder emporzusteigen und sich den
peripheren Lippen des Lagers anzunähern, außer das Lager bewegt sich mit
dem Femur. Somit neigt eine Beugung dazu, die jeweiligen Komponenten
der Knieprothese zu einer Verlagerung zu bewegen. Der Grad, bis
zu welchem eine Verlagerung möglich
ist, hängt von
mehreren Faktoren ab, insbesondere von der Anwesenheit oder dem
Fehlen von Bändern
und der Beweglichkeit und Konfiguration des Lagers. Die Wahrscheinlichkeit
einer Verlagerung hängt
auch von dem Grad einer Beugung und von dem Grad einer Kongruenz
bzw. Übereinstimmung
zwischen der unteren gelenkigen Lageroberfläche der femoralen Komponente
und der oberen Oberfläche
des Lagers ab. Beispielsweise ist ein Emporklettern der femoralen
Komponente an dem Lager kein signifikantes Problem, selbst in Knien
mit befestigtem bzw. fixiertem Lager, die eine im wesentlichen flache
obere Oberfläche
an dem Lager aufweisen. Jedoch hat die relativ große Inkongruenz
zwischen der unteren Lageroberfläche
der femoralen Komponente und der oberen Oberfläche des Lagers an diesen Knieprothesen
eine sehr hohe Kontaktbeanspruchung zur Folge, die das Lager beschädigen kann.
Knieprothesen mit befestigtem Lager, die eine größere Kongruenz zwischen der
femoralen Komponente und dem Lager aufweisen, liefern wünschenswerterweise
eine niedrige Kontaktbeanspruchung. Jedoch erzeugt die größere Kongruenz,
wenn mit einem Lager kombiniert, das auf der tibialen Komponente
gleitbar ist, das Problem, daß die
tibiale Komponente auf dem Lager emporsteigt bzw. -klettert, und
erzeugt daraus das Potential einer Verlagerung. Ein Emporklettern
der femoralen Komponente auf dem Lager ist auch ein besonderes Problem
für Kniegelenksprothesen,
die einen posterioren Stabilisierungsstab verwenden. Insbesondere
erhöht
das Emporklettern der femoralen Komponente auf dem Lager im wesentlichen
die Scherkräfte
an dem Stab und kann zu einem traumatischen Versagen der Prothese
führen.
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Eine
Valgus-Varus-Stabilität
eines Kniegelenks verweist auf die Fähigkeit des Gelenks, den lateralen
Kräften
oder Rotationskräften
zu widerstehen, die eine Rotation der Tibia relativ zu dem Femur in
der vorderen Ebene bewirken würde.
Laterale Kräfte
oder Drehbewegungen, die eine Rotation der Tibia relativ zu dem
Femur in der vorderen Ebene bewirken, neigen dazu, eine Verlagerung
zu verursachen. Eine derartige Verlagerung ist besonders wahrscheinlich,
um entweder an der medialen oder lateralen Seite der Prothese abhängig von
der Richtung der lateralen Kräfte
aufzutreten. Eine derartige Verlagerung in einer Prothese gemäß dem Stand
der Technik wird hierzu in 18 gezeigt.
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Die
Kniegelenksprothese befindet sich unter einer kompressiven bzw.
Druckbelastung während normaler
Aktivitäten.
Als ein Ergebnis wird Valgus-Varus-Momenten typischerweise entsprechend durch
die gelenkigen Oberflächen
der prothetischen Komponenten bzw. Prothesenkomponenten und durch
die Bänder
widerstanden. Jedoch gibt es Fälle, wo
eine zusätzliche
Valgus-Varus-Stabilität
gewünscht
sein kann, wie diejenigen Fälle,
wo die Bänder
unzureichend bzw. mangelhaft sind.
