DE69929459T2

DE69929459T2 - Prothese zur induktion des knochenwachstums durch ultraschalltherapie

Info

Publication number: DE69929459T2
Application number: DE69929459T
Authority: DE
Inventors: J. Roger Hillsborough TALISH; A. Alan Westport WINDER
Original assignee: Exogen Inc
Current assignee: Exogen Inc
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-11-13
Also published as: CA2349205C; AU1521200A; WO2000028925A3; EP1128787A2; ATE315366T1; EP1128787B1; DE69929459D1; CA2349205A1; JP2002529194A; ES2257084T3; WO2000028925A2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf prothetische Implantatvorrichtungen. Genauer bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Prothesen, die zum Einsetzen in den Markkanal sogenannter „langer Knochen" (Femur, Humerus, Klavikel, Radius, Ulna, Tibia, Fibula, Metakarpal-, Metatarsal- und Phalanxknochen) angepasst sind.
Hintergrund
Gelenkersatz oder Arthroplastik ist eine chirurgische Verfahrensweise, bei der erkrankte Abschnitte des Gelenks entfernt und durch neue künstliche Teile, die Prothese genannt werden, ersetzt werden. Während typischer Gelenkersatzchirurgie entfernt der Chirurg den erkrankten Abschnitt des Knochens, umgebendes Gewebe und Knorpel von dem Gelenk und lässt nur die gesunden Teile des Gelenks intakt. Der Chirurg ersetzt dann den erkrankten Abschnitt des Gelenks durch neue Teile, die das Bewegen des Gelenks imitieren. Bei Hüftarthroplastik ersetzt der Chirurg zum Beispiel den Kopf des Femurs und das Acetabulum durch künstliche Teilen, die aus Materialien gefertigt sind, welche eine natürliche, gleitende Bewegung des Hüftgelenks erlauben. Dieser generische Typ der Vorrichtung umfasst Prothesen, die femorale Komponenten aufweisen, welche aus Legierungen wie etwa Legierungen auf Kobalt-Chrom-Molybdän- und/oder Titanbasis gefertigt sind.
In einigen Fällen verwendet der Chirurg einen speziellen Klebstoff oder Zement, um die neuen Teile des Gelenks an den vorhandenen gesunden Knochen zu kleben. In anderen Fällen sind die künstlichen Teile aus einem porösen Material gefertigt, das es erlaubt, dass der eigene Knochen eines Patienten in die Poren des porösen Materials einwächst, um die neuen Teile am Platz zu halten. Siehe z. B. U.S. Patente Nr. 4,536,894 an Galante et al., 5,018,285 an Zolman et al. und 5,004,476 an Cook.
Der erfolgreiche Ersatz geschwächter, arthritischer und stark verletzter Gelenke hat bei vielen Menschen, die sonst wesentlich behindert wären, zu einer gesteigerten Mobilität und angenehmem, unabhängigem Leben beigetragen. Neue Technologien, die prothetische Vorrichtungen für den Ersatz von Gelenken involvieren, haben zusammen mit Fortschritten bei chirurgischen Techniken die mit diesen Operationen assoziierten Risiken reduziert und die unmittelbaren und langfristigen Folgen der Gelenkersatzchirurgie verbessert.
Es verbleiben jedoch Fragen hinsichtlich dessen, welche prothetischen Entwürfe und Materialien für spezifische Patientengruppen am wirksamsten sind und welche chirurgischen Techniken und Rehabilitationsansätze die besten langfristigen Ergebnisse ergeben. Patienten, deren Gelenke durch Osteoporose stark beschädigt worden sind, neigen dazu, aufgrund nicht ausreichender Knochenmasse, die den Markkanal umgibt, unter langfristigen Schwierigkeiten mit der Prothese zu leiden. Osteoporose bewirkt anormal poröse und zerbrechliche Knochen aufgrund von Alter, geringer Kalziumaufnahme, fehlender körperlicher Betätigung, gewissen Arzneien, Östrogenmangel, Hormonstörungen, Ernährungsstörungen, Nichtgebrauch von Knochen und Vererbung der Krankheit. Das Implantieren einer prothetischen Vorrichtung in derartige poröse und zerbrechliche Knochen ist nur beschränkt erfolgreich und kann eine wiederholte/revidierte Verfahrensweise oder eine lange Therapie erforderlich machen. Es bestehen ebenfalls Probleme in Hinblick auf die besten Indikationen und Ansätzen für Revisionschirurgie.
