-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet medizinischer
Knieprothesen.
-
Aus
dem Dokument WO 96/20656 ist eine Knieprothese bekannt, die aus
einem Femurimplantat und einem Tibiaimplantat besteht. Das Tibiaimplantat
umfasst eine Tibia-Basis
und einen Tibia-Insert, der drehbar auf die Tibiabasis montiert
ist. Das Femurimplantat umfasst zwei Kondylen und einen vorderen
Rand, die zusammen eine Kontaktfläche mit dem Femur und eine
konvexe Gelenkfläche
definieren. Die Kontaktfläche
mit dem Femur umfasst zwei hintere ebene Flächen, zwei hintere ebene Abschrägungen,
zwei distale ebene Flächen,
eine vordere ebene Abschrägung
und eine vordere ebene Fläche.
Die Gelenkfläche
besteht aus den jeweiligen Gelenkflächen der Kondylen und der Gelenkfläche des
vorderen Randes.
-
Einer
besonderen Eigenschaft dieser Prothese zufolge weist das sagittale
Profil des Femurimplantats ungeachtet der Grösse des Femurimplantats ausser
in seinem vorderen Abschnitt eine konstante Geometrie und konstante
Dimensionen auf. Genauer sind die Länge und die Ausrichtung der
hinteren ebenen Flächen,
der hinteren ebenen Abschrägungen und
der distalen ebenen Flächen
der Kontaktfläche mit
dem Femur in der Sagittalebene ungeachtet der Grösse des Femurimplantats konstant,
ebenso das Profil der Gelenkflächen
der Kondylen. In der Sagittalebene variieren in Abhängigkeit
von der Grösse des
Femurimplantats lediglich die Länge
der vorderen Abschrägung
und das Profil der Gelenkfläche
des vorderen Randes.
-
Durch
die Wahrung einer konstanten Geometrie und konstanter sagittaler
Abmessungen in allen Abschnitten des Femurimplantats ausser dem vorderen
Abschnitt kann die Anzahl von Schneidwerkzeugen verringert werden,
die für
die Vorbereitung des Femurs während
des chirurgischen Eingriffs erforderlich sind.
-
Allerdings
hat dieser Vorteil als Gegengewicht eine Verschlechterung der geometrischen Übereinstimmung
der Prothese mit der natürlichen Anatomie
des Knies. Ein Femurimplantat bedeutender Grösse hat nämlich in der Sagittalebene
dann im Gegensatz zur Anatomie des Knies die gleiche Auflagefläche auf
dem Tibia-Insert wie ein Femurimplantat geringer Grösse. Ausserdem
bergen Femurimplantate bedeutender Grösse eine erhebliche Gefahr
der Subluxation, weil ihr vorderer Rand notwendigerweise weit über die Auflagefläche des
Tibia-Inserts hinausragt, was die Geometrie der Prothese als Ganzes ins
Ungleichgewicht bringt. Angesichts dieser Nachteile scheint es mit
der Prothese nach dem Dokument WO 96/20656 nicht möglich zu
sein, alle existierenden Femurgrössen
abzudecken.
-
Im
Dokument
FR 2 619 306 wird
ein Femurimplantat beschrieben, dessen Gelenkfläche in Abhängigkeit von der Grösse unterschiedlich
ist. Mit diesem Implantat kann die Anzahl von Schneidwerkzeugen,
die für
die Vorbereitung des Femurs erforderlich sind, nicht wie im Dokument
WO 96120656 verringert werden.
-
Weiter
sind Knieprothesen bekannt, die posterior stabilisiert genannt werden
und in denen das Femurimplantat einen Nocken umfasst. Dieser Nocken
ist allgemein im hinteren oberen Abschnitt des Femurimplantats angeordnet,
und zwar in einem interkondylären
Einschnitt, der zwei Kondylen des Femurimplantats voneinander trennt.
Ein zentrales hervorstehendes Kontaktstück auf der Oberseite des Tibiaimplantats
fügt sich
in den interkondylären
Einschnitt ein, um von einem bestimmten Beugungswinkel des Knies
an mit dem Nocken zusammenzuwirken, damit das Femurimplantat daran
gehindert wird, sich von diesem Beugungswinkel an bezüglich des Tibiaimplantats
nach vorn zu verschieben.
-
In
diesen posterior stabilisierten Prothesen hat die Gelenkfläche bzw.
Auflagefläche
jeder Kondyle einen grossen Krümmungsradius
im distalen Abschnitt und kleinere Krümmungsradien im hinteren Abschnitt,
um den Grad der Beugung zu erhöhen.
Allgemein ist diese Gelenkfläche
ausserdem mit der entsprechenden Gelenkfläche des Tibiaimplantats im distalen
Abschnitt kongruent, und zwar bis zu einem Beugungswinkel des Knies,
der kleiner als der vorgenannte Beugungswinkel ist, bei dem der
Nocken mit dem Kontaktstück
in Berührung
kommt. In anderen Worten hat die Gelenkfläche jeder Kondyle in der Sagittalebene
bis zu diesem unteren Beugungswinkel ein Kreisbogenprofil mit einem
Radius, der im Wesentlichen dem des ebenfalls kreisbogenförmigen Profils
der entsprechenden Gelenkfläche
des Tibiaimplantats gleicht. So weist die Kniebeugebewegung drei
Phasen auf:
- – eine erste Phase, Gleitphase
genannt, die von einem Beugungswinkel von 0° (der Position des gestreckten
Knies) bis zu dem Beugungswinkel reicht, wo die Kongruenz in der
Sagittalebene zwischen der Gelenkfläche jeder Kondyle und der entsprechenden
Gelenkfläche
des Tibiaimplantats endet, während
der das Femurimplantat bezüglich
des Tibiaimplantats um eine konstante Achse schwenkt und die Gelenkflächen des
Femurimplantats auf denen des Tibiaimplantats gleiten;
- – eine
zweite Phase, Zwischenphase genannt, die von dem Beugungswinkel,
bei dem die Kongruenz endet, bis zu dem Beugungswinkel reicht, bei
dem der Nocken mit dem Kontaktstück
in Berührung tritt,
während
der das Femurimplantat um eine Achse schwenkt und sich bezüglich des
Tibiaimplantats in der anterior-posterioren Richtung in Translation
verschieben kann; und
- – eine
dritte Phase, Rollphase genannt, die von dem Beugungswinkel, wo
der Nocken mit dem Kontaktstück
in Berührung
tritt, bis zum Ende der Beugung reicht, während der das Femurimplantat auf
dem Tibiaimplantat posterior rollt.
