DE69732858T2

DE69732858T2 - Femorale kopf- und halsprothese

Info

Publication number: DE69732858T2
Application number: DE69732858T
Authority: DE
Inventors: James B Grimes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2017-08-14
Also published as: JP3567992B2; ATE291397T1; US6273915B1; EP0959821A1; JP2004167283A; CA2263383A1; WO1998006359A1; EP0959821A4; EP0959821B1; JP2001505077A; DE69732858D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein eine Knochenprothese und insbesondere Femur-Kopf-Halsprothesen und Verfahren zu ihrer Implantierung.
Der totale Hüftgelenkersatz wurde erstmalig im November 1963 aufgrund einer „Zementfixierung" der Komponenten klinische Realität. Der Femurkopf und -hals wurden entfernt, der obere Markkanal des Femurs wurde ausgeräumt (d. h. Markinhalte wurden entfernt), Acrylzement wurde in den Markkanal des Femurs eingegossen, und der Metallfemurbestandteil wurde in den flüssigen Zement eingesetzt. In 10 bis 15 Minuten erhärtete der Acrylzement (Methylmethacrylat) und schaffte eine Befestigung für den Femurschaft. Acrylzement ist ähnlich dem Acrylharz, das Zahnärzte zur Herstellung von Zahnersatz benutzen. Heute ist die Zementfixierung von Femurbestandteilen noch üblichste Methode der Fixierung des Implantats an dem Knochen.
Die Zementfixierung ist grundlegend bei dem Formerfüllungskontakt mit dem Knochen. Der flüssige Zement berührt die gesamte innere Oberfläche des oberen Femurs. Diese Art der Fixierung ist im Allgemeinen für den kurzen Zeitraum (10 Jahre) erfolgreich, jedoch tritt auf lange Sicht eine Verschlechterung des Knochens auf, und der Zement und Femurbestandteil können sich lockern. Durch den Zement und die Implantatschienung des oberen Femurs wird Knochenverlust verursacht, wodurch verhindert wird, dass das obere Femur natürlicher Biegung unterworfen wird. Dies ist besonders bei jüngeren (d. h. weniger als 50 Jahre alten) Patienten ein Problem.
Nichtzementierte oder mit „Presspassung" versehene Femurbestandteile versuchen im Grunde genommen das gleiche wie zementierte Implantate zu tun, eine feste Fixierung zwischen dem Implantat und dem Knochen durch maximale Ausfüllung des Knochenmarkkanals mit dem Metallimplantat zu erreichen. Mit anderen Worten glaubt man, dass je enger und vollständiger das Metallimplantat den Knochenmarkkanal ausfüllt, um so besser wird die Fixierung sein und um so erfolgreicher das Ergebnis. Die Erfahrung zeigt aber, dass dies nicht immer der Fall ist.
Die nichtzementierten Femurschäfte sind größer und dicker als ihre zementierten Gegenstücke, weil die flexiblere Schicht aus Acrylzement durch Metall ersetzt ist. Da ein nichtzementierter Schaft aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist und einen größeren Durchmesser als der zementierte Schaft hat, ist er steifer. Je größer die Steifigkeit, um so geringer ist die Schienung des oberen Femurs von der normalen Biegungsablenkung, die beim Gehen (Beanspruchung) auftritt. Obgleich annehmbare klinische Ergebnisse mit nichtzementierten intramedullären Femurschäften erreicht werden, haben nichtzementierte Schäfte im Allgemeinen eine höhere Geschwindigkeit des Knochenschwunds in dem oberen Femur infolge Belastungsmangel oder „Stressabschirmung", wie er allgemein aber falsch bezeichnet wird.
Zusammengefasst hängt die Fixierung aller herkömmlichen intramedullären Gesamthüft-Femurbestandteile von der maximalen Ausfüllung des oberen Femurs und des Knochenmarkkanals mit Zement und Metall oder Metall alleine ab. Nicht zufällig tritt Knochenschwund bei allen diesen Implantaten auf.
Abriss der Erfindung
Nach einem Aspekt sind unter den verschiedenen Aufgaben und Merkmalen der vorliegenden Erfindung zu nennen, die Schaffung einer Femur-Kopf-Halsprothese, die das Femur gegen Knochenschwund schützt; die Schaffung einer solchen Prothese, die einen stabilen Sitz zwischen der Prothese und dem Femurhals schafft; die Schaffung einer solchen Prothese, die die Kompression an ihrer Grenzfläche mit dem oberen Femur aufnimmt; die Schaffung einer solchen Prothese, die die Schienung des oberen Femurs hemmt; die Schaffung einer solchen Prothese, die die gesamte axiale Festlegung der Prothese unterhalb des Sitzes inhibiert; die Schaffung einer solchen Prothese, die Belastungen von der Hüfte fast vollständig in Kompression aufnimmt; und die Schaffung einer solchen Prothese, die eine längere Nutzlebensdauer hat.
Ferner sind unter den mehreren Aufgaben und Merkmalen der vorliegenden Erfindung zu nennen, dass das Implantat leicht durch eine Methode implantiert werden kann, die die historische Belastung des Femurs berücksichtigt; die Methode führt zu auf die Prothese einwirkenden Belastungen, die in einer im wesentlichen natürlichen Weise auf das Femur übertragen werden; die Methode ermöglicht für die Übertragung von Belastungen auf den Hals und das obere Femur eine stabile Grenzfläche zwischen einem Kragen der Prothese und dem Femurhals; die Methode hemmt eine totale axiale Festlegung der Prothese; die Methode verringert im wesentlichen die Biegemomente an der implantierten Prothese; und die Methode bewirkt, dass die Prothese fast vollständig auf Kompression belastet wird.
Die Femurprothese zur Implantierung in ein Femur hat im Allgemeinen einen zur Aufname eines Prothesenkopfes eingerichteten Hals, einen Kragen, auf dem der Hals angebracht ist, und einen Schaft, der von dem Kragen auf der dem Hals entgegengesetzten Seite des Kragens ausgeht. Die Prothese hat eine der Längsachse des Schaftes entsprechende Längsachse. Der Schaft ist so gebaut und eingerichtet, dass die Prothese gegen Bewegung um ihre Längsachse und um zur Längsachse senkrechte Achsen fixiert ist und nach Implantation in das Femur die axiale Fixierung der Prothese gehemmt ist, um dadurch eine im wesentlichen natürliche Belastung des oberen Femurs zu erreichen.
Das Implantat der vorliegenden Erfindung, das z. B. eine nichtzementierte Femur-Kopf-Halsprothese ist, kann z. B. in ein Femur implantiert werden, das einen Schaft und an dem oberen Ende des Schaftes an der medialen Seite des Femurs einen Hals hat. Im Allgemeinen umfasst die Implantationsmethode die Stufen der Bestimmung der Achse des medialen Trabekelstroms des Femurs und der Fräsbearbeitung des Femurhalses zur Bildung eines Sitzes auf dem Femurhals. Eine erste Bohrung wird durch den Femurschaft von dem Femurhals abwärts längs einer zur Achse des medialen Trabekelstroms im Wesentlichen parallelen Linie hin zu der Seite des Femurs gebohrt. Eine zweite Bohrung wird durch den Schaft des Femures von dem Femurhals längs einer zur Achse des medialen Trabekelstroms im wesentlichen parallelen Linie, jedoch mit Abstand von der Linie der ersten Bohrung abwärts hin zu der Seite des Femurs gebohrt. Ein Schaft der Prothese wird in die sich durch den Schaft zu der lateralen Seite des Femurs erstreckende erste oder zweite Bohrung eingesetzt, wobei ein Teil des Schaftes in der anderen der ersten oder zweiten Bohrung aufgenommen wird.
Ein grundlegender Aspekt dieser Einrichtung ist der, dass der Schaft nach meinem früheren US-Patent Nr. 4,998,937 in Linie mit der normalen Belastungstrajektorie jeder individuellen Hüfte implantiert werden kann. Bei dem in dieser Ausrichtung implantierten Schaft werden die Hauptkräfte auf dem Implantat einander zugekehrt (d. h. in Kompression) sein. Mit anderen Worten sind bei jedem Schritt die 500 Pfund Kraft (2224,11 Newton), die ein Mann von 150 Pfund (68,04 kg) bei normalem Gehen an der Hüfte erzeugt, in die Implantatachse gerichtet. Das Ziel ist, dass der Femurhals 100% der Last (Gesamtreaktionskraft) durch den Kragen aufnimmt. Die Kraft auf die Kugel des Implantats drückt den Kragen gegen den resezierten Femurhals. Das Ziel ist, dass der Kragen alle Last auf den Femurhals überträgt, so dass der Knochen 100% der normalen Belastung (Biegung) aufnimmt.
Da so viel Last durch den Kragen übertragen wird, ist es auch wichtig, dass die Grenzfläche Kragen/Knochen stabil ist. Bei meiner früheren patentierten Konstruktion (Schaft/Zylinder/Platte) stabilisierte die Zylinder/Seitenplatte-Komponente den Schaft und den Kragen. Der Zylinder verhinderte, dass der Schaft gekippt (Kräfte, die die Kugelfront nach hinten oder Seite an Seite bewegen) oder gedreht wurde. Die Kragen/Schaftkomponente war frei, gegen den Femurhals dynamisch komprimiert zu werden, da der Schaft in dem Zylinder wenig oder keinen Widerstand gegen Axialbewegung relativ zum Femur bot.
In meiner neuen Erfindung übernimmt das obere Femur die Stelle der Zylinder/Seitenplatte bei der Verhinderung der Kippung und Rotation des Implantats. Das Implantat ist so konstruiert, dass es mit dem bearbeiteten oberen Femur zusammenpasst, so dass Kippung und Rotation unter Kontrolle sind, Kompression aber erlaubt ist. Der dicke proximale Schaft hat Kontakt mit der Innenseite des Femurhalses, um Kippung und Rotation zu verhindern. Nach Schneidbearbeitung des Femurhalses und Entfernung des gesamten Markinhalts werden Sie bei Sicht entlang der Belastungsachse in dem Femur einen Hohlraum sehen, der im allgemeinen ovalen Querschnitt hat. Dieser ovale Querschnitt kann im Wesentlichen durch zwei überlappende Kreise ausgefüllt werden, von denen einer kleiner als der andere ist. Die sich überlappenden Kreise, die entlang der Belastungsachse in die dritte Dimension ausgedehnt sind, werden zu zwei sich überlappenden Zylindern. Der Schaft meiner neuen Femurprothese hat eine Doppelzylindergeometrie. Der obere Femurhohlraum ist so bearbeitet, dass diese Doppelzylindergeometrie in das obere Femur eingepasst werden kann.
Die Geometrie der Innenseite des oberen Femurs ist von Person zu Person verschieden. Das Ziel ist, dass die Oberfläche des oberen Protheseschaftes in der Doppelzylinderform den Knochen des Femurs in wenigstens einem Punkt an allen Stellen entlang der Länge des oberen Schaftes berührt. Infolge der unregelmäßigen Gestalt des Knochens und der Zwangsläufigkeit der zylindrischen Aufweitung parallel zu einer Achse (d. h. die Lastachse), wird der Implantat/Knochen-Kontakt entlang des oberen Schaftes unvollständig sein. Die geraden Seiten des Implantats werden die gewölbten Flächen des oberen Femurs nur in gewissen diskreten Flächen berühren. Dieser tangentiale Kontrakt ist vermutlich ausreichend, um Kipp- und Drehbewegung unter Kontrolle zu halten, jedoch die Kompression des Knochens zu erlauben.
