DE69725961T2

DE69725961T2 - Befestigumgsvorrichtung und damit versehene prothese

Info

Publication number: DE69725961T2
Application number: DE69725961T
Authority: DE
Inventors: Björn Albrektsson; Lars Carlsson; Magnus Jacobsson; Tord Röstlund; Stig Wennberg
Original assignee: Astra Tech AB
Current assignee: Astra Tech AB
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: AU723598B2; ATE253338T1; NO983235L; CN1213283A; AU1459697A; US6610099B1; NZ326506A; ES2210491T3; NO311323B1; HUP9902463A2; CZ224998A3; IL125376A; EP0874605B1; BR9707295A; TW353022B; WO1997025939A1; JP3990454B2; ZA97373B; CN1142750C; KR19990077371A

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung zur Verankerung in menschlichem Skelett- oder Knochengewebe. Insbesondere betrifft die Erfindung eine mit Gewinde versehene, selbstschneidende Befestigungsvorrichtung, die insbesondere zur dauernden Verankerung einer Hüftgelenkprothese in einer Höhlung des Oberschenkelknochens geeignet ist. Eine Befestigungsvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Dokument WO 93/16663 der Anmelderin bekannt. Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf eine Prothese mit einer solchen Befestigungsvorrichtung.
Stand der Technik
Das Dokument GB 1'291'470 offenbart eine Prothesen-Befestigungsvorrichtung zum Verankern in Knochengewebe, insbesondere zur Montage einer Zahnprothese im Kieferknochen. Die Befestigungsvorrichtung weist einen im wesentlichen hohlen Bolzen auf, der ein Aussengewinde trägt. Es ist vorgesehen, dass die Gänge des Gewindes in eine vorgebohrte und vorher mit Ausschnitt versehene Knochenhöhlung zwecks dauernder Implantation eingeschraubt werden. In der Nähe seines vorderen Endes, nämlich des Einsatzendes, ist der Bolzen mit einer Anzahl radial gerichteter Löcher versehen, wobei jedes Loch von der mit Gewinde versehenen Aussenfläche zu einer mittigen Bohrung verläuft. Die radialen Löcher sind dazu vorgesehen, ein integrierendes Wachstum sich neu bildenden Knochengewebes während des Heilungsprozesses zu begünstigen. Dieses Wachstum führt schliesslich zu einer "Drehverriegelung", welche ein unerwünschtes Ausschrauben und eine Lockerung der Befestigungsvorrichtung verhindert. In diesem Dokument ist ebenfalls vorgesehen, dass nicht nur die neu gebildete Knochensubstanz, sondern auch loses Knochengewebe, welches beim Einbringen der Befestigungsvorrichtung in die Höhlung gelöst wird, zum integrierenden Wachstum in den radialen Löchern beitragen kann. Die mittlere Bohrung, in der sich abgeschabtes Knochengewebe sammelt, öffnet sich nach unten in die vordere Endfläche des Bolzens.
Die EP-A1-0'237'505, welche ebenfalls eine Befestigungsvorrichtung zum dauernden Verankern in Knochengewebe offenbart, insbesondere eine dauernde Verankerung einer Zahnprothese, lehrt eine Abänderung der oben in GB-1'291'470 beschriebenen Befestigungsvorrichtung, wobei der Zweck darin zu suchen ist, dass ein angeblicher Nachteil von abgeschabtem Knochengewebe, das in der mittigen Bohrung des Bolzens auf den Boden der Knochenhöhlung fällt und daher die Knochenintegration am Grunde der Befestigungsvorrichtung stört, vermieden werden soll. Zu diesem Zweck weist die Befestigungsvorrichtung der EP-A1-0'237'505 keine mittige Bohrung auf, und die radialen Durchgangslöcher sind durch eine oder mehrere am Umfang befindliche Höhlungen ersetzt, die lediglich mit der äusseren zylindrischen Oberfläche der Befestigungsvorrichtung in Verbindung stehen. Als Ergebnis ist die vordere Endfläche der Befestigungsvorrichtung durchgehend, und abgelöstes Knochengewebe kann nicht auf den Grund der Knochenhöhlung fallen. Der Rand jeder Umfangshöhlung in der zylindrischen Mantelfläche bildet ein scharfes Schneidende in einem selbstschneidenden Gewinde, wenn die Befestigungsvorrichtung in das Knochengewebe eingeschraubt wird. Ein wesentliches Merkmal dieser vorbe kannten Befestigungsvorrichtung ist, dass das Totalvolumen der gewebeaufnehmenden Höhlungen am Umfang so ausgewählt wird, dass es das gesamte Knochengewebe sammeln und speichern soll, welches von den Schneidkanten abgetragen wird.