-
Während der
Zwischenphase können
die Reibungen zwischen dem Femur- und dem Tibiaimplantat sehr bedeutend
sein und einen Verschleiss der allgemein aus Polyethylen bestehenden
Gelenkflächen
des Tibiaimplantats verursachen. Ausserdem bewirkt die Abwesenheit
von Kongruenz zwischen den Gelenkflächen des Femur- und Tibiaimplantats, dass
der Nocken brüsk
mit dem Kontaktstück
in Berührung
kommt, was die Gefahr eines Bruches des Kontaktstücks zur
Folge hat. Da es während
dieser Phase in der anterior-posterioren Richtung nicht stabilisiert
ist, neigt das Femurimplantat ausserdem dazu, sich nach vorn zu
verschieben, was einerseits die Beanspruchungen an der Grenzfläche zwischen
dem vorderen Rand des Femurimplantats und der Kniescheibe erhöht und andererseits
den Hebelarm verringert und damit die Beugung des Knies für den Patienten
erschwert.
-
Die
vorliegende Erfindung zielt in erster Linie darauf ab, ein Prothesensystem
für das
Knie vorzuschlagen, das es wie die Prothese gemäss dem Dokument WO 96/20656
ermöglicht,
die Anzahl von Schneidwerkzeugen zu verringern, die für die Vorbereitung
des Femurs erforderlich sind, aber andererseits die natürliche Anatomie
des Knies besser berücksichtigt.
-
Daher
wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein Prothesensystem
für das
Knie vorgesehen, das einen Satz von Femurimplantaten zunehmender
Grösse
umfasst, wobei jedes dieser Femurimplantate zumindest eine Kondyle
und einen vorderen Rand umfasst, wobei die bzw. jede Kondyle eine hintere
und eine distale ebene Kontaktfläche
mit dem Femur und eine Gelenkfläche
umfasst, der vordere Rand eine vordere ebene Abschrägung für den Kontakt
mit dem Femur umfasst, die Ausrichtung der oder jeder hin teren ebenen
Fläche
in der Sagittalebene, die Ausrichtung und Länge der oder jeder distalen ebenen
Fläche
in der Sagittalebene und die Ausrichtung der vorderen ebenen Abschrägung für alle Femurimplantate
des benannten Satzes identisch sind und die Länge der vorderen Abschrägung in
der Sagittalebene für
alle Femurimplantate des genannten Satzes mit der Grösse zunimmt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius eines distalen Abschnitts
der Gelenkfläche
des oder jeder Kondyle in der Sagittalebene mit der Grösse für zumindest zwei
Femurimplantate des benannten Satzes ansteigt.
-
Somit
wird in diesem ersten Aspekt der Erfindung die Grössenzunahme
der Kontaktfläche
mit dem Femur von der der Gelenkfläche der Kondylen im distalen
Abschnitt des Femurimplantats getrennt. Da der Radius des distalen
Abschnitts der Gelenkfläche
jeder Kondyle mit der Grösse
für zumindest
zwei Femurimplantate des Satzes zunimmt, wird die Anatomie des Knies
besser berücksichtigt.
Man kann von nun an einen grösseren
Bereich von Femurgrössen abdecken.
-
Vorteilhafterweise
nimmt der Abstand zwischen einer Koronarbezugsebene, die tangential
zur Gelenkfläche
der oder jeder Kondyle verläuft,
wenn das Knie gestreckt ist, und dem distalsten Punkt des Sagittalprofils
der Gelenkfläche
der oder jeder Kondyle ebenfalls mit der Grösse für die benannten, zumindest
zwei Femurimplantate zu.
-
Vorzugsweise
nimmt der Krümmungsradius des
distalen Abschnitts der Gelenkfläche
der oder jeder Kondyle in der Koronarebene ebenfalls mit der Grösse für die benannten,
zumindest zwei Femurimplantate zu.
-
Vorzugsweise
nimmt auch die Länge
der hinteren ebenen Kontaktfläche
der oder jeder Kondyle mit dem Femur in der Sagittalebene mit der
Grösse für alle Femurimplantate
des benannten Satzes zu.
-
Die
bzw. jede Kondyle jedes Femurimplantats kann ausserdem zwischen
ihrer hinteren ebenen Fläche
und ihrer distalen ebenen Fläche
eine hintere ebene Abschrägung
für den
Kontakt mit dem Femur umfassen, wobei die Ausrichtung und die Länge dieser
hinteren ebenen Abschrägung
in der Sagittalebene für
alle Femurimplantate des benannten Satzes identisch sind.
-
Der
vordere Rand jedes Femurimplantats kann ausserdem eine Gelenkfläche sowie
zwischen der vorderen ebenen Abschrägung und einem oberen Ende
des vorderen Randes eine vordere ebene Kontaktfläche mit dem Femur aufweisen.
