DE69732892T2

DE69732892T2 - Femurschaft

Info

Publication number: DE69732892T2
Application number: DE69732892T
Authority: DE
Inventors: C.M. Raynham Jayashankar; Frank D. Walpole Matthews; Jorge A. Norton Ochoa
Original assignee: DePuy Products Inc
Current assignee: DePuy Products Inc
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2017-12-12
Also published as: EP0847735A3; EP0847735A2; US5871549A; DE69732892D1; EP0847735B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf prothetische Implantate und auf einen Baukasten für eine implantierbare, orthopädische Prothese, insbesondere für einen Femurschaft, welcher angepaßt ist, um im Knochenzement einzusinken.
Stand der Technik
Ein Hüftschaft bzw. Hüftstamm ist ein prothetisches, medizinisches Implantat, welches einen oberen Abschnitt eines während einer Arthroplastikbehandlung resezierten Femurs bzw. Oberschenkelknochens ersetzt. Der Hüftschaft umfaßt einen gestreckten Abschnitt und einen runden Kopf. Der gestreckte Abschnitt ist in den Markraum des resezierten Oberschenkelknochens einführbar, während sich der runde Kopf vom Oberschenkelknochen ausdehnt, um sich passend mit einem Pfannendach zu verbinden, welches an einer Hüftpfanne des Beckens be festigbar ist. Der Hüftschaft und das Pfannendach bilden zusammen ein prothetisches Hüftgelenk.
Während einer Arthroplastikbehandlung kann Knochenzement, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), in den Markraum des Oberschenkelknochens eingeführt und der gestreckte Abschnitt des Hüftschafts in die Masse des Knochenzements eingeführt und von diesem umhüllt werden. Raue oder strukturierte Abschnitte des Hüftschafts verbinden sich fest mit dem Knochenzement, um eine erste Grenzfläche zu bilden, und das Zement infundiert in den Knochen und verbindet sich mit diesem an einer zweiten Grenzfläche. Hiermit wird der Hüftschaft an seinem Ort innerhalb des Oberschenkelknochens starr befestigt. Es ist jedoch bekannt, daß sogar wenn der Femurschaft flexibel ist, wiederholtes Belasten und Entlasten des prothetischen Hüftgelenks während physischer Aktivitäten zum Ermüden und Versagen des Knochenzements führen kann.
Unkontrolliertes Ausfallen oder Versagen des Knochenzements hat unerwünschte Konsequenzen, beispielsweise das Erzeugen freier Partikel, was zu Osteolyse oder "Zementkrankheit" des Wirtknochengewebes führen kann. Außerdem können lose Knochenzementpartikel vom Markraum zu gelenkbildenden Oberflächen wandern und als Verursacher von Drittkörperabnutzung wirken. Dies kann eine übermäßige Abnutzung des Femurkopfes und/oder der metallischen oder polmerischen Gegenfläche innerhalb des Pfannendachs verursachen. In Bezug auf polymerische Gegenflächen können Zementpartikel in der Polymeroberfläche ein gelagert werden und als Zweitkörperabnutzungsoberfläche gegen die metallische, gelenkbildende Oberfläche des Femurkopfes wirken.
Wenn das Zement versagt, lockert sich der Hüftschaft zunehmend. Während der Hüftschaft sich lockert, werden die Verbindungen zwischen dem Knochen und dem Zement sowie zwischen dem Schaft und dem Zement schwächer. Das Ausfallen dieser Verbindungen erlaubt es dem Schaft, in dem Markraum einzusinken und somit das Bein zu verkürzen. Während das Bein kürzer wird, entwickelt sich eine unerwünschte Veränderung im Gang des Patienten, der sich mit dem Absinken des Schafts zunehmend verschlechtert. Letztendlich verschlechtert sich der Gang so sehr, daß ein operatives Korrigieren (Ersetzen) des Schafts angebracht ist. Ein Vermeiden dieser Folge von Ereignissen ist sehr wünschenswert.
In EP-A-0554987 wird ein Femurschaft mit einer Form und Oberflächeneigenschaften offenbart, welche ein sich Verbinden von Schaft und Zement praktisch beseitigen und ein Absinken des Femurschafts fördern. Insbesondere verjüngt sich der Schaft und weist eine stark polierte Oberfläche auf.