Die US-5'129'901 offenbart eine selbstschneidende, selbstbohrende und rohrförmige Hüftschraube zur vorübergehenden Verankerung in der orthopädischen Knochenchirurgie. Die Schraube ist so ausgelegt, dass sie eine thermische Nekrose möglichst vermeidet und eine wirksame Entfernung von abgetragenem Knochengewebe (als "Chips" bezeichnet) sowohl beim Einsetzen als auch beim Herausdrehen der Schraube gestattet, wodurch das Einschrauben und das nachfolgende Ausschrauben erleichtert werden sollen. Die Schraube besitzt eine mittige Bohrung, die sich in die schneidende Endfläche der Schraube öffnet und zur Aufnahme eines Führungsstiftes für einen Bohrer vorgesehen ist. Die äussere Umfangsfläche der Schraube zeigt einen relativen kurzen mit Gewinde versehenen Teil anschliessend am Bohrende der Schraube und einen relativ langen gewindefreien Schaftteil am hinteren Ende. Der Durchmesser des Schaftteils ist kleiner als der Durchmesser des Gewindeteils. Ein erstes Paar relativ kurzer, am Umfang angeordneter und längsgerichteter Höhlungen oder "Flöten" befindet sich mit Umfangsabstand im Gewindeteil anschliessend an das Schneidende. Diese Flöten bilden selbstschneidende Schneidkanten entlang der Gewindegänge und öffnen sich in die vordere Endfläche der Schraube. Wenn die Schraube in den Knochen eingeschraubt wird, leiten die Flöten die abgetragenen Knochenspäne nach hinten in einen ringförmigen Raum, der zwischen der inneren Wandung des gebohrten Knochenkanals und dem Umfang des Schaftteiles mit vermindertem Durchmesser eingearbeitet ist. Ausserdem ist ein Paar nach rückwärts schneidender Flöten im Gewindeteil an axialer Stelle und mit Abstand nach hinten vom Bohrende angeordnet und so ausgebildet, dass sie durch den Knochen schneiden, wenn die Schraube aus dem Knochen wieder ausgeschraubt wird.
Ähnliche Flöten werden ausserdem im Dokument US-4'537'185 geoffenbart, welches in der oben genannten amerikanischen Patentschrift US-5'129'901 zitiert ist. In dieser Patentschrift US-4'537'185 ist eine selbstschneidende, selbstbohrende Befestigungsschraube mit äusseren Gewindegängen versehen, die von Flöten oder Nuten geschnitten werden. Die Nuten bilden selbstschneidende Schneidkanten entlang der Befestigungsvorrichtung, und es sind in einem vorderen, gewindefreien Endteil der Befestigungsvorrichtungen Schraubzähne vorgesehen.
Im Dokument Wo 93/16663, welches in der Einleitung dieser Beschreibung bereits erwähnt wurde, wird eine Hüftgelenkprothese zur dauernden Verankerung in einem menschlichen Oberschenkelknochen beschrieben. Die Prothese enthält eine stufenförmige Befestigungsvorrichtung, die ein erstes, vorderes zylindrisches Befestigungselement und ein zweites, rückwärtiges, steckerähnliches zylindrisches Befestigungselement aufweist, welches mit dem ersten Befestigungselement starr verbunden oder mit diesem integriert ist, und einen Prothesenkopf, der vom rückwärtigen Ende der Befestigungsvorrichtung getragen wird. Jedes der beiden Befestigungselemente besitzt eine mit Gewinde versehene Aussenfläche, die mit kurzen scharfkantigen schneidenden Einsprüngen am Einsatzende versehen ist. Das erste Befestigungselement ist in einer relativ engen Bohrung selbstschneidend, die durch das Oberschenkelknochengewebe im porösen Knochen entlang einer vorbestimmten Achse verläuft, und das zweite Element ist selbstschneidend in eine breitere zylindrische Höhlung eingeschraubt, die im porösen Knochen des Oberschenkelkopfes eingeschnitten ist und coaxial mit dem engen Loch verläuft. Die axiale Länge der schneidenden Ausnehmungen ist bedeutend kleiner als die gesamte axiale Länge des mit Gewinde versehenen Teiles. Insbesondere ist die Anwesenheit der Schneidausnehmungen im zweiten Element auf einen relativ kurzen vorderen Endbereich beschränkt, der leicht nach innen abgeschrägt ist, um das Einsetzen und das Zentrieren der Befestigungsvorrichtung zu erleichtern, wenn diese in die grössere Höhlung eingesetzt und eingeschraubt wird. Auf diese Weise ist der grössere Anteil der mit Gewinde versehenen Aussenfläche des zweiten Elementes ungebrochen, d. h. er weist keine Ausnehmungen auf, und dient zur Herstellung einer zu diesem Zweck vorgesehenen mechanischen Schraubverbindung mit der Innenwandung der vorgebildeten Höhlung. Im Gegensatz zur Befestigungsvorrichtung gemäss EP-A1-0'237'505 erstrecken sich die Schneidausnehmungen des zweiten Befestigungselementes überall nach vorn und öffnen sich in die vordere Endfläche dieses Befestigungselementes. Durch diese Anordnung wird die von den Schneidausnehmungen abgeschnittene oder abgetrennte Knochensubstanz nach vorn abgegeben, d. h. in Richtung des Einbringens, und zwar aus den Ausnehmungen in die Höhlung.