Nichtsdestotrotz sind weitere Verbesserungen an dem Gesamtentwurf von Gelenkprothesen notwendig, um eine stabilere Fixierung der implantierten Prothese an der Knochen-/Metallgrenze zu erleichtern. Bei zementierten prothetischen Vorrichtungen können zum Beispiel aufgrund verschiedener Druckbelastungen, d. h. Kompression, Scherung und Torsion, denen die implantierte Vorrichtung ausgesetzt wird, Fixierungsprobleme auftreten. Diese mechanischen Kräfte, insbesondere Scherung und Torsion, sowie andere Faktoren wie etwa Osteoporose schwächen die Knochen-/Zementklebebindung. Zusätzlich dazu ist es bekannt, dass eine Neigung zur Resorption von Knochen besteht, welche ebenfalls die Zementklebebindung zwischen dem intramedullären Kanal des Knochens und der Prothese schwächt.
Indem auf der prothetischen Vorrichtung eine Oberfläche zum Einwachsen des Knochens bereitgestellt wird und/oder indem eine Therapie zum Induzieren des Einwachsens des Knochens in die prothetische Vorrichtung bereitgestellt wird, kann eine stabilere Fixierung geschaffen werden. Bei herkömmlichen Behandlungen/Techniken mit prothetischen Vorrichtungen, die Oberflächen zum Einwachsen von Knochen umfassen, erfordert ein ausreichendes Einwachsen des Knochens zur langfristigen Stabilisierung typischerweise, dass die Prothese über mindestens sechs Wochen nach der Operation stabil fixiert ist, und jedwede relative Bewegung der Prothese während dieses Zeitraums verhindert oder minimiert das Einwachsen des Knochens. Dies ist insbesondere angesichts der Schwierigkeit des Einpassens der Prothese mit ausreichend engen Toleranzen, um große Kontaktbereiche zwischen dem porösen Material und dem Knochen bereitzustellen, ein beträchtliches Problem, selbst wenn die gesamte Außenoberfläche der Prothese aus porösem Material gefertigt ist. Es wurde zum Beispiel berichtet, dass bei einem Anteil von 10 bis 20 Prozent von Patienten mit Hüfttotalarthroplastik über fünf oder mehr Jahre ein Lösen oder Versagen des Femurstamms folgte, insbesondere bei jüngeren Patienten.
US 5330481 offenbart eine Prothese mit einem Morsekegel und einem senkrechten geschnittenen Loch. US-A-5330481 offenbart eine Prothese, die die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Merkmale beinhaltet.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf das Richten von Ultraschallenergie auf relativ niedrigen Niveaus in lebendes Gewebe, um das Einwachsen des weichen Knochens, der den Markkanal umgibt, in die Prothese zu stimulieren. Die Offenbarung umfasst außerdem verschiedene Techniken zur transdermalen Abgabe akustischer Energie durch Körpergewebe und/oder -flüssigkeiten, um Resonanzwellen entlang dem Innenhohlraum und/oder der Außenoberfläche der Prothese weiterzuleiten, damit das Einwachsen der umgebenden weichen Spongiosa um den Umfang des Markkanals stimuliert wird.
Techniken und Parameterpräferenzen der akustischen Reparatur von Knochenbrüchen werden detailliert in U.S. Patent Nr. 5,520,612 erörtert. Ganz wie bei der Reparatur von Knochenbrüchen unterliegen akustische Techniken zur Stimulation des Einwachsens von Knochen einer Reihe von Werten, die am besten durch professionelle Erfahrung bestimmt werden. Es ist jedoch nichtsdestotrotz hilfreich, gewisse Erwägungen zu Parametern aufzuführen, die bei der Förderung des Einwachsens eine signifikante Rolle übernehmen können:

1) Die Frequenz einer chirurgisch nicht invasiven akustischen Abgabe in den Körper sollte sorgfältig berechnet und überwacht werden, um eine stetige Entwicklung mit stehender Welle in dem Markkanal sicherzustellen;
2) die Frequenz des Wandlers (oder anderen Trägers) sollte einstellbar ausgewählt werden können, wobei Vorsorge für einen Frequenzdurchlauf zwischen eingestellten Grenzen getroffen wird; und
3) die Frequenz der Impulsmodulation sollte einstellbar ausgewählt werden können, wobei Vorsorge für einen Frequenzdurchlauf zwischen eingestellten Grenzen getroffen wird.

ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung ist wie in den Ansprüchen beansprucht.
Eine Knochenprothese umfasst einen ersten Abschnitt zum Eingreifen in ein erstes Knochensegment und mindestens einen Kanal, der in dem ersten Abschnitt zum Weiterleiten akustischer Energie durch den Kanal zu dem ersten Knochensegment angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst die Prothese ferner einen zweiten Abschnitt zum Eingreifen in ein zweites Knochensegment. Der Kanal umfasst eine innere reflektierende Oberfläche, die eine Resonanzkammer definiert, welche durch den ersten Abschnitt angeordnet ist. In einer Ausführungsform umfasst die Resonanzkammer mindestens eine Öffnung zum Empfangen akustischer Energie. In einer anderen Ausführungsform ist die Resonanzkammer gewunden.