Die maschinelle Bearbeitung des oberen Femurs umfasst grundsätzlich vier grundlegende Bohrungs-, Aufweitungs- und Kreisplanierungsvorgänge.
Stufe 1. Der mediale Femurhals-Hohlraum wird auf einer ersten Achse aufgeweitet (geräumt), um den kleineren der zwei Zylinder passend zu machen.
Stufe 2. Auf derselben ersten Achse wird ein Loch in das Femur gebohrt.
Stufe 3. Der laterale Femurhals-Hohlraum wird auf einer zweiten Achse parallel zu der ersten aufgeweitet, um den größeren der zwei Querschnittskreise passend zu machen.
Stufe 4. Der Hals wird „planiert", um die Form des Kragens anzupassen.
Das Implantat wird dann in das Femur eingesetzt, wobei Teile in beiden Querschnittskreisen aufgenommen werden.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit eine Knochenprothese geschaffen zum Implantieren in einem Knochen an einem Gelenk, mit einem zur Aufnahme einer Kugel eingerichteten Hals, einem Kragen, auf dem der Hals angebracht ist, und einem Schaft, der von dem Kragen auf der dem Hals entgegengesetzten Seite ausgeht, wobei die Prothese eine der Längsachse des Schaftes entsprechende Längsachse (AX-1) hat und der Schaft für eine transossale Implantation ausgebildet ist, bei der der Schaft in den Knochen im Allgemeinen an dessen einer Seite eintritt, einen Knochenmarkkanal durchquert und auf einer gegenüberliegenden Seite des Knochens in den Rindenknochen eintritt, wobei auf dem Schaft axial verlaufende Keile ausgebildet sind, um nach Implantation in einen Knochen die Prothese gegen Bewegung um ihre Längsachse (AX-1) und um zur Längsachse (AX-1) senkrechte Achsen zu fixieren und eine axiale Fixierung des Schaftes zu hemmen.
Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend teils offensichtlich und teils ausgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Teilschnitt eines oberen Femurs, der eine Femur-Kopf-Halsprothese der vorliegenden Erfindung zeigt, die in das Femur implantiert ist (wobei die Prothese in ausgezogenen Linien dargestellt ist);
1A ist eine Ansicht eines intakten Femurs, die den medialen Trabekelstrom des Femurs und Achsen des Femurs und der Prothese zeigt;
1B ist eine Querschnittsansicht des Femurhalses, die die Ebenen des Femurs erläutert;
2A–2D erläutert die Kontaktflächen zwischen der oberen Prothese und dem Knochen an Stellen, die durch die betreffenden Linien 2A-2A bis 2D-2D (1) bezeichnet sind;
3 ist ein Schnitt durch den geschienten Teil des unteren Schaftes entlang der Ebene der Linie 3-3 der 1;
4A–R sind schematische Ansichten einer weniger bevorzugten Ausführungsform und einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Implantierung der Prothese;
4A ist eine Ansicht des Femurs, die die Achse des medialen Trabekelstroms zeigt;
4B ist eine Ansicht, die die Winkelführung und die Sägeführung um den Femur für die Femurhalsresektion zeigt;
4D ist eine Ansicht, die die Winkelführung, eine Räumerführung und einen Räumer zum Aufweiten der zweiten Bohrung in dem Femurhals zeigt;
4C ist eine Ansicht, die den Räumer zum Räumen der zweiten Bohrung in dem Femurhals zeigt;
4E ist eine Ansicht, die die Winkelführung, Kalkar-Fräsführung und den Kalkarfräser zum Fräsen der ersten Bohrung in den Femurhals zeigt;
4F ist eine Ansicht, die die Kalkar-Fräsführung und den Kalkarfräser zum Fräsen der ersten Bohrung in dem Femurhals zeigt, wobei die Winkelführung zur Deutlichkeit weggelassen ist;
4G ist eine Ansicht, die eine Bohrstiftführung, einen Trocarpunkt-Führungsstift und einen Bohrpunkt-Führungsstift zum Durchbohren des seitlichen Femurkortex zeigt;
4H ist eine Ansicht, die den Bohrpunkt-Führungsstift und einen kanülierten Kortexbohrer zum Durchbohren des seitlichen Femurkortex zeigt;
4I ist eine Ansicht, die den Einsatz einer Kalkar-Planierungsführung in dem Femurhals zeigt;
4J ist die Ansicht der 4I, jedoch mit weit entfernter Kalkar-Planierungsführung;
4K ist eine Ansicht, der die Kalkar-Planierungsführung und den Kalkar-Planierer zur Planierung des Femurhalses zeigt;
4L ist eine Ansicht, die die Implantation der Prothese zeigt;
4M zeigt den Beginn der bevorzugteren Implantationsstufen und ist eine Ansicht, die den Kalkar-Fräser zum Fräsen der ersten Bohrung zeigt;
4N ist eine Ansicht, die die Winkelführung, Kalkar-Fräsführung, die kanülierte Stiftführung, den Trocarpunkt-Führungsstift und den Bohrpunkt-Führungsstift zum Durchbohren der posterolateralen Femurkortex zeigt.
4P ist eine Ansicht, die den Bohrpunkt-Führungsstift und den kanülierten Kortexbohrer zum Durchbohren der posterolateralen Femurkortex zeigt;
4Q ist eine Ansicht, die die Versatz-Räumführung und den kanülierten Räumer zum Räumen der zweiten Bohrung in dem Femurhals zeigt;
4R ist eine Ansicht, die die Kalkar-Planierungsführung und den Kalkar-Planierer zum Planieren des Femurhalses zeigt;
4S ist eine Ansicht, die die implantierte Prothese zeigt;
5A ist eine perspektivische Ansicht der Spaltschaftprothese der 1;
5B ist ihre Vorderansicht;
5C ist ihre linksseitige Ansicht;
5D ist ihre rechtsseitige Ansicht;
5E ist ihre Aufsicht;
5F ist die Bodenansicht der Spaltschaftprothese;
5G ist ein Schnitt der Spaltschaftprothese in der Ebene der Linie 5G-5G der 5B;
5H ist eine vergrößerte Bodenansicht des Schaftes der Spaltschaftprothese, die Keile auf dem Schaft zeigt;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Massivschaftprothese;
7A ist eine perspektivische Ansicht einer Winkelführung;
7B ist ihre linksseitige Ansicht;
7C ist ihre Vorderansicht;
8A ist eine perspektivische Ansicht eines Stützarms einer Winkelführung;
8B ist ihre Vorderansicht;
8C ist eine Aufsicht ihres Stützarms;
8D ist ihre linksseitige Ansicht;
9A ist eine perspektivische Ansicht eines Arms der Winkelführung;
9B ist ihre Vorderansicht;
9C ist eine vergrößerte teilweise Frontansicht des linken Endes des Arms;
9D ist eine Aufsicht des Arms der Winkelführung;
9E ist ihre linksseitige Ansicht;
10A ist eine perspektivische Ansicht einer Kalkar-Fräserführung;
10B ist ihre Vorderansicht;
10C ist ihre Seitenansicht;
10D ist ihre Bodenansicht;
11A ist eine perspektivische Ansicht eines Kalkar-Fräsers;
11B ist eine Ansicht des Kalkar-Fräsers;
11C ist eine Bodenansicht des Kalkar-Fräsers;
12A ist eine Seitenansicht einer kanülierten Stiftführung;
12B ist eine perspektivische Ansicht der kanülierten Stiftführung;
12C ist ihre Bodenansicht;
12D ist eine Teilansicht der kanülierten Stiftführung, die das untere Ende zeigt;
13A ist eine perspektivische Ansicht des kanülierten Kortexbohrers;
13B ist eine Vorderansicht eines kanülierten Kortexbohrers;
13C ist ihre Bodenansicht;
13D ist eine Teilvorderansicht des oberen Endes des kanülierten Kortexbohrers;
14A ist eine Frontansicht der Versatz-Räumungsführung;
14B ist ihre Frontansicht;
14C ist ihre linksseitige Ansicht;
14D ist eine Aufsicht der Versatz-Räumungsführung;
14E ist eine Bodenansicht der Versatz-Räumungsführung;
15A ist eine perspektivische Ansicht des kanülierten Räumers;
15B ist eine Seitenansicht eines kanülierten Räumers;
15C ist eine Bodenansicht des kanülierten Räumers;
15D ist eine vergrößerte Seitenteilansicht des kanülierten Räumers, die ein oberes Ende zeigt;
16A ist eine perspektivische Ansicht einer Kalkar-Planierungsführung;
16B ist ihre linksseitige Ansicht;
16C ist eine Aufsicht der Kalkar-Planierungsführung;
16D ist eine Vorderansicht einer Kalkar-Planierungsführung einer zweiten Ausführungsform;
17A ist ihre perspektivische Ansicht;
17B ist eine Frontansicht eines Kalkar-Planierers;
17C ist ihre Bodenansicht;
18A–18Q erläutern die bevorzugteste Ausführungsform einer Methode zur Implantierung der Prothese;
18A ist eine Ansicht des Femurs, die die Achse des medialen Trabekelstroms zeigt;
18B ist eine Ansicht, die die Einrichtung der Winkelführung vor Anbringung auf dem Femur zeigt;
18C ist eine Ansicht, die die Winkelführung und die Sägeführung um den Femur zur Resektion des Femurhalses zeigt;
18D ist eine Ansicht, die eine Anfangsräumungsstufe zeigt;
18E ist die Ansicht der 18D im Vertikalschnitt bei entfernter Winkelführung;
18F ist eine Ansicht, die die Größenbestimmung des Femurs zur Auswahl der geeigneten Prothese zeigt;
18G ist eine Ansicht, die einen die erste Bohrung fräseden Kalkarfräser zeigt;
18H ist eine Ansicht, die eine Stiftführung und einen Bohrpunkt-Führungsstift zur Benutzung beim Durchbohren des posterolateralen Femurkortex zeigt;
18I ist eine Ansicht, die den Bohrpunkt-Führungsstift nach Entfernung der Stiftführung zeigt;
18J zeigt einen Kortexbohrer mit Hülse, die zum Bohren des posterolateralen Femurkortex benutzt wird;
18K zeigt einen Kortexbohrer nach Aufnahme auf den Führungsstift nach dem Durchbohren des posterolateralen Femurkortex;
18L ist eine Ansicht, die eine Versatz-Räumungsführung und einen kanülierten Räumer zum Räumen der zweiten Bohrung in dem Femurhals zeigt;
18M ist eine Ansicht, die die Kalkar-Planierungsführung und den Kalkar-Planierer für die Planierung des Femurhalses zeigt;
18N ist eine Ansicht, die den Einbau der Prothese unter Benutzung einer entfernbaren Patronenspitze erläutert;
18P ist eine Ansicht, die die eingesetzte Prothese zeigt;
19A ist eine Seitenansicht einer Prothese und einer auf der Prothese angebrachten Sägeschablone zur Benutzung beim Einsetzen der Prothese;
19B ist ein Teilschnitt eines Oberteils des Femurs und der in 19A gezeigten Sägeschablone aus Sicht einer im Allgemeinen medialen Position des Femurs;
19C ist eine Aufsicht des Femurs und der Sägeschablone;
19D ist ein Schnitt in einer Ebene einschließlich Linie 19D-19D der 19A;
20 ist eine Darstellung von Ergebnissen eines Tests an der Prothese der vorliegenden Erfindung. Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den zahlreichen Ansichten der Zeichnung die entsprechenden Teile.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(1) Die Femur-Kopf-Halsprothese
Bezugnehmend nun auf die Zeichnung und insbesondere die 1, 1A und 1B ist eine transossale, nicht zementierte Femur-Kopf-Halsprothese der vorliegenden Erfindung (allgemein mit 1 bezeichnet) als in ein Femur F implantiert gezeigt. Das Femur hat einen Femurschaft S, einen Femurkopf H, einen Hals N und einen größeren Rollhügel T an dem oberen Ende des Schaftes an der Seite des Femurs. Das Femur F hat eine harte Schicht aus Kortexknochen C an der Knochenoberfläche, relativ weiche Knochenschwammsubstanz und Knocheninnenhaut (nicht gezeigt) innerhalb des Femurs. Die Prothese 1 ist aus Kobalt-Chrom-Legierung, Titan oder einem anderen geeigneten Werkstoff hergestellt und hat eine Längsachse, die allgemein mit AX-1 bezeichnet ist. Nach Implantierung erstreckt sich die Prothese 1 im Allgemeinen von dem resezierten Femurhals N diagonal durch den Knochenmarkkanal MC und (posterolateral) an der gegenüberliegenden Seite des Femurs nach außen. Die Prothese 1 ist von der Art, die nicht in das Femur F einzementiert ist, sondern durch mechanische gegenseitige Verbindung der Prothese mit dem Knochen befestigt ist, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Prothese 1 ist so gebaut, dass sie in dem Knochen gegen Rotation (um ihre Längsachse AX-1) und Kippbewegung (anterior-posterior und medial-lateral) sicher gehalten wird, während eine axiale Mikrobewegung zugelassen wird, um natürliche Knochenbelastungsbedingungen zu erreichen und dadurch den Knochen zu konservieren.