Wie im Dokument Wo 93/16663 angegeben ist, wird die Befestigungsvorrichtung vorzugsweise in Eingriff mit der Innenseite der Kompakta des Knochens gebracht, um das Risiko eines mechanischen Lösens der Befestigungsvorrichtung zu vermeiden. Der mechanische Kontakt zwischen dem zweiten Befestigungselement und der Kompakta ist auf einen kleinen Umfangsteil der gewindetragenden Fläche begrenzt. Der verbleibende, grössere Teil der gewindetragenden Fläche des zweiten Befestigungselementes ist nicht im Eingriff mit der Kompakta, sondern nur mit der wesentlich weicheren Spongiosa des Knochens. Es ergibt sich, dass nur ein kleiner Teil des zweiten Befestigungselements in mechanischem Eingriff mit dem "harten" Knochen steht und nur dort die Belastung des Kopfes des Hüftknochens überträgt.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, dieses Problem zu überwinden oder zumindest zu vermindern.
Ein spezifischer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht demgemäss darin, eine Befestigungsvorrichtung der Art, die in WO 93/16663 beschrieben ist, zu verbessern und allgemein die mechanische Verbindung zwischen dem Knochen und einer Prothesen-Befestigungsvorrichtung zu verstärken, wobei eine stärkere dauerhafte Verankerung erzielt wird.
Beschreibung der Erfindung
Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird eine Befestigungsvorrichtung zum Einsatz und zur dauernden Verankerung in einer Höhlung geschaffen, die sich in einem Knochengewebe befindet, mit einem Befestigungselement, welches eine Einsatz-Endfläche und eine zylindrische Mantelfläche aufweist, die mit einem Schraubgewinde versehen ist, und mit mehreren, über den Umfang mit Abstand angeordneten Schneidausnehmungen, die in einem vorderen, selbstschneidenden Endbereich der gewindetragenden Mantelfläche benachbart zur genannten Einsatz-Endfläche angeordnet sind und die sich axial in die genannte Einsatz-Endfläche öffnen. Die Befestigungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin mehrere, über den Umfang mit Abstand verteilte gewebeaufnehmende und gewebeverteilende Nuten in einem hinteren, nicht selbstschneidenden Bereich der gewindetragenden Mantelfläche aufweist, wobei sich die genannten Nuten radial nach aussen öffnen und sich zumindest teilweise in Längsrichtung des Befestigungselements erstrecken, wobei jede Nut an ihrem Vorderende mit einer der genannten Schneidausnehmungen in Verbindung steht und sich in diese axial öffnet, um abgetrennte Knochensubstanz darin zu sammeln und sie radial aus den Nuten auszubringen und damit die abgetrennte Knochensubstanz umfangsmässig über die innere Wandung der Höhlung während des Einbringens der Befestigungsvorrichtung zu verteilen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ausserdem eine Prothese angegeben, insbesondere eine Hüftgelenkprothese, welche eine derartige Befestigungsvorrichtung aufweist.
Ein Verfahren zum Verankern einer Befestigungsvorrichtung gemäss dieser Erfindung in Knochengewebe besteht darin, dass man zunächst eine Höhlung im Knochengewebe anbringt, dann eine selbstschneidende Befestigungsvorrichtung schafft, welche Schneidausnehmungen zum Erzeugen innerer Gewindegänge an der Innenwandung der Höhlung beim Einbringen der Befestigungsvorrichtung in die Höhlung sowie eine gewindetragende äussere Umfangsfläche zum Eingriff in das Innengewinde der Höhlung aufweist, und dass man dann diese Befestigungsvorrichtung in die genannte Höhlung einsetzt, wobei das besagte Innengewinde der Höhlung hergestellt und die genannte äussere gewindetragende Umfangsfläche der Befestigungsvorrichtung in Eingriff mit dem genannten Innengewinde gebracht wird, und das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen der Befestigungsvorrichtung in die Höhlung und die Herstellung des genannten Innengewindes das Knochenmaterial, das durch die besagten Schneidausnehmungen bei der Herstellung des genannten Innengewindes abgetragen wird, gesammelt und umfangsmässig um die Innenwandung der Höhlung verteilt wird.
Wenn die erfindungsgemässe Befestigungsvorrichtung in eine Knochenhöhlung eingebracht wird, schneidet sich der selbstschneidende Bereich des Befestigungselements in die Innenwandung der Höhlung ein und erzeugt dort ein Gewinde zur nachfolgenden schraubenden Aufnahme des hinteren, nicht selbstschneidenden Teiles des Befestigungselements. Die Knochensubstanz, die beim Einführen der Befestigungsvorrichtung in die Höhlung abgetragen wird und zunächst in die gewindeschneidenden Ausnehmungen hineinfällt, wird aus diesen nach rückwärts ausgetragen und gelangt in die Sammelnu ten. Diese Rückwärtsbewegung der Knochensubstanz beruht auf der Tatsache, dass die Wandung der Höhlung eine nach hinten gerichtete Reibungskraft auf abgetragenes Knochenmaterial in den Schneidausnehmungen und den Sammelnuten ausübt, und auch auf der Tatsache, dass die Knochensubstanz, nachdem sie in die Sammelnuten eingetreten ist, einem nach hinten gerichteten Druck durch nachfolgende Knochensubstanz unterworfen ist. Demgemäss dienen die Schneidausnehmungen einem doppelten Zweck, nämlich als übliche gewindeschneidende Tätigkeit und auch dazu, frisch abgetragene Knochensubstanz nach hinten in die Sammelnuten abzuleiten.