Eine andere Ausführungsform der Knochenprothese umfasst einen ersten Abschnitt zum Eingreifen in ein erstes Knochensegment und einen zweiten Abschnitt zum Eingreifen in ein zweites Knochensegment. Mindestens einer der Abschnitte umfasst mindestens ein Mittel zum Weiterleiten akustischer Energie an das entsprechende Knochensegment. Vorzugsweise umfasst das Weiterleitungsmittel Folgendes: einen Wandlerring, der in einen der Abschnitte eingreift; einen Wandler, der neben einem der Abschnitte angeordnet ist; und/oder ein piezoelektrisches/piezokeramisches Membranmaterial, das zwischen einem porösen Material, das um die Prothese gewickelt ist, und dem Außenumfang der Prothese angeordnet ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Knochenprothese einen Kugelabschnitt zum Eingreifen in das Acetabulum des Hüftknochens, und der erste Abschnitt ist ein Implantat zum Eingreifen in den Markkanal des Femurs. In noch einer weiteren Ausführungsform greift der erste Abschnitt in den Markkanal des Humerus ein, und ein zweiter Abschnitt greift in den Markkanal der Ulna ein, und der erste und der zweite Abschnitt bewegen sich relativ zu einander um einen Drehpunkt.
In noch einer anderen Ausführungsform greift der erste Abschnitt in den Femur ein und der zweite Abschnitt greift in die Tibia ein. Der erste und der zweite Abschnitt können bei Bewegen entweder des Femurs oder der Tibia relativ zu einander bewegt werden. Vorzugsweise umfasst der erste Abschnitt mindestens einen Pflock, der in eine entsprechende Bohrung, die mit dem Femur assoziiert ist, eingreift, und der zweite Abschnitt umfasst mindestens einen Pflock, der in eine entsprechende Bohrung, die mit der Tibia assoziiert ist, eingreift. Der Kanal umfasst eine innere reflektierende Oberfläche, die eine Resonanzkammer definiert, welche durch jeden der Pflöcke angeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die eine Hüftprothese zeigt, die in den oberen Femur implantiert ist, wobei ein externer Wandler an die Prothese akustische Wellen ausgibt, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren;
1B ist ein Teilquerschnitt der Hüftprothese aus 1, der eine interne reflektierende Oberfläche und eine Resonanzkammer zeigt;
1C ist ein Teilquerschnitt der Hüftprothese aus 1, der den externen Wandler zeigt, welcher akustische Wellen an die reflektierende Oberfläche ausgibt, die wiederum die Wellen durch die Resonanzkammer nach unten richtet;
2A ist ein Teilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform der Hüftprothese aus 1, der einen intern angeordneten Wandler zeigt, welcher in der Resonanzkammer montiert ist;
2B ist ein Teilquerschnitt der Hüftprothese aus 2A, der den externen Wandler zeigt, welcher akustische Wellen an den internen Wandler ausgibt, der wiederum die Wellen durch die Resonanzkammer nach unten ausgibt;
3 ist ein Teilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform der Hüftprothese aus 1, der eine Resonanzkammer zeigt, welche in einer gewundenen Form konfiguriert und bemessen ist, um die Interferenz zwischen der akustischen Welle und der internen Wand der Resonanzkammer zu maximieren;
4 ist ein Teilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform der Hüftprothese aus 1, der eine Reihe sich lateral erstreckender Schlitze zeigt, welche sich von den inneren Wänden der Resonanzkammer zum äußersten Umfang der Prothese erstrecken, um Energie direkt zu den inneren Wänden des Markkanals zu leiten;
5A ist ein Teilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform der Hüftprothese aus 1, der einen Wandlerring zeigt, welcher die Prothese umgibt und akustische Wellen entlang dem Außenumfang der Prothese nach unten ausgibt, um das Einwachsen des Knochens von dem umgebenden Knochen des Markkanals zu stimulieren;
5B ist ein Teilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform aus 5A, der eine Hüftprothese zeigt, welche sowohl eine intern angeordnete Resonanzkammer zum internen Weiterleiten akustischer Wellen und einen Wandlerring zum Ausgeben akustischer Wellen nach unten entlang dem Außenumfang der Prothese aufweist;
6A ist eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform der Hüftprothese aus 1, die ein piezoelektrisches/piezokeramisches Membranmaterial zeigt, das zwischen einer porösen Beschichtung und der Außenhülle der Hüftprothese zum Leiten akustischer Energie zu dem Markkanal angeordnet ist;