In diesem Fall kann die Gelenkfläche
des vorderen Randes eine Kehle aufweisen, die dafür bestimmt
ist, mit der Kniescheibe oder einem Kniescheibenimplantat zusammenzuwirken,
und eine Überhöhung mit
einem dreieckigen Sagittalprofil kann auf der Kontaktfläche des
vorderen Randes mit dem Femur bei dem durch die vordere ebene Abschrägung und
die vordere ebene Fläche
gebildeten Winkel und einem der Kehle entgegengesetzten Bereich
vorgesehen werden, wobei diese Überhöhung eine
Abschrägung
definiert, deren Sagittalprofil einen Ursprungspunkt auf der vorderen
ebenen Abschrägung
sowie eine Ausrichtung besitzt, die für alle Femurimplantate des
benannten Satzes identisch sind, sowie eine Länge, die für alle Femurimplantate des
benannten Satzes mit der Grösse
zunimmt.
-
Vorteilhafterweise
sind die Dicke eines distalen Abschnitts der oder jeder Kondyle
und die Dicke eines hinteren Abschnitts der oder jeder Kondyle für alle Femurimplantate
des benannten Satzes identisch, während für jedes Femurimplantat die
Dicke des distalen Abschnitts der oder jeder Kondyle im Wesentlichen
gleich der Dicke des hinteren Abschnitts der oder jeder Kondyle
ist.
-
In
einer typischen Ausführungsform
der Erfindung umfasst jedes Femurimplantat zwei Kondylen, der distale
Abschnitt der Gelenkfläche
jeder Kondyle ist im Wesentlichen ein Kugelabschnitt, und der Abstand
zwischen den jeweiligen Krümmungsmittelpunkten
der distalen Abschnitte der Gelenkflächen der Kondylen nimmt mit
der Grösse
für die
benannten, zunndest zwei Femurimplantate zu. Der Krümmungsradius
des distalen Abschnitts der Gelenkfläche jeder Kondyle wie auch
der Abstand zwischen den jeweiligen Krümmungsmittelpunkten der distalen Abschnitte
der Gelenkflächen
der Kondylen können jedoch
für zumindest
zwei Femurimplantate des benannten Satzes identisch sein. Der zitierte
Krümmungsradius
und der zitierte Abstand können
so zum Beispiel alle zwei Grössen
des Femurimplantats zunehmen.
-
Das
erfindungsgemässe
Prothesesystem kann ausserdem zumindest ein Tibiaimplantat umfassen,
vorzugsweise einen Satz von Tibiaimplantaten unterschiedlicher Grössen, wobei
das oder jedes Tibiaimplantat zumindest eine Gelenkfläche umfasst, die
in der Lage ist, mit der oder den Gelenkflächen der Kondyle oder Kondylen
zumindest eines entsprechenden Femurimplantats zusammenzuwirken,
um eine Beugung des Knies zu ermöglichen.
Vorzugweise ist die oder jede Gelenkfläche des oder jedes Tibiaimplantats
im Wesentlichen ein Kugelabschnitt des gleichen Radius wie der Radius
des distalen Abschnitts der Gelenkfläche der oder jeder Kondyle
des oder jedes entsprechenden Femurimplantats.
-
Die
vorliegende Erfindung zielt in zweiter Linie darauf ab, die oben
erwähnten
Nachteile bei den posterior stabilisierten Knieprothesen zu beheben.
-
Daher
wird gemäss
einem zweiten Aspekt der Erfindung eine posterior stabilisierte
Knieprothese vorgesehen, die ein Femurimplantat und ein Tibiaimplantat
umfasst, wobei das Femurimplantat zumindest eine kondyläre Gelenkfläche und
einen Nocken umfasst, das Tibiaimplantat zumindest eine Gelenkfläche, die
dafür bestimmt
ist, mit der oder den kondylären
Gelenkflächen
des Femurimplantats zusammenzuwirken, um eine Beugung der Prothese
zu ermöglichen,
sowie ein Kontaktstück
umfasst, das dafür
bestimmt ist, von einem bestimmten Beugungswinkel der Prothese an
mit dem Nocken zusammenzuwirken, um das Femurimplantat gegenüber dem Tibiaimplantat
posterior zu stabilisieren, wobei das Sagittalprofil der oder jeder
kondylären
Gelenkfläche für eine Beugung
der Prothese, die zumindest bis zu einem bestimmten Winkel reicht,
mit dem Sagittalprofil der entsprechenden Gelenkfläche des
Tibiaimplantats kongruent ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken
und das Kontaktstück
dafür eingerichtet
sind, dass der Nocken bei einem Beugungswinkel der Prothese, der
im Wesentlichen gleich dem bestimmten Winkel ist, mit dem Kontaktstück in Berührung tritt.
-
Somit
tritt in diesem zweiten Aspekt der Erfindung der Nocken mit dem
Kontaktstück
in Berührung,
während
die kondylären
Gelenkflächen
mit den entsprechenden Gelenkflächen
des Tibiaimplantats kongruent sind. Das Femurimplantat geht somit
von einer Gleitphase direkt in eine Rollphase über. Alle Nachteile derzeitiger
Prothesen, die mit der Existenz einer Zwischenphase zwischen der
Gleitphase und der Rollphase verbunden sind, werden daher ausgeschaltet.
-
Typischerweise
ist die Gelenkfläche
des Kontaktstücks
eine hintere ebene Fläche,
die mit dem distalsten Punkt des sagittalen Profils der oder jeder
kondylären
Gelenkfläche
ausgefluchtet ist, wenn das Knie ausgestreckt ist.