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Manche
prothetischen Kniegelenke gemäß dem Stand
der Technik erhöhen
eine Valgus-Varus-Stabilität
durch ein Bereitstellen eines Stabilisationsstabs, der sich in einen
posterioren Bereich zwischen den femoralen Kondylen erstreckt. Dieser
Bereich würde
von dem rückwärtigen Kreuzband
eingenommen werden, wenn das Band vorhanden wäre. Kniegelenksprothesen, die
eine anteriore-posteriore gleitende Bewegung des Lagers an der tibialen
Komponente erlauben, stellen ein besseres Zurückrollen zur Verfügung. In
dieser Hinsicht bezieht sich der Ausdruck "zurückrollen" auf eine posteriore
Bewegung des Kontaktpunkts des Femur relativ zu der Tibia während einer
Biegung bzw. Beugung. Ein Zurückrollen
jedoch veranlaßt
die femorale Komponente, an dem Lager emporzuklettern, und erhöht somit die
Wahrscheinlichkeit einer Verlagerung. Zusätzlich verringern dieses größere Zurückrollen
und Erhöhungen
bzw. Zunahmen eines Emporkletterns der femoralen Komponente auf
dem Lager im wesentlichen Scherkräfte an dem posterior stabilisierten
Stab für die
prothetischen Gelenke, die einen derartigen posterior stabilisierenden
Stab aufweisen. Ein prothetisches Lager bzw. Prothesenlager, das
während
einer Beugung nach rückwärts gleiten
kann, vermeidet ein Auftreffen bzw. einen Zusammenstoß zwischen
dem Lager und vorderem weichem Gewebe des Knies. Somit kann eine
Kniegelenksprothese mit einem Lager, die zu einer anterioren-posterioren
gleitenden Bewegung fähig
ist, ein Unbehagen während
einer tiefen Beugung vermeiden.
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Eine
Kniegelenksprothese gemäß dem Stand
der Technik mit einem stabilisierenden Stab und einem Lager, das
zu einer anterioren-posterioren gleitenden Bewegung fähig ist,
wird in U.S. Patent Nr. 5,395,401 gezeigt, welches an Bahler erteilt
wurde. Insbesondere zeigt U.S. Patent Nr. 5,395,401 eine Knieprothese,
die eine tibiale Komponente und ein Lager aufweist, das gleitbar
an der oberen Fläche
der tibialen Komponente angeordnet ist. Die untere Oberfläche des
Lagers wird mit einer schwalbenschwanzförmigen Nut bzw. Rille versehen,
die sich entlang einer anterioren-posterioren Richtung und an einer
Stelle zwischen den zwei konkaven Kondylen erstreckt, die auf bzw.
an der oberen Oberfläche
des Lagers ausgebildet sind. Das Lager, das in U.S. Patent Nr. 5,395,401
gezeigt wird, beinhaltet auch eine Kerbe, die sich in den posterioren
Abschnitt bzw. Bereich des Lagers an einer Stelle zwischen den zwei konkaven
Kondylen des Lagers erstreckt. Die Kerbe paßt mit der schwalbenschwanzförmigen Rille
des Lagers zusammen. Die Prothese von U.S. Patent Nr. 5,395,401
beinhaltet außerdem
einen Steuer- bzw. Regelarm mit einem Stab bzw. Steher, der in einer Ausnehmung
bzw. Vertiefung schwenkend in Eingriff steht, die an der tibialen
Komponente ausgebildet ist. Der Steuer- bzw. Regelarm beinhaltet
einen schwalbenschwanzförmigen
Abschnitt, der in die schwalbenschwanzförmige Rille an der unteren
Oberfläche des
Lagers gleitbar eingreift. Der Steuer- bzw. Regelarm, der in U.S.
Patent Nr. 5,395,401 gezeigt wird, weist auch einen Steher auf,
der sich durch die Kerbe in dem Lager und zwischen den Kondylen
der femoralen Komponente erstreckt. Der Stab ist dimensioniert bzw.
bemessen, um Oberflächen
der femoralen Komponenten zwischen den zwei konvexen Kondylen der
femoralen Komponente gleitbar in Eingriff zu bringen. Jedoch würde nichts
in U.S. Patent Nr. 5,395,401 eine Verlagerung des Femur von dem
Lager verhindern.
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Der
Stand der Technik beinhaltet andere prothetische bzw. Prothesenkomponenten,
die posteriore stabilisierende Stäbe aufweisen, die sich einheitlich
bzw. einstückig
von dem Lager und in den Raum zwischen den femoralen Kondylen erstrecken.
Gelenksprothesen gemäß dem Stand
der Technik dieser Art sind beispielsweise gezeigt in U.S. Patent
Nr. 5,658,342; U.S. Patent Nr. 5,489,311; U.S. Patent Nr. 5,330,534;
U.S. Patent Nr. 4,950,298; U.S. Patent Nr. 4,888,021; U.S. Patent
Nr. 4,634,444 und U.S. Patent Nr. 4,568,348. Alle diese Prothesen
gemäß dem Stand
der Technik werden für
Gelenksaustausche verwendet, wo das rückwärtige Kreuzband nicht bewahrt
bzw. behalten werden kann oder unzureichend bzw. mangelhaft ist.
