DE69215687T2 - Fingergelenkprothese für metakarpale und interphalangäre gelenke - Google Patents

Fingergelenkprothese für metakarpale und interphalangäre gelenke

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Fingergelenkprothesen, die eingesetzt werden, um die Fingergelenke und die Mittelhand-Finger-Gelenke zu ersetzen.
  • Diverse Krankheiten wie z.B. die post-traumatische Arthrose, die fortschreitende bzw. fortgeschrittene Polyarthritis, die septische Arthritis und gewisse reumathische Zustände führen zu einer progressiven Verschlechterung und sogar zur Zerstörung der Fingergelenke. Es wurden daher auf dem chirugischen Gebiet seit einer gewissen Anzahl von Jahren Gelenkprothesen oder -implantate unterschiedlicher Art entwickelt, um zu versuchen, den Gebrauch der Finger bei den von solchen Krankheiten betroffenen Patienten wiederherzustellen.
  • Die Zerstörung der proximalen Fingerzwischengelenke (IPP) und Mittelhand-Finger-Gelenke (MP) der langen Finger konfrontieren den Handschirugen mit noch unvollständig gelösten therapeutischen Problemen [(1) PELLEGRINI V.D., BURTON R.I., Osteoarthritis of the proximal interphalangeal joint of the hand, arthroplasty or fusion, J. Hand Surg. 1990, 15-A,2,194-209]. Die Wiederherstellung funktionaler Ausschläge bzw. Bewegungsfreiheiten erfordert das Ersetzen von Gelenkflächen, egal ob die Zerstörung die Folge einer post-traumatischen Arthrose, der Entwicklung einer fortschreitenden Polyathritis oder einer septischen Arthritis ist.
  • Zunächst sei an die bis heute hauptsächlich in Betracht gezogenen und angewandten Lösungen erinnert, wobei jedesmal ihre Nachteile angegeben werden.
  • Das Erscheinen der Silikonimplantate [(2) SWANSON A.B. Silicone rubber implants for replacement of arthritic or destroyed joints in the hand. Surg. Clin. North Am., 1968, 48, 1113-1127] brachte einen gewissen Fortschritt auf diesem Gebiet. Jedoch sind mit der Zeit zahlreiche mit diesem Material verbundene Komplikationen aufgetreten: z.B. Implantatbrüche bzw. -risse, seitliche Instabilitäten, Kraftmangel, zurückbleibende Schmerzen. Die Reaktionen auf die Fremdkörper aus Silikon, mögliche Quelle autoimmuner Pathologie, machen ihre Anwendung vor allem bei jungen Personen vom Zufall abhängig. [(3) EKFORS O. ARO H. MAKI J. AHO A.J. Cystic osteolysis induced by silicone rubber prosthesis. Arch. Pathol. Lab. Med. 1984, 108, 225-227].
  • Die enttäuschenden Resultate bei diesem Implantat-Typ, vor allem in der post-traumatischen Phase, führten zu der Suche nach anderen arthroplastischen Lösungen [(4) BLAIR W.F., SHURR D.G., BUCKWALTER J.A. Metacarpophalangeal joint arthroplasty with a metallic hinged prosthesis. Clin. Orthop. 1984, 184, 156-163], und [(5) CONDAMINE J.L., BENOIT J.Y., COMTET J.J., AUBRIOT J. Vorschläge für ein künstliches Fingergelenk. Kritische Untersuchung der ersten Resultate. Ann. Chir. Main, 1988,7,4, 282-297].
  • Zwei Konzepte für künstliche Gelenke sind möglich: einerseits die zwangsverbundenen künstlichen Gelenke, wo die beiden Gelenkteile mechanisch miteinander verbunden sind, und andererseits die halb- oder nicht-zwangsverbundenen, wo die beiden Teile ohne mechanische Verbindung sind.
  • Die Probleme der seitlichen Stabilität, denen die nichtoder halb-zwangsverbundenen (5) ausgesetzt sind, haben den Anmelder veranlaßt, sich für ein Gelenk-Zwangsverbindungsimplantat zu entscheiden, das über nur einen Freiheitsgrad verfügt, nämlich den des Beugens-Streckens.
  • Dieser Typ von Gelenk-Implantat verursacht zwei Probleme: das der Haltbarkeit und der Zuverlässigkeit des Gelenks selbst (4), (5), und das der Verankerung der diaphysären Teile, ob sie nun eingelassen bzw. einzementiert (scellées) sind oder nicht (5).
