DE602004007347T2 - Mehrteiliges Bauteil für ein orthopädisches Implantat - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft orthopädische Implantate. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Gelenklagerflächen für orthopädische Implantate.
  • Hintergrund
  • Es sind für die großen Skelettgelenke des menschlichen Körpers Gelenkersatzimplantate entwickelt worden. Die Implantate werden verwendet, um erkrankte oder traumatisierte Gelenkflächen zu ersetzen, um Schmerzen zu reduzieren und die Funktion wiederherzustellen. Solche Implantate umfassen typischerweise gegenüberliegende Gelenkkomponenten, wobei jede Komponente eine Gelenklagerfläche definiert. Zum Beispiel kann ein orthopädisches Knieimplantat eine femorale Komponente zum Ersetzen der Femurkondyle und eine tibiale Komponente zum Ersetzen der Tibiagelenkfläche umfassen. Die femorale Komponente umfaßt typischerweise eine Metallgelenklagerfläche, die auf einer nichtmetallischen Gelenklagerfläche der tibialen Komponente gleitet und sich dreht. Zum Beispiel weisen viele Knieimplantate eine fernorale Komponente, die aus Metall, wie einer Ti-6Al-4V-Legierung oder Kobalt-Chrom-Molybdän Legierung besteht, und eine tibiale Lagerfläche auf, die aus Polyethylen mit extrem hohem Molekulargewicht (UHMWPE) besteht. Welcher Typ Implantat oder welche Materialien auch immer beteiligt sind, es ist im allgemeinen wünschenswert, daß die orthopädischen Lagerflächen einen niedrigen Verschleiß aufweisen. Ferner weisen die Lagerflächen minimale Festigkeits- und Zähigkeitsanforderungen auf. Diese Lagerflächen erfahren hauptsächlich eine Druckbeanspruchung und einen Gleitverschleiß.
  • Zusätzlich dazu, daß sie für eine Gelenkverbindung sorgen, können die Implantatkomponenten Einschränkungsmechanismen aufweisen, um die Bewegung, die zwischen den Komponenten zulässig ist, mit einem gewissen Einschränkungsgrad zu versehen. Diese Einschränkungsmechanismen können eine natürliche Einschränkung im Gelenk ersetzen oder erhöhen, wie jene, die durch Sehnen und Bänder bereitgestellt wird, die das Gelenk kreuzen. Diese Einschränkungsmechanismen können die Funktion von fehlenden oder geschädigten natürlichen Einschränkungen bereitstellen. Zum Beispiel kann in einer posterior stabilisierten Knieprothese die tibiale Gelenkfläche einen Pfosten aufweisen, der nach oben vorsteht, um mit einem Nocken und einer Box zusammenzuwirken, die an der femoralen Komponente ausgebildet ist, um die Rotation, Varus/Valgus-Verkippung, anteriore/posteriore Translation, das posteriore Zurückrollen und/oder andere Parameter der Kniebewegung zu begrenzen. Solche Einschränkungsmechanismen können beträchtliche Biege-, Scher- und sogar Stoßbelastungen innerhalb der Grenzen des Normalbetriebs mitmachen. Daher ist es im allgemeinen wünschenswert, daß die Einschränkungsmechanismuskomponenten eine hohe Festigkeit und Zähigkeit aufweisen. Ferner weisen die Einschränkungsmechanismen Grenzen des zulässigen Verschleißes auf, der zwischen sich berührenden Oberflächen auftreten kann.
  • Es kann der Fall sein, daß ein bestimmter Typ Implantat eine Gelenklagerfläche aufweist, für die ein niedriger Verschleiß von grundlegender Wichtigkeit ist und die ferner einen Einschränkungsmechanismusabschnitt aufweist, für den Festigkeit und Zähigkeit von grundlegender Wichtigkeit sind. Zum Beispiel ist es in einem posterior stabilisierten Knie wünschenswert, daß die Kondylen einen niedrigen Verschleiß aufweisen und der tibiale Pfosten eine hohe Festigkeit und Zähigkeit aufweist.
  • US 4 249 270 , EP 1 132 063 , EP 1 269 940 und US 5 123 928 betreffen die Auswahl von Materialien für ein Implantat.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Implantat zum Ersetzen eines Gelenkknochenendes, das einem Skelettgelenk benachbart ist, wie in Anspruch 1 definiert, und eine tibiale Lagerkomponente zum Ersetzen eines Abschnitts der proximalen Tibiafläche eines Kniegelenks bereit, wie in Anspruch 3 definiert.
