DE69721828T2

DE69721828T2 - Gelenkprothese

Info

Publication number: DE69721828T2
Application number: DE69721828T
Authority: DE
Inventors: Göran LUNDBORG
Original assignee: Handevelop AB
Current assignee: Handevelop AB
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: AU1562597A; CA2243699C; WO1997026846A1; SE510125C2; EP0959819A1; SE9600220D0; US6342076B1; JP2000503865A; EP0959819B1; AU703088B2; KR19990081884A; DE69721828D1; CA2243699A1; SE9600220L

Description

Die vorl iegende Erfindung betrifft eine prothetische Vorrichtung für Gelenke zum Implantieren in Menschen und Tiere, wobei die Vorrichtung einen Gelenkkörper umfasst, der zwischen zwei Fixierelementen angeordnet ist, die mit angrenzenden Knochenteilen verbunden werden.
Hintergrund der Erfindung
Verschiedene Krankheiten verursachen eine Zerstörung von Gelenken, die zu chronischen Schmerzen und eingeschränkter Beweglichkeit führt. Das Problem ist am ausgeprägtesten bei Patienten, die unter chronischer rheumatoider Arthritis leiden, es ist jedoch zum Beispiel ebenfalls ausgeprägt bei Osteoarthritis (Abnutzung von Knorpel) und bei Gelenkknorpelverletzungen nach Frakturen und bakteriellen Infektionen. In vielen dieser Fälle wird das erkrankte und verletzte Gelenk durch ein künstfiches Gelenk ersetzt.
Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass zu viel Ehrgeiz, die Funktion eines normalen Gelenks vollständig zu imitieren, in vielen Fällen zu einem Fehlschlag führt. Das künstliche Gelenk wird schnell zu kompliziert. Für einen Rheumatiker, der zum Beispiel keinerlei Gelenkfunktion in der Hand hat, ist es nicht erforderlich, die Wiedererlangung einer völlig normalen Gelenkfunktion mittels einer prothetischen Operation anzustreben. Das Ziel sollte statt dessen ein schmerzfreies Gelenk mit Stabilität und einem bestimmten Grad der Beweglichkeit sein, welche den Gebrauch der Hand ermöglicht. Folglich muss das Ziel der Gelenkvorrichtung immer auf die Bedürfnisse des Patienten ausgerichtet sein.
Die Hauptschwierigkeiten bei der Konstruktion von künstlichen Gelenken zum Beispiel in Händen sind (1) die Bereitstellung eines künstlichen Gelenks mit zufriedenstellenden Eigenschaften und (2) die zufriedenstellende Fixierung des künstlichen Gelenks an angrenzenden Knochen.
Das künstliche Gelenk kann eine recht einfache Ausführung aufweisen, z. B. einen flexiblen integralen Silikonkörper, der einem gewissen Grad der Verformung standhält. Solch eine Ausführung erhebt nicht den Anspruch, die Struktur eines normalen Gelenks zu imitieren, sondern es wird statt dessen eine Ausführung angestrebt, die so einfach wie möglich ist. Der Vorteil einer solchen Ausführung ist vor allem die Stabilität im System und die innewohnende Federkraft. Der große Nachteil ist jedoch die begrenzte mechanische Festigkeit und eine Tendenz des Silikons zu ungünstigen lokalen Gewebereaktionen.
Kompliziertere künstliche Gelenke basieren in der Regel auf einer Art künstlicher Gelenkkopf in einer künstlichen Gelenkhöhle, z. B. in Form einer Zweikomponenten-Vorrichtung. Der Vorteil einer solchen Ausführung ist, dass das Bewegungsmuster weitgehend das normale Bewegungsmuster eines Gelenks imitiert und dass eine Reihe geeigneter Biomaterialien zur Verfügung steht, unter anderem auf der Grundlage von Erfahrungen bei Knie- und Hüftprothesen (zum Beispiel Polyethylen, Titan, Vitallium). Ernsthafte Nachteile solcher Ausführungen bestehen jedoch im Risiko der Ausbildung von Verschleißprodukten auf Grund von Reibung und in der Komplexität der Ausführung, die in vielen Fällen zu unerwünschtem Einwachsen von Gewebe in das System führt. Darüber hinaus wird eine Art mechanischer Bewegungsstab benötigt, um die zwei Gelenkkomponenten zusammenzuhalten. Daneben gibt es bei einer solchen Ausführung keinerlei Federkraft, was ein ernsthafter Nachteil z. B. bei rheumatoider Arthritis und ähnlichen Zuständen ist, bei denen die Strecksehnen in vielen Fällen beträchtlich geschwächt sind.
Es gibt zwei bekannte Hauptprinzipien der Fixierung von künstlichen Gelenken an angrenzenden Knochen. Nach einem Prinzip wird eine feste Verankerung überhaupt nicht gewünscht, sondern der Schaft des künstlichen Gelenks kann sich in den Knochenmarkhöhlen der angrenzenden Knochen hin- und herbewegen, zum Beispiel wenn eine Hand und Finger bewegt werden. Der Vorteil dieses Prinzips ist, dass sich die Bewegungen in der Struktur des künstlichen Gelenks über eine große Distanz erstrecken und dass die Belastung, der das Material ausgesetzt wird, somit verringert wird. Ein Nachteil sind vor allem ausgedehnte Fremdkörperreaktionen auf Grund von Bewegungen und Verschleiß im Fremdmaterial. Dies führt dazu, dass der Knochen dünner wird und sich eine zunehmende Steifigkeit ausbildet. Daneben sind Frakturen beim häufig verwendeten Silikon üblich, und das wiederaufgebaute Gelenk wird schnell steif.