Die Prothese 1 hat eine im Allgemeinen sphärische Kugel 3, die in einer Pfanne (nicht gezeigt) aufgenommen ist, die in den Hüftsockel (nicht gezeigt) implantiert ist, um eine Bewegung an dem Hüftgelenk zu ermöglichen. Unter Bezugnahme nun ferner auf die 5A–5H ist die Kugel 3 an einem Oberteil 5A eines Halses der Prothese fest angebracht, der in einem Loch (nicht gezeigt) an der Unterseite der Kugel aufgenommen ist. Der Hals 5 ist im Allgemeinen von zylindrischer Form und hat unterhalb des Oberteils 5A ein Unterteil 5B, das von kleinerem Durchmesser als der obere Teil ist. Der untere Teil 5B des Halses ist auf einem Kragen (allgemein mit 7 bezeichnet) der Prothese 1 montiert, der wie in 1 gezeigt gegen den Femurhals N trägt und Belastungen auf das obere Femur überträgt. Der Kragen 7 verläuft wie gezeigt ununterbrochen um den Umfang der Prothese 1 und erstreckt sich lateral, anterior, medial und posterior nach außen, um den Knochenmarkkanal MC abzudecken.
Der Kragen 7 hat eine Halsplattform 9, auf der der Hals 5 angebracht ist, und einen gekrümmten Flansch 11, der dem größeren Rollhügel T des Femurs anliegt. Die Unterseite der Halsplattform 9A hat eine schwach-kugelstumpfförmige Form, und die Unterseite des Flansches 11A hat die Form eines Kegelabschnitts. Bei der bevorzugten Ausführungsform bildet die Unterseite 9A der Plattform einen Winkel von etwa 10° mit einer zu der Längsachse AX-1 der Prothese senkrechten Ebene. Die Form der Unterseite 9A und ihre enge Entsprechung zu der Form des auf dem resezierten Hals D gebildeten Sitz erlaubt dem Kragen 7, den Knochenmarkkanal MC abzudecken und Bruchstücke daran zu hindern, nach der Implantation der Prothese 1 in den Knochenmarkkanal zu wandern. Die gekrümmte Unterseite 11A des Flansches bildet einen Winkel von etwa 60° mit derselben Ebene. Somit definiert die Unterseite (9A, 11A) des Kragens 7 einen Verbundwinkel. Die flachere Halsplattform 9 liegt auf dem teilweise resezierten Femurhals N und der Flansch 11 lehnt gegen den größeren Rollhügel T des Femurs. Der größere Rollhügel ist die Hauptstelle der Muskelbefestigung an dem Femur F an der Hüfte. Der nach oben ragende Flansch 11 erlaubt dem Kragen 7, die Prothese 1 auf dem Kortexknochen C auf dem oberen Femur zuverlässig abzustützen und dabei das meiste des größeren Rollhügels T zu erhalten. Die Benutzung eines im Wesentlichen flachen Kragens (nicht gezeigt) würde die Resektion eines wesentlichen Teils des Rollhügels T erfordern, um Raum für den Kragen zu schaffen. Die Unterseite (9A, 11A) des Kragens 7 der vorliegenden Erfindung liegt dem harten Kortexknochen C des Femurs an und wird durch ihn gestützt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Unterseite 9A der Halsplattform 9 und die Unterseite 11A des Flansches 11 mit einem porösen Werkstoff (nicht gezeigt) beschichtet, um das Knochenwachstum in den Kragen 7 dort zu erleichtern, wo er auf dem oberen Ende des Femurs F ruht. Die übrigen Teile des Kragens 7 und alle anderen Teile der Prothese 1 bleiben jedoch vorzugsweise frei von poröser Beschichtung, Aufrauhung oder anderer Konstruktion, die das Knochenwachstum in die Prothese begünstigen würden. Es ist zu bemerken, dass die Benutzung einer porösen Beschichtung oder anderen Struktur zur Erleichterung des Knocheneinwuchses in die Prothese 1 anders als beschrieben sein kann und doch in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fällt.
Ein allgemein mit 13 bezeichneter, an der Unterseite des Kragens 7 angebrachter Schaft erstreckt sich im Allgemeinen abwärts durch das Femur F. In der bevorzugten Ausführungsform sind der Hals 5, der Kragen 7 und der Schaft 13 aus einem Stück gebildet. Die Längsachse AX-2 des Halses 5 ist parallel zu der Längsachse des Schaftes, die mit der Längsachse AX-1 der Prothese 1 zusammenfällt. Nach Einbau ist die Prothese 1 im Wesentlichen parallel zu einer Achse AX-5 (1A), die der Richtung des normalen Belastungsvektors der Hüfte entspricht, so dass Kräfte von der Hüfte kompressiv auf den Hals 5 wirken, der jene Kräfte (über den Kragen 7) kompressiv auf den Femurhals N überträgt. Die axiale Fixierung der Prothese 1 in dem Knochen wird durch das Knocheneinwachsen des oberen Femurs F in den Kragen 7 erreicht. Wie nachfolgend eingehender beschrieben wird, wird eine axiale Fixierung des Schaftes 13, die durch das Einwachsen des Knochens in den Schaft und/oder Beanspruchungshärtung des dem Schaft anliegenden Knochens verursacht wird, durch die Konstruktion des Schaftes verhindert.
Der Schaft 13 hat ein Oberteil und ein Unterteil (die allgemein durch Bezugszahlen 15 bzw. 17 bezeichnet sind). Die radial nach außen weisenden Flächen des Schaftes 13, die für den Eingriff in das innere des Femurs F eingerichtet sind, sind allgemein „Fixierungsoberflächen". Der Unterteil 17 ist größenmäßig für eine enge Passung in dem Femur F ausgebildet und hat längs verlaufende Keile 19 (siehe 3 und 5H), die in den Femur in den Knochen eindringen, um die Prothese 1 in dem Femur zu befestigen. Der Unterteil 17 hat einen Längsspalt 21 zur Anpassung an eine normale Belastungsablenkung des proximalen Femurs. Die Keile 19 halten die Prothese 1 nach der Implantation sicher gegen Drehbewegung um die Längsachse AX-1 und begünstigen das Knochenwachstum zwischen den Keilen. Obgleich die Keile 19 jedoch Widerstand gegen die axiale Verschiebung der Prothese 1 relativ zu dem Femur F leisten, erfolgt durch die Keile keine starre Fixierung der Prothese gegen axiale Mikrobewegung. Um eine zusätzliche Fixierung der Prothese 1 zu schaffen, können auch auf dem Oberteil 15 des Schaftes Keile (nicht gezeigt) ausgebildet sein.
Eine in 6 gezeigte bevorzugtere Ausführungsform einer Prothese 1' hat ein massives Schaftunterteil 17'. Vermutlich schafft der massive Schaft eine größere Genauigkeit beim Einbau und verhindert eine axiale Fixierung, die möglicherweise durch Einwachsen des Knochens in den Schlitz 21 der Prothese eintreten könnte. Eine noch bevorzugtere Ausführungsform einer Prothese 1'' ist in den 18N und 18P gezeigt und hat eine ebene Unterseite 9A'' des Kragens 7''.
Das distale Ende des Unterteils 17 des Schaftes 13 ist unter einem Winkel zu der Längsachse geschnitten, so dass das distale Ende des Unterteils etwa spitz ist. Das distale Ende des Unterteils 17 ist außerdem im Allgemeinen seitlich hinten mit der Außenfläche des Femurs F ausgerichtet oder parallel zu dieser. Der Unterteil 17 streckt sich vorzugsweise von der posterolateralen Seite des Femurs F nach außen, um das Knochenwachstum über das distale Ende des Unterteils zu hemmen, das die Prothese 1 in axialer Richtung fixieren und die natürliche Belastung an dem oberen Ende des Femurs durch den Kragen 7 verhindern würde.
Der Oberteil 15 des Schaftes 13 hat im Allgemeinen nahe an dem Kragen 7 (siehe 5G) die Form überlappender Zylinder. Ein erstes überlappendes zylindrisches Element des Oberteils ist mit 23 bezeichnet, und ein zweites überlappendes zylindrisches Element des Oberteils ist mit 25 bezeichnet. Das erste (kleinere) zylindrische Element 23 ist mit der Längsachse AX-1 der Prothese 1 koaxial, während das zweite (größere) zylindrische Element 25 eine Achse hat, die zu dem ersten zylindrischen Element parallel und um eine Strecke von der Achse AX-1 radial versetzt ist, die kleiner als die Summe der Radien des ersten und zweiten zylindrischen Elements ist. Das erste zylindrische Element 23 hat einen größeren Durchmesser als der koaxiale Schaftunterteil 17 des Schaftes. Der Durchmesser des Unterteils 17 ist klein gehalten, um die Größe der in der posterolateralen Femurkortex gebildeten Öffnung zu minimieren. Wenn z. B. der Durchmesser des ersten Elements 23 15 mm wäre, würde der Durchmesser des Unterteils 17 etwa 12 mm sein. Die Form des Oberteils 15 wird durch die Teile des ersten und zweiten zylindrischen Elements 23, 25 begrenzt, die sich nicht überlappen. Die versetzte exzentrische Anordnung des zweiten Elements 25 veranlasst den in den Bohrungen B1, B2 aufgenommenen Oberteil 15, die Prothese gegen Drehung um die Achse AX-1 zu halten. Eine Oberfläche 25A des unteren Endes des zweiten zylindrischen Elements ist in einer Ebene abgeschnitten, die mit der Längsachse AX-1 einen Winkel von etwa 30° bildet.