  • In einem Aspekt der Erfindung weist ein Implantat erste und zweite Komponenten auf, um einen Abschnitt jeweils eines Paares gegenüberliegender Gelenkknochenenden zu ersetzen. Die zweite Komponente weist eine Einrichtung für eine reibungsarme Gelenkverbindung mit der ersten Komponente und eine Einrichtung zur Ineingriffnahme der ersten Komponente auf, um die Bewegung zwischen den Komponenten zu beschränken. Die Einrichtung zur reibungsarmen Gelenkverbindung weist ein erstes Material auf, das einen niedrigen Verschleiß und einen vorgegebenen Zähigkeitswert aufweist. Die Einrichtung zur Ineingriffnahme weist ein zweites Material auf, das einen vorgegebenen Zähigkeitswert aufweist, der höher als jener der Einrichtung zur reibungsarmen Gelenkverbindung ist.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung weist eine tibiale Lagerkomponente zum Ersetzen eines Abschnitts der proximalen Tibiafläche eines Kniegelenks einen ersten Abschnitt mit einer Lagerfläche auf. Die Lagerfläche weist einen Bereich auf, der einen niedrigen Verschleiß aufweist, und weist einen ersten vorgegebenen Zähigkeitswert auf. Die tibiale Lagerkomponente weist einen zweiten Abschnitt mit einem interkondylären Bereich auf. Der interkondyläre Bereich weist einen Bereich mit einem zweiten vorgegebenen Zähigkeitswert auf, der größer als der erste vorgegebene Zähigkeitswert ist. Die ersten und zweiten Abschnitte werden miteinander verbunden, um eine tibiale Lagerkomponente zu bilden.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein tibiales Implantat für ein Kniegelenk erste und zweite Lagerabschnitte auf. Jeder der ersten und zweiten Lagerabschnitte weist eine Gelenkfläche mit einem ersten vorgegebenen Zähigkeitswert auf. Es ist ein interkondylärer Abschnitt zwischen den ersten und zweiten Lagerabschnitten angeordnet. Der interkondyläre Abschnitt weist einen zweiten vorgegebenen Zähigkeitswert auf, der größer als der erste vorgegebene Zähigkeitswert der Lagerabschnitte ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Diese Zeichnungen stellen nur veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung dar und sind nicht so zu betrachten, daß sie ihren Rahmen begrenzen.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Implantatkomponente mit einer mehrteiligen Lagerkomponente und einer Haltekomponente;
  • 2 ist eine obere Draufsicht des Implantats der 1;
  • 3 ist eine Schnittansicht der Lagerkomponente des Implantats der 1, die längs der Linie 3-3 aufgenommen ist;
  • 4 ist eine zu 3 ähnliche Schnittansicht, die eine alternative Anordnung zum Zusammenbau der mehrteiligen Lagerkomponente zeigt;
  • 5 ist eine zu 3 ähnliche Schnittansicht, die eine alternative Anordnung zum Zusammenbau der mehrteiligen Lagerkomponente zeigt; und
  • 6 ist eine zu 3 ähnliche Schnittansicht, die eine alternative Anordnung zum Zusammenbau der mehrteiligen Lagerkomponente zeigt.
  • Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen
  • Der Gelenkaufbau der vorliegenden Erfindung kann in Implantaten für jedes Gelenk verwendet werden, einschließlich zum Beispiel der Gelenke des Skelettsystems. Zum Beispiel kann der Aufbau in Implantate für die Hüfte, das Knie, die Schulter, die Wirbel, den Ellenbogen, das Handgelenk, den Knöchel, den Kiefer und die Finger eingebaut werden. In den veranschaulichenden Ausführungsformen wird eine tibiale Kniekomponente dargestellt, obwohl Fachleute verstehen werden, daß diese Erfindung ebenso für andere Anwendungen geeignet sein kann.