6B ist ein Querschnitt der Ausführungsform aus 6A entlang der Linie 6B-6B;
7A–7E sind Vorderansichten verschiedener Ausführungsformen der Hüftprothese aus 1, die verschiedene Muster zeigen, welche zur Förderung des Weiterleitens akustischer Wellen an den Markkanal um den Außenumfang der Prothese angeordnet sind;
8 ist eine Vorderansicht eines diagnostischen Apparats, der eine Hauptübertragungseinheit und eine Sende-/Empfangssonde zum Überwachen und Aufzeichnen der akustischen Signale, die durch die Hüftprothese und den Markkanal weitergeleitet werden, aufweist;
9 ist eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform des diagnostischen Apparats, der eine Hauptübertragungseinheit, eine Sonde zum Senden akustischer Wellen durch die Hüftprothese und eine empfangende Sensornetzsonde zum Überwachen der akustischen Signale, die durch die Hüftprothese weitergeleitet werden, und zum Weitersenden der Informationen zurück an die Haupteinheit aufweist;
10A–10J zeigen verschiedene Ansichten einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die eine Kniegelenkprothese zeigen, welche zwischen dem unteren Femur und dem oberen Abschnitt der Tibia implantiert ist, wobei ein externer Wandler akustische Wellen an die Prothese ausgibt, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren;
11A und 11B zeigen eine alternative Ausführungsform einer Kniegelenkprothese, die eine Vielzahl von Pflöcken aufweist, von denen jeder eine nach innen angeordnete Resonanzkammer zum Weiterleiten akustischer Energie dahindurch aufweist, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren;
12A–12C zeigen verschiedene Ansichten einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die eine Ellbogengelenkprothese zeigen, welche zwischen dem Humerus und der Ulna implantiert ist, wobei ein externer Wandler akustische Wellen an die Prothese ausgibt, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren; und
13A–13C zeigen eine alternative Ausführungsform einer Ellbogengelenkprothese, die eine Vielzahl von nach innen angeordneten Resonanzkammern zum Weiterleiten akustischer Energie dahindurch aufweist, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird Bezug auf 1A–1C genommen, die eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen, und zwar eine Hüftprothese, die im Allgemeinen mit der Bezugsnummer 10 gekennzeichnet ist. Die Hüftprothese 10 umfasst einen Kopf- oder Kugelabschnitt 18, der mit einem unteren, keilartigen Implantatelement 32 mittels eines Halsabschnitts 24 verbunden ist. Vorzugsweise ist das untere Keilelement 32 im Allgemeinen verjüngt, so dass der unterste Abschnitt 36 so konfiguriert ist, dass er das Einsetzen des Keilelements 32 in den Markkanal 38 des Femurknochens 14 erleichtert.
Wie am besten in 1A zu sehen ist, ist der „Kugel"-Abschnitt 18 am oberen Ende der Prothese vorzugsweise so konfiguriert und bemessen, dass er in das Acetabulum (die Pfanne) 16 des Hüftknochens 26 auf eine schalenartige Weise eingreift. Diese „Kugel und Pfanne"-Anordnung ermöglicht eine weite Auswahl an Bewegungen, einschließlich Sitzen, Stehen, Gehen und anderer täglicher Aktivitäten. Sobald die „Kugel und Pfanne" im Eingriff stehen, arbeiten die Muskeln und Ligamente 28, 32 des oberen Beines, z. B. unter anderem die Muskel Vastus lateralis und Glutäus, zusammen, um das Hüftgelenk am Platz zu halten, so ziemlich auf die gleiche Weise, wie die kugel- und pfannenartige Anordnung der ursprünglichen Hüfte.
1A und 1C zeigen die bevorzugte Position des Keilelements 32, das in dem Femur 14 implantiert ist. Genauer entfernt der Chirurg während einer Hüftersatzoperation den erkrankten Abschnitt des Knochens, umgebendes Gewebe und Knorpel von dem Hüftgelenk, lässt aber die gesunden Teile des Hüftgelenks intakt. Der obere Abschnitt des Femurknochens 14 wird vorzugsweise chirurgisch neu konfiguriert, um den Markkanal 38 freizulegen, der ein im Allgemeinen zentral befindlicher Durchgang ist, der in dem Femur 14 angeordnet ist und sich über dessen gesamte Länge erstreckt. In einigen Fällen kann es notwendig sein, den obersten Abschnitt des Kanals 38 zu exkavieren, um das Einsetzen des Keilelements 32 zu erleichtern und den breiteren oberen Abschnitt 20 des Keilelements 32 unterzubringen.