Nach dem anderen Prinzip der Verankerung der künstlichen Gelenkstruktur an angrenzenden Knochen wird eine feste Verankerung gewünscht. Dies wurde früher mit Hilfe von Zement erreicht. Dieses Prinzip ist jedoch mit ernsthaften Nachteilen behaftet. Bei Händen haben zum Beispiel deren Knochen keine genügende Widerstands fähigkeit gegen Ausbildung von Wärme und toxische Produkte des Zements, was zu verheerenden Ergebnissen geführt hat. Eine Lösung für dieses Problem kann das zementfreie so genannte Osseointegrationsprinzp sein, was von Professor Branemark eingeführt wurde. Nach diesem Prinzip sind die Verankerungselemente Titanschrauben, welche in die Knochenteile des Gelenks eingesetzt werden und dort mit dem Knochen zusammenwachsen, wodurch die Schrauben Dauerfixierpunkte darstellen. Der Vorteil dieses Verfahrens ist das Fehlen ungünstiger Gewebereaktionen und eine wahrscheinlich dauerhafte Verankerung der Schrauben im Knochen. Somit gibt es heute zufrieden stellende Lösungen für das vorher bestehende Problem der Fixierung künstlicher Gelenke.
Bei der plastischen Gelenkchirurgie (Arthroplastik), zum Beispiel bei der Handchirurgie, wird heute eine begrenzte Anzahl von Verfahren angewandt, die auf verschiedenen Prinzipien in Bezug auf die Gelenkstruktur sowie in Bezug auf die Fixierung der Gelenkstruktur an angrenzenden Knochen beruhen. Das am häufigsten verwendete Verfahren, die Silikon-Arthroplastik nach Swanson, beruht auf dem ersten der oben genannten Prinzipien der Fixierung. Ein fester Silikonkörper mit zwei länglichen Schäften, die in entgegengesetzten Richtungen aus einem flexiblen Zwischenteil hervorstehen, ersetzt das erkrankte Gelenk. Die Schäfte werden in die Knochenmarkhöhlen des Röhrenknochens auf beiden Seiten des rekonstruierten Gelenks eingesetzt. Wie oben erwähnt, ist das System jedoch mit erheblichen Nachteilen behaftet. Die Komplikationen, die in den letzten Jahren in Zusammenhang mit der Verwendung von Silikonmaterial als Brustimplantate beschrieben worden sind, haben dazu geführt, dass dieses Verfahren ernsthaft in Frage gestellt wird, und seine Popularität scheint immer mehr abzunehmen. Das Verfahren kann definitiv nicht bei jungen Rheumatikern mit einer erwarteten langen Lebensdauer eingesetzt werden.
Ein weiteres eingesetztes Verfahren beruht auf einer Zweikomponenten-Vorrichtung mit einem Gelenkkopf in einer Gelenkhöhle, und diese Vorrichtung wird fest mit angrenzenden Knochen verankert. Es sind Versuche unternommen worden, um eine solcher Verankerung mit Hilfe von Zement zu schaffen (z. B. das St George-Vertahren). Diese Versuche waren jedoch bei der Handchirurgie nicht-erfolgreich, da Zement auf Grund seiner Wärmeentwicklung und seiner Toxizität zu Gewebetod und Steifigkeit geführt hat. Daneben führt eine fehlende Federkraft im System zu Beugungskontrakturen. Verrenkungen (Luxationen) treten häufig auf, da der Gelenkkopf und die Gelenkhöhle leicht auseinander gleiten. Dieses Verfahren wird nicht länger in der klinischen Praxis für den Wiederaufbau von Fingergelenken verwendet. Für den Wiederaufbau des Handgelenks hat das Verfahren einen gewissen Wert, jedoch wird das Verfahren wegen zunehmender Steifigkeit und der Tendenz, beim Patienten locker zu werden, in Schweden überhaupt nicht angewandt.
Gemäß einem weiteren Verfahren mit stärkerer biologischer Ausrichtung werden feste Verankerungspunkte für die Gelenkstruktur im Knochen mit dem oben genannten Osseointegrationsverfahren geschaffen, indem die Titanschrauben (nach Branemark) in das Knochengewebe eingesetzt werden. Die klinische Erfahrung zeigt, dass diese Schrauben unbeweglich und fest verankert im Knochengewebe verbleiben. Der Vorteil dieses Verfahrens ist u. a. das Fehlen beweglichen Fremdmaterials in den Knochenmarkhöhlen der Knochen. Bei der klinischen Anwendung ist bis jetzt eine einfache Gelenkstruktur in Gebrauch, die aus einem festen Körper aus flexiblem Silikon besteht. Damit wird die Beweglichkeit der Gelenkstruktur in ihrer Gesamtheit in dem Teil der Struktur genutzt, die sich zwischen den Verankerungselementen, d. h. der Silikonkomponente, befindet. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Belastung, welcher diese Komponente ausgesetzt ist, somit sehr groß sein wird und ein Risiko der Ermüdung und der Beschädigung des Silikonmaterials involviert. Es gibt Berichte über Brüche im Silikonmaterial, weshalb die Struktur als nicht ausreichend fest erachtet worden ist, um ihre Einführung für den allgemeinen klinischen Einsatz zu gestatten.