-
Das
Sagittalprofil der oder jeder kondylären Gelenkfläche umfasst
einen im Wesentlichen kreisbogenförmigen Abschnitt, der sich
mindestens von im Wesentlichen dem distalsten Punkt des sagittalen Profils
und mindestens bis zu im Wesentlichen einem Punkt des sagittalen
Profils erstreckt, der bezüglich des
distalsten Punktes posterior und an einer solchen Stelle liegt,
dass die Gerade, die durch diesen posterioren Punkt und den Krümmungsmittelpunkt
des Kreisbogenabschnitts geht, den bestimmten Winkel mit der Geraden
bildet, die durch den distalsten Punkt und den Krümmungsmittelpunkt
geht. Im Wesent lichen vom posterioren Punkt aus und bis zu einem
oberen posterioren Ende des sagittalen Profils ist das benannte
Sagittalprofil vorzugsweise im Wesentlichen ein Kreisbogen mit einem
Radius, der kleiner als der Radius des Kreisbogenabschnitts ist.
-
Weitere
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei
der Lektüre
der folgenden eingehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen
offenbar werden, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
gegeben wird, in denen:
-
1 eine
sagittale (Profil-) Ansicht einer erfindungsgemässen Knieprothese ist;
-
2 eine
koronare (Vorder-) Ansicht der erfindungsgemässen Knieprothese ist;
-
3 eine
perspektivische Ansicht eines Femurimplantats ist, das einen Teil
der erfindungsgemässen
Knieprothese darstellt;
-
4 eine
sagittale Ansicht einer Tibia-Basis eines Tibiaimplantats ist, das
einen Teil der erfindungsgemässen
Knieprothese darstellt;
-
5 eine
perspektivische Ansicht eines Tibia-Inserts eines Tibiaimplantats
ist, das einen Tetil der erfindungsgemässen Knieprothese darstellt;
-
6 eine
sagittale Ansicht des in 5 veranschaulichten Tibia-Inserts
ist;
-
7A und 7B in
sagittaler Ansicht das Femurimplantat der erfindungsgemässen Knieprothese
darstellen;
-
die 8A bis 8D Ansichten
im sagittalen Schnitt sind, die vier verschiedene Beugungspositionen
der erfindungsgemässen
Knieprothese zeigen;
-
9 und 10 eine
schematische sagittale bzw. koronare Ansicht der erfindungsgemässen Knieprothese
sind, die vier unterschiedliche Grössen des Femurimplantats sowie
zwei unterschiedliche Grössen
des Tibiaimplantats darstellen, wobei das Tibiaimplantat in seinem
oberen Abschnitt geschnitten wurde, um den unteren Abschnitt des
Femurimplantats darzustellen; und
-
11 und 12 eine
schematische geschnittene Ansicht und eine schematische Draufsicht einer
Schnittführung
sind, die eingesetzt werden kann, um den Femur vor Einsetzen der
erfindungsgemässen
Knieprothese vorzubereiten.
-
Auf 1 bis 3 Bezug
nehmend, umfasst eine erfindungsgemässe bikondyläre, posterior stabilisierte
Knieprothese ein Femurimplantat 1 und ein Tibiaimplantat 2,
die da für
bestimmt sind, am Femur bzw. an der Tibia befestigt zu werden. Das
Kniescheibenimplantat der Prothese ist nicht dargestellt, weil es
den existierenden ähnlich
ist.
-
Das
Femurimplantat 1 umfasst zu beiden Seiten eines interkondylären Einschnitts 3 zwei
Kondylen 4a, 4b, die durch einen vorderen Rand 5,
auch Trochlea genannt, verbunden sind. Jede der Kondylen 4a, 4b besteht
aus einem hinteren Abschnitt 6a, 6b und einem
distalen Abschnitt 7a, 7b.
-
Der
vordere Rand 5 und die Kondylen 4a, 4b definieren
zusammen eine Kontaktfläche
mit dem Femur und eine Gelenkfläche.
Die Kontaktfläche
mit dem Femur umfasst zwei hintere ebene Flächen 8a, 8b,
zwei hintere ebene Abschrägungen 9a, 9b,
zwei distale ebene Flächen 10a, 10b,
eine vordere ebene Abschrägung 11 und
eine vordere ebene Fläche 12. Die
Gelenkfläche
ist konvex. Sie umfasst die betreffenden Gelenkflächen 13a, 13b der
Kondylen und die Gelenkfläche 14 des
vorderen Randes.
-
Auf
den beiden distalen ebenen Flächen 10a, 10b der
Kontaktfläche
mit dem Femur sind zwei Kontaktstücke 15a, 15b vorgesehen,
die dafür
bestimmt sind, in entsprechende Löcher eingeführt zu werden, die in das distale
Ende des Femurs posterior zur intramedullären Achse eingelassen sind,
um das Femurimplantat gegen Verdrehung zu stabilisieren, d.h. es
daran zu hindern, sich bezüglich
des Femurs zu verdrehen. Eine Überhöhung 16,
die an den distalen Abschnitt des interkondylären Einschnitts 3 auf der
Kontaktfläche
mit dem Femur angrenzt und dafür bestimmt
ist, in eine entsprechende Vertiefung aufgenommen zu werden, die
in das distale Ende des Femurs eingelassen ist, ermöglicht eine
zusätzliche Stabilisierung
des Femurimplantats gegen Verdrehung.
-
Die
Gelenkfläche 14 des
vorderen Randes weist, wie es 2 und 3 zeigen,
eine Kehle 17 auf, die sich zentral vom oberen Ende der
Gelenkfläche 14 bis
zum interkondylären
Einschnitt 3 erstreckt. Diese Kehle 17 hat die
Aufgabe, in an sich bekannter Weise das Kniescheibenimplantat während der
Bewegungen des Knies zu führen.
Um die wegen der Kehle 17 fehlende Materie zu kompensieren,
ist auf der Kontaktfläche
mit dem Femur in einem der Kehle 17 entgegengesetzten,
zentralen Bereich eine Überhöhung 18 vorgesehen.
