DE69712258T2

DE69712258T2 - Knieprothese

Info

Publication number: DE69712258T2
Application number: DE69712258T
Authority: DE
Inventors: Benjamin Carreres Sancho; Bernardo Cogollos Munoz; Javier De Gracia Castillo De Olivares
Original assignee: Industrias Quirurgicas de Levante SL
Current assignee: Industrias Quirurgicas de Levante SL
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: EP0812582A3; EP0812582A2; ES2120367B1; DE69712258D1; PT812582E; EP0812582B1; ES2120367A1

Description

Einleitung

Eine Knieersatz-Prothese besteht aus einem neuen Modell eines modular aufgebauten Prothese-Knies, das aus einigen Komponenten gebildet ist, die - sobald sie zusammengesetzt sind - die Konfiguration eines ein Scharnier umfassenden Kniegelenks haben. Für einen solchen Zweck werden eine Femur-Komponente aus Metall, eine Tibia- Komponente aus Metall und einige Elemente (Bolzen, Zylinder, Polyethylen-Einsatz usw.) zur Befestigung zwischen diesen vorgesehen. Eine solche Anordnung erzielt die Freiheitsgrade, die erforderlich sind, um bei der Prothese ein stabiles, funktionelles und geringe Reibung aufweisendes Gelenk sicherzustellen.
Die Knieersatz-Prothese kann angewendet werden bei Operationen im Fall von Tumoren, die das distale Drittel eines Femurs und/oder das proximale Drittel einer Tibia befallen haben.

Hintergrund der Erfindung

Die Knieersatz-Prothese der vorliegenden Erfindung stellt eine Verbesserung in bezug auf die Prothese der Druckschrift EP-A 0 729 732 (Instituto Quirurgico de Levante) dar, die ein modulares System für beispielsweise einen vollständigen Ersatz eines Femur- Knochens (obere Hüft-Verbindung und untere Knie-Verbindung) zur Verfügung stellt, die dieselben verbindenden Elemente verwendet.
Das Patent US-A 4,714,475 offenbart eine Platte zur Befestigung einer künstlichen Sehne in einem Hohlraum, der in der Tibia-Komponente gemacht wurde, an der die Sehne mittels eines einzelnen Bolzens befestigt wird, der auch als Stütz-Einrichtung zum Recken der künstlichen Sehne verwendet wird. Diese Anordnung birgt das Risiko, daß dann, wenn der Bolzen befestigt wird, die Platte einer Rotationsbewegung folgen könnte. Diesbezüglich offenbart die vorliegende Erfindung wesentliche Vorteile und Verbesserungen im Vergleich zu der US-A 4,714,475.
Das Patent US-A 5,314,481 offenbart ein Kniegelenk, das eine erhebliche Zahl von Elementen umfaßt. Der Aufbau des Gelenks ist derart, daß die Rotation in dem unteren Tibia-Abschnitt unterhalb des Gelenks bewirkt wird. Die Belastungen werden über einen Stift oder Bolzen übertragen, was das Risiko eines Zerstörens der Prothese aufgrund von Brüchen, Abnutzungen, Reibungen usw. erhöht. Es ist beabsichtigt, daß die Prothese in die Tibia eingesetzt wird und daß sie diese nicht ersetzt.
Das Patent EP 97 500 104 (Industrias Quirurgicas de Levante) betrifft ein Rotationselement, das im oberen Abschnitt des Kniegelenks angeordnet ist, in dem die Verbindung zu dem Femur-Element über Kondylen-Oberflächen mit einer kleinen Zahl von Teilen hergestellt wird. In dem Patent EP 97 500 104 ist die Rotationsbewegung durch die Hülsen-Öffnung und die Wandungen der Tibia-Komponente beschränkt. Die Belastungen werden über zwei große Oberflächen verteilt, und zwar die obere Tibia-Einsatz- Oberfläche und die Kondylus-Oberfläche, um Überbelastungen zu verhindern.
Das Patent EP 0 724 867 betrifft eine Revisions-Prothese, die in den Knochen eingesetzt wird, wenn eine Primär-Knieprothese versagt hat, während die vorliegende Erfindung eine Knochenersatz-Prothese betrifft, die eine Knochen-Resektion einschließt, deren Amplitude von der Größe des Knochentumors abhängt.
Das Patent US-A 5,370,701 schafft eine Biege-Dehnungs-Bewegung, die eine erhebliche Zahl von Zwischenkomponenten (H) wie in der Figur gezeigt erfordert, die Gegenstand der Belastungen sind, die durch die Femur-Komponente übertragen werden, während in der vorliegenden Erfindung die Belastungen über zwei große Flächen wie die Kondylus-Oberfläche und die Tibia-Oberfläche übertragen werden, wodurch Überbelastungen, Abnützungen, Brüche von Zwischen-Teilen usw. verhindert werden.