Ein weiteres Problem läßt sich feststellen bei der Behandlung von Patienten, die an der sogenannten Daumenwurzel-Osteoarthrose im Handgelenk leiden. Dieses Leiden involviert Osteoarthrose, d. h. Knorpelzerstörung im Gelenk zwischen dem ersten Mittelhandknochen und dem Vieleckbein (Trapezium), wahlweise auch zwischen dem Vieleckbein und dem Kahnbein (Scaphoideum). Bei dieser Behandlung wird das Vieleckbein üblicherweise entfernt und durch eine zwischengelegte Schlinge aus einer angrenzenden Sehne ersetzt. Diese Behandlung führt immer zu einer bestimmten Verkürzung im System, und das klinische Ergebnis variiert zu sehr, als dass es sehr zufriedenstellend wäre. Bei einer anderen Behandlungsmethode wird das Vieleckbein durch eine Silikonprothese ersetzt, die am ersten Mittelhandknochen mit Hilfe eines Schaftes angebracht wird, der in die Knochenmarkhöhle des Knochens eingeführt wird. Dieses Behandlungsverfahren weist jedoch auch wesentliche Nachteile auf, u. a. eine Tendenz zur Luxation der Prothese, da es keine Fixierung am Kahnbein gibt. Somit steht für die Behandlung der Daumenwurzel-Osteoarthrose kein zufriedenstellendes Material für einen Ersatz zur Verfügung.
WO 94/11606 (Chene u. a.) offenbart ein künstliches Gelenksystem mit zwei starren Komponenten, die sich mittels einer einfachen Scharniervorrichtung relativ zueinander bewegen können. Innerhalb der beiden Komponenten gibt es Längskanäle, die flexible Elemente enthalten, eines in der Form einer stabförmigen Vorrichtung, die sich durch die zwei starren Komponenten hindurch erstreckt, und eines als Schraubenfeder am fernen Ende der einen starren Komponente. Dieses System gestattet Bewegungen nur auf einer Ebene, die durch die Elastizität der Feder gemäßigt werden. Bei dieser Ausführung ist die Gelenkkomponente ein Scharnier, auf dessen mechanische Eigenschaften sich die Schraubenfeder auswirkt, die beabstandet vom Scharnier positioniert ist. Dieses starre System gestattet weder seitliche Abweichungen noch einen stoßdämpfenden Effekt.
EP-A-O 454 645 (Medevelop AB) offenbart eine künstliche Gelenkvorrichtung, die vollständig auf einem festen Körper aus Thermoplast zur Anbringung an festen Verankerungselementen auf jeder Seite der Gelenkstruktur beruht. Der Gelenkkörper kann auf verschiedene Weise durch Längsfasern, Platten oder Netzstrukturen verstärkt werden. Bei einer Variante wird eine äußere Längsschraubenfeder verwendet, die lediglich als Verstärkung des Thermoplastkörpers selbst dient und keine direkte Verbindung zum gegenüberliegenden Knochenteil hat. Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Schraubenfeder mit einem Durchmesser, der in Richtung der Befestigung in einem angrenzenden Knochenteil schmaler wird, im Thermoplastgelenkkörper angebracht. Die Feder hat jedoch keine direkte Verbindung mit dem gegenüberliegenden Knochenteil und soll nur als zusätzliche innere Verstärkung für den festen Gelenkkörper dienen.
Die schwedische Patentbeschreibung 8903838-4 (Volvo AB), veröffentlicht im Rahmen des Vertrages über die Internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet des Patentwesens (PCT) als WO 91/07149, offenbart eine Fingergelenkprothese, bei der mindestens eine Schraubenfeder, die sich diagonal zur Richtung des Gelenks erstreckt, die eigentliche Gelenkstruktur bildet. Die Struktur ist vom "Wäscheklammer"-Typ und wird an festen Verankerungselementen an jeder Seite der Struktur befestigt. Das System schafft eine zufriedenstellende Federkraft, es gibt jedoch keine stoßdämpfende Wirkung und keine Möglichkeit der seitlichen Abweichung und Rotation im System.
Die USA-Patentschrift 3,990,116 offenbart eine Blattfeder-Struktur, deren Längselemente über Schäfte an den angrenzenden Knochen befestigt sind. Das System kann in verschiedenen Arten künstlicher Kapseln untergebracht werden. Die Gelenkstruktur gestattet Bewegungen auf einer einzigen Ebene mit Federkraft. Das System hat jedoch keine stoßdämpfende Wirkung und keine Möglichkeit seitlicher Abweichung oder Rotation. Darüber hinaus birgt die Reibung zwischen den Federblättern das Risiko des Auftretens schädlicher Verschleißprodukte in sich.
Zusammenfassend sei gesagt, dass die vorhandenen prothetischen Vorrichtungen für Gelenke mit einer Reihe von Nachteilen behaftet sind, und es besteht ein großer Bedarf an Materialien für einen Ersatz, die allen gewünschten Anforderungen hinsichtlich Stabilität, Federkraft, Stoßdämpfung, Verschleißfestigkeit, ausreichender Möglichkeit seitlicher Abweichung und Rotation und einer einfachen Ausführung entsprechen.
Aufgabe der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der oben erwähnten Nachteile, die mit künstlichen prothetischen Vorrichtungen für Gelenke verbunden sind, die gegenwärtig zur Verfügung stehen.
Diese Aufgabe wird durch eine prothetische Vorrichtung für Gelenke des Typs erfüllt, der in der Einleitung erwähnt wird und die Merkmale aufweist, die im kennzeichnenden Punkt von Anspruch 1 angegeben sind. Weitere Merkmale werden in den Unteransprüchen definiert.
Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Ausführungsform für ein Fingergelenk.
1A–D sind unterschiedliche Ansichten der Vorrichtung aus 1.
3A–H sind Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen prothetischen Vorrichtung für Gelenke.
4A–D veranschaulichen weitere Ausführungsformen der prothetischen Vor- richtung für Gelenke.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend u. a. unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in größeren Einzelheiten beschrieben.
Das Hauptprinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine oder mehrere Federeinrichtungen als Ersatzmaterial für Gelenke und ebenfalls für bestimmte Knochen im menschlichen Körper zu verwenden. Die erfindungsgemäße prothetische Vorrichtung für Gelenke kann natürlich auch für bestimmte Tiere eingesetzt werden, falls dies gewünscht wird und möglich ist.
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für den Wiederaufbau der Knöchelgelenke (Metakarpophalangeal-Gelenke-MCP-Gelenke), die Zwischen- und Außengelenke der Finger (PIP- und DIP-Gelenke) und des Handgelenks. Die Erfindung kann ebenfalls bei Daumenwurzel-Osteoarthrose als Knochenersatz für das Vieleckbein oder als künstliches Gelenk zwischen dem ersten Mittelhandknochen und dem Vieleckbein und/oder zwischen dem Vieleckbein und dem Kahnbein verwendet werden. Weiterhin kann die Erfindung als Knochenersatz für Zwischenwirbelscheiben oder für einzelne Wirbel in der Wirbelsäule eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung ist natürlich ebenfalls auf andere ähnliche Gelenk- und Knochensysteme im Körper anwendbar, sowie dort, wo Ersatzstrukturen gegenwärtig selten sind, welche jedoch in Zukunft von Interesse sein können, z. B. in den Gelenken des Fußes.
Die erfindungsgemäße prothetische Vorrichtung für Gelenke umfasst eine Gelenkkörper, der zwischen zwei Fixierelementen angeordnet ist, wobei der Gelenkkörper wenigstens eine im Wesentlichen schraubenförmige Federeinrichtung umfasst und die Enden der Federeinrichtung mit den Fixierelementen verbunden sind.
Mit dem Begriff "im Wesentlichen schraubenförmige" Federeinrichtung wird eine Schraubenfeder bezeichnet, die zumindest eine Windung aufweist und eine Struktur, in der kleinere Abweichungen von der schraubenförmigen Form auftreten können, ohne die Eigenschaften der Feder in unerwünschter Weise zu beeinträchtigen.
Mit dem Begriff "Längsrichtung des Gelenkkörpers", der nachstehend durchgängig verwendet wird, ist die axiale Richtung gemeint, in welche sich das Gelenk und seine angrenzenden Knochenteile in gestrecktem Zustand erstrecken. Geringe Abweichungen bei der Längsrichtung des Gelenkkörpers und damit der Federeinrichtung können natürlich auftreten, und sie sind im Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung enthalten. Eine Federeinrichtung, deren Längsrichtung zu stark abweicht, ist in der Regel nicht einsetzbar, zum Beispiel im Extremfall eine Querfeder.
1 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer prothetischen Vorrichtung für Gelenke im Zwischenfingergelenk mit einem Gelenkkörper 1 von zwei parallelen zylindrischen Federn, angeordnet in einer Ebene senkrecht zur Ebene des Beugens des Gelenkkörpers 1 und des Fingers. Diese beiden Federn werden an jedem Ende über eine Grundplatte 2 und eine Fixiereinrichtung 3 an einer Verankerungseinrichtung 4 in angrenzenden Knochenteilen 5 verankert.
2A–D veranschaulichen im Detail den Gelenkkörper 1, der in 1 gezeigt wird. Die Perspektivansicht in 2A zeigt die zwei parallelen Federeinrichtungen, die Grundplatten 2 und die Fixiereinrichtung 3. In den 2B–D wird die prothetische Vorrichtung von der Seite, von oben und im Querschnitt in der Längsrichtung des Gelenkkörpers 1 gezeigt.
Erfindungsgemäß werden eine oder mehrere Federeinrichtungen als tragender Gelenkkörper 1 bei der prothetischen Vorrichtung verwendet. Eine optimale Stabilität wird gewöhnlich erzielt, wenn eine Vielzahl von Federeinrichtungen verwendet wird, jedoch kann die Verwendung einer einzigen, in geeigneter Weise gestalteten Feder ebenfalls zu einem zufriedenstellenden Ergebnis führen. Der Begriff "Federeinrichtung", der durchgängig in der Beschreibung verwendet wird, soll also auch die Ausführungsform umfassen, die eine einzige Federeinrichtung aufweist, falls nicht andenrweitig angegeben.
Die erfindungsgemäße prothetische Vorrichtung für Gelenke, d. h. die Federeinrichtung, die Grundplatten 2 und die Fixiereinrichtung 3, können aus jedem biokompatiblen Material gefertigt werden, das geeignet und für die Implantation zugelassen ist, d. h. Titan oder rostfreier Stahl. Die Drähte der Federeinrichtung können z. B. ebenfalls mit einem geeigneten biologischen Material überzogen sein, um ihre Biokompatibilität zu erhöhen. Auf diese Weise werden Probleme der Entzündung oder des Abstoßens nach der Implantation vermieden.