Zusätzlich
sind die meisten dieser Prothesenkomponenten gemäß dem Stand der Technik für eine An-
bzw. Verwendung, wenn beide Collateralbänder bewahrt werden können.
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Als
ein weiteres Beispiel bezieht sich US-5,395,401 auf eine prothetische
bzw. Prothesenvorrichtung für
ein Kniegelenk, das ein erstes Prothesenteil, welches einen Verankerungs-
oder Befestigungsabschnitt und wenigstens einen rotierenden Gelenksabschnitt
beinhaltet, der adaptiert ist, um an einem der Knochen gesichert
zu werden, welche das Gelenk ausbilden, beispielsweise dem Femur,
und ein zweites Teil aufweist, welches ebenso Befestigungselemente
oder Stiele beinhaltet, die adaptiert sind, um an dem Schienbein
oder der Tibia befestigt zu werden, und mit einer gleitenden bzw.
Gleitoberfläche
ausgebildet sind, wobei ein zwischenliegendes Teil zur Verfügung gestellt
wird, welches um eine Rotationsachse drehbar und außerdem gleitbar
ist.
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Vorteilhafterweise
wird eine Kniegelenksprothese zur Verfügung gestellt, die einen besseren
Verlagerungswiderstand als andere nicht angelenkte Kniegelenksprothesen
zur Verfügung
stellt.
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Ferner
wird vorteilhafterweise eine Kniegelenksprothese zur Verfügung gestellt,
die eine signifikante Wahrscheinlichkeit einer Verlagerung vermeidet,
während
gleichzeitig eine anteriore-posteriore gleitende bzw. Gleitbewegung
des Lagers relativ zu der tibialen Komponente erlaubt bzw. gestattet
wird.
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Außerdem wird
vorteilhafterweise eine Kniegelenksprothese mit einem erhöhten Verlagerungswiderstand
und einem besseren Zurückrollen
zur Verfügung
gestellt.
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Außerdem wird
vorteilhafterweise eine Kniegelenksprothese zur Verfügung gestellt,
die einen erhöhten
Verlagerungswiderstand und ein verringertes Scheren an einem posterioren
Stabilisierungsstab zur Verfügung
stellt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Kniegelenksprothese mit einer
Fähigkeit
gerichtet, einer Verlagerung bei hohen Beugungsgraden zu widerstehen,
aber ohne Verlagerungswiderstand bei einer geringen Beugung. Die
Kniegelenksprothese der vorliegenden Erfindung stellt auch einen
Widerstand gegenüber
Valgus-Varus-Momenten zur Verfügung.
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Die
Prothese der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine tibiale Komponente,
eine femorale Komponente, ein Lager und eine Steuer- bzw. Regelarmanordnung.
Die tibiale Komponente beinhaltet einen unteren Vorsprung bzw. Fortsatz,
der für
ein sicheres Montieren bzw. Festlegen in einer Ausnehmung bzw. Vertiefung
konfiguriert wird, die in einer resezierten Tibia ausgebildet ist.
Die tibiale Komponente beinhaltet außerdem eine obere Lageroberfläche, die
eine konische Ausnehmung bzw. Vertiefung aufweist, die sich darin
erstreckt und innerhalb von Abschnitten bzw. Bereichen der tibialen
Komponente angeordnet ist, die einen unteren Befestigungsvorsprung
definieren.
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Die
femorale Komponente beinhaltet eine obere Oberfläche mit einem Vorsprung zum
Montieren bzw. Anordnen in einer Ausnehmung bzw. Vertiefung, die
in einem resezierten distalen Ende eines Femur ausgebildet ist bzw.
wird. Die femorale Komponente beinhaltet ferner eine untere Ober fläche, die ein
Paar von konvexen artikularen bzw. Gelenkskondylen definiert. Eine
Kerbe erstreckt sich in das rückwärtige bzw.
posteriore Ende der femoralen Komponente und definiert eine Nockenbox.
Die Nockenbox weist ein Paar von im wesentlichen parallelen, voneinander
beabstandeten medialen und lateralen Seitenwänden und einen femoralen Nocken
auf, der sich zwischen oberen Orten bzw. Stellen an den Seitenwänden der
Nockenbox erstreckt.