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Modell eines Prothese-Knies, das entweder in Operationen von Femur- oder Tibia-Tumoren oder in Fällen einer Revision verwendet werden soll, das auf zwei Komponenten aus Metall (eine Femur-Komponente und eine Tibia-Komponente) basiert, sowie einigen Elementen zum Verbinden und scharniermäßigen Bewegen beider Komponenten. Die Prothese gibt dem Implantat drei Freiheitsgrade und ein stabiles Gelenk.
Das Vorhandensein von Knochentumoren im Femur oder in der Tibia erfordert Ausmaße einer Knochen-Resektion, die viel höher sind als bei der herkömmlichen arthroplastischen Chirurgie des Knies. Aus diesem Grund werden die Verankerungssysteme sowie die intrinsische Stabilität einer Primär-Prothese unzureichend.
Um dieses Problem zu überwinden, sind Prothesen zur Verwendung bei der Tumor- Behandlung auf dem Markt aufgekommen, bei denen ein Gelenk-Scharnier zwischen Femur und Tibia typischerweise dafür vorgesehen wird, den Mangel an Stabilität auszugleichen, der durch den vollständigen Verlust der seitlichen und querverlaufenden Bänder hervorgerufen wird. Das Gelenkscharnier stellt ein kinematisches Paar mit nur einem Freiheitsgrad (Biegung-Dehnung) dar, so daß Rotationsbewegungen und Abduktions-(Abzieh-)-Adduktions-(Heranzieh)-Bewegungen, wie sie bei einem gesunden Knie auftreten, behindert sind. Eine Ladungsübertragung in Prothesen dieser Art wird bewirkt durch den Gelenk-Scharnierbolzen, was oft zum Bruch des Bolzens führt.
In anderen Modellen wird eine Rotation entweder über einen vertikalen Zapfen, auf dem die Femur-Komponente rotiert, oder durch das Vorhandensein eines kugelförmigen Kugelzapfen-Gelenks bewirkt, das von der Tibia-Platte hervorsteht und in einer kugelförmigen Höhlung zwischen den Kondylen der Femur-Komponente untergebracht ist. In den beiden Fällen hat die Lösung nichts mit Knien für die Tumor-Chirurgie als solchen zu tun; jedoch ist die mechanische Lösung gültig und stellt einen Hintergrund dar. In allen diesen rotationsfähigen Knien mit einem Scharnier gibt es keine Beweglichkeit zwischen dem Tibia-Einsatz und der Tibia-Metallplatte. Die Rotation erfolgt zwischen Prothese-Kondylen und dem oberen Teil des Tibia-Einsatzes, was Anlaß zu Verlusten von Kongruenz zwischen deren Oberflächen und folglich zu wenig ausgeprägten Kontaktflächen, hoher Spannung folglich zu Verschleiß gibt.
Nicht rotationsfähige Scharnier-Prothesen haben die oben genannten Nachteile:
- Fehlen von Rotation; weniger Funktionalität des Gelenks und höhere Spannung an der Grenzfläche Prothese-Knochen;
- Übertragung von Belastung über den Bolzen; dies beschränkt die mechanische Lebensdauer der Prothese. Um die Leistungen einer Prothese in solchen Fällen zu verbessern, liefert das Design des Implantats, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wichtige Verbesserungen für die Knie-Rekonstruktionschirurgie in Fällen von Tumoren.
Der Gegenstand der Erfindung befaßt sich mit einem modularen Prothese-System, das aus verschiedenen Komponenten gebildet ist, die - sobald sie zusammengesetzt sind - die Konfiguration eines Scharnier-Kniegelenks haben. Für diesen Zweck werden bereitgestellt eine Femur-Komponente aus Metall, von der beabsichtigt ist, daß sie den distalen Abschnitt des Femur ersetzt; eine Tibia-Komponente aus Metall, von der beabsichtigt ist, daß sie das proximale Drittel der Tibia ersetzt; und einige Elemente (Bolzen, Zylinder, Plastikeinsatz usw.) für das Befestigen zwischen den beiden anderen Komponenten, was die Freiheitsgrade ergibt, die dafür notwendig sind, daß die Prothese ein stabiles, funktionelles und wenig Reibung aufweisendes Gelenk sicherstellt.
Daher ist die Knieersatz-Prothese, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, geeignet dafür, in ein modulares System integriert zu werden, dem weitere Komponenten unterschiedlicher Länge zuzufügen möglich ist, um es für den Umfang der Osteotomie in jedem Fall geeignet zu machen.