Bei der vorliegenden Erfindung stellt die eigentliche Federeinrichtung, im Gegensatz zu prothetischen Vorrichtungen des Standes der Technik, einen verformbaren Gelenkkörper 1 dar. Der erfindungsgemäße Gelenkkörper 1 weist somit eine wesentlich einfachere Gestaltung als die Gelenkkörper nach dem Stand der Technik auf, d. h. er ist wesentlich weniger kompliziert in Bezug auf seine Konstruktion und macht die Herstellung desselben einfacher. So kann z. B. die Länge des Gelenkkörpers problemlos durch Abschneiden variiert werden. Darüber hinaus wird ebenfalls die Möglichkeit der Herausbildung von Verschleißprodukten minimiert. Die Federeinrichtung ermöglicht auch Bewegungen in einer Ebene oder in mehreren Ebenen, Federkraft bei Beugebewegungen und einen stoßdämpfenden Effekt bei axialer Kompression. Ein bestimmter gewünschter Grad seitlicher Abweichung und Rotation des Gelenkkörpers wird ebenfalls ermöglicht. Diese Kombination gewünschter Eigenschaften wird bei keiner der prothetischen Vorrichtungen für Gelenke gefunden, die heute zur Verfügung stehen.
Die Aufgabe der Gestaltung des erfindungsgemäßen Gelenkkörpers 1 ist vor allem, die durch die Beugebewegungen herbeigeführte Verformung im Gelenkkörper über eine weite Strecke zu verteilen, obwohl die Bewegung an sich innerhalb der kurzen Entfernung gehalten werden muss, die der normalen Länge des Gelenks entspricht. Das Ergebnis ist, dass das Risiko der Beschädigung des Materials verringert wird. Eine große Bewegung im künstlichen Gelenk wird "heruntergefahren" auf eine große Zahl kleiner Bewegungen über die gesamte Länge der Schraubenfedern hinweg. So kann z. B. eine Schraubenfeder mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 10 mm problemlos 300 mm gewickeltes Material enthalten und dennoch Federkraft, Stabilität und Flexibilität bieten, die für diese Aufgabe geeignet sind. Dank der Tatsache, dass die Federeinrichtung per se die tragende, flexible und stabilisierende Grundstruktur des Gelenkkörpers 1 darstellt, wird die Notwendigkeit eines weiteren verformbaren tragenden Gelenkkörpers, z. B. aus Polymermaterial, überflüssig.
Jede Federeinrichtung kann an der Grundplatte 2 in jeder herkömmlichen Weise befestigt werden, welche dem Gelenkkörper 1 ausreichende Stabilität und Haltbarkeit verleiht. Die Federeinrichtung im Gelenkkörper 1 kann mittels einer Schweißnaht oder durch Kleben an der Grundplatte 2 befestigt werden oder indem die Enden der Wicklungen der Federeinrichtung über die Grundplatte 2 "geschraubt" und fest in dieser Position gehalten werden, z. B. mittels einer Nut oder einer Vertiefung in der Platte. Die Wicklungen der Federeinrichtung, die sich am nächsten zur dazugehörigen Grundplatte 2 befindet, können ebenfalls von innen durch eine Presspassung z. B. einer kurzen Struktur getragen werden, die von der Grundplatte 2 vorsteht, z. B. eine zylindrische Struktur. Diese Verfahren der Befestigung und andere ähnliche Verfahren können separat oder als Kombination zum Einsatz kommen.
Die Grundplatten 2 werden mittels der Fixiereinrichtung 3 mit einer festen Verankerungseinrichtung 4 verbunden, die in angrenzenden Knochenteilen 5 auf jeder Seite der prothetischen Vorrichtung für Gelenke eingefügt sind. Es stehen mehrere herkömmliche geeignete Verfahren für die Befestigung zur Verfügung. Ein anerkanntes Verfahren bedeutet, wie oben erwähnt, dass die Fixiereinrichtung 3 in Form von Schäften, welche aus den Grundplatten 2 hervorstehen, in Längskanäle in der Längsrichtung der Verankerungseinrichtung 4 eingesetzt wird. Die Verankerungseinrichtung 4 kann aus keramischem Material, aus Titan oder einem anderen Stoff hergestellt werden, die geeignete biologische und mechanische Eigenschaften aufweisen.
Abhängig von der Position im Körper, wo die Schraubenfedern als Gelenkkörper 1 zur Anwendung kommen sollen, können sie Zug- oder Druckfedern sein, wobei beide Beispiele von Schraubenfedern sind. Eine Zugfeder ist straft gewickelt und bietet eine gute seitliche Stabilität im System und Widerstandsfähigkeit, wenn sie unter Spannung steht. Eine solche straff gewickelte zylindrische Struktur führt nach der Implantation in ein biologisches Gewebe zur Ausbildung einer dünnen äußeren Gewebemembran rund um die Schraubenfeder, d. h. eine Art physiologischer Einkapselung. Zugfedern ermöglichen keinen weiteren Druck im System, aber sie ergeben eine zufriedenstellende Stabilität und Federkraft im Falle von seitlichem Wackeln. Andererseits ist eine Druckfeder weniger straft gewickelt als eine Zugfeder, und die Wicklungen stehen nicht in unmittelbarem Kontakt miteinander. Diese Art von Feder bietet zusätzlich zum Widerstand unter Spannung einen stoßdämpfenden Effekt im Falle von axialem Druck. Druckfedern führen weiterhin zu einer zufriedenstellenden Stabilität und Federkraft.
Der Begriff "Federeinrichtung" ist in der restlichen Beschreibung der Einfachheit halber durch den Begriff "Feder" oder "Federn" ersetzt worden.