Diese Überhöhung 18 hat ein
dreieckiges sagittales Profil und definiert eine Abschrägung 18' bei dem durch
die vordere Abschrägung 11 und
die vordere Fläche 12 gebildeten
Winkel.
-
Das
Tibiaimplantat 2 umfasst eine Tibia-Basis 19 und
einen Tibia-Insert 20, der drehbar auf die Tibia-Basis
montiert ist. Die Tibia-Basis 19 umfasst eine Platte 21 und einen
Stab 22 für
die Verankerung in der Tibia, der fest mit der Platte 21 verbunden
ist. Der Tibia-Insert 20, auch meniskaler Insert genannt, weist
auf seiner Unterseite ein (nicht dargestelltes) leicht kegelstumpfförmiges Loch
auf, das vorn in der sagittalen Ebene und zentral in der koronaren
Ebene liegt. Dieses kegelstumpfförmige
Loch nimmt ein entsprechendes, leicht kegelstumpfförmiges Kontaktstück 23 auf,
das von der Oberseite der Tibiaplatte 21 hervorsteht (4),
wobei dieses leicht kegelstumpfförmige
Kontaktstück 23 eine
Verdrehung des Tibia-Inserts relativ zur Tibia-Basis ermöglicht.
-
Die
Oberseite des Tibia-Inserts 20 weist zwei Einsenkungen 24a, 24b auf
(5, 6), deren Oberflächen die
Gelenkflächen
des Tibia-Inserts bilden, die dafür bestimmt sind, mit den Gelenkflächen 13a, 13b der
Kondylen und einem unteren Abschnitt der Gelenkfläche 14 des
vorderen Randes zusammenzuwirken. Genauer stellt ein Hauptabschnitt 240a, 240b der
Oberfläche
jeder Einsenkung 24a, 24b eine Gelenkfläche für die Beugung
der Prothese dar, wobei ein vorderer peripherer Abschnitt 241a, 241b,
der in der sagittalen Ebene einen grösseren Krümmungsradius als der Hauptabschnitt 240a, 240b besitzt,
einen Bereich der Loslösung
darstellt, an dem sich der untere Abschnitt der Gelenkfläche 14 des
vorderen Randes anlehnen kann, wenn das Knie überstreckt ist.
-
Ein
Kontaktstück 25,
auch Dorn genannt, steht ausserdem auf der Oberseite des Tibia-Inserts hervor.
Das Kontaktstück 25 tritt
in den interkondylären
Einschnitt 3 des Femurimplantats ein und ist dafür geeignet,
mit einem interkondylären
Nocken 26 zusammenzuwirken, der zwischen den Kondylen 4a, 4b im
hinteren Abschnitt des Femurimplantats vorgesehen ist, um posterior
die Prothese zu stabilisieren, d.h. das Femurimplantat daran zu
hindern, sich bei Beugung des Knies bezüglich des Tibiaimplantats nach
vorn zu verschieben, wie weiter unten erklärt werden wird.
-
Das
Femurimplantat 1 besteht typischerweise aus Metall, zum
Beispiel aus Kobaltchrom, oder aus Keramik. Die Tibia-Basis 19 besteht
typischerweise aus Metall, zum Beispiel aus Kobaltchrom. Der Tibia-Insert 20 seinerseits
besteht aus Polyethylen und insbesondere aus einem Polyethylen ultrahohen Molekulargewichts.
-
Erfindungsgemäss sind
die Gelenkflächen 13a, 13b der
Kondylen und die Gelenkflächen 240a, 240b des
Tibia-Inserts 20 so ausgebildet, dass jede kondyläre Gelenkfläche 13a, 13b in
der Sagittalebene für
eine Beugung des Knies (der Prothese) von 0° bis 90° mit der entsprechenden Gelenkfläche 240a, 240b kongruent
ist.
-
So
weist, wie es die 1 und 7A zeigen,
das sagittale Profil der Gelenkfläche 13a, 13b jeder
Kondyle einen Kreisbogenabschnitt 27a, 27b auf,
der sich zumindest vom distalsten Punkt, P1a, P1b, des sagittalen
Profils, bevorzugt von einem Punkt P0a, P0b vor dem distalsten Punkt
P1a, P1b, wie in 7A dargestellt, bis zu einem
Punkt P2a, P2b des sagittalen Profils erstreckt, der sich bezüglich des
distalsten Punktes P1a, P1b posterior befindet, und bis zu einer
solchen Position, dass die Gerade D2a, D2b, die durch diesen posterioren
Punkt P2a, P2b und den Krümmungsmittelpunkt,
Ca, Cb, des Kreisbogenabschnitts 27a, 27b führt, senkrecht zu
der Geraden D1a, D1b ist, die durch den distalsten Punkt P1a, P1b
und den Krümmungspunkt,
Ca, Cb, führt,
und das sagittale Profil, 28a, 28b, jeder Gelenkfläche 240a, 240b des
Tibia-Inserts ist ein Kreisbogen von im Wesentlichen dem gleichen
Radius wie der Radius, R0, des Kreisbogenabschnitts 27a, 27b des
sagittalen Profils jeder kondylären
Gelenkfläche 13a, 13b.
-
Das
sagittale Profil 28a, 28b jeder Gelenkfläche des
Tibia-Inserts 20 kann genau den gleichen Radius R0 wie
der Kreisbogenabschnitt 27a, 27b jeder kondylären Gelenkfläche besitzen.