Der Chirurg ersetzt dann den Kopf des Femurs 14, d. h. die Kugel, und das Acetabulum, d. h. die Pfanne, durch neue, biokompatible künstliche Teilen, z. B. die Kugel 18 und die Pfanne 16, die aus Materialien gefertigt sind, welche eine natürliche, gleitende Bewegung des Hüftgelenks erlauben, z. B. Legierungen auf Kobalt-Chrom-Molybdän- und/oder Titanbasis. In einigen Fällen verwendet der Chirurg einen speziellen Klebstoff oder Zement, um die neuen Teile des Hüftgelenks an den vorhandenen gesunden Knochen 14 zu kleben. In anderen Fällen sind die künstlichen Teile aus einem porösen biokompatiblen Material gefertigt oder umfassen ein poröses biokompatibles Material, was es erlaubt, dass der eigene Knochen eines Patienten in die Poren einwächst und die neuen Teile am Platz hält.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei Prothesen, die am Platz zementiert worden sind, die verschiedenen Druckbelastungen, d. h, Kompression, Scherung und Torsion, denen die implantierte Vorrichtung normalerweise ausgesetzt wird, bewirken können, dass sich die Knochen-/Zementklebebindung abschwächt. Andere Faktoren wie etwa Osteoporose neigen ebenfalls dazu, die Knochen-/Zementklebebindung zu schwächen.
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Konfigurationen bereit, die mit Ultraschalltherapien zusammenarbeiten, um das Einwachsen von Knochen in die prothetische Vorrichtung zu induzieren und eine stabilere Fixierung zwischen der Prothese und dem Knochen bereitzustellen.
Wie in 1A–1C veranschaulicht, steht, sobald die Prothese richtig implantiert worden ist, der obere Abschnitt 20 des Keilelements 32 von dem oberen Abschnitt des Femurs 14 vor, um eine Öffnung 22 freizulegen, die nahe dem obersten Abschnitt 20 des Keilelements 32 liegend angeordnet ist. Diese Öffnung 22 führt zu einer Resonanzkammer 34, die sich innen am Keilelement 32 hinab in Richtung des verjüngten Endabschnitts 36 erstreckt, wie am besten in 1C zu sehen ist.
Ein externer Ultraschallwandler 12 wird auf die äußere Haut des Patienten (die vorzugsweise mit einer Lotion oder einem Gel vorbehandelt worden ist, die/das spezifisch entwickelt worden ist, um die Wahrscheinlichkeit der Entwicklung von Ausschlägen oder Verbrennungen der Haut zu senken) angelegt und gibt akustische Wellen 30 mit Frequenzen von zwischen etwa 5 kHz und etwa 10 kHz aus, die durch das Körpergewebe und den Muskel 28, 32 in Richtung des oberen Abschnitts 20 der Prothese 10 transkutan abgegeben werden. Vorzugsweise wird die akustische Welle 30 auf die Öffnung 22 so fokussiert, dass der Großteil der Welle 30 durch die Öffnung 22 und in die Resonanzkammer 34, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, um die Weiterleitung der akustischen Welle 30' durch die Resonanzkammer zu erleichtern, eindringt.
Wie am besten in 1B und 1C zu sehen ist, ist der oberste Abschnitt der Resonanzkammer 34 mit einer reflektierenden Oberfläche 42 ausgestattet, die spezifisch konfiguriert und bemessen ist, um die Wellen 30 durch die Resonanzkammer 34 nach unten zu reflektieren. Vorzugsweise prallen die reflektierten Wellen 30' von den inneren Wänden der Resonanzkammer 34 ab und bewirken, dass die Prothese 10 mitschwingt.
Durch das Mitschwingen der Prothese 10 oder eines Abschnitts davon in dem Markkanal 38 des Femurs 14 auf spezifischen Frequenzen über kurze, z. B. 20 Minuten lange, Zeiträume auf wöchentlicher, zweimal wöchentlicher, täglicher oder anderer spezifischer Zeitbasis stimuliert die Energie die weiche Spongiosa 40, die den Markkanal 38 umgibt, nach innen zu wachsen, d. h. das „Einwachsen des Knochens ", und die Prothese 10 in dem Femur 14 stabilisieren.
Es wird erwogen, dass die Querschnittsbereiche der Resonanzkammer 34 zusammen mit ihrer Länge variiert werden können, um die Tiefe des Eindringens der weitergeleiteten Welle einzustellen. Zusätzlich dazu können die Erregungswerte variiert werden, um das Einwachsen des Knochens von dem distalen Ende 36 zum oberen Abschnitt 20 zu fördern.