Die erfindungsgemäße prothetische Vorrichtung für Gelenke kann verschiedene Ausführungsformen haben, abhängig von der Position im Körper, in den sie implantiert werden soll und welche Funktion sie ausüben soll. Somit kann eine Reihe von ähnlichen oder unterschiedlichen Federn, im Wesentlichen parallele Federn, als Kombination verwendet werden, wobei eine oder mehrere Federn sich von den anderen unterscheiden und/oder selbst hinsichtlich dem Wicklungsquerschnitt, der Steigung, dem Steigungswinkel und/oder dem Drahtquerschnitt variieren. Zudem können eine oder mehrere Federn im Wesentlichen konzentrisch innerhalb einer oder mehrerer größerer Federn angeordnet oder gemäß einem Prinzip, das z. B. dem eines DNA-Moleküls ähnlich ist, ineinander eingesetzt werden. Die Begriffe "im Wesentlichen parallel" und "im Wesentlichen konzentrisch" bedeuten, dass eine kleine Abweichung in der Längsrichtung zwischen verschiedenen Federeinrichtungen im Schutzumfang der Erfindung enthalten ist. Des Weiteren können sowohl Zug- als auch Druckfedern in ein und derselben prothetischen Vorrichtung für Gelenke verwendet werden. Die Federn sind in ihren Längsrichtungen vorzugsweise zylindrisch, sie können jedoch auch konvex oder konkav sein, wie in den 4A und 4B gezeigt wird. Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen prothetischen Vorrichtung für Gelenke.
Gelenkkörper mit einer unterschiedlichen Anzahl von Federn
Zwei oder mehr parallele Federn, angeordnet in einer Ebene, die senkrecht zur Ebene der Beugung des Gelenkkörpers 1 ist, bringen eine gute seitliche Stabilität und bleibende zufriedenstellende Beweglichkeit in einer Ebene mit sich (siehe z. B. die Ausführungsform in den 2A–D). Beim Wiederaufbau eines Gelenks werden somit sowohl das Beugen als auch das Strecken möglich gemacht sowie ein bestimmter Grad eingeschränkter seitlicher Abweichung. Ein solcher Gelenkkörper 1 ist besonders geeignet für den Wiederaufbau der Knöchelgelenke (MCP-Gelenke und der Zwischengelenke der Finger (PIP-Gelenke).
Gelenkkörper mit einer Kombination von Zug- und Druckfedern
Durch die Kombination von Zug- und Druckfedern kann die Stabilität des Gelenkkörpers 1 auf verschiedene Weise modifiziert werden. So kann z. B. durch die Anordnung von zwei oder mehreren parallelen Druckfedern angrenzend an eine oder mehrere Zugfedern die seitliche Abweichung des Gelenkkörpers modifiziert und auf physiologisch und mechanisch vorteilhafte Weise gesteuert werden. Eine solche Vorrichtung ist besonders gut geeignet für die Arthroplastik am Handgelenk.
Gelenkkörper mit einer unterschiedlichen Anzahl von Federn und unterschiedlichen Positionierung derselben
Durch die Änderung der Positionen der Federn auf jeder Grundplatte 2 können die mechanischen Eigenschaften der prothetischen Vorrichtung für Gelenke modifiziert und gesteuert werden. Wie aus den 3A–H ersichtlich ist, welche verschiedene Ausführungsformen im Querschnitt in der Längsrichtung des Gelenkkörpers 1 veranschaulichen, können Schraubenfedern unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Ausführung, z. B. sowohl Zug- als auch Druckfedern, je nach Bedarf auf unterschiedliche Weise kombiniert werden. Zum Beispiel können sich eine oder mehrere Federn im Inneren einer größeren Feder oder im Inneren von mehreren größeren Federn oder in anderen geeigneten Positionen befinden. Mehr als zwei Federn im Gelenkkörper schaffen eine größere Zuverlässigkeit, falls eine der Federn brechen sollte.
Gelenkkörper mit einem unterschiedlichen Querschnitt des Federdrahtes
Die mechanischen und biologischen Eigenschaften der Federn können durch die Änderung des Querschnitts des Drahtes verändert werden. Sein Querschnitt kann zum Beispiel rund, oval, diagonal oder in unterschiedlichen Ebenen geneigt sein.
Gelenkkörper mit Federn unterschiedlicher Länge
Die Länge der Federn kann je nach Bedarf geändert werden. Bei kleinen Gelenken, z. B. bei den Zwischen – und Außengelenken der Finger, ist es üblicherweise vorteilhaft, sehr "kurze" Federn zu haben.
Gelenkkörper mit Federn, die einen unterschiedlichen Wicklungsdurchmesser aufweisen
Der Wicklungsdurchmesser der Federn kann, wie bei konischen Schraubenfedern, auf unterschiedliche Weise entlang der Länge der Feder variiert werden, wie aus den 4A und B hervorgeht. Die Feder kann z. B. konvex sein ("erförmig"), mit ihrem größten Durchmesser in der Mitte, wie z. B. in 4A, oder konkav ("Sanduhrform"), mit ihrem kleinsten Durchmesser in der Mitte, wie in 4B. Auf diese Weise kann die Wicklung der Federn beim Beugen und Strecken in Bezug aufeinander auf eine Weise verschoben werden, die bei einer üblichen zylindrischen Feder nicht möglich ist, was bei bestimmten Anwendungen wünschenswert sein kann.