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Das
Lager beinhaltet eine obere Oberfläche, die ein Paar von konkaven
bogenförmigen
bzw. gekrümmten
Lageroberflächen
in gelenkigem Lagereingriff mit den Kondylen der femoralen Komponente aufweist.
Das Lager beinhaltet außerdem
eine untere Oberfläche,
die in gleitendem Lagereingriff mit der oberen Oberfläche der
tibialen Komponente angeordnet ist. Eine Schwalbenschwanznut bzw.
-rille ist in der unteren Oberfläche
des Lagers ausgebildet und erstreckt sich allgemein in einer anterioren-posterioren
Richtung. Das Lager beinhaltet ferner eine Kerbe, die sich in der
rückwärtigen bzw.
posterioren Seite des Lagers und fortlaufend zwischen der oberen
und unteren Oberfläche
davon erstreckt. Die Kerbe ist im wesentlichen zentral zwischen
dem medialen und lateralen Ende des Lagers angeordnet und mit der
Schwalbenschwanznut ausgerichtet. Das vordere Ende der Kerbe kann
eine Unter- bzw. Hinterschneidung oder eine Stufe beinhalten, die
nach rückwärts und
nach unten schaut. Die Hinterschneidung kann einen Abschnitt des
Steuer- bzw. Regelarms bei hohen Beugungsgraden des Gelenks zum Widerstehen
einer Verlagerung ergreifen. Jedoch wird bei geringen Beugungsgraden
die Hinterschneidung im wesentlichen keine Rolle für den normalen Betrieb
des Gelenks spielen. Die untere Oberfläche des Lagers kann außerdem eine
Anschlagvertiefung nahe vorderen Abschnitten der Schwalbenschwanznut
beinhalten. Die Anschlagvertiefung kann einen Anschlagzapfen bzw.
-stift an der Steuer- bzw. Regelarmanordnung in Eingriff nehmen
bzw. ergreifen, um eine vordere Bewegung des Lagers zu begrenzen.
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Die
Steuer- bzw. Regelarmanordnung beinhaltet ein konisches Lager, das
dimensioniert bzw. bemessen ist, um in die konische Vertiefung schwenkbar
in Eingriff zu gelangen, die in der tibialen Komponente ausgebildet
ist. Eine Schwalbenschwanzführung
erstreckt sich im wesentlichen orthogonal von dem oberen Ende großen Durchmessers
des konischen Lagers der Steuer- bzw. Regelarmanordnung. Die Schwalbenschwanzführung ist
in der Schwalbenschwanznut in Eingriff bringbar, die in der unteren
Fläche
des Lagers ausgebildet ist. Der Steuer- bzw. Regelarm beinhaltet
außerdem
einen Stab bzw. Steher, der in einer oberen Richtung von dem rückwärtigen Ende
des Steuer- bzw. Regelarms vorragt. Der Stab ist dimensioniert,
um gleitbar in den Kerben in den posterioren Flächen des Lagers und der femoralen
Komponente aufgenommen zu werden. Abschnitte des Stehers, die dem
Steuer- bzw. Regelarm benachbart sind, können eine Steuer- bzw. Regelarmerhebung
definieren. Die Erhebung bzw. der Wulst, wenn vorhanden, ist konfiguriert,
um in die Unterschneidung an dem anterioren Ende der Kerbe in dem
Lager zu gleiten, wenn das Gelenk eine maximale Beugung erreicht.
Ein Anschlagzapfen bzw. -stift kann in einer oberen Richtung von
dem vorderen Ende der Schwalbenschwanzführung für einen Eingriff in die Anschlagvertiefung
des Lagers vorragen.
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Die
Gelenksprothese der vorliegenden Erfindung stellt eine Valgus-Varus-Stabilität auf zwei
Arten zur Verfügung.
Unter Belastungszuständen
wird die normale Druckbelastung bzw. kompressive Last die femoralen
Kondylen gegen die passende obere Lageroberfläche des Lagers drücken bzw.
pressen. Die Abstimmung ist so, daß unter Druck bzw. Kompression
irgendeine Drehung der femoralen Komponente um eine Achse eintritt
bzw. vorkommt, die sich in einer anterioren-posterioren Richtung
erstreckt. Eine Drehung um eine derartige Achse erzeugt ein Auftreffen
zwischen den Seitenoberflächen
des Stehers des Steuer- bzw. Regelarms und der Seitenwände der Nockenbox.