Das gebildete kinematische Paar ermöglicht eine relative Rotationsbewegung zwischen Femur und Tibia. Die Prothese erlaubt daher mehr natürliche Bewegungen, und die Spannung zwischen Prothese und Knochen werden auf ein Minimum gesenkt.
Die Belastung wird nicht über den Bolzen geleitet, sondern über die Kondylus- Oberflächen der Femur-Komponente.
Dies verringert das Risiko eines Versagens des Bolzens und stellt eine bessere Annäherung an das Ladungs-Übertragungsmodell dar, wie es in einem gesunden Knie auftritt. Die Reibungs-Paare zwischen Kondylen und Tibia-Einsatz und zwischen Tibia-Einsatz und Tibia-Platte sind vollständig kongruent, und zwar Zylinder-Zylinder in der ersten Stufe und Ebene-Ebene in der zweiten Stufe. Durch diese Anordnung werden Kontakt- Spannung und damit Verschleiß minimiert.
Das Design der Knieersatz-Prothese gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich besser anhand der folgenden Figuren verstehen:
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der verschiedenen Stücke einer praktischen Ausführungsform der Knieersatz-Prothese gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Frontansicht verschiedener Teile, die die Knieersatz-Prothese bilden.
Fig. 3 zeigt eine Frontansicht des Zusammenbaus verschiedener Teile der Knie- Prothese.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Femur-Komponente, die das Detail der Hülsen zeigt.
Die Knieersatz-Prothese, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, besteht aus einer Femur-Komponente, einer Tibia-Komponente und einer Reihe von Befestigungselementen zwischen diesen beiden Komponenten. Die Materialien, die für ihren Aufbau verwendet werden, sind vorzugsweise Metallegierungen, wie sie im Bereich der Prothese-Chirurgie üblich sind. Noch mehr bevorzugt sind die Materialien eine Chrom-Cobalt- Legierung (ASTM F75) oder Titan-Aluminium-Vanadium (Ti6 A14 V ASTM F136).
Der Tibia-Einsatz und die Laufbuchsen sind aus Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht (ultra-high molecular weight polyethylene; UHMWPe) hergestellt.
Die Femur-Komponente (1) besteht aus einem festen Metallstück mit Außenformen und Dimensionen, die ähnlich denen des distalen Endes des Femur-Knochens sind. In ihrem unteren Abschnitt weist sie zwei zylindrische Kondylus-Flächen (11) für die Scharnierbewegung mit dem Tibia-Einsatz (3) auf, und im Zentrum weist sie einen konkaven Abschnitt oder Trochlea (12) auf, auf dem die Rotula gleitet. Im oberen Abschnitt weist die Komponente eine hexagonale Vertiefung (13) auf, an dem das hexagonale (männliche) Ende eines intramedullären Stabs angebracht ist, das an der Femur-Komponente mit einem Verbindungsstift oder einer Schraube angebracht ist. Schließlich weist die Komponente eine zylindrische Öffnung (14) auf, deren Achse konzentrisch mit den Kondylus-Flächen ist und durch die Laufbuchsen (6) und ein Bolzen (5) befestigt sind.
Der Tibia-Abschnitt (2) ist auch ein Metallstück, das ähnlich der proximalen Tibia geformt ist. An ihrem oberen Abschnitt erstreckt sich ein hohles zylindrisches Element (21) mit zwei sich in horizontaler Richtung länglich erstreckenden Laufbuchsen- Öffnungen (22), d. h. die Dimension in horizontaler Richtung ist größer als die Dimension der Öffnung in vertikaler Richtung. Dieses Element stellt das Gehäuse für einen Polyethylen-Zylinder (4) dar, der eine Laufbuchsen-Öffnung (41) aufweist, durch die der Bolzen (5) verläuft. Dieser Bolzen (5) rotiert frei innerhalb des hohlzylindrischen Endes (21) der Tibia-Komponente. Hierdurch werden die Rotationsbewegung und die Biege- Dehnungs-Bewegung des Knies hervorgerufen.