Wie in den 2A–D gezeigt, berührt der Oberteil 15 des Schaftes 13 den endostealen Halskortex des Femurs F nur in diskreten Flächen entlang dem Umfang des Oberteils. Die Querschnittsdarstellungen der Zeichnungen (wie in 1 angegeben) zeigen schematisch die Anlagebereiche des Kortex und des Schaftoberteils 15 an vier unterschiedlichen Stellen entlang der Länge des Oberteils. Es ist zu bemerken, dass die Anlage an drei voneinander beabstandeten Stellen um den Oberteil 15 herum so erfolgt, dass der Oberteil eine gute Fixierung gegen Drehbewegung der Prothese 1 um ihre Längsachse AX-1 und gegen Kippbewegung der Prothese um zu der Längsachse senkrechte Achsen schaffen kann.
Die diskreten Kontaktflächen schaffen jedoch keine starre Fixierung des Oberteils 15 des Schafts 13 gegen Axialbewegung relativ zu dem Femur F. Die begrenzte Kontaktfläche verringert die Reibungswechselwirkung der Prothese und des Knochens in dem endostealen Halskortex. Außerdem hat der obere Halsteil 15 glatte Außenwandungen, die das Einwachsen des Knochens in den Schaftoberteil im Wesentlichen verhindern und dadurch die axiale Fixierung der Prothese durch Einwachsen des Knochens verhindern. Somit wird der Schaftoberteil 15 nicht verhindern, dass Lasten von der Hüfte kompressiv auf das obere Ende des Femurs F einwirken. Diese natürlichere Belastung des Femurs induziert eine natürlichere Beanspruchung des oberen Femurs und verhindert eine Zustandsverschlechterung des oberen Femurs, was zur Maximierung der Nutzlebensdauer der implantierten Prothese 1 wichtig ist.
(2) Benutzte Instrumente zur Implantierung der Prothese
Während eine Anzahl unterschiedlicher Instrumente zur Implantierung der Femur-Kopf-Halsprothese 1 hilfreich sein kann, ist eine allgemein mit 29 bezeichnete und in den 7A–7C gezeigte Winkelführung besonders zur lösbaren Befestigung an dem Femurschaft 5 eingerichtet, um mehrere Schneid-, Bohr- und Räumgeräte in Bezug auf das Femur F in Position zu halten. Die Winkelführung 29 umfasst einen Stützarm 31 (siehe 8A–8D) mit einem ersten Element 31A, das zwecks flächiger Anlage an dem Femurschaft S zur lösbaren Befestigung durch eine geeignete Klemme (nicht gezeigt) eingerichtet ist. Ein zweites Element 31B erstreckt sich von dem ersten Element 31A nach außen und hat eine gebogene Planscheibe 31C. Eine Führungshülse 33 oder ein Auslegerteil (siehe 9A–9E) kann sich an einer Seite des Femurschaftes an dem Stützarm 31 unter einem ausgewählten Winkel aufwärts und auswärts erstrecken. Die Führungshülse 33 hat ein Montageelement 33A, das durch eine Schraube 35 an dem Stützarm 31 befestigt ist. Die Führungshülse 33 kann relativ zu dem Stützarm 31 dadurch winkelmäßig eingestellt werden, dass man die Schraube 35 löst und die Führungshülse auf der Schraube in eine ausgewählte Winkelposition dreht. Die Planscheibe 31C trägt Markierungen, auf die ein mit dem Montagelement 33A verbundener Zeiger 37 zeigt, um den Winkel der Führungshülse anzuzeigen. Der Winkel wird so ausgewählt, dass die Führungshülse 33 nach Anbringung des Stützarms an dem Femur sich von dem Stützarm 31 längs einer Linie erstreckt, die im Wesentlichen parallel zu dem zuvor bestimmten mittleren Kompressionsbelastungsvektor (die „normale" Richtung, in der das Femur F belastet wird, AX-5) für das Femur des spezifischen Patienten verläuft. Die Führungshülse 33 hat eine Durchbohrung 39 zur Aufnahme und Halterung anderer Instrumente in der gleichen Winkellage wie die Führungshülse.
Wie oben angegeben, ist die Winkelführung 29 für die Halterung verschiedener unterschiedlicher Instrumente eingerichtet, die bei der Implantierung der Prothese 1 der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Ein solches Instrument ist eine Sägeführung 41 (siehe 4B), die in der Durchgangsbohrung 39 in der Führungshülse 33 zwecks Führung eines Sägeblatts (nicht gezeigt) lösbar angebracht werden kann, um den Femurhals N zu schneiden. Die Sägeführung 41 hat einen Sägeschnittschlitz 41A, der im Allgemeinen senkrecht zu der zentralen Längsachse der Führungshülse 33 verläuft. Die Sägeführung 41 ist in der Durchgangsbohrung 39 verschieblich einstellbar, um sie zu dem Femurhals N passend zu positionieren. Eine Stellschraube 43 der Winkelführung 29 ist vorgesehen, um die Sägeführung 41 in der eingestellten Position festzulegen.
Unter Bezugnahme nunmehr auf die 10A–10D hat eine allgemein mit 45 bezeichnete Kalkar-Fräserführung einen Auslegerteil 47, der in der Durchgangsbohrung 39 der Winkelführung 29 aufgenommen werden kann, um ihn auf der Winkelführung in der gleichen Weise wie die Sägeführung 41 zu montieren. Die Kalkar-Fräserführung hat ein Führungsrohr 49, das an dem Auslegerteil 47 angebracht ist. Die Kalkar-Fräserführung 45 ist längs der Führungshülse 33 in dem Durchgangsloch 39 verschieblich einstellbar, um sie in Bezug auf den Femurhalssitz des Femurhalses N passend zu positionieren. Die Kalkar-Fräserführung 45 wird gegenüber der Führungshülse 33 drehfest gehalten. Die Position des Kalkar-Fräserführungsrohres 49 über dem Femurhals N definiert die Achse AX-1.
Es ist eine Reihe von Kalkar-Fräsern mit progressiv größeren Durchmessern vorgesehen, um die Seite des in dem Femur F gebildeten Loches allmählich zu vergrößern. Ein letzter Kalkar-Fräser 51 (11A–11C) ist von einer Größe, um die erste Bohrung B1 in dem medialen Endosteum zu fräsen zwecks Schaffung eines engen Sitzes zwischen der Prothese 1 und dem medialen Endosteum.
Eine kanülierte Stiftführung 53 (12A–12D), ist von solcher Größe, dass sie durch das Führungsrohr 49 der Kalkar-Fräserführung 45 aufgenommen wird und in der ersten Bohrung B1, die in dem Femurhals N durch einen Kalkar-Fräser 51 geschaffen wurde, gleitbar aufgenommen wird. Die kanülierte Stiftführung 53 hat eine zentrale axiale Durchbohrung 55 zur gleitbaren Aufnahme eines Trokarpunktführungsstiftes 47 (4N) und eines Bohrpunktführungsstiftes 59 (4P). Der Trokarpunktführungsstift 47 und der Bohrpunktführungsstift 59 haben denselben Durchmesser, z. B. 3,5 mm.
Ein kanülierter Kortexbohrer 61 (13A–13D) ist größenmäßig so ausgebildet, dass er auf dem Bohrpunktführungsstift 59 gleitbar aufgenommen wird. Der kanülierte Kortexbohrer 61 ist von einer Größe, um eine Bohrung durch den posterolateralen Femurkortex C zu bohren, die im Durchmesser etwas kleiner als der distale Schaft der Prothese 1 ist (z. B. 9 mm für einen Protheseschaft von 9,5 mm Durchmesser).
Eine allgemein mit 63 (14A–14E) bezeichnete versetzte Räumungsführung ist von einer Größe, dass sie in der ersten Bohrung B1 gleitbar aufgenommen wird. Die versetzte Räumungsführung 63 umfasst einen Zapfen 65 und einen Führungsfinger 67, die auf einer Plattform 69 angebracht sind, und einen distalen Endabschnitt 71. Der distale Endabschnitt 71 der versetzten Räumungsführung 63 ist von einer Größe (bei der dargestellten Ausführungsform 14 mm), dass er durch die erste Bohrung B1 hindurchtreten kann und ein distales Patronenende hat, um den Durchgang durch die erste Bohrung zu erleichtern. Die Außenform der Plattform 69 (betrachtet von den Enden der Räumungsführung 63) ist im Allgemeinen die sich nicht überlappender Flächen von zwei axial parallelen, sich radial überlappenden Zylindern (siehe 14C und 14E). Ein größerer Zylinder 69A der sich überlappenden Zylinder, der mit der Achse des distalen Endabschnitts 71 der Räumungsführung 63 koaxial ist, ist größer als der eines kleineren Zylinders 69B. Der kleinere Zylinder 69B ist von einer Ebene geschnitten, die abwärts zu der Überschneidung mit dem größeren Zylinder 69A abgewinkelt ist. Die größte Querdimension der Plattform 69 beträgt etwa 15 mm, um mit der ersten Bohrung B1 eine Passung Linie auf Linie zu schaffen. Es ist jedoch zu bemerken, dass die Querdimension der Plattform je nach Größe des Knochens variieren wird.
Der Führungsfinger 67 ist parallel zu dem Zapfen 65 und im Allgemeinen in Bezug auf den Zapfen 65 justiert. Der Führungsfinger 67 liegt der endostealen Wandung in dem Femur F an, um das Halten des Zapfens 65 in Position zu erleichtern, wenn ein kanülierter Räumer 73 (siehe 15A–15D) den Knochen schneidet. Der Zapfen 65 ist zylindrisch und von der zentralen Längsachse des distalen Endabschnitts 71 der versetzen Räumungsführung 63 um etwa 6 mm versetzt. Die genaue Versatzstrecke variiert in Abhänigkeit von der Größe des Knochens, in den die Prothese 1 eingesetzt wird. Der Zapfen 65. ist größenmäßig so ausgebildet, um auf ihm den kanülierten Räumer 73 aufnehmen zu können und auf dem Zapfen eine Drehung des kanülierten Räumers zwecks Räumung des Knochens zu ermöglichen und dabei den Räumer längs einer parallel zu der Achse AX-1 der in dem Femur F gebildeten ersten Bohrung B1 zu führen. Der kanülierte Räumer 73 bildet die zweite Bohrung B2.
Eine allgemein mit 75 bezeichnete Kalkar-Planierungsführung umfasst einen Schaft 77 mit einem Oberteil 77A und einem Unterteil 77B und einen Zapfen 79, der im Allgemeinen mit dem Schaft koaxial ist (16A–16D). Die Kalkar-Planierungsführung 75 hat eine patronenförmige distale Spitze, um den Durchgang durch die erste Bohrung B1 zu erleichtern. Die Form des Schaftes 77 ist im Allgemeinen die gleiche wie die der Prothese 1 mit der Ausnahme, dass der untere Schaftteil 77B glatt ist (d. h. die Keile 19 der Prothese nicht hat). Der Oberteil 77A des Schaftes ist in einer in dem Femurhals ausgebildeten Anordnung von 2 Bohrungen (erste B1 und zweite B2) aufgenommen. Die Kalkar-Planierungsführung 75 sitzt mit Feinpassung in der ersten und zweiten Bohrung B1, B2, um die Planierungsführung gegen Bewegung innerhalb des Femurs F zu halten. Die Außenfläche des Schaftes 77 ist bei der in den 16A und 16B dargestellten Ausführungsform glatt.