Dieser Kontakt erzeugt eine Reaktionskraft, die jeglichem Valgus-Varus-Moment
widersteht, das an das Gelenk angelegt wird. Während nicht belasteten Lagerphasen,
wo irgendein Valgus-Varus-Moment klein ist, kann der Stab kleinen
Biegebelastungen unterworfen sein, da eine Gelenkskompression unter
diesen Voraussetzungen nicht existieren wird. Jedoch kann der Stab
stark genug gemacht sein, um derartigen Biegemomenten zu widerstehen.
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Wie
bzw. wenn eine Beugung des Gelenks fortschreitet, wird die Nockenbox
die Nockenoberfläche
des Stabs ergreifen. Dieser Eingriff wird bei etwa 45° Beugung
beginnen. Eine Beugung über
ungefähr 45° wird die
femorale Komponente posterior beaufschlagen. Eine kompressive Kraft
auf das Lager und seine konkave Form wird das Lager veranlassen, sich
mit der femoralen Komponente zu bewegen. Diese rückwärtige bzw. posteriore Bewegung
oder ein femorales Zurückrollen
verbessert eine Wirksamkeit des Quadrizeps. Geringfügig über ungefähr 120° einer Beugung
ist es wünschenswert,
irgendeine zusätzliche
posteriore Bewegung des Lagers zu verhindern. Dies kann erreicht
werden durch einen Eingriff zwischen der Oberfläche des Steheranschlags des Steuer-
bzw. Regelarms und der Oberfläche
der Anschlagvertiefung, die durch die Unterschneidung in der Kerbe
des Lagers definiert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenaufrißansicht
einer Gelenksprothese in Übereinstimmung
mit der gegenständlichen
Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht von der Oberseite auf die femorale Komponente der
Gelenksprothese.
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3 ist
eine Draufsicht vom Boden der femoralen Komponente.
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4 ist
eine Draufsicht vom Boden des Lagers.
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5 ist
eine Vorderaufrißansicht
des Lagers.
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6 ist
eine Querschnittsansicht des Lagers.
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7 ist
eine Seitenaufrißansicht
des Steuer- bzw. Regelarms.
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8 ist
eine Querschnittsansicht des Steuer- bzw. Regelarms.
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9 ist
eine Aufrißansicht
von der Rückseite
des Steuer- bzw.
Regelarms.
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10 ist
eine Querschnittsansicht der tibialen Komponente.
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11 ist
eine Seitenaufrißansicht,
teilweise im Schnitt, die die Unteranordnung des Lagers und des
Steuer- bzw. Regelarms zeigt.
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12 ist
eine Explosionsseitenaufrißansicht,
die eine Implementierung des Lagers zeigt.
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13 ist
eine Seitenaufrißansicht ähnlich zu 12,
die aber ein späteres
Stadium einer Implementierung zeigt.
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14 ist
eine Seitenaufrißansicht ähnlich zu 12 und 13,
die aber eine vollständige
Implementierung zeigt.
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15 ist
eine Aufrißansicht
der Rückseite der
zusammengesetzten Prothesenkomponente, die schematisch Kräfte zeigt,
die daran angewandt bzw. aufgebracht werden.
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16 ist
eine Querschnittsansicht der Gelenksprothese bei einer vollen Streckung.
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17 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich zu 15,
die aber eine Beugung von ungefähr
45° zeigt.
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18 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich zu 16 und 17,
die aber eine Beugung von ungefähr
60° zeigt.
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19 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich zu 16-18,
die aber eine Beugung von ungefähr
90° zeigt.
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20 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich zu 16-19,
die aber eine Beugung von ungefähr
120° zeigt.
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21 ist
eine Querschnittsansicht ähnlich zu 16-20,
die aber ungefähr
155° zeigt.
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22 ist
eine Aufrißansicht
der Rückseite einer
Prothese gemäß dem Stand
der Technik, die eine Verlagerung zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Der
posterior stabilisierte Knieersatz 100 besteht aus einer
femoralen Komponente 200, einem Lager 300, einer
Steuer- bzw. Regelanordnung 400 und einer tibialen Plattform 500,
wie dies in 1 gezeigt wird.