Das obere Ende (23) der Tibia-Komponente stellt die Gleit-Oberfläche dar, auf der der Tibia-Einsatz (3) rotiert. Folglich sollte dieser Abschnitt poliert sein, um einen Verschleiß zu reduzieren. Die obere Ebene hat einen Vorsprung (24) um ihren gesamten Außenumfang herum, der als Stop dient, um die Rotationsbewegung zu vernngern. Auf ihrer Vorderseite ist die Tibia-Komponente mit einer Vertiefung (25) versehen, auf der eine Polyethylen-Platte (8) mit Schrauben oder auf irgendeine andere herkömmliche Art und Weise befestigt ist. Das Festklemmen der patellaren Sehne kann durch das Pressen (Abflachen) zwischen der Vertiefung (25) und der Platte (8) erfolgen.
Wie die Femur-Komponente weist die Tibia-Komponente an ihrem unteren Abschnitt eine hexagonale Vertiefung zum Anbringen eines intramedullären Stabs auf, der die Tibia-Prothese befestigt. Dieser Stab ist an der Tibia-Komponente mittels eines Verbindungsstifts oder einer Schraube (7) befestigt, die vertikal durch die Komponente verläuft.
Der Tibia-Einsatz (3) ist ein Element, das aus Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht hergestellt ist und in seinem oberen Abschnitt (31) scharnierartig mit den zylindrischen Kondylus-Oberflächen (11) der Femur-Komponente verbunden ist und in seinem unteren Abschnitt (32) mit der oberen Ebene (23) der Tibia-Komponente verbunden ist. An seinem rückwärtigen Abschnitt hat er einen vertikalen zylindrischen Einschnitt (33), der mit dem hohlen zylindrischen Ende (21) der Tibia-Komponente scharnierartig in Verbindung steht, die als Achse für die Rotationsbewegung des Einsatzes dient.
Der Zylinder (4), der Bolzen (5) und die Laufbuchsen (6) stellen die Verankerungselemente zwischen der Femur-Komponente und der Tibia-Komponente dar. Die Laufbuchsen (6) sind zwei hohle zylindrische Teile, die zwischen den Öffnungen (14) der Femur- Komponente (1) und dem Bolzen (5) angeordnet sind, um die Reibung zu verringern. Dieser Bolzen ist vorzugsweise ein zylindrischer Stift aus Metall, auf dem sich das Gelenk während der Biege-Dehnungsbewegung dreht. Dieser Bolzen (5) läuft durch ein zylindrisches Teil (4), das aus Polyethylen ultrahohen Molekulargewichts hergestellt ist, dessen Achse vertikal verläuft und das in den hohlen Zylinder (21) der Tibia- Komponente eintritt. Der Zylinder (4) kann sich vertikal innerhalb seines Gehäuses in der Tibia-Komponente (2) bewegen, um sicherzustellen, daß die Belastung von den Kondylen (11) der Femur-Komponente (1) auf den Tibia-Einsatz (3) durch direkten Kontakt und nicht durch den Bolzen (5) übertragen wird.
Der Bolzen (5) und die Laufbuchsen (6) verleihen der Femur-Komponente (1) auf der Vorderseiten-Rückseiten-Ebene Stabilität, und sie sind die Achse oder das Scharnier für Biege-Dehnungs-Bewegungen. Der Bolzen (5) wird innerhalb der Zylinder an Ort und Stelle gehalten aufgrund eines mechanischen Stops an einem seiner Enden, was dessen Bewegung in der Links-Rechts-Richtung (Längsrichtung) verhindert.
Das Fixieren der Femur-Komponente (1) an dem Femur erfolgt mittels eines intramedullären Stabs, der mit einer - vorzugsweise metallischen - porösen Schicht beschichtet ist, um die Integration in den Knochen zu erleichtern. Das Bewegen der Tibia- Komponenten (2) wird bewirkt durch den Bolzen (5), der die Biege-Dehnungs- Bewegung des Knies erlaubt. Die Belastung wird durch die beiden zylindrischen Oberflächen (11) (Kondylen) auf einen Einsatz (3) übertragen, der aus Polyethylen besteht und auf der Tibia-Platte montiert ist. Die einer Reibung ausgesetzten Oberflächen (Kondylen oder femuralen Trochlea) sollten poliert sein, um einen Verschleiß zu minimieren.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist eine Knieersatz-Prothese mit drei Freiheitsgraden bekannt, nämlich zwei Rotations-Freiheitsgraden und einem Verschiebungs- Freiheitsgrad, dessen verbindende Oberflächen eine hohe Kongruenz aufweisen und damit die Verteilung von Spannungen fördern, so daß das Material weniger leidet und länger hält, wodurch es möglich ist, höhere Belastungen zu tragen.