Wenn die Sammelnuten wie oben beschrieben mit Knochensubstanz gefüllt sind, ergibt sich bei einer weiteren Drehung, die die Befestigungsvorrichtung in die Höhlung einschraubt, dass die in den Sammelnuten befindliche Knochensubstanz radial nach aussen aus der Befestigungsvorrichtung bewegt und gegen die Innenwandung der Höhlung gedrückt wird.
Da die Schneidausnehmungen nach vorn offen sind, wird sich ein Teil der abgetragenen Knochensubstanz nach vorn bewegen und in die Höhlung fallen, d. h. nach vorn bezüglich der vorderen Endfläche des Befestigungselements. Wenn diese Endfläche sich der Bodenfläche der Höhlung am Ende des Einschraubens nähert, wird die Menge der Knochensubstanz, die sich in der Höhlung befindet, zwischen diesen beiden Flächen zusammengepresst. Daher ergibt sich beim endgültigen Anziehen der Befestigungsvorrichtung ein starker, nach hinten gerichteter Materialdruck auf das Material, das sich in den Schneidausnehmungen befindet, und dieser Druck wird wiederum als nach rückwärts gerichteter Druck auf die Knochensubstanz weitergeleitet, die sich in den Sammelnuten befindet. Man erhält schliesslich eine endgültige, kräftige radiale Ablagerung von Knochensubstanz aus den Sammelnuten am Ende des Einschraubens. Die Tatsache, dass die Schneidausnehmungen nach vorn offen sind, stellt daher sicher, dass ein wirksames radiales Austragen von Knochensubstanz am Ende des Einschraubens von den Sammelnuten gegen die Innenwandung der Höhlung stattfindet.
Da die Nuten in den nicht selbstschneidenden Bereich eingearbeitet sind, wirken die äusseren Ränder der Nuten nicht als Schneidkanten, und es ergibt sich demgemäss kein Abtragen von Knochensubstanz entlang den Nuten, welches nach innen gerichtete radiale Druckkräfte auf die Knochensubstanz in den Nuten erzeugen und auf diese Weise die gewünschte ableitende Wirkung entgegenwirken könnte.
Der radiale Austrag von loser Knochensubstanz aus der Befestigungsvorrichtung, welcher eintritt, wenn die erfindungsgemässe Befestigungsvorrichtung in die Höhlung eingeschraubt wird, wird als Ergebnis der Drehung der Befestigungsvorrichtung umfangsmässig an der Innenwandung der Höhlung verteilt. Der daraus entstehende Effekt beseitigt oder vermindert zumindest wesentlich das Problem einer schlechten Verankerung in der weichen Spongiosa des Knochens. Die selbsttätige Verteilung von Knochensubstanz, welche stattfindet, kann als "autologe Transplantation" von Knochensubstanz bezeichnet werden. Wenn die gewindeschneidenden Ausnehmungen in die Kompakta einschneiden, ergibt die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Verschiebung oder "Transplantation" von hartem Knochenmaterial aus demjenigen Teil der Höhlung wo die Schneidausnehmungen in die Kompakta des Knochens einschneiden, in denjenigen Teil der Höhlung, der lediglich die weiche Knochen-Spongiosa aufweist. Da diese Knochen-Spongiosa eine fast schwammähnliche Struktur mit ausserordentlich vielen kleinen Leerräumen aufweist, und da einige dieser Leerräume sich nach innen in die Höhlung öffnen, wird die harte Knochensubstanz, die aus den Sammelnuten ausgetragen wird, diese Leerräume wirksam ausfüllen, so dass eine praktisch rohrförmige Schicht von Kompaktasubstanz um die Befestigungsvorrichtung gebildet wird. Es ergibt sich, dass der mechanische Zusammenhalt mit dem Gewinde der Befestigungsvorrichtung verstärkt wird.
Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die oben besprochene autologe Transplantation von abgetragener Knochensubstanz auch dann auftritt, wenn die Befestigungsvorrichtung nur in die Spongiosa des Knochens eingeschraubt wird. In diesem Falle wird die abgetragene schwammartige Knochensubstanz erfindungsgemäss als eine kompakte Schicht rund um die Innenwandung der Höhlung verteilt und ermöglicht eine bessere Verankerung als im unberührten, schwammartigen Knochen.