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Die
femorale Komponente 200, wie dies in 2 und 3 gezeigt
wird, beinhaltet eine Nockenbox 201 mit Boxenseitenwänden 202 und
einem femoralen Nocken 203. Der femorale Nocken 203 beinhaltet
eine Nockenoberfläche 204,
die bei voller Streckung nach unten schaut bzw. gerichtet ist, wie dies
in 16 gezeigt wird. In der Ausführungsform von 1-19 ist
die femorale Nockenoberfläche 204 eine
einzelne konkave Oberfläche.
In anderen Ausführungsformen
könnte
die Nockenoberfläche eine
zusammengesetzte Krümmung
mit konvexen Oberflächen
sein, die durch eine konkave Oberfläche getrennt wird. Die Nockenbox 201 beinhaltet
auch eine vordere bzw. anteriore Wand 211. Die femorale Komponente 200 ist ähnlich zu
der in U.S. Patent Nr. 5,702,466 beschrieben, bis auf den Zusatz
des Details der Nockenbox 201 und eines modularen Stabs bzw.
Stehers zum Annehmen von Streckungen, um eine erhöhte Befestigung
zur Verfügung
zu stellen. Genauer beinhaltet die femorale Komponente 200 ein
Paar von konvexen Kondylen 206, die nach unten für einen
gelenkigen Lagereingriff mit dem Lager 300 schauen, wie
dies unten erläutert
wird.
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Das
Lager 300 beinhaltet, wie in 4-6 gezeigt,
eine posteriore bzw. rückwärtige Kerbe 301,
einen Schwalbenschwanzführungsschlitz 302 und
eine Anschlagausnehmung bzw. -vertiefung 303 mit einer
Lageranschlagoberfläche 304.
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Die
Steuer- bzw. Regelarmanordnung 400, wie in 7-9 gezeigt,
umfaßt
einen Steuer- bzw. Regelarm 410, einen Stab bzw. Steher 420 und ein
konisches Lager 430. Der Stab 420 hat mediale und
laterale Seitenoberflächen 421,
eine untere Aussparung bzw. Vertiefung 422, eine Steher-
bzw. Nockenoberfläche 423 und
eine anteriore Anschlagoberfläche 424.
Der Steuer- bzw. Regelarm 410 umfaßt einen Stehersupportzapfen 412,
eine Schwalbenschwanzführung 413,
eine konische Lageroberfläche 414,
eine Steuer- bzw. Regelarmerhebung 415 mit Erhebungs- bzw.
Wulstseitenoberflächen 416 und
einen Anschlagzapfen bzw. -stift 417.
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Der
Steher 420 und das konische Lager 430 werden vorzugsweise
aus Kunststoff ausgebildet und an dem Steuer- bzw. Regelarm 410 durch
ein Drücken
dieser an dem Stehersupportzapfen 412 bzw. dem konischen
Lagersupport 414 zusammengebaut. Während eines Zusammenbaus ergreift
die untere Ausnehmung bzw. Vertiefung 422 des Stehers 420 die
Erhebungs seitenoberflächen 416 des
Steuer- bzw. Regelarms 410, um eine Rotation des Stabs 420 an
dem Stehersupportzapfen 412 zu verhindern. Der Schwalbenschwanzführungsschlitz 302 des
Lagers 300 wird mit der Schwalbenschwanzführung 413 der
Steuer- bzw. Regelarmanordnung 400 in Eingriff gebracht
und dann wird der Anschlagzapfen 417 in ein Loch (nicht
gezeigt) in der Schwalbenschwanzführung 413 gedrückt, um
eine Sub- bzw. Unteranordnung 350 herzustellen.
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Die
tibiale Plattform 500 weist eine obere Lageroberfläche 501 auf
und beinhaltet ein konisches Loch 502, in welches das konische
Lager 430 der Steuer- bzw. Regelarmanordnung 400 bei
einer Implantation bzw. Einpflanzung plaziert bzw. angeordnet wird.
Die tibiale Plattform 500 kann dieselbe sein wie die, die
in U.S. Patent Nr. 5,702,466 beschrieben wird. Die Ausführungsform,
die hier gezeigt wird, ist eine Version, die verwendet wird, wo
eine Erstreckung bzw. Verlängerung
an dem distalen Ende der Plattform hinzugefügt wird, um eine Befestigung,
wo benötigt,
zu erhöhen
bzw. zu steigern.