Vorzugsweise kann die reflektierende Oberfläche 42 mit jedem gewünschten Winkel konfiguriert werden, um die akustischen Wellen 30' durch die Resonanzkammer 34 nach unten abprallen zu lassen, damit die Prothese auf unterschiedlichen Frequenzen mitschwingt/vibriert. Obwohl es vorzuziehen ist, dass eine Resonanzkammer 34 benutzt wird, die eine natürliche Resonanz besitzt, die auf die dahindurch weitergeleiteten akustischen Wellen 30' reagiert, kann es in einigen Fällen wünschenswert sein, die Resonanzkammer 34 so zu konfigurieren, dass sie einen eher zylindrischen Querschnitt oder einen anderen geometrisch vorteilhaften Querschnitt aufweist, um einen anderen oder einen spezifischen erwünschten Mitschwingeffekt zu produzieren.
In einigen Fällen kann es auch vorzuziehen sein, den Wandler 12 darauf zu kalibrieren, dass er eine einzige stetige Frequenz ausgibt, um die Prothese 10 mitschwingen zu lassen, oder in anderen Fällen kann es vorzuziehen sein, die Modulierfrequenz über einen weiten Bereich von Frequenzen durchlaufen zu lassen, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren. Siehe z. B. das U.S. Patent Nr. 5,520,612, das hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
2A und 2B zeigen eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die eine Hüftprothese 110 umfasst, welche im Allgemeinen auf die gleiche Weise wie die Ausführungsform der 1A–1C konfiguriert, bemessen und betriebsfähig ist, mit der Ausnahme, dass diese Ausführungsform einen zweiten akustisch gekoppelten Wandler 144 umfasst, der intern in dem oberen Abschnitt 120 des Keilelements 132 der Prothese 110 angeordnet ist. Im Gebrauch gibt der externe Wandler 12 akustische Energie (fokussiert oder nicht fokussiert) an den zweiten Wandler 144 aus, der wiederum akustische Wellen 30' durch die Resonanzkammer 134 nach unten ausgibt. Vorzugsweise werden die Abmessungen des zweiten Wandlers 144 an die Frequenz angepasst, um das Weiterleiten der Welle 30' durch die flüssigkeitsgefüllte Resonanzkammer 134 zu erleichtern, und/oder die Eigenmodi werden an den Hohlraum angepasst.
3 und 4 zeigen alternative Konfigurationen der Resonanzkammer 334, 434, die in dem Keilelement 332, 432 der Hüftprothese 310, 410 angeordnet sind. Genauer zeigt 3 eine zick-zack-artige Resonanzkammer 334, die in dem Keilelement 332 intern angeordnet ist. Es wird angenommen, dass eine derartige Konfiguration der Kammer 334 die Vibration der Prothese steigert, was wiederum das Einwachsens des Knochens der weichen Spongiosa 40, welche den Markkanal 38 umgibt, weiter stimuliert.
4 zeigt eine andere alternative Konfiguration der Resonanzkammer 434, bei der sich eine Reihe von im Allgemeinen lateral angeordneten Schlitzen 450 von den inneren Wänden der Resonanzkammer 434 zum äußersten Umfang des Keilelements 432 erstrecken, um die akustische Energie 30' direkt durch die Prothese 410 an die umgebende weiche Spongiosa 40 des Markkanals 38 weiterzuleiten. Es wird weiter erwogen, dass Strukturen wie etwa biokompatible Kugellager, Blätter, Drähte usw. in den Schlitzen 450 positioniert werden können, um das Weiterleiten der Energie an den umgebenden Knochen 40 zu steigern.
5A und 5B zeigen zwei zusätzliche alternative Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die einen Wandlerring 546 einschließen, der akustische Wellen 30' entlang dem Außenumfang des Keilelements 532 nach unten transferiert/ausgibt, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren. Genauer und unter Bezug auf 5A umfasst die Hüftprothese 510 dieser Ausführungsform einen im Allgemeinen kreisförmigen Wandlerring 546, der den obersten Abschnitt 520 des Keilelements 532 umgibt. Der Ring 546 wird durch die von dem externen Wandler 12 ausgegebenen akustischen Wellen 30 aktiviert und/oder angetrieben und leitet wiederum Wellen 30' entlang dem Außenumfang des Keilelements 532 nach unten weiter, um das Einwachsen der weichen Spongiosa 40, die den Markkanal umgibt, zu stimulieren.
Vorzugsweise kann der Ring 546 in Kombination mit anderen Wellenweiterleitungsvorrichtungen arbeiten. Der Ring 546 kann zum Beispiel in Kombination mit einem porösen Material 560 arbeiten, das um das Keilelement 532 gewickelt werden kann und dazu beiträgt, die akustische Welle 30' nach unten weiterzuleiten, um den weichen Knochen 40 zu stimulieren. Genauer wird die akustische Welle 30' in der porösen Schicht 560 gefangen, wenn sie sich durch das Keilelement 532 nach unten fortbewegt/geleitet wird, und/oder die poröse Schicht 560 wirkt als ihr eigener Wellenleiter. Der Markkanal dieser Ausführungsform kann als eine Art Wellenleiter wirken, was das Einwachsen des Knochens weiter steigert/stimuliert.