Allerdings ist vorzugsweise der Radius des sagittalen Profils 28a, 28b sehr
geringfügig
grösser
als der des Kreisbogenabschnitts 27a, 27b, und
zwar um einen maximalen Betrag von 0,3 mm bei einem Radius R0 von
22 bis 30 mm, um die Belastungen zu verringern, die wegen des Unterschieds
in der Elastizität
zwischen dem Material, aus dem das Femurimplantat 1 hergestellt
ist, und dem, aus dem der Tibia-Insert hergestellt ist, auf die
Gelenkflächen 240a, 240b ausgeübt werden.
-
Diese
Gestalt der Gelenkflächen
der Kondylen 4a, 4b und des Tibia-Inserts 20 ermöglicht es
dem Femurimplantat, auf den Gelenkflächen des Tibia-Inserts 20 zu
gleiten, indem es während
einer Beugung des Knies von 0° bis
90° um die
Achse schwenkt, die durch die Krümmungsmittelpunkte
Ca, Cb geht. Während
dieser Gleitphase ist die Prothese stabil, da die Drehung des Femurimplantats
um eine konstante Achse herum erfolgt, d.h. die vorgenannte Achse,
die durch die Krümmungsmittelpunkte
Ca, Cb geht. Ausserdem ermöglicht
es die Tatsache, dass die kondylären
Gelenkflächen 13a, 13b und
die Gelenkflächen 240a, 240b des
Tibia-Inserts für
einen so grossen Beugungswinkel kongruent sind, die Kontaktbelastungen
zwischen dem Femurimplantat und dem Tibiaimplantat über eine
grosse Kontaktfläche
zu verteilen.
-
Ausgehend
vom posterioren Punkt P2a, P2b und bis zu seinem oberen posterioren
Ende 29a, 29b weist das sagittale Profil jeder
kondylären
Gelenkfläche 13a, 13b einen Krümmungsradius
R1 auf, der kleiner als der Radius R0 des Kreisbogenabschnitts 27a, 27b ist,
um den Grad der Beugung der Prothese zu vergrössern. Dieser Krümmungsradius
R1 ist bevorzugt über
den gesamten Abschnitt des sagittalen Profils vom posterioren Punkt
P2a, P2b bis zum oberen posterioren Ende 29a, 29b konstant,
was in anderen Worten heisst, dass der Abschnitt des sagittalen
Profils, der sich zwischen den Punkten P2a, P2b und 29a, 29b befindet,
bevorzugt ein Kreisbogen ist. In typischen Realisierungsbeispielen
wird der Krümmungsradius
R1 so gewählt,
dass der Grad der Beugung, der mit diesem Abschnitt des sagittalen
Profils verbunden ist, sich in einem Bereich von 65° bis 75° befindet,
um einen Gesamtgrad der Beugung für die Prothese von 155° bis 165° zu erhalten.
-
Vorzugsweise
ist der Abschnitt der Gelenkfläche 13a, 13b jeder
Kondyle, der das sagittale Profil in Kreisbogengestalt 27a, 27b besitzt,
ein Kugelabschnitt und besitzt daher einen Radius R0, der in der sagittalen
und koronaren Ebene identisch ist, wie in den 1 und 2 veranschaulicht,
und die Gelenkflächen 240a, 240b des
Tibia-Inserts sind ebenfalls Kugelabschnitte mit im Wesentlichen
dem gleichen Radius wie der Radius R0. Somit sind die Gelenkflächen der
Kondylen und des Tibia-Inserts in der Koronarebene ebenfalls kongruent.
Was den oberen hinteren Abschnitt der Gelenkfläche 13a, 13b jeder Kondyle
betrifft, d.h. den Abschnitt mit einem sagittalen Profil in Kreisbogengestalt
mit dem Krümmungsradius
R1, so hat er bevorzugt ein Profil in Kreisbogengestalt mit dem
Radius R0 in der Koronarebene.
-
Der
interkondyläre
Nocken 26 ist eine halbzylindrische Stange, die die beiden
Kondylen 4a, 4b verbindet. Die Gelenkfläche des
Nockens 26 besteht aus der Fläche halbkreisförmigen sagittalen
Profils des Halbzylinders. Der Nocken 26 ist tangential
zu der Ebene, die die Geraden D2a, D2b enthält, die mit dem sagittalen
Profil jeder Kondyle verbunden sind, und liegt bezüglich dieser
Ebene auf der Seite des oberen hinteren Endes 29a, 29b der
Kondylen (7A, 8A).
-
Das
Kontaktstück 25 des
Tibia-Inserts weist eine ebene hintere Fläche 30 auf, die mit
den distalsten Punkten P1a, P1b der kondylären Gelenkflächen 13a, 13b ausgefluchtet
ist, d.h. sich in der gleichen Koronarebene wie die Punkte P1a,
P1b befindet, wenn das Knie gestreckt ist. Diese ebene hintere Fläche 30 stellt
die Gelenkfläche
des Kontaktstücks 25 dar,
die dafür
bestimmt ist, mit der Gelenkfläche
des Nockens 26 zusammenzuwirken.
-
8A bis 8D zeigen
das Femurimplantat in unterschiedlichen Beugungslagen. Man wird bemerken,
dass wegen ihrer relativen Lage der Nocken 26 und das Kontaktstück 25 miteinander
bei einem Beugungswinkel α von
90° in Berührung treten (8C),
d.h. gerade am Übergang
zwischen dem Krümmungsradius
R0 und dem Krümmungsradius R1
des sagittalen Profils der Gelenkfläche jeder Kondyle. Das Femurimplantat
geht somit direkt von einer Phase des Gleitens auf dem Tibia-Insert
in eine Rollphase über.