Die Erfindung
Die Erfindung überwindet die der Benutzung von Zement in Arthroplastikbehandlungen innewohnenden Nachteile, indem ein Femurschaft mit einem Aufbau vorgesehen wird, welcher das Bilden einer einzigartigen Schaft-Zement-Grenzfläche ermöglicht. Erfindungsgemäß ist ein Baukasten für eine implantierbare, orthopädische Prothese nach Anspruch 1 vorgesehen. Weitere Aspekte der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 dargelegt.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Femurschaftes;
2 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einem Kragen;
3 eine andere Seitenansicht der Ausführungsform in 2;
4 eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform in 2;
5 eine Darstellung eines Fluidspenders für einen Gelenkbaukasten gemäß der Erfindung;
6 eine Darstellung eines alternativen Fluidspenders für einen Gelenkbaukasten gemäß der Erfindung; und
7 eine Darstellung einer Ausführungsform eines in einem Markraum eines Oberschenkelknochens angeordneten Femurschafts.
1 zeigt eine orthopädische Vorrichtung, insbesondere eine Hüftprothese, welche für eine Arthroplastikbehandlung vorgesehen ist, die die Benutzung von Knochenzement erfordert. Wenngleich sich die folgende Beschreibung auf bestimmte Merkmale einer Hüftprothese konzentriert, sind die erfinderischen Merkmale der Erfindung gleichermaßen geeignet für und anwendbar auf andere prothetische Vorrichtungen, welche in einen Knochenraum einführbar sind, beispielsweise auf eine Schienbeinkomponente.
Die Hüftprothese umfaßt einen ersten Abschnitt 10, welcher für das Einführen in einen Markkanal angepaßt ist (wie in 7 dargestellt). Der erste Abschnitt 10 umfaßt einen Stamm bzw. einen Schaft mit einem proximalen Ende 12, einem distalen Ende 14 und einem Zwischenabschnitt 16, welcher sich zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende erstreckt. Ein zweiter Abschnitt 18 oder Hals, benachbart zum ersten Abschnitt 10, ist angepaßt, um eine zweite prothetische Komponente außerhalb des Markkanals aufzunehmen. Die zweite prothetische Komponente kann ein Kopf 20 sein, welcher an dem zweiten Abschnitt 18 befestigbar ist. Wenn der Kopf 20 jedoch mit dem Stamm einteilig gebildet ist, und somit den zweiten Abschnitt 18 bildet, kann die zweite prothetische Komponente ein Pfannendach 22 sein, welcher eine bekannte Metallhülle 24 mit einem Plastik- oder Polymereinlage 26 umfassen kann. Die Einlage 26 umfaßt eine halbkugelförmige Oberfläche, welche angepaßt ist, um eine komplementäre kugelförmige Oberfläche des Kopfes 20 in einer Art aufzunehmen, welche ein geschmeidiges bewegen und drehen des Kopfes in dem Pfannendach 22 erlaubt.
Der Zwischenabschnitt 16 des ersten Abschnitts 10 verjüngt sich von dem proximalen Ende zum distalen Ende, so daß das distale Ende des Stammes kleiner ist als das proximale Ende des Stammes. Der bestimmte Winkel der Verjüngung wird teilweise durch die Länge des Stammes bestimmt, wobei der Stamm auf jeder Anzahl an Seiten verjüngt sein kann, um eine Verminderung des Durchmessers zum distalen Ende hin zu erreichen. Die Verjüngung hat den Zweck, für den ersten Abschnitt 10 eine Form vorzusehen, die es ihm leicht erlaubt, in den Markkanal einzusinken. Mittels Vorsehen eines sehr schmalen oder spitzen distalen Endes 14 kann das Einsinken zusätzlich gefördert werden. Das distale Ende 14 braucht jedoch nicht spitz zu sein. In anderen Ausführungsformen ist das distale Ende rund oder kugelförmig.
Das proximale Ende 12 des ersten Abschnitts 10 kann einen Durchmesser und/oder eine Querschnittsgeometrie aufweisen, welcher/welche dazu führt, daß sich das proximale Ende 12 an der Öffnung des Markkanals (oder im Markkanal) des resezierten Oberschenkelknochens bindet, um das Einsinken zu beschränken. Der bestimmte Durchmesser und/oder die bestimmte Querschnittsgeometrie des ersten Abschnitts 10 am proximalen Ende 12 wird von der Knochendicke und dem Markkanal-Durchmesser auf der Seite des Resektionsschnitts bestimmt. Da jedoch im Laufe der Zeit aufgrund von Gewichtseinflüssen, Druck auf den ersten Abschnitt 10 angewendet wird, kann das Einsinken des ersten Abschnitts ungesteuert sein. Dieses ungesteuerte Absinken kann zu einer groben Beinlängendiskrepanz (LLD- leg length discrepancy) oder zu einer varus/valgus-Neigung führen. Indem der erste Abschnitt einsinkt, wendet er auch einen größer als gewünschten Grad an Verdichtung auf das Knochenzement an, der zu Zementversagen und Partikelerzeugung führt. Weiterhin kann das proximale Ende 12 bis zu einem Punkt im Markkanal einsinken, wo es genug radialen Druck nach außen ausübt, um das proximale Ende des Oberschenkelknochens zu brechen.