Es wird ebenfalls erwogen, die akustische Welle 30 von dem externen Wandler 12 direkt auf das poröse Material 560 oberhalb des Femurs 14 auftreffen zu lassen, so dass sich die akustische Welle 30 in der porösen Schicht 560 entlang dem Außenumfang des Keilelements 532 nach unten fortbewegt, ohne Verwendung des Rings 546.
5B zeigt eine alternative Ausführungsform der Ausführungsform aus 5A, wobei das Keilelement 532 auch eine intern angeordnete Resonanzkammer 534 umfasst, die ähnlich der Resonanzkammer aus 3 konfiguriert und bemessen ist, um die Wellen 30' intern durch das Keilelement 532 weiterzuleiten. Wie in dieser Figur gezeigt, werden die akustischen Wellen 30'' und 30' entlang dem Außenumfang des Keilelements 532 bzw. in der Resonanzkammer 534 weitergeleitet, was der Erwägung nach einen doppelten Effekt der Steigerung des Einwachsens des Knochens hat.
Obwohl 5B die Resonanzkammer ähnlich 3 zeigt, wird erwogen, dass andere Ausführungsformen der hier beschriebenen Resonanzkammer in Kombination mit dem Wandlungsring 546 verwendet werden können, um das Einwachsen von Knochen zu steigern.
6A und 6B zeigen noch eine andere alternative Ausführungsform der Hüftprothese 610, die ein piezoelektrisches/piezokeramisches Membranmaterial 670 umfasst, das zwischen dem Keilelement 632 und der porösen Beschichtung 660 angeordnet ist. Vorzugsweise wird das piezoelektrische/piezokeramische Material extern aktiviert, z. B. durch den externen Wandler 12, und betrieben, um akustische Energie entlang dem Außenumfang des Keilelements 632 nach unten weiterzuleiten, um das Einwachsen des Knochens von dem weichen Knochen 40 in die poröse Beschichtung zum Stabilisieren der Prothese 610 zu stimulieren.
7A–7E zeigen alternative Ausführungsformen der Hüftprothese, wobei der Außenumfang des Keilelements 732 gemustert ist, um akustische Wellen 30 direkt in den Markkanal 38 zu leiten/übertragen. Beispielsweise können unterschiedliche Muster des Keilelements 732 Rillen oder Kanäle (7A und 7B), wabenförmige Muster (7C), halbkreisförmige bzw. Spiral-Rillenmuster (7D) und/oder eine Reihe von längs oder lateral orientierten Zick-Zack-Mustern (7E) umfassen. Diese Muster haben einen zweifachen Effekt: 1) akustische Wellen 30 direkt in den Markkanal 38 zu leiten, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren; und 2) die Passung der Prothese 710 in den Markkanal 38 während der Implantation zu steigern.
Bei Gebrauch und wie am besten in 7A zu sehen ist, gibt ein externer Wandler 12 akustische Wellen 30 in Richtung des oberen Abschnitts 720 des Keilelements 732 aus. Die akustischen Wellen 30 bewegen sich wiederum entlang dem Außenumfang des Keilelements 732 fort und werden in den spezifischen Mustern gefangen, wodurch die Wellen 30 in dem Muster zwischen dem Keilelement 732 und dem Markkanal weitergeleitet werden. Es wird erwogen, dass diese Muster ein besseres Ultraschallverbreitungsgebiet fördern und somit das Verbreitungsgebiet des Einwachsens des Knochens steigern.
7B zeigt eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die ein senkrechtes Rillenmuster 755 umfasst, das sich entlang dem Außenumfang der Prothese 710 erstreckt, um akustische Wellen 30 in den Markkanal 38 zu leiten. Diese besondere Ausführungsform umfasst auch eine Reihe von nach unten abgewinkelten Brücken 765, die zwischen benachbarten Rillen 755 angeordnet sind, die alternative Wege für die akustische Energie 30 bereitstellen, sollte eine Rille 755 mit dem Einwachsen des Knochens aufgefüllt werden.