Die Tatsache, dass erfindungsgemäss die
Zwischenphase unterdrückt
wird, die in den derzeitigen posterior stabilisierten Knieprothesen
zwischen der Gleitphase und der Rollphase existiert, bietet namentlich
die folgenden Vorteile:
- – der Verschleiss der Gelenkflächen des
Tibia-Inserts 20 wird reduziert,
- – der
Kontakt zwischen dem Nocken 26 und dem Kontaktstück 25 tritt
weniger brüsk
ein,
- – die
zwischen dem vorderen Rand 5 des Femurimplantat und dem
Kniescheibenimplantat (oder der Kniescheibe, sofern diese nicht
ersetzt ist) ausgeübten
Belastungen sind weniger hoch, und
- – der
Hebelarm ist grösser,
was das Beugen des Knies für
den Patienten erleichtert.
-
Die
auf das Kontaktstück 25 wirkenden
Belastungen werden übrigens
noch weiter verringert, indem der Nocken 26 und das Kontaktstück 25 erst
bei einem Beugungswinkel von 90° in
Berührung
kommen. Tatsächlich
sind zwischen 0° und
90° der
Beugung die Lasten in einem Knie am höchsten (je nach den Aktivitäten können diese
Lasten bis zum Achtfachen des Körpergewichts
gehen), wobei die Spitzenkraft beim Gehen bei 20°, beim Ersteigen eines Abhangs
bei 50°,
beim Ersteigen einer Treppe bei 60° und beim Herabklettern einer
Leiter bei 90° liegt.
-
Die
erfindungsgemässe
Knieprothese ist in unterschiedlichen Grössen vorgesehen, typischerweise
vier bis sechs Grössen,
die um je etwa 4 mm in der anterior-posterioren Breite und in der
medio-laterialen Länge
ansteigen. Die 9 und 10 zeigen
beispielhaft vier Femurimplantate 11 , 12 , 13 , 14 unterschiedlicher Grössen. Man
wird auch unter Bezugnahme auf 7B bemerken,
dass die sagittale Ausrichtung β1
jeder posterioren Oberfläche 8a, 8b, d.h.
der Winkel, den jede posteriore Fläche 8a, 8b in der
sagittalen Ebene mit einer Bezugsrichtung bildet, zum Beispiel der
senkrechten, die sagittale Länge
L2 und die sagittale Ausrichtung β2
jeder hinteren Abschrägung 9a, 9b,
die sagittale Länge L3
und die sagittale Ausrichtung β3
jeder distalen Fläche 10a, 10b, die
sagittale Ausrichtung β4
der hinteren Abschrägung 11,
die sagittale Ausrichtung β5
und der sagittale Ursprung PS auf der vorderen Abschrägung 11 der Abschrägung 18', die sagittale
Position der Verankerungsstücke 15a, 15b und
die Geometrie sowie die sagittalen Dimensionen der Überhöhung 16 in
Abhängigkeit
von der Grösse
konstant und somit für
alle Femurimplantate 11 bis 14 identisch sind. Die sagittale Ausrichtung β6 und die
sagittale Länge
L6 der vorderen Fläche 12 können konstant
sein oder in Abhängigkeit
von der Grösse
variieren.
-
So
ist die Anzahl von Schneidwerkzeugen, die während des chirurgischen Eingriffs
für die
Vorbereitung des Femurs erforderlich sind, verringert. So kann zum
Beispiel nur ein einziges Werkzeug vorgesehen werden, um im distalen
Abschnitt des Femurs den hinteren Schnitt, die hintere Abschrägung, den distalen
Schnitt, die vordere Abschrägung
und den vorderen Schnitt anzubringen, die den hinteren Flächen 8a, 8b,
den hinteren Abschrägungen 9a, 9b, den
distalen Flächen 10a, 10b,
der vorderen Abschrägung 11 und
der vorderen Fläche 12 des
Femurimplantats entsprechen, ebenso wie die Schnitte, die den Überhöhungen 16 bzw. 18 entsprechen.
Die 11 und 12 zeigen
beispielhaft ein solches Werkzeug, das die Schlitze 31 bis 34 für den hinteren Schnitt,
die hintere Abschrägung,
die vordere Abschrägung
bzw. den der Überhöhung 18 entsprechenden
Schnitt aufweist, ferner die Schlitze 35 bis 38 für den vorderen
Schnitt in Abhängigkeit
von der Grösse
des Femurs sowie die Schlitze 39 und 40 für den distalen
Schnitt und den der Überhöhung 16 entsprechenden
Schnitt.
-
Allerdings
nehmen bestimmte Eigenschaften des Femurimplantats mit der Grösse zu,
um die natürliche
Anatomie des Knies besser zu berücksichtigen,
die Gefahren einer Subluxation zu verringern und sich besser an
die Formen des distalen Abschnitts des Femurs anzuschmiegen, nämlich:
- – der
Radius R0 des Kugelabschnitts, der den distalen und unteren hinteren
Abschnitt der Gelenkfläche 13a, 13b jeder
Kondyle darstellt,
- – der
Radius R1 des sagittalen Profils des oberen hinteren Abschnitts
der Gelenkfläche 13a, 13b jeder
Kondyle,
- – der
Abstand DT zwischen einer Koronarbezugsebene PR, die zur Gelenkfläche jeder
Kondyle tangential ist, während
die Prothese ausgestreckt ist, und dem distalsten Punkt P1a, P1b
jeder Kondyle,
- – die
sagittale Länge
L1 jeder hinteren Fläche 8a, 8b,
- – die
sagittale Länge
L5 der Abschrägung 18',
- – der
(koronare) Abstand EC zwischen den Krümmungsmittelpunkten Ca, Cb
der Kugelabschnitte der Gelenkflächen
der Kondylen (die Breite des interkondylären Einschnitts 3 sowie
die Geometrie und die Abmessungen der Überhöhung 16 in der Koronarebene
hingegen bleiben vorzugsweise konstant) und
- – der
(koronare) Abstand zwischen den Verankerungsstücken 15a, 15b.