Wie oben erwähnt, kann die Grundplatte 2 bei der erfindungsgemäßen prothetischen Vorrichtung für Gelenke aus jedem geeigneten biokompatiblen Material hergestellt werden. Die Gestaltung der Grundplatte 2 ist nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung, sie kann jedoch jede geeignete Plattenform haben. Jene Oberfläche der Grundplatte 2, die zum Gelenkkörper 1 gerichtet ist, kann jedoch z. B. in Bezug auf die Längsrichtung des Gelenkkörpers 1 angewinkelt sein, was sich aus der Seitenansicht in 4C ergibt. Auf diese Weise kann die Startposition von Bewegungen in der prothetischen Vorrichtung für Gelenke verändert werden, was von Bedeutung beim Wiederaufbau des Fingergelenks ist, wo einer zufriedenstellenden Beugefähig keit Priorität gegenüber einer zufriedenstellenden Streckfähigkeit eingeräumt wird. Darüber hinaus kann die Oberfläche, die zum Gelenkkörper 1 einer Grundplatte 2 für zwei Federn gerichtet ist, angewinkelt sein, wie in 4D gezeigt, wo eine Ausführungsform von oben veranschaulicht wird, d. h. dergestalt, dass die Federn, die in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Beugung des Gelenkkörpers 1 angeordnet sind, in der Ruheposition in der Längsrichtung des Gelenkkörpers 1 Bögen ausbilden, die voneinander weg gekrümmt sind. Eine solche Ausführung führt zu einer gleichmäßigen und reibungslosen seitlichen Stabilität im Gelenkkörper 1. Falls erforderlich, kann die Grundplatte 2 auch so gestaltet sein, dass mehr als 2 Federn in der Ruheposition Bögen bilden.
Nach der Implantation einer erfindungsgemäßen prothetischen Vorrichtung für Gelenke bildet sich eine dünne Kapsel, die aus einer Bindegewebsmembran besteht, automatisch, wie oben erwähnt, rund um jede Feder aus. Dieses Phänomen ist am ausgeprägtesten, wenn eine straft gewickelte Zugfeder verwendet wird, und es ist weniger entwickelt, wenn eine Druckfeder mit einer weniger straften Wicklung verwendet wird. Falls erforderlich, kann jede Feder mit einer künstlichen Außenkapsel für das Minimieren unerwünschten Einwachsens von Gewebe in das System versehen werden. Eine solche Kapsel kann aus einer dünnen Membran eines gewebten oder homogen verformbaren Materials mit geeigneten biologischen und mechanischen Eigenschaften bestehen. Die Membran kann resorbierbar sein oder nicht.
Wenn eine Druckfeder verwendet wird, kann diese z. B. von einer netzförmigen, nicht nachgebenden Kapsel für die Beschränkung und Einwirkung auf die Verschiebungen der Wicklungen bei Bewegungen im System umschlossen sein. Wenn eine solche Feder gebogen wird, findet keine Aufweitung zwischen den Wicklungen auf der "oberen Seite" der Feder statt. Eine Verschiebung der Wicklungen auf der Feder zueinander ist nur auf der "unteren Seite" möglich.
Der Gelenkkörper 1 in seiner Gesamtheit kann mit einer ihn umgebenden Umhüllung mit einer sehr straften Wicklung und einer Gestaltung (z. B. ovale oder rechteckig) verkapselt sein, welche die Umhüllung des Gelenkkörpers 1 selbst gestattet. Bei der Gestaltung einer solchen "Kapsel" wird dem "Membraneffekt" Priorität gegenüber mechanischer Festigkeit gegeben. Wenn ein straft gewickelter dünner Draht verwendet wird, findet somit eine höchst unbedeutende Ausweitung zwischen den Wicklungen der Feder statt, Selbiges trifft auf große Bewegungen im System zu. Auf diese Weise können sich zwei unterschiedliche Arten von Federn vorteilhaft ergänzen, d. h. ein System von Innenfedern, die für die mechanischen Eigenschaften der Vorrichtung verantwortlich sind, ergänzt durch ein äußeres Umhüllungs-Federsystem, welches im Wesentlichen auf einen Barriereeffekt gerichtet ist. Diese beiden Federsysteme sollten aus einem Material mit geeigneten biologischen und mechanischen Eigenschaften hergestellt werden.
Die Ausbildung einer äußeren biologischen Membran rund um eine oder mehrere Federn im Gelenkkörper wird dadurch erleichtert, dass die Feder oder Federn vor der Implantation eine Röhre umgeben, die aus einem biokompatiblem, wahlweise resorbierbarem Material besteht, wobei diese Röhre jedoch keinen Stützkörper für die prothetische Vorrichtung für Gelenke darstellt. Auf diese Weise bildet sich nach der Implantation automatisch eine biologische Kapsel rund um die Feder.
Durch die Auswahl einer geeigneten Größe und Gestaltung der Federn, die im Gelenkkörper eingeschlossen sind, kann die Kontur des normalen Gelenkkopfes in einer kosmetisch vorteilhaften Art imitiert werden.
Die Abmessungen der Komponenten der prothetischen Vorrichtung für Gelenke sind nicht beschränkt, sondern variieren natürlich je nach den Abmessungen des Gelenks oder des Knochenteils, das/der im betreffenden Menschen oder Tier ersetzt werden soll. Bei einer Ausführungsform der prothetischen Vorrichtung für Gelenke hat, wie in 2A–D veranschaulicht, jede Schraubenfeder eine Länge von zirka 9 mm, einen Wicklungsdurchmesser von zirka 5 mm und einen Drahtdurchmesser von zirka 0,3 mm. Die Grundplatte 2 hat eine Dicke von zirka 1 mm, eine Länge von zirka 12 mm und eine Breite von zirka 6 mm. Die Fixiereinrichtung 3 hat einen Durchmesser von zirka 2 mm und steht zirka 6 mm von der Grundplatte vor.