  • Die vorhandenen künstlichen Gelenke werden neben Silikon auch aus nichtoxidierbarem Stahl und Polyethylen (5) oder aus Titan und Polyethylen (4) hergestellt.
  • Das Dokument GB-A-2 015 881 macht bekannt mit einem Gelenk für eine Gelenkprothese, das ein erstes Teil enthält, das an einem ersten Knochen befestigt wird und eine an einem Ende gekrümmte Auflagefläche aufweist, und ein zweites Teil, das an einem zweiten Knochen befestigt wird und an einem Ende eine Gabel aufweist, und ein drittes Teil mit einer gekrümmten Auflagefläche, wobei die gekrümmten Auflageflächen des ersten und des dritten Teils zusammenwirken. Bei diesem Gelenk ist das dritte Teil in der Gabel des zweiten Teils angeordnet. Eine Achse gewährleistet den Zusammenhalt des Ganzen.
  • Schließlich kann man zur Darstellung des Stands der Technik die Dokumente FR-A-2 590 794, FR-A-2 605 878 und FR-A-2 620 932 zitieren. Diese drei Dokumente machen bekannt mit der Verwendung von diaphysären Teilen oder Stiften, dazu bestimmt, in dem Markkanal der Fingerknochen befestigt zu werden, wobei diese diaphysären Teile an ihrem gemeinsamen Ende in einem Rotations- und/oder einem Kugelkopfverbindungssystem mit 1 oder 2 Freiheitsgraden münden, die eine Fingerbewegungsfreiheit ermöglichen, die derjenigen der natürlichen Gelenke möglichst nahe kommt.
  • Die vorliegende Erfindung hat genau eine Fingergelenkprothese für die Mittelhand-Finger-Gelenke oder die Fingerzwischengelenke zum Gegenstand, die ermöglicht, sich freizumachen von den oben in Erinnerung gerufenen Nachteilen der vorhergehenden Technik, indem man in einem Gelenk von neuartiger Konzeption die Materialien vereinigt, die gebildet werden durch das Titan und seine Legierungen einerseits und den pyrolytischen Kohlenstoff andrerseits.
  • Diese Fingergelenkprothese, implantierbar in die Fingerknochen, weist die Merkmale der Präambel des Anspruchs 1 auf und ist gekennzeichnet durch die Charakteristika des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung sind Gelenkgabel und Gelenkkopf sowie die seitlichen Scheiben aus Titanlegierung, und der Ring, die Achse und die Arretierungstücke sind aus Pyrocarbon, so daß die Reibungen bei der Gelenkrotation nur zwischen den Pyrocarbonteilen stattfinden.
  • Das potentielle Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Gelenkprothese ist sehr breit und betrifft praktisch alle Fälle definitiver Gelenkzerstörung von Gelenken des Typs MP und des Typs IPP, unabhängig von der Ursache.
  • Das eigentliche Gelenk der Prothese wird gebildet durch zwei Markraumteile aus Titanlegierung (TA6V), vereinigt durch eine Pyrocarbonachse, die sich frei in einem Lager drehen kann, das ebenfalls aus Pyrocarbon ist. Das Pyrocarbon erhält man im abgeschiedenen Zustand auf einem kompatiblen Substrat (im allgemeinen Graphit) durch thermische Zersetzung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs. Die Gelenkachse wird nach dieser Technik durch Beschichtung eines Graphitzylinders hergestellt. Nach Anspruch 2 ermöglicht die Struktur der Prothese, jeden anderen Reibungskontakt als Pyrocarbon auf Pyrocarbon zu vermeiden. Der kleine Reibungskoeffizient und die große Verschleißfestigkeit eines solchen Paares, gründlich geprüft auf einer Versuchsbank für speziell diese Struktur, verbunden mit der universell anerkannten Biokompatibilität des Pyrocarbons, verleihen dieser Prothese eine vorzügliche Zuverlässigkeit und eine sehr gute Verträglichkeit. Das Titan seinerseits ist ein Garant für die Steifigkeit und Festigkeit der Markraumstifte. Seine Biokompatibilität und seine mechanischen Qualitäten sind dem Fachmann wohlbekannt. Durch die Verbindung von Titan und Pyrocarbon entsteht also eine Materialpaarung von großer Robustheit und Zuverlässigkeit über die Zeit.