-
Die
Geometrie und die Dimensionen des Tibia-Inserts 20 sind
natürlich
an die des Femurimplantats angepasst. Es ist jedoch durch den gegenwärtigen Erfinder
beobachtet worden, dass man die Anzahl von Tibia-Inserts verringern
kann, die erforderlich sind, um die verlangten unterschiedlichen
Grössen
der Prothesen abzudecken und dabei eine gute Anpassung an die Anatomie
des Knies zu bewahren, indem der Radius R0, die Strecke DT, der
Abstand EC und der Abstand zwischen den Verankerungsstücken 15a, 15b nur
alle zwei Grössen
variiert werden, wie in den 9 und 10 dargestellt.
Im Beispiel der 9 und 10 kann
man sehen, dass die beiden kleineren Femurimplantate 11 , 12 einen
gleichen Krümmungsradius
R012 und gleiche Krümmungsmittelpunkte Ca11, Cb12 besitzen,
während
die beiden grösseren
Femurimplantate 13 , 14 einen gleichen Krummungsradius R034, der grösser als der Radius R012 ist, sowie gleiche Krümmungsmittelpunkte Ca34, Cb34 besitzen.
Somit kann ein gleicher Tibia-Insert 2012 für die beiden
kleineren Femurimplantate 11 , 12 verwendet werden, während ein
gleicher Tibia-Insert 2034 für die beiden
grösseren
Femurimplantate 13 , 14 verwendet werden kann. Die Radien
R012 und R034 betragen
zum Beispiel 24 bzw. 26 mm. Vorzugsweise wird die Grösse der
Platte der Tibia-Basis
ebenfalls alle zwei Grössen
variiert, wie in den 9 und 10 veranschaulicht,
wo zwei Plattengrössen 21 12 und 2134 dargestellt
sind.
-
Um übrigens
während
des chirurgischen Eingriffs einen gleichen Abstand zwischen den
Schnitten des Femurs und der Tibia in Streckung und in Beugung zu
erhalten, ist die Dicke E1 des distalen Abschnitts 7a, 7b jeder
Kondyle gleich der Dicke E2 des posterioren Abschnitts 6a, 6b jeder
Kondyle (7B), wobei diese beiden Dicken
E1, E2 ungeachtet der Grösse
des Femurimplantats konstant bleiben und typisch einen Wert von
9,15 mm besitzen.
-
Angesichts
der 9 und 10 wird man beobachten, dass
die Dicke jeder Kondyle im Bereich der hinteren Abschrägung 9a, 9b abnimmt,
wenn der Radius R0 des Kugelabschnitts der Gelenkfläche der Kondylen
in Abhängigkeit
von der Grösse
zunimmt, während
die distale Dicke E1 und die posteriore Dicke E2 der Kondylen des
Femurimplantats konstant gehalten werden, was das Femurimplantat
auf der Höhe
der zwischen der hinteren Abschrägung 9a, 9b, der
hinteren Fläche 8a, 8b und
der distalen Fläche 10a, 10b gebildeten
Winkel leichter zerbrechlich machen kann. In der vorliegenden Erfindung
wird bei der Konzeption des Femurimplantats darüber gewacht, dass die Dicke
jeder Kondyle auf der Höhe
der vorgenannten Winkel zumindest einem im Voraus bestimmten minimalen
Wert gleich bleibt. Um dies zu tun, wird die hintere Abschrägung 9a, 9b jeder
Kondyle erst konstruiert, nachdem die Gelenkfläche 13a, 13b sowie
die hintere und distale Kontaktfläche 8a, 8b, 10a, 10b jeder
Kondyle mit dem Femur konstruiert worden ist.
-
Die
vorliegende Erfindung ist vorstehend lediglich beispielhaft dargelegt
worden. Es wird für
den Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen angebracht
werden können,
ohne den beanspruchten Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere:
- – könnten die
hinteren Abschrägungen 9a, 9b entfallen;
in einem solchen Fall umfasste die Kontaktfläche des Femurimplantats mit
dem Femur nur zwei hintere Flächen,
zwei distale Flächen,
eine vordere Abschrägung
und eine vordere Fläche, während jede
hintere Fläche
einen (rechten) Winkel mit der entsprechenden distalen Fläche bildete;
- – die
vordere Fläche 12 könnte ebenfalls
entfallen; in diesem Falle endete der vordere Rand 5 beim
oberen Ende der vorderen Abschrägung 11, und
die erfindungsgemässe
Prothese wäre
eine femorotibiale Prothese, während
das femoropatellare Gelenk ohne Prothese bliebe;
- – eine
einzige Kondyle könnte
an der Stelle von zwei vorgesehen werden;
- – der
Nocken könnte
in einer anderen Gestalt als der einer interkondylären Stange
auftreten, nämlich
zum Beispiel in der Gestalt einer Oberfläche einer dritten Kondyle,
die sich zwischen einer medialen Kondyle und einer lateralen Kondyle
des Femurimplantats befindet;
- – der
Tibia-Insert könnte
bezüglich
der Tibia-Basis fixiert sein, selbst wenn die Lösung, bei der der Tibia-Insert
bezüglich
der Tibia-Basis drehbar ist, im Falle einer posterior stabilisierten
Prothese vorzuziehen schiene; als eine Variante könnte der
Tibia-Insert in
an sich bekannter Weise auch sowohl in Rotation als auch in Translation
relativ zur Tibia-Basis beweglich sein;
- – das
Koronarprofil des distalen und hinteren Abschnitts der Gelenkfläche jeder
Kondyle könnte flach
oder ein Kreisbogen mit einem anderen Radius als dem des Kreisbogenabschnitts
des sagittalen Profils sein.