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Die
femorale Komponente 200, der Steuer- bzw. Regelarm 410 und
die tibiale Plattform 500 sind bzw. werden vorzugsweise
aus einer Titanlegierung hergestellt, die mit einer UltraCoat® TiN
Beschichtung beschichtet ist, wie dies in U.S. Patent Nr. 5,702,448 geoffenbart
wird. Jedoch können
diese Komponenten auch aus Co-Cr-Legierung hergestellt werden. Das
Lager 300, der Steher 420 und das konische Lager 403 sind
vorzugsweise aus UHMWPe hergestellt.
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Eine
Implantierung wird in 11-14 dargestellt
bzw. illustriert. Die tibiale Plattform 500 wird in die
Tibia 600 implantiert bzw. eingesetzt und die femorale
Kompo nentenanordnung 900, bestehend aus der femoralen Komponente 200 mit
einer angebrachten Verlängerung 800,
wird auf den Femur 1000 in der üblichen Art und Weise eingesetzt.
Die Unteranordnung 350 wird dann auf der tibialen Plattform 500 zusammengesetzt,
wie dies in 12 und 13 gezeigt
wird, wobei das Knie 700 auf etwa 100° gebeugt ist. Das Lager 300 wird
dann digital in einer rückwärtigen Richtung
gedrückt,
bis das Lager 300 unter der femoralen Komponente angeordnet wird,
wie dies in 13 und 14 gezeigt
wird. Die Lageranordnung 350 kann nicht von der Tibia 500 bei normalem
Gebrauch verlagert werden.
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Es
gibt zwei Mittel einer Valgus-Varus-Stabilität. Unter eine Last tragenden
Bedingungen wird die normale Druckbelastung bzw. kompressive Last
die femoralen Kondylen 206 gegen die zueinander passenden
gelenkigen Lageroberflächen 310 drücken. Die Übereinstimmung
ist so, daß unter
Druck bzw. Kompression irgendeine Drehung der femoralen Komponente 200 in
der Ebene von 15 um eine Achse 207 durch
das Zentrum der Krümmung 208 des
femoralen Kondylus 208 auftreten muß. Eine Drehung um eine Achse 207 erzeugt
ein Auftreffen zwischen der medialen und der lateralen Oberfläche 421 und
den Boxenseitenwänden 202.
Dieser Kontakt erzeugt eine Reaktionskraft, die jeglichem Valgus-Varus-Moment widersteht,
das auf das Gelenk aufgebracht bzw. angewandt wird. Somit muß ein Biegen
des Stehers 420 und des Stehersupportzapfens 412 nicht
vorkommen, um den aufgebrachten Moment zu widerstehen. Die äußere mediale
und laterale Seitenoberfläche 421 kann
angefertigt sein, um sich distal nach außen zu neigen, um einen Kontaktbereich
mit der Nockenbox 201 zu vergrößern.
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Während nicht
belasteter Lagerphasen, während
irgendein Valgus-Varus-Moment ziemlich klein ist, kann der Steher
kleinen Biegebelastungen unterworfen sein, da eine Gelenkskompression
nicht auftreten kann bzw. muß.
Der Stehersupportzapfen 412 muß stark genug bei einem Biegen
sein, um derartigen Momenten zu widerstehen.
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Die
zusammenwirkende Tätigkeit
der Nockenbox 201 und der Stehernockenoberfläche 423 werden
in 16-21 illustriert. Diese Figuren zeigen
den äußeren posterioren
Kondylus 206 der femoralen Komponente 200 weggebrochen
und das Lager im Querschnitt, um die Tätigkeit der Nockenoberflächen und
die posterioren Lageranschlagmittel zu zeigen. In bzw. bei voller
Streckung, wie in 16 gezeigt, müssen die
Nockenoberfläche 204 und
die Stehernockenoberfläche 423 nicht
in Kontakt sein. Bei derartigen Beugungswinkeln wirken sie nicht,
um eine anteriore-posteriore Verlagerung in der Abwesenheit eines
tragenden Lagers zu verhindern. Unter einem tragenden Lager bzw.
einer Lagerbelastung stellt die Form der femoralen gelenkigen Oberfläche 210,
die gegen die tibiale gelenkige bzw. Gelenksoberfläche 310 preßt bzw.
drückt,
wie in 14 gezeigt, Stabilität und Lage
bzw. Position zur Verfügung.