  • Das so hergestellte Gelenk hat beim Strecken wie beim Beugen einen Ausschlag von 120º. Falls nötig, z.B. bei Tonusschwäche des Beugeapparats, ist es möglich, durch Anbringen eines Mini- Anschlags eine passive Streckungsbremse des Gelenks zu schaffen.
  • Schließlich erfolgt die Befestigung der Markraumstifte mittels Methylmetacrylat, um in der unmittelbaren postoperativen Phase eine aktive Mobilisierung ohne Einschränkung zu ermöglichen.
  • Die Erfindung wird durch das folgende, schematisch beschriebene Ausführungsbeispiel der Fingergelenkprothese besser verständlich, wobei dieses Beispiel erläuternd und nicht einschränkend ist und sich auf die beigefügten Figuren 1 und 2 bezieht, in denen:
  • - die Figur 1 eine Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Fingergelenkprothese ist, und
  • - die Figur 2 eine explodierte Ansicht der verschiedenen Bestandteile dieser Gelenkprothese ist.
  • In Figur 1 sieht man die beiden diaphysären Teile 1 und 3, auf klassische Weise mit Nuten versehen, die dazu bestimmt sind, ihre Befestigung in dem Markkanal der Fingerglieder oder Mittelhandknochen zu erleichtern, in die sie eingeführt werden. Der diaphysäre Teil oder Stift 1 endet an seinem auf der Seite des Gelenks befindlichen Ende durch eine Gelenkgabel, versehen mit zwei fluchtenden, bezüglich der Achse des Stiftes quergerichteten Öffnungen. Diese letzteren Details sind in der explodierten Ansicht der Figur 2 besser zu sehen. Das diaphysäre Teil 3, dem Teil 1 gegenüberstehend, endet durch einen Gelenkkopf, ebenfalls besser sichtbar in Figur 2, die später beschrieben wird. Dieser Gelenkkopf ist bezüglich des diaphysären Teils 3 mit einer quergerichteten Öffnung versehen, die dazu bestimmt ist, zusammenzuwirken mit der Gelenkgabel des diaphysären Teils 1. Eine Achse 6 ist in die beiden Öffnungen der Gelenkgabel gepreßt und gleitet weich in dem Ring 4, der in die Öffnung des Gelenkkopfs gepreßt ist; sie bildet die eigentliche Drehachse der Prothese. Ein Ring 4 umgibt die Achse 6 und ist eingefügt in die Öffnung des Gelenkkopfs und dient so als Sitz für die vorhergehende Achse 6.
  • Erfindungskonform weisen zwei seitliche Scheiben, ebenfalls besser zu sehen in Figur 2, versehen mit einer quadratischen Durchbrechung, Vorsprünge auf, die dazu bestimmt sind, sich einsetzen zu lassen in Kerben der Gelenkgabel. Die Durchbrechungen der seitlichen Scheiben 2 sind dazu bestimmt, Arretierungsstücke 5 für den Ring 4 aufzunehmen.
  • Wie schon vorhergehend erläutert, sind Gelenkgabel 1 und Gelenkkopf 3 sowie die seitlichen Scheiben 2 aus Titanlegierung hergestellt und vorzugsweise und noch genauer aus TA6V. Der Ring 4, die Arretierungsstücke 5 und die Achse 6 hingegen sind aus Pyrocarbon hergestellt, wegen der Reibungswiderstandseigenschaften dieses letzteren Materials. Außerdem, und dies ist eine wichtige Besonderheit der Erfindung, hat der Ring 4, der in die Bohrung des Gelenkkopfs 3 gepreßt ist, eine etwas größere Länge als diese Bohrung, so daß er auf jeder Seite von dieser vorsteht. Außerdem, und dies ist eine zweite wichtige Besonderheit der Struktur der erfindungsgemäßen Prothese, ist die Dicke der Arretierungsstücke 5 größer als die der seitlichen Scheiben 2, in die sie eingesetzt sind. Die beiden vorhergehenden Bedingungen führen dann zusammen zu dem wesentlichen Resultat der Erfindung, nach dem bei der Gelenkdrehung die einzigen Teile, die miteinander in Kontakt sind und folglich Reibungen erzeugen, die Pyrocarbonteile sind, unter Ausschluß jedes Teils aus Titanlegierung. Tatsächlich sind es die Arretierungsstücke 5, die mit dem Ring 4 in Kontakt kommen, und dieser letztere selbst ist drehbar auf die Achse 6 montiert. Auf diese Weise sind Festigkeit und Lebensdauer der erfindungsgemäßen Gelenkprothese vollständig gewährleistet.