Um die genannten Probleme zu lösen, kann gemäß 2 bis 4 in anderen Ausführungsformen der erste Abschnitt 10 mit einem Kragen am oder nahe dem proximalen Ende 12 des Stammes ausgebildet sein, um ein Absinken zu begrenzen. Gemäß 2 bis 4 dargestellt, weist der Kragen 28 einen Durchmesser auf, welcher größer ist als das proximale Ende 12 des Stammes. Der Kragen ist auch breiter als der Markkanal und umfaßt eine Stützoberfläche 30, welche den resezierten Knochen erfaßt, um das Einsinken des ersten Abschnitts 10 anzuhalten. Zusätzlich zum Begrenzen der Abwärtsbewegung des ersten Abschnitts 10 bieten der Kragen 28 und die Stützoberfläche 30 einen Deckel, welcher das Ende des Markkanals abdichtet, um ein Austreten von Knochenzementpartikeln oder ein Eindringen von Körperfluiden in den Markkanal zu verhindern. Der Kragen 28 kann so gebildet sein, daß er im Wesentlichen zu dem Umriß des Femurumfangs paßt. Der Kragen 28 kann jedoch einen größeren oder kleineren Durchmesser aufweisen, als der Abschnitt des lokalen Femurschnitts.
Zusätzlich zum, oder anstelle des Versehens des ersten Abschnittes mit einer Verjüngung, kann die gesamte Oberfläche oder ein Abschnitt der Oberfläche oder des Oberflächenbereiches des ersten Abschnittes 10 mit einem Reibungskoeffizienten von weniger als 0,3 in Bezug auf das Knochenzement gebildet sein. Diese/dieser sehr rutschige oder reibungsarme Beschichtung oder Oberflächenbereich verhindert und/oder vermindert wesentlich das Haften von Knochenzement am Stamm. Wie in 1 gezeigt, kann der Großteil des Zwischenabschnittes 16 des Stammes und des distalen Abschnittes 14 des Stammes einen Oberflächenbereich 31 umfassen, welcher einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist.
Es ist bekannt, daß ein derartig niedriger Reibungskoeffizient erreicht werden kann, indem die Oberfläche mit einem sehr feinen Abschluß oder Politur mittels Verfahren versehen wird, welche einem Fachmann der Metallurgie bekannt sind. Ebenfalls sind Oberflächenbereiche bekannt, welche ein Metall umfassen, welches mit einem Ionenstrahl beschossen oder mit Hilfe eines Ionenstrahls abgelagert wurde. Beispiele hierfür sind die direkte Stickstoff-Ionenimplantation und die Sputter-Ablagerung von Polyethylen mittels eines Ionenstrahls. In einer offenbarten Ausführungsform umfaßt der Oberflächenbereich eine Beschichtung aus Schmiermaterial. Schmiermaterialien umfassen beispielsweise Kalzium-Stearat und Stearinsäure. Außerdem können eine Hülle oder eine Beschichtung aus einem rutschigen Polymer oder Wachs, beispielsweise Polyethylenglycol, umfaßt sein. Als Alternative kann der Oberflächenbereich erfindungsgemäß mit einem flüssigen Film versehen sein. Flüssigkeiten umfassen beispielsweise Sesamöl, Baumwollsamenöl und Glyzerin.
Bei der Herstellung sind viele Beschichtungsverfahren möglich, beispielsweise Solvation, Aufdampfen, Ionensputtern, Sprühen und elektrostatisches Ablagern. Örtliches Anwenden von Materialien niedriger Reibung kann Tauchen, Anstreichen, Schmieren und Sprühen umfassen. Die Dicke der Beschichtung oder des Oberflächenbereichs niedriger Reibung kann in einem Bereich von einigen wenigen Mikrometern bis einigen wenigen Millimetern liegen und wird zu einem großen Teil durch das gewählte Material und das gewählte Anwendungsverfahren bestimmt. Zum Zwecke der Veranschaulichung ist die Beschichtung in 1 auf einer übertriebenen Art dargestellt.