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Während eine
Beugung fortschreitet, wie in 17-21 gezeigt,
bewegt sich die vordere Wand 211 der Nockenbox 201 der
femoralen Komponente 200 weg von dem Steher 420 der
Steuer- bzw. Regelarmanordnung 400. Dies gestattet ein
Spiel oder eine Verschiebung, wie durch verschiedene Oberflächen der
Nockenbox 201 und dem Steher 420, dem Anschlagzapfen 417 und
der Anschlagausnehmung 303 oder der Anschlagoberflächen 304 und des
Steuer- bzw. Regelarms 415 begrenzt wird. Die femorale
Nockenoberfläche 204 wird
die Stehernockenoberfläche 423 bei
ungefähr
45° ergreifen.
Bei einer Beugung unter 45° spielt
die Nockenoberfläche des
Stehers 423 keine Rolle beim Bereitstellen eines Zurückrollens.
Ein Zurückrollen
auf etwa 7,5 mm kann trotzdem bei einer derartigen geringen Beugung
bei der gegenwärtigen
Erfindung auftreten. Selbstverständlich
ist die tatsächliche
Größe des Zurückrollens
abhängig
von der Größe des Knies
und die 7,5 mm treffen auf ein Knie normaler Größe zu. Dieses Zurückrollen
kann durch die Wirkung einer Spannung in der Patellasehne erzeugt
werden, welche dazu neigt, die Tibia nach vorne zu ziehen. Das gestattete
7,5 mm Spiel ist relativ normal und sicherlich weniger als das Spiel,
das in den meisten gegenwärtigen
Knieprothesendesigns vorhanden ist. Eine Translationsbewegung des
Lagers 300 ist auf ungefähr 7,5 mm begrenzt und ein
Zurückrollen
nach ungefähr
120° einer
Beugung erzeugt eine akzeptable Höhe eines Emporkletterns, um
eine übermäßige posteriore
Bewegung des Lagers 300 zu begrenzen, welche andernfalls
ein Auftreffen bzw. einen Zusammenstoß mit rückwärtigen Strukturen des Knies
erzeugen könnte,
um dadurch eine Beugung zu hemmen.
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16-21 zeigen,
daß bei
dem vollen illustrierten Bereich von Bewegungswinkeln der Kontakt
zwischen dem femoralen Nocken 203 und der Stehernockenoberfläche 423 immer
konkav-zu-konvex
ist, wodurch eine moderate Kontaktbeanspruchung gestattet wird.
Dies weicht von einem konvex-zu-konvexen oder konvex-zu-planaren
Kontakt ab, welcher im wesentlichen höhere Kontaktbelastungen erzeugen
würde. 21 zeigt,
daß die
illustrierte Ausführungsform
eine Beugung von 155° ermöglicht.
Dieser Wert ist signifikant größer als
für die meisten
Menschen im Westen benötigt
wird, und ist ausreichend für
eine Abbiegung, die bei asiatischen Menschen bevorzugt wird, wo
ein sitzender Stil höhere
Grade einer Beugung erfordert.
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Typische
posteriore stabilisierte Knieprothesen vertiefen typischerweise
die Patellabahn. Das Vertiefen der femoralen Patellabahn kann unvereinbar
bzw. inkonsistent sein mit der Verwendung eines beweglichen Patella-
bzw. Kniescheibenlagers und hat auch Probleme mit Designs von fixierten
Lagern bewirkt. Ein Klettern, obwohl ein Hauptproblem mit den entsprechenden
tibialen Lageroberflächen
des Knies einer niedrigen Berührungsbelastung
gemäß dem Stand
der Technik, ist üblicherweise
nicht von großer
Signifikanz bei den weniger entsprechenden Gelenken eines fixierten
Lagers. Die Ausführungsformen
offenbarten hier bewegliche Lageranwendungen, indem eine Lagermobilität relativ
zu dem Steher und durch ein Vermeiden einer Unterbrechung der Patellabahn
verwendet wird. Insbesondere ist die Knieprothese dieser Erfindung
neu bzw. neuartig dahingehend, daß es nicht die Patellabahn
ausspart. Das Knie erzeugt auch kein signifikantes Biegen des Stehers
bzw. Stabs von einem angelegten Valgus-Varus-Moment während eines
komprimierenden bzw. Druckbelastungseinflusses. Zusätzlich stellt
das Knie eine frühere
Einleitung eines Zurückrollens
zur Verfügung.
Darüber
hinaus bewegt sich das Lager mit der femoralen Komponente während eines
Zurückrollens,
wodurch ein "Klettern" verringert wird und
somit der beste Kontakt zwischen den femoralen und Lagergelenksoberflächen beibehalten
wird.