  • Die 1-3 stellen eine tibiale Kniekomponente 10 dar, die einen Gelenklagereinsatz 12 und eine Halteschale 14 auf weist. Die Schale 14 weist einen oberen Abschnitt 16 zur Aufnahme des Lagereinsatzes 12 und eine Stielverlängerung 18 zur Einführung in den Tibiaknochen auf, um die Schale 14 an Ort und Stelle zu halten. Der Lagereinsatz 12 ist in drei getrennte Abschnitte unterteilt, die zwei äußere kondyläre Komponenten 20 und eine interkondyläre Komponente 22 umfassen. Die kondylären Komponenten 20 weisen jeweils eine Gelenkfläche 24 zur reibungsarmen Gelenkverbindung mit einer (nicht gezeigten) femoralen Komponente auf. Die Gelenkflächen 24 können aus UHMWPE bestehen. Es ist wünschenswert, den Verschleiß zwischen den Gelenkflächen 24 und der femoralen Komponente zu minimieren. Zu diesem Zweck können die Gelenkflächen 24 aus verhältnismäßig harten und/oder spröden Materialien bestehen, die einen niedrigen Verschleiß aufweisen. Ein Beispiel ist hochvernetztes UHMWPE. Dieses Material erfüllt leicht die Festigkeitsanforderungen an die Gelenkflächen 24, da die Gelenkflächen 24 hauptsächlich auf Druck belastet werden. Zum Beispiel ist es bekannt, Chemikalien und/oder Strahlung zu verwenden, um UHMWPE stark zu vernetzen, um seine Verschleißeigenschaften zu verbessern. Es können verschiedene Formen von Strahlung verwendet werden, einschließlich Gamma- und Elektronenstrahl-Strahlung. Zum Beispiel ist es bekannt, hochvernetztes UHMWPE durch Bestrahlung mit Dosen herzustellen, die größer als 6 Mrad sind. Insbesondere sind Bestrahlungsdosen von 6,5 bis 11 Mrad verwendet worden, um UHMWPE stark zu vernetzen, um dramatische Zuwächse der Verschleißeigenschaften zu erzielen. Umgekehrt werden medizinische UHMWPE-Vorrichtungen im allgemeinen bestrahlt, um sie zu sterilisieren. Jedoch liegt die Bestrahlungsdosis zur Sterilisation annähernd im Bereich von 2,5-3,7 Mrad. Dieser Dosisbereich kann zu gering vernetztem UHMWPE führen, führt aber nicht zu einer nennenswerten Verbesserung der Verschleißeigenschaften. Außerdem können nicht-ionisierende Strahlung, Ethylenoxidgas und andere nicht nicht-vernetzende Formen der Sterilisation verwendet werden, die zu nicht-vernetztem Polyethylen führen. Der Grad der Vernetzung kann in Form des durchschnittlichen Molekulargewichts zwischen Vernetzungen beschrie ben werden. Für UHMWPE, das zu Sterilisationszwecken mit einer niedrigen Dosis gammabestrahlt worden ist, liegt das Molekulargewicht zwischen Vernetzungen in der Größenordnung von 8800 Gramm pro Mal. Für hochvernetztes Polyethylen liegt das durchschnittliche Molekulargewicht zwischen Vernetzungen in der Größenordnung von 3000-4000 Gramm pro Mal. Eine andere Art, den Grad der Vernetzung zu beschreiben, ist in Form des Quellverhältnisses. In dieser Messung wird eine Probe des Polyethylens einem Lösungsmittel ausgesetzt. Wenn die Probe das Lösungsmittel absorbiert, quillt sie auf. Vernetzungen verhindern das Aufquellen. Folglich ergibt das Verhältnis der Größe der aufgequollenen Probe zu ihrer ursprünglichen Größe ein Maß des Grades der Vernetzung. Für UHMWPE, das zu Sterilisationszwecken mit einer niedrigen Dosis gammabestrahlt worden ist, liegt das Quellverhältnis in der Größenordnung von etwa 3,68. Für hochvernetztes Polyethylen liegt das Quellverhältnis in der Größenordnung von etwa 2,3.
  • Die interkondyläre Komponente 22 weist eine tibiale Erhöhung 26 zur Ineingriffnahme einer Box und/oder eines Nockens auf, der an der femoralen Komponente ausgebildet ist, um den Betrag der Relativbewegung zu beschränken, der zwischen den femoralen und tibialen 10 Komponenten zulässig ist. Die tibiale Erhöhung 26 wird einer Kombination von Belastungen ausgesetzt, einschließlich Scherung, Biegung und Stößen. Daher ist es wünschenswert, daß die tibiale Erhöhung 26 aus einem Material besteht, das verhältnismäßig zäh und stoßfest ist. Die Erhöhung kann ebenfalls aus UHMWPE bestehen. Folglich kann es der Fall sein, daß die kondylären Komponenten 20 und die interkondyläre Komponente 22 aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen, die auf die erwartete Belastung der unterschiedlichen Komponenten zugeschnitten sind. Zum Beispiel können die kondylären Komponenten 20 aus Materialien bestehen, die einen verhältnismäßig niedrigen Verschleiß aufweisen. Dieser Verschleiß wird typischerweise quantitativ bestimmt, indem der Masseverlust gemessen wird, den die Gelenkkomponenten zeigen. Die interkondylären Komponenten können aus Materialien beste hen, die eine verhältnismäßig hohe Zähigkeit aufweisen. Die Zähigkeit kann als die Energiemenge beschrieben werden, die benötigt wird, um zu bewirken, daß ein Material versagt. Ein Maß der Zähigkeit ist die Kerbschlagzähigkeit, die gemessen wird, indem die Energiemenge bestimmt wird, die erforderlich ist, um gekerbte Proben mit einem geeichten Pendel zu zerbrechen. Die Zugspannungsbruchzähigkeit kann beurteilt werden, indem die Fläche unter einer Last-/Verschiebungskurve gemessen wird.