  • In Figur 2 findet man die demontierten Bestandteile der Gelenkprothese wieder und sieht sowohl die genauen Formen jedes Teils und die Bohrungen der Gelenkgabel 1 und des Gelenkkopfs 3 als auch die quadratischen Aussparungen der seitlichen Scheiben 2 besser, die bestimmt sind zur Aufnahme der ebenfalls quadratischen Form der Arretierungsstücke 5. Der Ring 4 und die Achse 6 haben jeweils Abmessungen, die ein Ineinanderstecken ermöglichen, wobei das Ganze dann montiert und befestigt wird durch das Hineinpressen der Achse 6 in die Bohrungen des Gabelkopfes 1. An den Scheiben 2 sieht man ebenfalls Vorsprünge 8, die man in Kerben 10, die zu diesem Zweck an der Basis der Gelenkgabel 1 vorgesehen sind, fixieren bzw. befestigen kann.
  • Am Ende des Zusammenbauens kann es vorteilhaft sein, einen Schweißpunkt anzubringen, z.B. mit einem Laser, um die seitlichen Scheiben 2 und die Gelenkgabel 1 endgültig fest miteinander zu verbinden.
  • Ein Verschleißfestigkeitsversuch einer erfindungsgemäßen Gelenkprothese wurde auf einer Versuchsvorrichtung durchgeführt, die die Streck- und Beugebewegungen des Fingers mit einem Winkelausschlag von 120º und einem Takt von zwei Zyklen pro Sekunde simuliert. Prothesen, die diesem Test unterzogen und dann auseinandergebaut und überprüft wurden, zeigten nach 20 Millionen Zyklen unter einer binokularen Lupe mit 50facher Vergrößerung keine sichtbaren Verschleißspuren.
  • Schließlich ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf die Verwendung von Pyrocarbon für den Ring 4, die Arretierungsstücke 5 und die Achse 6; die biokompatiblen Materialien mit einem kleinen Reibungskoeffizienten können ebenfalls benutzt werden.
  • Ebenso kann das Titan oder eine seiner Legierungen ersetzt werden durch jedes andere biokompatible Material mit ausreichenden mechanischen Eigenschaften, um in einer erfindungsgemäßen Gelenkprothese verwendet zu werden.

Claims (2)

1. Fingergelenkprothese für metakarpale und interphalangäre Gelenke, zwei Diaphyse- bzw. diaphysäre Teile (1,3) enthaltend, implantierbar in die Fingerglieder- und/oder Mittelhandknochen, verbunden mit einem schwenkbaren Gelenk, umfassend:
- eine Gelenkgabel (1), ein Stück bildend mit dem ersten Diaphyse- Teil (1), versehen mit zwei fluchtenden, bezüglich dieses ersten Teils quergerichteten Öffnungen;
- einen Gelenkkopf (3), versehen mit einer bezüglich des zweiten Diaphyse-Teils quergerichteten Öffnung, zusammenwirkend mit der Gelenkgabel und ein Stück bildend mit dem zweiten Diaphyse-Teil;
- eine mit Kraftaufwand in die beiden Öffnungen der Gelenkgabel (1) eingetriebene Achse (6), die sich durch die Öffnung des Gelenkkopfes (3) hindurch erstreckt;
- einen Ring (4), der die Achse (6) umgibt, mit Kraftaufwand eingepreßt in die Öffnung des Gelenkkopfes (3) und auf jeder Seite dieser Öffnung herausstehend; dadurch gekennzeichnet,
daß das Gelenk außerdem zwei seitliche Scheiben (2) umfaßt, versehen mit einer quadratischen Durchbrechung und Vorsprüngen (8), die sich einsetzen lassen in Kerben (10) der Gelenkgabel, wobei diese Durchbrechungen dazu bestimmt sind, Arretierstücke (5) für das Instellunghalten des Rings aufzunehmen und die Dicke jedes Arretierstücks (5) größer ist als die der seitlichen Scheiben (2).
2. Gelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (3) und die Gelenkgabel (1) sowie die seitlichen Scheiben (2) aus Titanlegierung sind, und der Ring (4), die Achse (6) und die Arretierstücke (5) aus Pyrocarbon sind, so daß die Reibungen bei der Rotation des Gelenks nur zwischen den Teilen aus Pyrocarbon stattfinden.
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