Die Kalkar-Planierungsführung sollte jedoch vorzugsweise eng der Form der Prothese 1 entsprechen. 16D zeigt eine Ausführungsform einer Kalkar-Planierungsführung 75', bei der der Schaft 77' Keile 77C' hat, die den Keilen 19 der Prothese identisch entsprechen. Falls die Prothese auch Keile (nicht gezeigt) auf dem Oberteil 15 ihres Schaftes 13 hätte, würden ähnliche Keile (nicht gezeigt) auf dem Oberteil 77A' des Planiererführungsschaftes 77' gebildet werden. Durch genaueres Zusammenpassen der Formen der Schäfte (13, 77') der Prothese 1 und der Planierungsführung 75' kann eine größere Kongruenz der Unterseite (9A, 11A) des Kragens 7 und des auf dem Hals N gebildeten Sitzes erreicht werden.
Ein Kalkar-Planierer der vorliegenden Erfindung (allgemein mit 81 bezeichnet) bildet einen Sitz für den Kragen 7 der Prothese 1 auf dem resezierten Hals N des Femurs F (siehe 17A–17C). Der Kalkar-Planierer 81 fasst einen allgemein mit 83 bezeichneten Kopf und einen sich von dem Kopf axial erstreckenden Schaft 85. Der Kalkar-Planiererkopf hat einen zentralen axialen Durchgang 87, der den Zapfen 79 der Planierungsführung 75 aufnimmt, um den Planierer auf der Planierungsführung zur Drehung relativ zu der Planierungsführung auf dem Zapfen anzubringen. Der Boden 89 des Kopfes 83 hat die Form eines Kegelstumpfes. Der Winkel des Kegels zu einer zur zentralen Längsachse AX-1 senkrechten Ebene beträgt etwa 10°, wenn der Planierer 1 auf der Planiererführung 75 montiert ist. Die Seite 91 des Kopfes 83 hat auch eine kegelige Form und bildet mit der zur zentralen Längsachse AX-1 senkrechten Ebene einen Winkel von etwa 60°. Die Form des Kopfes 83 entspricht weitgehend der Form der Unterseite (9A, 11A) des Kragens 7.
Wenn die Prothese 1'' mit der flachen Unterseite 9A'' einzusetzen ist, ist der Boden 89' des Kopfes 83 des Kalkar-Planierers 81' ebenfalls flach. Der Kalkar-Planierer 81' mit einem flachen Boden 89' ist in 18M dargestellt. Es wird angenommen, dass die Benutzung des flachbödigen Kalkar-Planierers 81' und der Prothese 1'' die Aussicht vergrößert, einen sehr hohen Kongruenzgrad zwischen der Prothese und dem durch den Kalkar-Planierer gebildeten Sitz auf dem Hals N zu erreichen.
(3) Methode der Implantierung der Prothese
Die Methode der vorliegenden Erfindung zur Implantierung der Prothese 1 gewährleistet eine ziemlich gute Kopierung der Normalbelastung des Femurs F (d. h. der Belastung vor Implantierung der Prothese). Eine bevorzugte Methode der vorliegenden Erfindung ist in den 4A, 4B und 4M–4S dargestellt. Eine weniger bevorzugte Methode ist in den 4A–4L dargestellt. Die am meisten bevorzugte Methode ist in den 18A–18P dargestellt. Eine Femur-Kopf-Halsprothese, die die normalen Belastungsbedingungen nicht kopiert, wird die Beanspruchungsverteilung in dem Femur F verändern. Wie in dem US-Patent Nr. 4,998,937 erwähnt, das hier durch Bezugnahme aufgenommen wird, verursachen diese Änderungen der Beanspruchungsverteilung nach dem Wolffschen Gesetz gegebenenfalls Veränderungen in der internen Struktur des Knochens. Jene Teile, die einer geringeren Beanspruchung als vorher unterliegen, werden wahrscheinlich eine Zustandsverschlechterung erleiden, und jene, die einer größeren Beanspruchung als zuvor unterliegen, werden sich wahrscheinlich verdicken. Ein übermäßiger Beanspruchungsanstieg über den bei normaler Belastung kann die Knochenzellen töten, wenn die Beanspruchung über einen längeren Zeitraum erfolgt. Zur Replizierung einer normalen Belastung richtet das Verfahren der vorliegenden Erfindung den Schaft 13 der Prothese 1 auf den mittleren Kompressionsbelastungsvektor für das spezielle Femur aus, wobei der Vektor von Person zu Person verschieden ist.
Unter Bezugnahme auf 1A hat das menschliche Femur F zwei äußerlich sichtbare Achsen: Die Achse des Femurhalses AX-4 und die Achse der Femurschaftes AX-3. Der Knochen wird jedoch längs keiner dieser beiden sichtbaren Achsen belastet, sondern vielmehr auf einer dritten Achse (parallel zu den mittleren Kompressionsbelastungsvektor), die äußerlich nicht erkennbar ist. In Reaktion auf die kompressive Belastung und die Dichte der Beanspruchungsenergie, die das Femur F erfährt, bilden sich in dem Femur Knochenverstärkungslinien, die Kompressionstrabekel genannt werden. Die Sammlung dieser Verstärkungslinien ist der Kompressionstrabekelstrom TS. Die spezielle Sammlung der Kompressionstrabekel in dem Femurhals, die in 1A gezeigt ist, wird als der mediale Trabekelstrom TS bezeichnet, und die mittlere Richtung des medialen Trabekelstroms kann als die mediale Trabekelstromachse AX-5 bezeichnet werden. Der Winkel θ, den die Achse AX-5 mit der zentralen Längsachse des Femurschaftes AX-3 bildet, liegt im Allgemeinen in dem Bereich von 140 bis 170 Grad. In der Praxis wird dieser Winkel in Profil-Röntgenaufnahmen der Hüfte zwischen der Achse AX-5 und einer Seitenfläche des Femurs F (siehe 4A) gemessen. Die Benutzung des medialen Trabekelstroms TS zur Positionierung der Prothese 1 ist in US-Patent Nr. 4,998,937 diskutiert.
Um die Prothese 1 nach dem Verfahren der Erfindung in das Femur einzusetzen wird zuerst das Hüftgelenk und die laterale Seite des Femurs chirurgisch freigelegt. Die vertikale Ebene P-1 durch die zentrale Längsachse AX-2 des Femurhalses liegt typischerweise unter einem Winkel von etwa 15° vor einer lateral-medialen Ebene P-2 durch die zentrale Längsachse AX-3 des Femurschaftes, wie in 1B gezeigt ist. Dieser Winkel wird überlicherweise als die „Vorwärtsneigung" des Femurhalses bezeichnet. Die Winkelführung 29 ist demgemäß radial auf dem Femur F angeordnet, so dass die vertikale Achse des Stützarms 31 in der Ebene P-1 etwa 15° vor der lateral-medialen Ebene P-2 liegt (da der Stützarm lateral der Achse AX-3 ist und der Femurhals 7 medial ist). In dieser Lage sollte eine vertikale Ebene P-3 durch die Führungshülse 33 parallel zu der Ebene P-1 sein. Ferner ist die Winkelführung 29 proximal-distal auf dem Femur F angeordnet, so dass das obere Ende der Führungshülse 33 mit Bezug auf die Basis des Femurhalses zentriert ist, wie in 1B gezeigt ist. Die Winkelführung 29 wird dann durch eine Klemme (nicht gezeigt) auf den Femurschaft S aufgeklemmt. Die Führungshülse 33 wird durch Lösen der Schraube 35 relativ zu dem Stützarm 31 so eingestellt, dass ihr Winkel mit der Mittelachse AX-3 des Femurschaftes S mit dem Winkel θ des medialen Trabekelstroms TS zusammenfällt. Dies wird dadurch erreicht, dass man den Zeiger 37 der Führungshülse auf den passenden, auf der Planscheibe 31C des Stützarms 31 angezeigten Winkel ausrichtet.
Die Sägeführung 41 wird (proximal-distal) so auf der Führungshülse 33 positioniert, dass sich der Sägeschnittschlitz 41A an der Basis des Femurhalses N befindet und im Allgemeinen auf die obere Oberfläche des lateralen Femurkortex des Femurs F ausgerichtet ist, wie in 4B gezeigt ist. In dieser Position sollte der Sägeschnittschlitz senkrecht zu dem medialen Trabekelstrom TS verlaufen. Die Stellschraube 43 wird angezogen, um die Sägeführung 41 in der Führungshülse 33 der Winkelführung 29 fest anzubringen.
Wenn die Sägeführung 41 an Ort und Stelle ist, wird der Femurhals N mit einer Schwingsäge (nicht gezeigt) geschnitten, wobei die Säge durch den Sägeschnittschlitz 41A fährt, um einen Oberflächenschnitt zu bilden, der sich von dem lateralen Femurkortex unter einem Winkel von etwa 60° zu der zentralen Längsachse AX-3 des Femurschaftes S erstreckt. Die Sägeführung 41 wird dann aus der Führungshülse 33 entfernt, wobei die Winkelführung 29 in ihrer ursprünglichen Lage an dem Femurschaft S angebracht bleibt, und der Femurkopf H wird entfernt.
Wenn ein Austausch der gesamten Hüfte (d. h. Ersatz des Femurkopfes H und der Hüftgelenkpfanne, (nicht gezeigt)) erforderlich ist, sollte die Hüftgelenkpfanne nicht präpariert werden.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den 4A, 4B und 4M–4S gezeigt ist, wird die Kalkar-Fräserführung 45 an der Führungshülse 33 befestigt, die die Kalkar-Fräserführung wirksam auf die Schnittfläche des Femurhalses N zentriert. Die Winkelführung 29 richtet die Kalkar-Fräserführung 45 ebenfalls parallel zu der Achse AX-5 aus. Eine Starterbohrung wird in den Femurhals 7 gebohrt.
Ein Fräser (nicht gezeigt) von relativ kleinem Fräsdurchmesser ist in der Kalkar-Fräserführung 45 gleitbar aufgenommen, um den Femurhals zu fräsen. Der Femurhals N wird durch eine Aufeinanderfolge von Stirn- und Flankenschneidfräsern gefräst, wobei jeder folgende Fräser einen größeren Durchmesser als der vorhergehende Fräser hat. Der Femurhals N hat eine innere Beschichtung (oder Oberfläche), die als das Endosteum bezeichnet wird. Der abschließende Fräsdurchmesser wird für das individuelle Femur so bestimmt, dass ein passender Durchmesser der ersten Bohrung B1 an dem medialen Endosteum geschaffen wird. Der Kalkar-Fräser 51 von geeignetem Durchmesser fräst in das mediale Endosteum eine Bohrung bis auf den Enddurchmesser (z. B. 15 mm). Der Kalkar-Fräser 51 wird dann aus der Kalkar-Fräserführung 45 (4M) entfernt.
Wie in 4N gezeigt, ist die kanülierte Stiftführung 53 in der Kalkar-Fräserführung 51 sowie in die erste Bohrung 1 in dem medialen Endosteum aufgenommen. Der Trocar-Punktführungsstift 57 ist in dem axialen Kanal 55 der kanülierten Stiftführung aufgenommen, um auf dem lateralen Endosteum einen Startermarke anzubringen. Nachdem die Startermarke angebracht ist, wird der Trocar-Punktführungsstift 57 aus dem Kanal 55 entfernt. Der Bohrpunkt-Führungsstift 59 wird dann in dem axialen Kanal 55 der kanülierten Stiftführung aufgenommen und benutzt, um den posterolateralen Femurkortex C zu durchbohren und dabei in ihm ein schräges Loch zu bilden. Der Bohrpunkt-Führungsstift 59 wird nach dem Bohren des schrägen Loches in dem Kortex am Ort gelassen, die kanülierte Stiftführung 53 wird von dem Femur F entfernt, und die Kalkar-Fräserführung 45 wird aus der Führungshülse 33 der Winkelführung 29 entfernt.