  • Die unterschiedlichen Eigenschaften können sich ergeben, indem dasselbe Grundmaterial verwendet wird, es jedoch anders bearbeitet wird. Zum Beispiel können die kondylären Komponenten 20 aus hochvernetztem UHMWPE bestehen, während die interkondyläre Komponente 22 aus einem gering oder nicht-vernetzten UHMWPE besteht.
  • Die kondyläre Komponenten 20 und die interkondyläre Komponente 22 können in einer Vielfalt von Arten miteinander verbunden werden, um den tibialen Lagereinsatz 12 zu bilden. Die Komponenten können als ein modularer Satz von Teilen bereitgestellt werden, die intraoperativ durch das chirurgische Personal miteinander verbunden werden, um die Anpassung des Implantats an die besonderen Bedürfnisse eines Patienten zu ermöglichen. Alternativ können die Komponenten dauerhaft zur Zeit der Herstellung miteinander verbunden werden und als ein einteiliger tibialer Lagereinsatz 12 geliefert werden. Zum Beispiel können die Komponenten durch Kleben oder durch Preßpassung dauerhaft verbunden werden, oder indem sie in einer ineinandergreifenden Weise zusammen geformt werden. Alternativ können die Komponenten in die Schale 14 durch Pressen eingepaßt werden, um sie in ihren richtigen relativen Positionen zu halten. Alternativ können die Komponenten durch mechanische Befestigungen verbunden werden. Die Schale kann weggelassen werden und der tibiale Lagereinsatz 12 so gestaltet werden, daß er direkt am Tibiaknochen angeordnet wird. Zum Beispiel sind in der veranschaulichenden Ausführungsform der 1-3 die kondylären Komponenten 20 und die interkondyläre Komponente 22 miteinander durch Stifte 28 verbunden, die in die Komponenten senkrecht zur Verbindung 30 zwischen den Komponenten durch Pressen eingepaßt sind. Eine Variation dieses Verfahrens wird in 4 gezeigt, in der Stifte oder Keile 32 in die Komponenten parallel zur Verbindung 30 zwischen ihnen gepreßt werden.
  • 5 stellt eine Variation dar, in der die interkondyläre Komponente 22 Schwalbenschwanzvorsprünge 34 aufweist und die kondylären Komponenten Schwalbenschwanzschlitze 36 aufweisen. Die kondylären Komponenten 20 und die interkondyläre Komponente 22 werden miteinander verbunden, indem die Schwalbenschwanzvorsprünge 34 mit den Schwalbenschwanzschlitzen 36 in Eingriff gebracht werden.
  • 6 stellt eine veranschaulichende Ausführungsform dar, in der die interkondyläre Komponente 38 die tibiale Schale 40 als eine einheitliche Erweiterung aufweist. Die Schale weist eine Haltefläche 42 zur Aufnahme der kondylären Abschnitte 44 auf.
  • Es wird durch Fachleute verstanden werden, daß das Vorhergehende veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben hat und daß Veränderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims (10)

  1. Implantat (10) zum Ersetzen gegenüberliegender Gelenkknochenenden, die einem Skelettgelenk benachbart sind, wobei das Implantat aufweist: eine erste Komponente, um einen Abschnitt eines der gegenüberliegenden Gelenkknochenenden zu ersetzen; eine zweite Komponente (12), um einen Abschnitt des anderen der gegenüberliegenden Gelenkknochenenden zu ersetzen, wobei die zweite Komponente (12) eine Einrichtung (24) zur reibungsarmen Gelenkverbindung mit der ersten Komponente und eine Einrichtung (26) zur Ineingriffnahme der ersten Komponente aufweist, um die Bewegung zwischen den ersten und zweiten Komponenten zu beschränken, wobei die Einrichtung (24) zur reibungsarmen Gelenkverbindung ein erstes Material aufweist, das einen niedrigen Verschleiß aufweist und einen vorgegebenen Zähigkeitswert aufweist, und die Einrichtung (26) zur Ineingriffnahme ein zweites Material mit einem vorgegebenen Zähigkeitswert aufweist, der höher als jener der Einrichtung (24) zur reibungsarmen Gelenkverbindung ist, dadurch gekennzeichnet, daß entweder: (i) das erste Material vernetztes Polyethylen aufweist und das zweite Material unvernetztes Polyethylen aufweist; oder (ii) das erste Material verhältnismäßig hochvernetztes Polyethylen aufweist und das zweite Material verhältnismäßig gering vernetztes Polyethylen aufweist.