Claims

1. Knieersatz-Prothese, umfassend

- eine Femur-Komponente (1), die aufweist: an einem distalen Ende zwei Kondylus- Flächen (11), eine zylindrische Öffnung (14), die sich durch die Femur-Komponente erstreckt und eine Achse, die mit den Kondylus-Flächen (11) konzentrisch ist, und Laufbuchsen (6) aufweist, die in die Öffnung (14) hineinpassen, eine Tibia- Komponente (2), die an einem proximalen Ende einen Tibia-Einsatz (3) aufweist, wobei ein Hohlzylinder (21) über den Tibia-Einsatz (3) hervorsteht, und einen Zylinder (4), der in den Hohlzylinder (21) auf dem Tibia-Einsatz (3) hineinpaßt und eine Drehbewegung erlaubt;

- wobei die Knieersatz-Prothese weiter umfaßt:

- einen Bolzen (5), der durch die zylindrische Öffnung (14) paßt, dadurch gekennzeichnet daß

- der Bolzen (5) weiter durch eine entsprechende horizontal längliche Öffnung (22) in dem Hohlzylinder (21) und eine Öffnung (41) in dem Zylinder (4) paßt;

- sich der Zylinder (4) vertikal innerhalb des Hohlzylinders (21) auf der Tibia- Komponente (2) bewegt und dadurch sicherstellt, daß sich die Belastung von den Kondylen (11) der Femur-Komponente (1) durch direkten Kontakt und nicht über den Bolzen (5) auf den Tibia-Einsatz (3) überträgt,

- wobei die Komponenten ein beschränktes, drehbares Gelenk mit drei Freiheitsgraden bilden, nämlich mit zwei Rotations-Freiheitsgraden, einem um eine vertikale Achse des Tibia-Einsatzes und der Tibia-Komponente und einem um die Bolzen- Achse und auf die Kondylus-Flächen wirkend, die jeweils den Bewegungen der Rotation und Biegung-Dehnung entsprechen, und einem Verschiebungs-Freiheitsgrad, der der Bewegung der vertikalen Ausdehnung entspricht, wobei es die Verschiebung ermöglicht, die Belastungen über die Kondylus-Flächen zu übertragen.

2. Knieersatz-Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Biegung des Knies zwischen zwei kongruenten Kondylus-Flächen erfolgt, wobei diese Flächen die Kondylus-Fläche (31) des Tibia-Einsatzes (3) und die Kondylus-Fläche (11) der Femur-Komponente (1) sind.

3. Knieersatz-Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tibia- Komponente (2) eine obere Ebene (23) umfaßt, die die Gleitfläche darstellt, auf der sich der untere Abschnitt (32) des Tibia-Einsatzes (3) dreht, wobei die obere Ebene (23) im gesamten Bereich ihres Umfangs weiter einen Vorsprung (24) umfaßt, der als Stop dafür dient, um die Rotationsbewegung zu vernngern.

4. Knieersatz-Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Femur-Komponente (1) als auch die Tibia-Komponente (2) mit hexagonalen Hohlräumen (13, 26), die an ihren jeweiligen Enden angeordnet sind, zum Verankern von intramedullären Stümpfen zur Befestigung am Knochen versehen sind.

5. Knieersatz-Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tibia- Komponente (2) an der entsprechenden anatomischen oder Längsebene der Komponente (2) mit einem Hohlraum (25) versehen ist, in dem eine Kunststoff-Platte (8) eingesetzt und befestigt ist, um einen Hohlraum zu konfigurieren, der den Durchgang der Patella-Sehne erlaubt.