Die Hauptfunktion dieser Sammel- und Verteilungsnuten ist es, Knochensubstanz um die Befestigungsvorrichtung herum zu verteilen oder zu "transplantieren" und dadurch die Verankerung der Befestigungsvorrichtung zu verstärken.
Die Nuten dienen weiterhin dazu, das Entstehen einer Nekrose der Kompakta des Knochens aufgrund der Beschädigung oder Blockierung der normalen Kanäle zur Zufuhr von Nährstoffen in abgetragenes Knochenmark und das innere Periosteum aufgrund der eingebrachten Befestigungsvorrichtung zu verhindern. Dank (i) der Anwesenheit der über den Umfang verteilten Sammelnuten, die sich mindestens zum Teil axial über den hinteren Teil der Befestigungsvorrichtung erstrecken, und (ii) der Tatsache, dass diese Nuten Knochensubstanz enthalten, die eine Brutstätte für das Wachstum von neuer Knochensubstanz bilden, stellen die Sammelnuten mit dem neuen Knochenwachstum darin Kanäle zur Zufuhr von Nährstoffen zur Kompakta des Knochens dar und verhindern eine Nekrose.
Die Sammelnuten dienen ausserdem noch einem anderen Zweck, der als solcher aus der oben erwähnten Veröffentlichung GB 1'291'470 bekannt ist, nämlich dass das Einwachsen von neuer Knochensubstanz in den Nuten zur Verstärkung der mechanischen Verankerung der Befestigungsvorrichtung beiträgt.
Um eine wirksame autologe Transplantation zu erzielen, sollte das Gesamtvolumen der Schneidausnehmungen und der Sammelnuten begrenzt werden und insbesondere kleiner sein als das Gesamtvolumen von Knochensubstanz, die durch die Schneidausnehmungen abgetragen wird, oder zumindest kleiner als das Gesamtvolumen von abgetragener Knochensubstanz, welche sich in den Schneidausnehmungen ansammelt. Dies steht in unmittelbarem Gegensatz zur Befestigungsvorrichtung, die in der oben genannten Patentanmeldung EP-A1-0'237'505 beschrieben ist, bei der die radialen Öffnungen so ausgestaltet sind, dass sie in der Lage sind, das Gesamtvolumen von Knochensubstanz, welche beim Einbringen der Befestigungsvorrichtung abgetragen wird, aufzunehmen und zu sammeln. Eine solche Begrenzung des Sammelvolumens für Knochensubstanz der erfindungsgemässen Befestigungsvorrichtung kann dadurch erzielt werden, dass die Parameter Tiefe, Breite und Länge der Schneidausnehmungen und/oder der Sammelnuten geändert werden.
Um die Rückwärtsbewegung der Knochensubstanz in und durch die Nuten noch wirksamer zu machen, können die letzteren vorzugsweise eine Querschnittsfläche aufweisen, die kleiner ist als diejenige der Schneidausnehmungen, wobei eine Art "Trichterwirkung" für die lose Knochensubstanz erzeugt wird. Ein gegebener nach hinten gerichteter Druck auf die Knochensubstanz in den Schneidausnehmungen wird demgemäss in einen höheren Rückwärtsdruck der Knochensubstanz in den Nuten umgewandelt, insbesondere am Ende des Einschraubens, wenn die in der Höhlung befindliche Knochensubstanz nach rückwärts in die Schneidausnehmungen zurückgedrückt wird. Eine solche verminderte Querschnittsfläche der Nuten kann dadurch erreicht werden, dass man die Nuten mit einer kleineren Umfangsbreite als diejenige der Schneidausnehmungen versieht. Diese Lösung ist von Vorteil, weil dadurch Gewindegänge eingespart werden, die für den mechanischen Eingriff in die Wandung der Höhlung erforderlich sind. Eine andere Lösung, die zur obigen "Trichterwirkung" führt, ist eine Erhöhung der radialen Tiefe der Schneidausnehmungen. Diese beiden Lösungen können auch miteinander kombiniert werden.
Die Nuten können in der Längsrichtung der Befestigungsvorrichtung perfekt axial ausgerichtet sein. Die Nuten können auch in einer solchen Richtung geneigt sein, dass die Drehung der Befestigungsvorrichtung zu einer Bewegung der Knochensubstanz nach hinten durch und aus den Nuten heraus beiträgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform öffnet sich das Vorderende jeder Ausnehmung in den rückwärtigen Teil, in Einschraubrichtung gesehen, der entsprechenden Schneidausnehmung, und es wird dadurch eine wirksame Führung bzw. eine Überführung von abgetragener Knochensubstanz aus den Schneidausnehmungen und in die Nuten erreicht.
Es ist vorgesehen, dass nicht alle Schneidausnehmungen mit einer entsprechenden Nut in Verbindung stehen müssen.