  2. Implantat nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (24) zur reibungsarmen Gelenkverbindung und die Einrichtung zur Ineingriffnahme (26) mechanisch verbunden sind, um eine einteilige Lagerkomponente zu bilden.
  3. Tibiale Lagerkomponente (12) zum Ersetzen eines Abschnitts der proximalen Tibiafläche eines Kniegelenks, wobei die Komponente aufweist: einen ersten Abschnitt (20) mit einer Lagerfläche (24), wobei die Lagerfläche (24) einen Bereich aufweist, der eine Lagerausführung mit einem niedrigen Verschleiß aufweist und einen ersten vorgegebenen Zähigkeitswert aufweist; und einen zweiten Abschnitt (22) mit einem interkondylären Bereich, wobei der interkondyläre Bereich einen Bereich (26) aufweist, der einen zweiten vorgegebenen Zähigkeitswert aufweist, wobei der zweite vorgegebene Zähigkeitswert größer als der erste vorgegebene Zähigkeitswert ist, wobei die ersten und zweiten (20, 22) Abschnitte miteinander verbunden sind, um eine tibiale Lagerkomponente (12) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß entweder: (i) der erste Abschnitt (20) vernetztes Polyethylen aufweist und der zweite Abschnitt unvernetztes Polyethylen aufweist; oder (ii) der erste Abschnitt (20) verhältnismäßig hochvernetztes Polyethylen aufweist und der zweite Abschnitt verhältnismäßig gering vernetztes Polyethylen aufweist.
  4. Komponente nach Anspruch 3, wobei die ersten und zweiten Abschnitte (20, 22) in Sätzen von modularen ersten und zweiten Abschnitten (20, 22) vorgesehen sind, die selektiv intraoperativ miteinander verbunden werden können.
  5. Komponente nach Anspruch 3, wobei die ersten und zweiten Abschnitte (20, 22) zur Zeit der Herstellung dauerhaft miteinander verbunden werden.
  6. Komponente nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei sie ferner mindestens einen Stift (32) aufweist und daß die ersten und zweiten Abschnitte (20, 22) durch den Stift miteinander verbunden sind, der sich in jeden der ersten (20) und zweiten (22) Abschnitte erstreckt.
  7. Komponente nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei einer der ersten und zweiten Abschnitte (20, 22) einen Schwalbenschwanzvorsprung (34) aufweist und der andere der ersten und zweiten Abschnitte einen Schwalbenschwanzschlitz (36) aufweist und die ersten und zweiten Abschnitte (20, 22) miteinander verbunden sind, indem der Schwalbenschwanzvorsprung (34) mit dem Schwalbenschwanzschlitz (36) in Eingriff gebracht wird.
  8. Komponente nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der zweite Abschnitt (22) eine interkondyläre Erhöhung (26) und eine einheitliche Schale (14) aufweist, die sich von der interkondylären Erhöhung (26) erstreckt, wobei die Schale (24) eine Haltefläche zur Aufnahme des ersten Abschnitts aufweist.
  9. Implantat nach Anspruch 1, wobei die zweite Komponente (12) eine tibiale Komponente ist; die Gelenkverbindungseinrichtung erste und zweite Lagerabschnitte (20) aufweist, wobei jeder der ersten und zweiten Lagerabschnitte eine Gelenkfläche (24) aufweist; und die Einrichtung zur Ineingriffnahme der ersten Komponente ein interkondylärer Abschnitt (26) ist, der zwischen den ersten und zweiten Lagerabschnitten angeordnet ist, wobei der erste Lagerabschnitt, der zweite Lagerabschnitt (24) und der interkondyläre Abschnitt (22) drei getrennte Teilkomponenten bilden, die mechanisch miteinander verbunden sind, um eine einzige Komponente zu bilden.
  10. Implantat nach Anspruch 9, wobei der interkondyläre Abschnitt (22) eine tibiale Schale (16) aufweist, die eine tibiale Erhöhung (26) aufweist, wobei die ersten und zweiten Lagerabschnitte (20, 22) durch die Schale (14) aufgenommen sind, wobei die Erhöhung (26) dazwischen angeordnet ist.
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