Um zu gewährleisten, daß Erfüllungsparameter erreicht werden, ist ein orthopädisches Gelenkbaukasten vorgesehen, welcher eine Oberschenkelkomponente; einen Pfannendach; einen Knochenzement; eine Flüssigkeit niedriger Viskosität und einen Flüssigkeitsspender zum Anwenden der Flüssigkeit auf die Oberschenkelkomponente zum Zeitpunkt der Operation umfaßt. Das Anpassen des Knochenzements an die Flüssigkeit niedriger Viskosität gewährleistet, daß eine Stamm-Zement-Grenzfläche mit einem gewünschten Reibungskoeffizienten erreicht wird. In einem Beispielsbaukasten ist das Zement Polymethylmethacrylat, die Flüs sigkeit ist Sesamöl oder Kalziumstearat in einer Trägerlösung, beispielsweise Mineral- oder Pflanzenöl und der Spender ist ein steriles(r), vorgetränktes(r) Handtuch oder Schwamm 32, welches(r) gemäß 5 in einer sterilen Packung 34 versiegelt ist. In einer anderen, in 6 dargestellten Ausführungsform umfaßt das mit einer Flüssigkeit niedriger Viskosität 38 gefüllte Reservoir 36 einen Ausgang 40, welcher mit einem fluiddurchlässigen Material 42 gefüllt oder bedeckt ist.
7 zeigt einen Femurschaft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der in einem resezierten Oberschenkelknochen implantiert ist. Der Stamm ist im Wesentlichen oder gänzlich von Knochenzement 44 umhüllt. Obwohl der Kragen 28 in einer anstoßenden Beziehung mit dem proximalen Ende eines Knochens 46 dargestellt ist, ist dies eine Darstellung des Implantats und des Knochens nachdem das Implantat eingesunken ist. Ursprünglich, zum Zeitpunkt der Implantation, ist ein kleiner Abstand zwischen dem Kragen 28 und dem Knochen 46 vorhanden. Während jedoch Gewicht auf dem Implantat lastet, erlaubt die Kombination aus der Oberfläche mit niedrigem Reibungskoeffizienten und der, wahlweise sich verjüngenden, Stammgeometrie dem Stamm, leicht einzusinken, ohne eine Zementsäule herunterzuziehen, wie dies bei einem Stamm mit einer matten Oberflächenbearbeitung geschehen würde. Während der Stamm einsinkt, wendet er eine verdichtende Kraft auf das Zement an, wodurch die Lastübertragung an der Zement-Knochen-Grenzfläche verbessert wird. Der Kragen 28 verhindert jedoch übermäßiges Einsinken und einen Überdruck auf das Knochenzement. Sobald der Stamm stabilisiert ist, werden zusätzliche Stamm-Verschiebungen auf Mikro-Bewegungen beschränkt.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen offenbart und beschrieben wurde, können weitere Änderungen, Auslassungen und Ergänzungen durch Ausgestaltung von Einzelheiten vorgenommen werden, ohne den Bereich der Erfindung gemäß den Ansprüchen zu verlassen.

Claims

Baukasten für eine implantierbare, orthopädische Prothese mit: – einer Oberschenkelkomponente mit einem Stammteil (10) und einem Kopfteil (20); – einem Pfannendach (22), welches mit dem Kopfteil (20) der Oberschenkelkomponente gelenkig verbunden sein kann; – einem Knochenzement (44) zum Umgeben wenigstens eines Teils des Stammteils (10) der Oberschenkelkomponente innerhalb eines Markraums eines Patienten; – eine Flüssigkeit niedriger Viskosität (38) zum Beschichten eines Abschnitts (31) des Stammteils (10) der Oberschenkelkomponente und zum Vermindern des Reibungskoeffizienten zwischen dem Stammteil (10) und dem Knochenzement (44), wobei ein Verbinden des Knochenzements (44) mit dem beschichteten Abschnitt (31) des Stammteils (10) im wesentlichen verhindert wird; und – einem Spender zum Anwenden der Flüssigkeit niedriger Viskosität (38) auf das Stammteil (10).
Baukasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spender ein mit der Flüssigkeit niedriger Viskosität (38) durchtränktes und in einem sterilen Behälter (34) abgedichtetes absorbierendes Material (32) umfaßt.
Baukasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spender ein Reservoir (36) für die Flüssigkeit niedriger Viskosität (38) umfaßt, welches einen von einem fluiddurchlässigen Material (42) bedeckten Ausgang (40) aufweist.
Baukasten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (38) Sesamöl, Baumwollsamenöl oder Glycerin ist.
Baukasten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Abschnitt (31) des Stammteils (10) in Bezug auf den Knochenzement (44) einen Reibungskoeffizienten aufweist, der kleiner als 0,3 ist.
Baukasten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stammteil (10) ein proximales Ende (12), ein distales Ende (14) und einen sich dazwi schen erstreckenden Zwischenabschnitt (16) aufweist, welcher sich von einem ersten Punkt nahe dem proximalen Ende (12) zu einem zweiten Punkt nahe dem distalen Ende (14) verjüngt.
Baukasten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (20) ein halbkugelförmiges Element umfaßt.
Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschenkelkomponente (10) nahe dem proximalen Ende (12) des Stammes einen Kragen (28) mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Zwischenabschnitts (16) des Stammes.