Wie in 4P gezeigt, ist der kanülierte Kortexbohrer 61 auf dem Bohrpunkt-Führungsstift 59 aufgenommen, um den posterolateralen Femurkortex C auf derselben Achse wie die erste Bohrung B1 zu durchbohren, die von dem Kalkar-Fräser 51 gefräst wurde. Der Kortexbohrer 61 bohrt ein schräges Loch bis auf einen Durchmesser, der kleiner ist als der der in dem Femur F gebildeten ersten Bohrung B1. Der kanülierte Kortexbohrer 61 und der Bohrpunkt-Führungsstift 59 werden dann aus dem Femur F entfernt.
Dann wird die Versatz-Räumungsführung 63 mit der Patronenspitze zuerst in die erste Bohrung B1 eingesetzt. Der erste kanülierte Räumer (nicht gezeigt) wird auf dem Zapfen 65 aufgenommen, um die zweite Bohrung B2 in dem Femurhals N zu räumen, die parallel zu der ersten Bohrung B1 verläuft. Es wird eine Folge kanülierter Räumer (nicht gezeigt) benutzt, wobei jeder folgende Räumer einen größeren Durchmesser hat. Der letzte kanülierte Räumer 73 räumt die zweite Bohrung B2 bis auf einen Durchmesser, der Linienkontakt zwischen der Prothese 1 und den Endosteum erreicht (4Q). Nachdem die zweite Bohrung B2 bis auf eine Tiefe zur Aufnahme des oberen Schaftteils 15 der Prothese 1 geräumt ist, werden der kanülierte Räumer 73 und die Versatz-Räumungsführung 63 aus dem Femur F entfernt.
Bezugnehmend auf 4R wird die Kalkar-Planierungsführung 75 in die proximale Seite der ersten Bohrung B1 und durch das schräge Loch in dem posterolateralen Kortex C eingesetzt. Die mittlere Längsachse des Zapfens 79 und der Schaft 77 der Kalkar-Planierungsführung 75 sind mit der ersten Bohrung B1 kolinear. Der Kalkar-Planierer 81 wird dann auf den Zapfen 79 aufgesetzt, und die Oberfläche des Femurhalses wird im Allgemeinen senkrecht zu der Achse (AX-1) der ersten Bohrung B1 planiert, wobei sogar Druck auf den Kalkar-Planierer ausgeübt wird, um einen Sitz für den Kragen 7 der Prothese 1 zu bilden. Der größere Rollhügel T wird durch den Kalkar-Planierer 81 im Wesentlichen erhalten. Nur ein abgewinkeltes Segment des Rollhügels T wird weggeschnitten und dadurch ein abgewinkelter Sitz für den Flansch 11 des Kragens 7 geschaffen. Auf diese Weise wird eine sichere Anlage der Prothese 1 auf dem Kortexknochen C des oberen Femurs erreicht, ohne dass ein wesentlicher Teil des Rollhügels T (1) geopfert wird.
Der Boden 89 des Kalkar-Planierers 81 ist leicht schalenförmig, so dass der Teil des Sitzes auf dem Femurhals N zu der Achse AX-1 hin abfällt. Die Form dieses Sitzteils ist komplementär zu der der Unterseite 9A des Prothesekragens 7. Die Schalenform des Sitzes auf dem Femurhals N unterstützt die Anordnung der Prothese 1. Die gesamte Sitzfläche liegt außerdem der Unterseite (9A, 11A) des Kragens 7 an und unterliegt der Belastung durch die Prothese 1, wenn die Unterseite des Kragens 7 und der Sitz deckungsgleich sind. Die Belastung des Knochenmaterials des Sitzes auf der gesamten Anlagefläche mit der Kragenoberfläche (9A, 11A) verhindert eine Resorption (Rückbildung) des Knochens, nachdem die Prothese 1 implantiert ist. Obgleich die makroskopische Kongruenz wichtig ist, erlaubt jedoch eine mikroskopische Rauhigkeit oder Porosität der Kragenunterseite (9A, 11A), möglicherweise in Kombination mit bioaktiver oder chemischer Beschichtung (z. B. Calciumphosphat-Verbindung), ein Einwachsen des Knochens von dem Sitz, was die Bindung der Kragenoberfläche an den Sitz erleichtert. Da die Kragenunterseite (9A, 11A) 100% Kortexkontakt erreicht und im Wesentlichen 100% der Kortexbelastung überträgt, wird die chemische Beschichtung nur auf der Unterseite des Kragens 7 und an keiner Stelle auf dem Schaft 13 verwendet. Nach der Planierung werden der Kalkar-Planierer 81 und die Kalkar-Planiererführung 75 entfernt.
Die Prothese 1 (ohne die Kugel 3) wird dann durch eintreiben des Schaftes 13 in die erste Bohrung B1 implantiert, wie in 4S gezeigt ist. Die Keile 19 des Schaftes schneiden in die Wandungen der ersten Bohrung B1, und der Schaft ragt etwas aus dem schrägen Loch hervor, so dass der Kortexknochen nicht später über das Schaftende wächst. Knochenwachstum über das Ende des Schaftes 13 wäre unerwünscht, da es die Fähigkeit der Prothese 1 behindern würde, Belastungen von der Hüfte auf das obere Femur zu übertragen. Der obere Schaftteil 15 passt eng in die erste Bohrung B1. Die Unterseite 9A der Kragenplattform 9 ist mit dem Teil des Sitzes deckungsgleich, der durch den Boden 89 des Kalkar-Planiererkopfes 83 gebildet wurde, und die Unterseite 11A des Flansches 11 ist mit dem Teil des Sitzes auf dem Rollhügel T deckungsgleich, der durch die Seite 91 des Kalkar-Planierungskopfes gebildet wurde.
Wenn die Prothese 1 implantiert ist, wird auf dem Hals eine Kugel 3 von passender Größe befestigt.
Bei einer zweiten weniger bevorzugten Ausführungsform ist die Arbeitsweise etwas verändert. Unter Bezugnahme auf die 4C und 4D wird nach der Resektion des Femurhalses N eine Räumerführung 95 (in der Konstruktion ähnlich der Kalkar-Fräserführung 45) an der Führungshülse 33 der Winkelführung 29 befestigt, die die Räumerführung wirksam über dem Femurhals N zentriert, so dass zuerst die zweite Bohrung B2 gebildet wird. Wie zuvor wird die zweite Bohrung B2 durch eine Aufeinanderfolge von Räumern (nicht gezeigt) gebildet, wobei jeder folgende Räumer einen größeren Durchmesser als der vorhergehende Räumer hat. Der letzte Räumer 97 hat einen Durchmesser von 21 mm, so dass der Femurhals N bis auf einen Durchmesser von 21 mm geräumt wird. Die Räumerführung 95 wird dann aus der Führungshülse 33 entfernt, wobei die Winkelführung 29 angebracht bleibt.
Eine Kalkar-Fräserführung 99 mit einem Zapfen 101 wird an der Winkelführung 29 angebracht, und die erste Bohrung B1 wird durch Fräsen mit einer Reihe Kalkar-Fräsern einschließlich des letzten Kalkar-Fräsers 103 gebildet (4E und 4F). Die Winkelführung 29 in 4F ist entfernt, um die Kalkar-Fräserführung 99 deutlicher zu zeigen. Die Kalkar-Fräserführung 99 wird aus der Winkelführung 29 entfernt, und eine Bohrstiftführung 105 wird auf der Winkelführung angebracht. Bezugnehmend auf 4G hat der Oberteil der Bohrstiftführung 105 eine Doppelzylinderkonstruktion ähnlich dem Oberteil 15 des Protheseschaftes 13, damit sie in die erste und zweite Bohrung B1 und B2 passt. Die Winkelführung 29 ist in 4G ebenfalls nicht gezeigt. Der gleiche Trocarstift 57 und Bohrstift 59 wie bei der bevorzugteren Ausführungsform wird bei der Bohrstiftführung 105 der weniger bevorzugten Ausführungsform benutzt, um das distale Loch in dem posterolateralen Kortex des Femurs F zu beginnen. Die Planierungsstufe und Instrumentierung sind im Wesentlichen die gleichen wie sie für die Methode der ersten bevorzugteren Ausführungsform beschrieben wurden.
Bei einer dritten bevorzugtesten Ausführungsform, die in den 18A–18P gezeigt ist, sind die Arbeitsweise und einige der Werkzeuge verändert. Die Anfangsstufe (18A) der Bestimmung des Winkels des medialen Trabekelstroms TS wird genauso durchgeführt, wie sie oben mit Bezugnahme auf 4A beschrieben wurde. Wenn der Winkel des medialen Trabekelstroms mit Bezug auf die zentrale Längsachse AX-3 des Knochens bestimmt ist, wird der Winkel der Führungshülse 33 der Winkelführung 29 wie oben beschrieben eingestellt. Bei der bevorzugtesten Ausführungsform wird dieser Winkel unter Benutzung eines allgemein mit 101 bezeichneten Winkelmessgeräts geprüft. Das Winkelmessgerät hat einen Anschlag 103, gegen den der Stützarm 31 der Winkelführung 29 gelegt wird. Der schwenkbare Arm 105 kann durch Lösen der Stellschraube 107 auf den Winkel gestellt werden, der dem Winkel des medialen Trabekelstroms TS entspricht. Der Arm 105 wird durch die Schraube 107 fixiert, und die Führungshülse 33 sollte in flächiger Anlage an dem Arm sein. Falls nicht, wird die Hülsenführung 33 geschwenkt, bis sie mit dem Winkel des Arms 105 des Winkelmessgeräts 101 zusammentrifft. Die größere Skala des Winkelmessgeräts 101 erlaubt eine genauere Einstellung der Winkelführung 29.
Wie in 18C gezeigt, wird die Winkelführung 29 an dem chirurgisch freigelegten Femur angebracht, und die Sägeführung 41 wird in der Winkelführung befestigt. Die Arbeitsweise für die Resektion des Femurkopfes ist die gleiche wie sie oben mit Bezugnahme auf 4B beschrieben wurde. Die Sägeführung 41 wird aus dem Winkelstützarm entfernt und durch einen visuellen Sichtstab 109 ersetzt, der von der Führungshülse 33 im Allgemeinen aufwärts und über den resezierten Hals N des Femurs hinausragt. Wie in den 18D und 18E gezeigt, wird der Räumer 111 dann durch den Chirurgen entlang dem durch den visuellen Sichtstab 109 angegebenen Winkel in das Femur gelenkt, um in dem Femur ein Anfangsloch HO zu bilden. Das so gebildete Loch HO hat eine zu dem medialen Trabekelstrom TS parallele Längsachse und die passende Vorwärtsneigung, die beide durch den Stab 109 angezeigt werden. Die Räumung kann unter Benutzung eines Räumers 111 und einer Anzahl aufeinanderfolgender Räumer von zunehmend größerem Durchmesser unter Bildung des Loches von vollständigem Durchmesser durchgeführt werden. Ein erfahrener Chirurg kann alternativ den vollen Durchmesser des Loches HO nur mit dem Räumer 111 bilden. In diesem Fall bewegt der Chirurg den Räumer 111 in zunehmend größeren Kreisen, bis der volle Durchmesser erreicht ist. Der Enddurchmesser des Loches HO wird durch die Größe und Form des Femurs des individuellen Patienten bestimmt.