Weitere Aspekte und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den angefügten Ansprüchen und der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele hervor, wobei auf die beigegebenen Zeichnungen Bezug genommen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung gemäss Erfindung, die zur Verwendung in einer Hüftgelenkprothese vorgesehen ist,
2 ist ein Längsschnitt der Befestigungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist,
3 ist eine Ansicht der in 1 gezeigten Befestigungsvorrichtung von hinten,
4 zeigt eine vergrösserte geschnittene Ansicht von hinten zur Veranschaulichung der Schneidausnehmungen und der Nuten zum Sammeln und Verteilen in Einzelheiten,
5 ist ein Querschnitt des Halses eines menschlichen Oberschenkels, der mit einer Höhlung zur Aufnahme der in 1 gezeigten Befestigungsvorrichtung vorbereitet ist,
6 ist eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht, entsprechend 5, die die Querschnittsform der Knochenhöhlung zeigt,
7 ist eine Querschnittsansicht entsprechend 5, wobei die Befestigungsvorrichtung gemäss 1 in die Knochenhöhlung eingebracht ist,
8 ist eine teilgeschnittene Ansicht, die die Funktion der Sammel- und Verteilernuten schematisch veranschaulicht,
9 ist ein Querschnitt entsprechend 5, der eine zweite Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung zeigt, die hier in die Knochenhöhlung eingesetzt ist und
10 stellt eine teilgeschnittene Seitenansicht der Schneidausnehmungen und der Sammel- und Verteilernuten der zweiten Ausführungsform gemäss 9 dar, welche die Wirkungsweise dieser Ausführungsform zeigt.
Einzelbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
1 und 2 veranschaulichen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Befestigungsvorrichtung, die zur Verwendung als permanente Verankerung einer Hültgelenkprothese im Hals des menschlichen Oberschenkelknochens vorgesehen ist. Die Befestigungsvorrichtung, die im allgemeinen der Art entspricht, welche im Dokument WO 93/16663 geoffenbart ist, weist ein zylindrisches erstes Befestigungselement 1 und ein zapfenartiges, zylindrisches zweites Befestigungselement 2 auf. Das zweite Befestigungselement 2 ist mit einem Umfangskragen 3 versehen, der ein Einbringen des Elementes begrenzt, indem er gegen eine ausgeschnittene Oberfläche (Bezugszeichen 33 in 5) zur Anlage kommt, wobei der Kopf des Oberschenkelknochens entfernt worden ist. Das erste Befestigungselement 1 besitzt eine mit Gewinde versehene äussere Oberfläche mit einer Anzahl kurzer, scharfkantiger Schneidausnehmungen 4 am Einführungsende 5, um selbstschneidend in ein vorgebohrtes, relativ enges Loch (Befestigungsvorrichtung 30 in 5) eingeschraubt zu werden.
Das zweite Befestigungselement 2 besitzt ebenfalls eine mit Gewinde versehene äussere Oberfläche, deren axiale Länge in 2 mit dem Bezugszeichen 6 versehen ist und die einen vorderen, relativ kurzen, selbstschneidenden Endbereich 7 und einen hinteren, relativ langen, nicht selbstschneidenden Eingriffsbereich 8 aufweist. Acht im gleichen Abstand angeordnete, scharfkantige Schneidausnehmungen 9 sind über den Umfang am vorderen Endbereich 7 angebracht, damit sie in eine vorbereitete Knochenhöhlung (Bezugszeichen 32 in 5) selbstschneidend eingeschraubt werden können, welche coaxial mit dem engen Bohrloch 30 vorgesehen ist. Die Schneidausnehmungen 9 öffnen sich axial in eine radiale Endfläche 10 des zweiten Befestigungselements 2. Der vordere, selbstschneidende Endbereich 7 verläuft leicht konisch, um die Befestigungsvorrichtung bei ihrem Einbringen zu führen und zu zentrieren.
Wie noch genauer und in Einzelheiten aus 3 und 4 hervorgeht, sind acht Schneidausnehmungen 9 vorgesehen, die jeweils durch eine radiale Wandung 11 und eine Bodenwandung 12 begrenzt ist, welche senkrecht dazu verläuft. Die Einschraubrichtung der Befestigungsvorrichtung ist durch den Pfeil 13 angezeigt. Zwischen jedem Paar benachbarter Schneidausnehmungen, beispielsweise die Schneidausnehmungen 9a und 9b in 4, erstreckt sich eine Freigabefläche 14 von der hinteren Schneidausnehmung 9a gesehen in Drehrichtung an der Vorderkante der Bodenwandung 12 zur vorderen Schneidausnehmung 9b an dessen Schneidkante 15 und fällt dort mit der radialen Aussenkante der radialen Wandung 11 zusammen.
Wie ganz besonders klar aus 4 hervorgeht, bildet jede Freigabefläche 14 einen Winkel α mit einer Tangente 16 an der Zylindermantelfläche und ergibt auf diese Weise die beabsichtigte selbstschneidende Funktion.