Darüber hinaus können eine oder mehrere Federn geeigneter Größe und Struktur als Ersatz für einzelne Knochen im Körper verwendet werden. Dieses Prinzip ist besonders anwendbar auf das Handgelenk bei der sogenannten Daumenwurzel-Osteoarthrose. Wie oben erwähnt, gibt es gegenwärtig keine recht zufriedenstellende Behandlung der Daumenwurzel-Ostenarthrose. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für Gelenke kann jedoch den in Frage kommenden entfernten Knochen, d. h. das Vieleckbein, auf wesentlich bessere Weise ersetzen als Ersatzmaterialien nach dem Stand der Technik. Die Feder sorgt für eine bleibende Länge im System, während die Möglichkeit von Bewegungen in verschiedenen Ebenen aufrecht erhalten wird. Die Feder kann in Verankerungspunkten in angrenzenden Knochen, wie oben beschrieben, befestigt werden.
In der Wirbelsäule kann es erforderlich sein, bei verschiedenen Krankheiten Bandscheiben oder einzelne Scheiben zu ersetzen. Auch in diesem Fall kann eine prothetische Vorrichtung für Gelenke von geeigneter Größe und geeigneter Gestaltung ein zufriedenstellendes Material für den Ersatz darstellen.

Claims

Prothetische Vorrichtung für Gelenke zum Implantieren in Menschen und Tiere, wobei die Vorrichtung einen Gelenkkörper (1) umfasst, der zwischen zwei Fixierelementen angeordnet ist, die mit angrenzenden Knochenteilen (5) verbunden werden, wobei der Gelenkkörper (1) eine Längsrichtung bestimmt, in der sich das Gelenk und seine angrenzenden Knochenteile (5) in gestrecktem Zustand erstrecken, und der Gelenkkörper (1) wenigstens eine im Wesentlichen schraubenförmige Federeinrichtung umfasst und die Enden jeder Federeinrichtung mit den Fixierelementen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsachse der wenigstens einen Schraubenfedereinrichtung in dem gestreckten Zustand in der Längsrichtung des Gelenkkörpers (1) erstreckt.
Prothetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkörper (1) eine Kombination einer Vielzahl im Wesentlichen paralleler Federeinrichtungen umfasst, wobei eine oder mehrere der Federeinrichtungen sich von den anderen unterscheiden und/oder selbst bezüglich der Länge, dem Wicklungsquerschnitt, der Steigung, dem Steigungswinkel und/oder dem Drahtquerschnitt variieren.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei jede Federeinrichtung eine Schraubenfeder, vorzugsweise eine Zug- oder eine Druckfeder, ist.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Federeinrichtung in ihrer Längsrichtung zylindrisch ist.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach den Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Federeinrichtungen in ihren Längsrichtungen konvex oder konkav sind.
Prothetische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Federeinrichtungen im Wesentlichen konzentrisch im Inneren einer oder mehrerer größerer Federeinrichtungen angeordnet sind.
Prothetische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtoberfläche einer oder mehrerer Federeinrichtungen mit einem biokompatiblen Material beschichtet ist.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Fixierelemente, die mittels des Gelenkkörpers (1) verbunden sind, jeweils a) eine Grundplatte (2), die in einer Ebene angeordnet ist, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Gelenkkörpers (1) erstreckt, und deren eine Fläche mit einem Ende des Gelenkkörpers (1) verbunden ist, und b) eine Fixiereinrichtung (3) umfassen, die mit der gegenüberliegenden Fläche der Grundplatte (2) verbunden ist und im Wesentlichen in der Längsrichtung des Gelenkkörpers (1) vorsteht, wobei die Fixiereinrichtung (3) mit einer Verankerungseinrichtung (4) in einem angrenzenden Knochenteil (5) verbunden wird.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach Anspuch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Grundplatte (2), die mit einer oder mehreren Federeinrichtungen verbunden ist, so ausgeführt ist, dass die Federeinrichtungen in ihrer Ruheposition in der Längsrichtung des Gelenkkörpers (1) gekrümmt sind.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung (3) von der Grundplatte (2) in einem Winkel in Bezug auf die Längsrichtung des Gelenkkörpers (1) vorsteht.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach den Ansprüchen 1–4 zur Rekonstruktion von Knöchelgelenken sowie äußeren und Zwischengelenken der Finger, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkörper (1) aus zwei parallelen zylindrischen Federn in einer Ebene besteht, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Biegung des Gelenkkörpers (1) erstreckt.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Rekonstruktion des Handgelenkes, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkörper (1) eine Kombination aus Zug- und Druckfedern ist.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen jeder Federeinrichtung am nächsten an der dazugehörigen Grundplatte (2) von innen durch eine Presspassung einer kurzen Struktur getragen werden, die von der Grundplatte (2) vorsteht.
Prothetische Vorrichtung für Gelenke nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Federeinrichtungen von einem biokompatiblen Material umschlossen sind oder mit einer biologischen Membran abgedeckt sind, die mittels einer Röhre aus biokompatiblen Material hergestellt wird, die in die dazugehörige Federeinrichtung gepasst wird.