Die Kalibrierung des Loches für die am besten sitzende Prothese erfolgt unter Benutzung proximaler Femur-Größenbestimmungsgeräte 113, wie etwa des in 18F gezeigten Größenbestimmungsgeräts. Das Größenbestimmungsgerät 113 ist in der Form im Wesentlichen identisch mit dem Oberteil 15'' des Schaftes 13'' der zu implantierenden Prothese 1'' . Die Größenbestimmungsgeräte erstrecken sich über einen Größenbereich. Z. B. kann das größere Zylinderteil 113A des Größenbestimmungsgeräts den Bereich von 18–26 mm in Inkrementen von 1 mm überdecken. Die Größenbestimmungsgeräte 113 werden in die Bohrung HO parallel zu dem visuellen Sichtstab 109 (in 18F nicht gezeigt) eingesetzt. Zunehmend größere Größenbestimmungsgeräte werden in das proximale Femur eingepasst, um die Dimensionen der größten Prothese zu bestimmen, die in das Femur passt. Der Chirurg kennt nun die Größe der zu implantierenden Prothese 1'' und die genaue Dimension der Bohrungen B1, B2, die zur Aufnahme der Prothese benötigt wird. Die Prothese 1'' wird eine Größe größer ausgewählt als das größte Größenbestimmungsgerät 113, das in die Bohrung HO passen kann. Wenn beispielsweise das größte Größenbestimmungsgerät, das passen würde, einen Teil von kleinerem Durchmesser von 14,5 mm hätte, würde eine Prothese mit einem kleineren Durchmesser des oberen Schaftteils von 15 mm benutzt werden.
Der Räumer 115 mit einem Durchmesser entsprechend dem Enddurchmesser (z. B. 15 mm) der ersten Bohrung B1 wird ausgewählt und zur Bildung der ersten Bohrung benutzt. Wie in 18G gezeigt, wird der Räumer unter Benutzung des visuellen Sichtstabes 109 freihändig geführt. Die erste Bohrung B1 wird auch so gebildet, dass wenigstens ein Teil der Bohrung durch das Endosteum des medialen Femurkortex begrenzt wird. Somit wird die eingesetzte Prothese 1'' dem harten Kortexknochen an dieser Stelle in der Bohrung B1 anliegen. Um ein Loch in den posterolateralen Femurkortex zu bohren, das genau parallel zu dem medialen Trabekelstrom TS ist und die passende Vorwärtsneigung hat, wird eine Reihe einteiliger, kanülierter Ausleger-Stiftführungen 117 (nur eine ist gezeigt) unterschiedlicher Größen vorgesehen. Die Stiftführung 117 mit einem Durchmesser entsprechend dem der neu gebildeten Bohrung B1 wird ausgewählt und in die Bohrung eingesetzt. Der Auslegerteil der Stiftführung 117 wird zur genauesten Ausrichtung der Stiftführung gleichzeitig mit seinem Einsatz in die Bohrung B1 in der Führungshülse 33 der Winkelführung 29 aufgenommen. Die konische Spitze der Führung wird in die erste Bohrung B1 vorgeschoben, bis sie das Endosteum des lateralen Femurkortex berührt.
Ein Bohrführungsstift 119 wird in die Stiftführung 117 eingesetzt. Die Ausrichtung des Führungsstiftes 119 in dem Femur wird dadurch geprüft, dass man sicherstellt, dass die Winkelführung 29 noch unter einem passenden Winkel parallel zu dem medialen Trabekelstrom TS ist und die passende Vorwärtsneigung aufweist. Außerdem wird die Stiftführung 117 überprüft, um sicherzustellen, dass sie mit der endostealen Fläche des medialen Halskortex in Berührung ist. Ein Bohrer (nicht gezeigt) wird an dem Führungsstift 119 angebracht und durch den lateralen Femurkortex gebohrt. Wie in 18I gezeigt ist, werden die Stiftführung 117 und der Winkelstützarm 29 von dem Femur entfernt, wobei nur der Führungsstift 119 verbleibt. Die nächste Stufe besteht darin, den transkortikalen Tunnel durch den posterolateralen Femurkortex zu bohren. Es wird ein kanülierter Bohrer 121 gewählt, der dem Durchmesser des Unterteils 17'' der Prothese 1'' entspricht. Wenn beispielsweise der Durchmesser des Unterteils 17'' 9,5 mm sein soll, wird ein kanülierter Bohrer von 9 mm ausgewählt. Wie in 18J dargestellt ist, ist der kanülierte Bohrer 121 von einem Führungsring 123 begleitet, deren Größe nach dem Durchmesser der Bohrung B1 bestimmt wird. Wie in 18K gezeigt ist, trägt der Führungsring 123 (zusammen mit dem Führungsstift 119) dazu bei, den Bohrer auf die Längsachse der Bohrung B1 auszurichten. Der kanülierte Bohrer 121 gleitet bei auf dem Bohrer aufgenommenem Führungsring 123 über den Führungsstift 119, und der transkortikale Tunnel wird in dem posterolateralen Femurkortex gebildet. Bei der Bohrung ist Sorge zu tragen, dass sichergestellt wird, dass der Ring 123 an dem medialen endostealen Kortex verbleibt.
Die zweite Bohrung B2 wird wie in 18L gezeigt gebildet, was die gleiche Vorgehensweise ist, wie sie oben mit Bezug auf 4Q beschrieben wurde. In 18L ist jedoch eine Versatz-Räumungsführung 63' gezeigt, die Keile 71A' hat zur genaueren Ausrichtung der Räumungsführung in dem Femur.
Wie in 18M gezeigt, ist die in die Bohrungen B1, B2 eingesetzte Kalkar-Planierungsführung 75' in der Form im Grunde genommen identisch mit der Prothese 1'' . Die Planierungsführung 75' hat an ihrem Schaftunterteil 77B' Keile 77C' wie jene der Prothese. Der Kalkar-Planierer 81' ist auf dem Zapfen 79' der Planierungsführung 75' aufgenommen, und auf dem Femurhals N ist ein flacher Sitz ausgebildet. Zwischen dem Zapfen 79' und dem Planierer 81' ist vorzugsweise eine sehr enge Toleranz, um Kippen zu vermeiden, wenn der Planierer zur Bildung des Sitzes rotiert.
Unter Bezugnahme auf 18N ist die Prothese 1'' in das Femur unter Benutzung einer Führungsspitze 125 eingesetzt, die an dem Ende der Prothese angebracht ist. Insbesondere hat die Führungsspitze 125 einen Schaft (nicht gezeigt), der in einer Bohrung (nicht gezeigt) an dem distalen Ende der Prothese 1'' aufgenommen ist. Die Spitze 125 wird durch Reibungssitz in der Bohrung gehalten. Die Patronennasenform der Spitze 125 trägt dazu bei, die Prothese am Hängenbleiben auf dem Knochen zu hindern, bevor sie durch den posterolateralen Femurkortex passiert. Wenn sie implantiert ist, kann die Spitze 125 von der Prothese 1'' abgezogen werden, wie in 18P gezeigt ist. Die Prothese 1'' wird geprüft, um sicherzustellen, dass der Kragen 7'' vollständig auf dem Sitze des Femurhalses D sitzt, und sie wird auf eine passende Stärke des Schaftvorsprungs aus dem Femur geprüft.
Die 19A–19D illustrieren eine zusätzliche Stufe, die durchgeführt werden kann, um absolut sicherzustellen, dass der Kragen 7''' einer Prothese 1''' noch einer anderen Ausführungsform vollständig auf dem Femurhals M sitzt. Die Prothese 1''' unterscheidet sich von der Prothese 1'' nur dadurch, dass die Unterseite 11A''' ihres Flansches 11''' aus zwei sich schneidenden Ebenen zusammengesetzt ist. Die Unterseite 11A'' des Prothesenflansches 11'' hat die Form eines Kegelabschnitts. Eine allgemein mit 127 bezeichnete Sägeschablone hat ein Kappe 128, die auf dem Hals 5''' der Prothese 1''' sitzen kann. Die Kappe 128 hat genau angeordnete Schlitze 129 gerade eben unter dem Kragen 7''' und zu der medialen Seite des Flansches 11'''.
Eine Säge (z. B. eine hin und her gehende Säge SW) kann dann dazu dienen, zusätzliche Teile des Femurhalses N unter dem Kragen 7''' wegzuschneiden. Die Sägeschablone 127 führt die Säge SW und eine hin und her gehende Säge (nicht gezeigt) zur Herstellung von Schnitten, die mit der Form der Unterseite (9A''', 11A''') des Kragens 7''' eng deckungsgleich sind. Die Planiererform der Unterseite 11A''' erlaubt es, nahe an dem Flansch lineare Schnitte auszuführen (z. B. etwa durch das Blatt B' der hin und her gehenden Säge in 19D), während ein hoher Grad an Deckungsgleichheit zwischen der Schnittfläche und der Flanschunterseite erreicht wird. Nach Entfernung dieser Teile wird die Unterseite des Kragens 7'' von verbleibenden Bruchstücken freigespült, und die Fläche wird auf vollständige Entfernung geprüft. Die Prothese 1''' wird dann nach Entfernung der Teile (z. B. 1 oder 2 mm) nach unten getrieben zum Zwecke eines kongruenteren Sitzes an dem Hals N.
Die Schlitze 129 sind in einem Rand 131 der Sägeschablone 127 angeordnet. Unter Bezugnahme auf 19D hat der Rand 131 eine Umfangskante 133, die so geformt ist, dass der Abstand des Randes von dem Oberteil 15''' des Schaftes 13''' der Prothese 1''' überall konstant ist. Der Umfangskante 133 liegen Anschlagsbolzen SB auf den Blättern B der Säge SW an, um die Einwärtsbewegung des Sägeblattes zu begrenzen. So gewährleistet die Form des Randes 131, dass die Blätter B der Säge SW nicht den Oberteil 15''' des Schaftes 13''' berühren.
Es ist vorstellbar, dass die Sägeschablone 127 anstelle der Planierungsführung (75, 75') und des Kalkar-Planierers (81, 81') benutzt werden könnte. Die anderen Stufen zur Implantierung der Prothese 1''' wären die gleichen, wie sie oben für die weniger bevorzugte, mehr bevorzugte und am meisten bevorzugte Methode beschrieben sind. Es gibt jedoch keine Planierung des Halses N, nachdem der Femurkopf H zur Bildung eines Sitzes für den Kragen 7''' reseziert ist. Die Prothese 1''' wird in das Femur F getrieben, bis die Unterseite (9A''', 11A''') des Kragens 7''' dem Hals anliegt. Die Sägeschablone 127 wird an die Prothese 1''' angebracht, und der Knochen wird unter dem Kragen 7''' zur Bildung des Sitzes für den Kragen zugeschnitten. Die Sägeschablone 127 kann mit Vorteil auch zur Entfernung einer früher implantierten Prothese 1''' dienen. Das Einwachsen des Knochens in die Prothese 1''' ist (wie oben beschrieben) nur auf der Unterseite (9A''', 11A''') des Kragens 7''' begünstigt. Unter Benutzung der Sägeschablone 127 zur Trennung der Unterseite (9A''', 11A''') des Kragens 7''' von dem Femur F würden minimale Knochenmengen entfernt werden.