Acht über den Umfang verteilte, radial offene Sammel- und Verteilernuten 17 sind im hinteren, nicht selbstschneidenden Teil 8 angebracht und erstrecken sich parallel zur Längsachse der Befestigungsvorrichtung. Am Vorderende öffnet sich jede Nut 17 in eine zugehörige Schneidausnehmung 9. Die Nuten 17 sind in Umfangsrichtung gegenüber den Schneidausnehmungen 19 derart versetzt, dass die hintere Längskante jeder Nut 17, in Einschraubrichtung 13 gesehen, mit der oben beschriebenen Schneidkante 15 der entsprechenden Ausnehmung 9 zusammenfällt.
Bei der gezeigten Ausführungsform besitzt jede Nut 17 eine im wesentlichen halbzylindrische Wandung 18 und ist bezüglich der Schneidausnehmungen 9 derart dimensioniert, dass letztere in der Umfangsrichtung breiter und in der Radialrichtung tiefer als die Nuten 17 sind. Daher haben die Schneidausnehmungen 9 einen grösseren radialen Querschnitt als die Sammelnuten 17. Vorzugsweise ist der Übergang zwischen den Schneidausnehmungen 9 und den zugehörigen Nuten 17 sanft abgerundet.
Bei der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Nuten 17 praktisch über die gesamte Länge des nicht selbstschneidenden Teiles 8, aber die Nuten 17 können auch im Schutzbereich der Erfindung kürzer sein. Weiterhin können Sammelnuten 17 mit unterschiedlichen Längen vorgesehen sein, und Schneidausnehmungen 9 können vorhanden sein, in welche keine Sammelnuten enden.
Die Funktion der Nuten 17 soll nun unter Bezugnahme auf 5 bis 8 näher beleuchtet werden. Wie insbesondere aus 5 und 6 hervorgeht, sind das Bohrloch 30 und die ausgeschnittene Höhlung 32 so positioniert und gerichtet, dass nach Montage der Befestigungsvorrichtung, wie es in 7 gezeigt ist, ein Gewindeeingriff zwischen dem harten Knochen der Kompakta 34 und dem hinteren nicht selbstschneidenden Teil 8 zustande kommt. Der Querschnitt der ausgeschnittenen Knochenfläche 33 ist nicht kreisförmig. Wie insbesondere aus 6 in Verbindung mit 5 hervorgeht, wird die innere Wandung der Höhlung 32 aus zwei Bereichen 34 aus hartem Kompaktaknochen 34 an der unteren Seite mit einem dazwischenliegenden schmalen "Strang" 36 aus weichem Knochen der Spongiosa gebildet und auch ein ziemlich breiter oberer Bereich 38 aus Spongiosa.
Wenn das zweite Befestigungselement 2 in die Höhlung 32 eingeschraubt wird, schneiden die Schneidausnehmungen 9 harten Knochen aus den Flächen 34 und auch weichen Knochen aus den Bereichen 36 und 38. Die abgetragene Knochensubstanz füllt dann praktisch sofort die ziemlich engen Schneidausnehmungen 9, und als Ergebnis einer axial gerichteten Reibung gegen die Innenwandung der Höhlung 32, wird diese Substanz nach rückwärts in die zugehörigen Nuten 17 eingedrückt und dort gesammelt, wie es in 8 schematisch durch offene Pfeile angedeutet ist. In dieser Figur wird die abgetragene Knochensubstanz mit B und durch einen dunkleren Hintergrund dargestellt. Die Richtung des axialen Einschraubens der Befestigungsvorrichtung wird durch den Pfeil 44 angedeutet.
Nach Massgabe der Füllung der Nuten 17 übt die Substanz B, die nach und nach von den Schneidausnehmungen 19 zugeführt wird, einen nach rückwärts gerichteten axialen Druck auf die Substanz aus, die sich bereits in den Nuten 17 befindet. Wenn die Nuten 17 nun infolge der kombinierten Auswirkung der nach rückwärts gerichteten Reibungskräfte und der nach rückwärts gerichteten Druckkräfte vollständig ausgefüllt sind, verursacht ein weiteres Einschrauben und Abtragen von Substanz ein radiales Austreten von Knochensubstanz aus den Sammelnuten 17 und in die Leerräume der Spongiosa 38, wie diese schematisch mit dem Bezugszeichen 40 in 8 angedeutet sind. Insbesondere bewegt sich harte Knochensubstanz aus den Gebieten 34 in 6 (autologe Transplantation) in die Bereiche 36 und 38 der Spongiosa, wobei sich um die Befestigungsvorrichtung eine verbesserte Verteilung von Material der Kompakta bildet, und die Verankerung wird verfestigt.
Es sei unterstrichen, dass das Gesamtvolumen der Schneidausnehmungen 9 und der Sammelnuten 17 kleiner, vorzugsweise viel kleiner, als die Gesamtmenge an Knochensubstanz sein sollte, welche beim Vorgang des Einschraubens abgetragen wird. Dies sollte deshalb beachtet werden, um sicherzustellen, dass die Nuten 17 sich schnell füllen und dass die Verteilerwirkung sobald wie möglich aktiviert wird.