(d) Studie hinsichtlich der vorliegenden Erfindung
Hei der Gelenkneubildung der totalen Hüfte (THA) verringern intramedulläre Femurschaftbestandteile in dem proximalen Femur die Beanspruchungsstärken, die zu einem periprothetischen Knochenverlust führen. Diese Studie wertet das Beanspruchungsmuster der Femurschaftausbildung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem normalen Femur und zu herkömmlichen Femur-Kopf-Halsprothesen aus.
Versuche, Knochenverlust durch Belastungsmangel bei der THA durch verringerte Steifheit intramedullärer Schäfte zu eliminieren, waren erfolglos (1). Eine Humanstudie einer instrumentierten Femurprothese fand, dass die Belastungstrajekorie der Hüfte in einen relativ engen Winkelbereich fällt (2). Ein anderer Versuch, die proximale Femurbelastung zu verbessern besteht darin, den Femurschaft parallel zu dem mittleren resultierenden Belastungsvektor der individuellen Hüfte auszurichten. Theoretisch sollte eine ungehinderte Belastung des Femurhalses durch eine stabile Grenzfläche Beanspruchungsstärken erzeugen, die dem intakten Femur äquivalent sind. Um eine uneingeschränkte Kragen-Hals-Belastung zu ermöglichen, ist es für den Implantatschaft nötig, in Übereinstimmung mit dem resultierenden Vektor durch den Knochen hindurchzugehen. Der Zweck dieser Studie war, die Beanspruchungsverteilung einer transossalen THA-Prothese zu bestimmen.
Zwölf synthetische Femurs wurden mit zwölf triaxialen Rosetten-Beanspruchungsmessgeräten (z. B. die in 1 gezeigten Beanspruchungsmessgeräte 109) verbunden, jeweils 5 entlang der posteromedialen und der anterolateralen Seite und je eins proximal-anterior und proximal-posterior. Die Femurs wurden in einer einzelnen Gliedeinstellungsvorrichtung montiert. Spinale Belastungen von 1068 und 2135 Newton wurden mit einer simulierten Abduktorkraft von 712 und 1423 Newton angewandt und dabei eine 21° gegen die Femurschaftachse Resultierende geschaffen. Die Beanspruchungsdaten wurden mit einem computerisierten Mehrkanalsystem gewonnen, das die Ablesungen in Mikrodehnung umsetzte.
Transossale Femurschäfte aus Kobalt-Chrom als Prototyp, die nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung gebaut waren, wurden eingesetzt und unter den gleichen Bedingungen wie die intakten Femurs belastet. Der Kragen war 10° konisch und senkrecht zu dem Schaft. Der proximale Schaft bestand aus zwei zylindrischen Elementen 23, 25 von 15 bzw. 21 mm Durchmesser und erreichte tangentialen Kontakt mit dem endostealen Kortex. Der distale Schaft, der geriffelt war und 12 mm Durchmesser hatte, befand sich mit Presssitz in einem Loch in dem posterolateralen Kortex von 11,5 mm. Zwei distale Schaftvariationen wurden in jedem Femur getestet: Geschlitzt (n = 11) und massiv (n = 12). Es wurden Röntgenbilder von jedem Femur aufgenommen. Der Implantierungswinkel variierte von 146° bis 158° in Relation zu dem lateralen Schaftkortex.
Acht nichtzementierte und zementierte intramedulläre Kobalt-Chrom-Schäfte (Replica, 16,5-LG und Response, 13,5, hergestellt von DePuy, Inc., Warsaw, Indiana) wurden eingesetzt und geprüft.
Bei allen Daten wurde eine Varianzanalyse durchgeführt.
Bei beiden Belastungszuständen wurden vergleichbare Beanspruchungsmuster festgestellt. Die folgenden Ergebnisse sind die des höheren Belastungszustands. Eine graphische Darstellung der Ergebnisse erscheint als 18.
Die nichtzementierten und zementierten intramedullären Schäfte ergaben proximale posteromediale Kompressions beanspruchungswerte von 42,7 ± 4,6% (Mittel ± SEM, p = 0,007) und 32,3 ± 2,6% (p = 0,0001), verglichen mit dem intakten Zustand.
Der geschlitzte und massive transossale Schaft produzierte proximale posteromediale Kompressionsbe anspruchungswerte von 119,0 ± 7,4% (p = 0,36) und 101,1 ± 16,6% (p = 0,66). Kompressions-, Dehnungs- und Scherbeanspruchungswerte waren im Allgemeinen von intakten Werten nicht signifikant verschieden. Ausnahmen waren erhöhte Zugbeanspruchung an der proximalsten posteromedialen Messstelle bei dem geschlitzten Schaft, 128,9 ± 2,7% (p = 0,029). Signifikant erhöhte Kompressionsspannung wurde bei dem geschlitzten und massiven Schaft an der Messstelle festgestellt, die der Schaftaustrittsstelle am nächsten lag (146,1 ± 11,2%, p = 0,0096 und 188,6 ± 11,9%, p = 0,0006). Es wurde eine Neigung höherer proximaler Beanspruchungwerte bei einem horizontaleren Implantierungswinkel festgestellt, jedoch war dies nach linearer Regressionsanalyse nicht signifikant.
Die bei den intramedulären Femurschaftkomponenten bemerkten verminderten Beanspruchungswerte waren mit den früher berichteten in Übereinstimmung (3). Obgleich erhebliche Anstrengungen in dem Versuch gemacht wurden, die „unpassende Modulzusammenstellung" der intramedullären Schäfte zu trennen, legen die Ergebnisse dieser Studie nahe, dass eine unpassende Trajektorienzusammenstellung ein bedeutenderer Faktor bei der Reduktion der Beanspruchung sein kann. Es wurde gefunden, dass die Kompressionstrabekeln der Hüfte 10 bis 40° horizontaler waren als die Achse des Femurschaftes (4). Das daraus folgende Biegemoment an den intramedullären Schaftkomponenten behindert eine proximale Grenzflächenbelastung. Die Belastungstrajektorie der Hüfte ist horizontaler als die intramedulläre Schafteinsatztrajektorie (Femurschaftachse), die ein Biegemoment erzeugt.
Eine der Trajektorie angepasste Femurkomponente (Schaft mit Belastungsvektor ausgerichtet) führt zu einem kleineren Biegemoment und nimmt eine axialere Lastübertragung auf. Die zylindrische Bearbeitung und der entsprechende Schaft dieser transossalen Ausbildung versucht, einer Drehung und Kippbewegung bei proximaler und distaler kortikaler Kontakt-/Makroblockierung zu widerstehen, nimmt aber eine Kragen-Hals-Grenzflächenkompression auf. Obgleich bei diesem Prototyp proximale Femurbeanspruchungswerte wiederhergestellt wurden, würden hohe Beanspruchungswerte in der Nähe des distalen Schaftes Bedenken wegen möglicher starker Schmerzen entstehen lassen.
In einem synthetischen Femurbeanspruchungsmodell zeigten transossale THA-Femurkomponenten höhere proximale Femurbeanspruchungswerte als intramedulläre Schäfte.
Literaturstellen

(1) Bobyn, J. D. et al.: CORR 261: 196, 1990
(2) Davy, D. T. et al.: JBJS 70A: 45, 1988
(3) Oh, I und Harris, W. H.: JBJS 60A: 75, 1978
(4) Clark, J. M. et al.: J Arthr 2: 99, 1987

Im Hinblick auf das Obige ist ersichtlich, dass die verschiedenen Aufgaben der Erfindung erreicht und andere vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden.
Da verschiedene Änderungen an den obigen Konstruktionen durchgeführt werden könnten, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen, soll die gesamte in der obigen Beschreibung enthaltene oder in der beiliegenden Zeichnung dargestellte Materie als Veranschaulichung und nicht in einem einschränkenden Sinne interpretiert werden.

Claims

Knochenprothese (1; 1'; 1''; 1''') zum Implantieren in einen Knochen an einem Gelenk, mit einem zur Aufnahme einer Kugel (3) eingerichteten Hals (5; 5'; 5''; 5'''), einem Kragen (7; 7'; 7''; 7'''), auf dem der Hals angebracht ist, und einem Schaft (13; 13'; 13''; 13'''), der von dem Kragen auf der dem Hals entgegengesetzten Seite des Kragens ausgeht, wobei die Prothese eine der Längsachse des Schaftes entsprechende Längsachse (AX-1) hat und der Schaft für eine transossale Implantation ausgebildet ist, bei der der Schaft in den Knochen im allgemeinen an dessen einer Seite eintritt, einen Knochenmarkkanal durchquert und auf einer gegenüberliegenden Seite des Knochens in Rindenknochen eintritt, bei der auf dem Schaft axial verlaufende Keile ausgebildet sind, um nach Implantation in einen Knochen die Prothese gegen Bewegung um ihre Längsachse (AX-1) und um zur Längsachse (AX-1) senkrechte Achsen zu fixieren und eine axiale Fixierung des Schaftes zu hemmen.
Knochenprothese (1; 1'; 1''; 1''') nach Anspruch 1, bei der der Hals (5; 5'; 5''; 5''') eine Längsachse (AX-2) hat, die der Längsachse (AX-1) des Schaftes (13; 13'; 13''; 13''') parallel ist.
Knochenprothese (1; 1'; 1''; 1''') nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der der Schaft (13; 13'; 13''; 13''') gerade ist.
Knochenprothese (1; 1'; 1''; 1''') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Knochen ein Oberschenkelknochen ist.
Knochenprothese (1; 1'; 1''; 1''') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Schaft (13; 13'; 13''; 13''') zur Fixierung der Prothese (1; 1'; 1''; 1''') an dem Oberschenkelknochen (F) nach außen gewandte Fixierungsflächen hat, die im allgemeinen parallel zu der Längsachse (AX-1) der Prothese (1; 1'; 1''; 1''') sind.
Knochenprothese (1; 1'; 1''; 1''') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der auf dem Schaft (13; 13'; 13''; 13''') axial verlaufende Keile (19; 19'; 19''; 19''') ausgebildet sind, um nach Implantation in einen Oberschenkelknochen (F) die Prothese (1; 1'; 1''; 1''') gegen Bewegung um ihre Längsachse (AX-1) und um zur Längsachse (AX-1) senkrechte Achsen zu fixieren und eine axiale Fixierung des Schaftes (13; 13'; 13''; 13''') zu hemmen.
Knochenprothese (1; 1'; 1''; 1''') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Schaft (13; 13'; 13''; 13''') ein Oberteil (15; 15'; 15''; 15''') hat, wobei die Fixierungsflächen des Schaftoberteils (15; 15'; 15''; 15''') im wesentlichen glatt sind, um ein Einwachsen des Knochens in die Fixierungsfläche des Oberteils (15; 15'; 15''; 15''') zu hemmen.
Knochenprothese (1; 1'; 1''; 1''') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Kragen (7; 7'; 7''; 7''') eine Unterseite hat, die zur Anlage an dem oberen Oberschenkelknochen (F) gebaut und eingerichtet ist, um Belastungen auf den oberen Oberschenkelknochen (F) zu übertragen, wobei der Kragen (7; 7'; 7''; 7''') einen ersten Teil (9; 9'; 9''; 9''') und einen zweiten Teil (11; 11'; 11''; 11''') aufweist und eine an dem Oberschenkelknochen (F) anlegbare Unterseite (11A; 11A'; 11A''; 11A''') des zweiten Teils (11; 11'; 11''; 11''') unter einem Winkel zu einer Unterseite (9A; 9A'; 9A''; 9A''') des ersten Teils (9; 9'; 9''; 9''') ausgerichtet ist.
Knochenprothese (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Kombination mit einer Kugel (3).