Da sich die Schneidausnehmungen 9 axial nach vorn öffnen, wie das Bezugszeichen 46 in 8 angibt, fällt ein Teil der abgetragenen Knochensubstanz B axial nach vorn in die Höhlung 32. Am Ende des Einschraubvorgangs wird diese Knochensubstanz zwischen der Endfläche 10 und der Bodenwandung 50 der Höhlung 32 komprimiert. Das endgültige Anziehen der Befestigungsvorrichtung komprimiert daher diese "eingefangene" Knochensubstanz, die dadurch in Rückwärtsrichtung in die Nuten 17 stark eingepresst wird und sich dann über die Innenwandung der Höhlung 32 verteilt.
9 und 10 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Befestigungsvorrichtung. Diese zweite Rusführunsform entspricht in weiten Teilen der eben beschriebenen Ausführungsform, und aus diesem Grunde werden äquivalente Teile nicht nochmals beschrieben. Ebenfalls haben gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen. In 9 ist die Befestigungsvorrichtung in teilweise eingebautem Zustand gezeigt, und 10 stellt eine gebrochene, vergrösserte Ansicht dar, welche den Einschraubvorgang veranschaulicht.
Die zweite Ausführungsform gemäss 9 und 10 weicht von der ersten Ausführungsform gemäss 1 bis 8 dadurch ab, dass die Sammelnuten 17 gegenüber der Längsachse der Befestigungsvorrichtung derart geneigt sind, dass die Drehung der Befestigungsvorrichtung beim Vorgang des Einschraubens eine nach rückwärts gerichtete Bewegung von Knochensubstanz in den Nuten 17 begünstigt. Das Einlassende der Nuten 17 befindet sich demgemäss vor ihrem geschlossenen Hinterende, in Einschraubrichtung 13 gesehen. Weiterhin zeigt die zweite Ausführungsform die Tatsache, dass die Nuten 17 kürzer sein können als diejenigen der ersten Ausführungsform.

Claims

Befestigungsvorrichtung (1, 2) zum Einsatz in eine Höhlung (32) in Knochengewebe und zur dauernden Verankerung darin, mit einem Befestigungselement (2), welches eine Einsatz-Endfläche (10) und eine zylindrische Mantelfläche (6) aufweist, die mit einem Schraubgewinde versehen ist, und mit mehreren, über den Umfang mit Abstand angeordneten Schneidausnehmungen (9), die in einem vorderen, selbstschneidenden Endbereich (7) der gewindetragenden Mantelfläche (6) benachbart zur genannten Einsatz-Endfläche (10) angeordnet sind und sich axial in die genannte Einsatz-Endfläche (10) öffnen, gekennzeichnet durch mehrere, über den Umfang mit Abstand angeordnete gewebeaufnehmende und gewebeverteilende Nuten (17) in einem hinteren, nicht selbstschneidenden Bereich (8) der gewindetragenden Mantelfläche (6), wobei sich die genannten Nuten (17) radial nach aussen öffnen und sich zumindest teilweise in Längsrichtung des Befestigungselements (2) erstrecken und jede Nut (17) an ihrem Vorderende mit einer der genannten Schneidausnehmungen (9) in Verbindung steht und sich in diese öffnet, um abgetrennte Knochensubstanz (B) darin zu sammeln und sie radial aus den Nuten (17) auszubringen und damit die abgetrennte Knochensubstanz (8) umfangsmässig über die innere Wandung der Höhlung (32) während des Einbringens der Befestigungsvorrichtung zu verteilen.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das gesamte gewebesammelnde Volumen der Schneidausnehmungen (9) und der Sammel- und Verteilungsnuten (17) kleiner als das Gesamtvolumen der Knochensubstanz (B) ist, die beim Einbringen der Befestigungsvorrichtung (1, 2) abgetrennt wird.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das gesamte gewebesammelnde Volumen der Schneidausneh mungen (9) und der Sammel- und Verteilungsnuten (17) kleiner als das Gesamtvolumen der Knochensubstanz (B) ist, das beim Einbringen der Befestigungsvorrichtung (1, 2) in den besagten Nuten (17) gesammelt wird.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Querschnittsfläche der Nuten (17) kleiner als diejenige der Schneidausnehmungen (9) ist.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Umfangsbreite der Nuten (17) kleiner ist als diejenige der Schneidausnehmungen (9).
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die radiale Tiefe der Nuten (17) kleiner ist als diejenige der Schneidausnehmungen (9).
Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der sich die Nuten (17) lediglich in Längsrichtung des Befestigungsorgans (2) erstrecken.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Nuten (17) gegen die Längsrichtung des Befestigungsorgans (2) derart geneigt sind, dass die Drehbewegung der Befestigungsvorrichtung (1, 2) bei deren Einbringen in die Höhlung (32) eine Rückwärtsbewegung der Knochensubstanz (B) in den Nuten (17) begünstigt.
Befestigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der sich die Nuten (17) in Längsrichtung des Befestigungsorgans (2) über den grössten Teil des nicht selbstschneidenden Bereichs (8) erstrecken.
Prothese, beispielsweise Hüftgelenkprothese, enthaltend eine Befestigungsvorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9.