Zu Analysezwecken können die eingeätzten Muster/Rillen 755 auf der Außenoberfläche der Prothese 710 als eine einzigartige Sammlung rechtwinkliger Wellenleiter angesehen werden, jede mit Dimensionen d_x und d_y und in die z-Richtung offen. Wenn eine besondere Wahl von „n" und „m" einen der möglichen normalen Vibrationsmodi spezifiziert, ist die Eckfrequenz (f_c) für den nm-ten Modus folgende:
Bei n = m = 1, der Längsgeschwindigkeit des Tons c_L = 1500 Meter pro Sekunde, sind dann die Eckfrequenzen der Kanäle die folgenden:
d_x = d_y = 6 mm, f_c ≥ 177 kHz; d_x = d_y = 3 mm, f_c ≥ 354 kHz; d_x = d_y = 1,5 mm, f_c ≥ 707 kHz.
Die Beschallung der Kanäle 755 auf Frequenzen, die niedriger als f_c sind, produziert Vibriermodi von vornehmlich Scherungswellen.
Da der Femur im Allgemeinen zylindrisch ist und etwa ein Viertel des Körpergewichts beträgt, und wenn der Kanal 755 als etwa zwei Drittel der Femurlänge erwogen wird und wenn der Kanal 755 mit Körperflüssigkeit, Blut und einigen Geweberesten gefüllt ist, lässt es sich annehmen, dass die Ultraschallabsorption ungefähr 0,3 dB pro MHz pro cm beträgt.
Beispielsweise ist der Femur einer Person, die sechs Fuß groß ist, von etwa achtzehn Zoll Länge, so dass die Prothese 710 einen gerillten Kanal 755 von etwa neun Zoll (23 cm) Länge aufweisen sollte. Wenn die übertragene Frequenz 1,0 MHz ist, beträgt die maximale Absorption, die sich bei dieser Kanalgröße ergibt, etwa 7 dB oder eine 80%ige Reduktion der akustischen Intensität vom proximalen zum distalen Ende. Die akustische Leistung ist variabel, um ausreichende Intensitätsniveaus des räumlichen und zeitlichen Mittelwerts (SATA) entlang dem Kanal 755 sicherzustellen, damit das Einwachsen des Knochengewebes durch Ultraschallstimulation induziert wird.
Wenn die herkömmlichen porösen Beschichtungen auf der Prothese an strategischen Stellen verteilt werden, vornehmlich an dem proximalen Ende, kann ein akustischer Modus produziert werden, um Scherungswellen zur Steigerung des Einwachsens des Knochengewebes an diesen spezifischen Stellen zu erzeugen – eine Art induzierte „Punktgewebeverschweißung".
Vorzugsweise werden die Frequenz der Welle 30 und die Größe des Kanals/der Rille 755 variiert, um das Einwachsen des Knochens von dem distalen zum proximalen Ende der Prothese zu fördern. Es wird erwogen, dass durch das derartige Fördern des Knochenwachstums die gesamte Prothese 710 in dem Markkanal 38 des Knochens verschmelzen kann.
Alternativ dazu kann das Keilelement 732 auch eine intern angeordnete Resonanzkammer umfassen, die ähnlich der Resonanzkammer aus 1 konfiguriert und bemessen sein kann, um Wellen intern durch das Keilelement 732 weiterzuleiten. So können sich akustische Wellen entlang dem Außenumfang des Keilelements 732 bzw. in der Resonanzkammer weitergeleitet werden, um das Einwachsen von Knochen zu steigern.
Obwohl die hier gezeigten Kanäle 755 mit einem U-förmigen Querschnitt gezeigt sind, ist es vorgesehen, dass auch andere Formen verwendet werden können, die ein gesteigertes Verschmelzen der Prothese 710 mit dem Einwachsen des Knochengewebes fördern können, z. B. unterhöhlt, rechtwinklig und/oder hemisphärisch.
8 und 9 veranschaulichen ein reflektiertes diagnostisches System zum Bestimmen, ob z. B. eine der zuvor beschriebenen Ultraschalltherapien erforderlich ist, d. h. die Prothese sich von dem Markkanal gelöst hat. Genauer zeigt 8 eine Haupteinheit 11, die mit einer Sende-/Empfangssonde 15 ausgerüstet ist, welche in Kontakt mit der Prothese 10 platziert wird. Ein Signal wird von der Einheit 11 durch das Kabel 13 auf die Sonde 15 und die Prothese 10 angewendet. Das Rücksignal von der Prothese wird von dem Empfangsabschnitt der Sonde empfangen, nachdem das Signal durch die Prothese weitergeleitet worden ist bzw. sich durch die Prothese fortbewegt hat. Vorzugsweise umfasst die Haupteinheit 11 ein gelerntes Neuronennetz, das frühere Daten und tatsächliche aktuelle Daten vergleicht, um eine Prognose zu erstellen, d. h. das Rücksignal wird analysiert und mit den früheren akustischen bzw. Signaldaten verglichen, die zum Zeitpunkt der Implantation oder der letzten Behandlung aufgenommen wurden, um zu bestimmen, ob sich die Prothese 10 gelöst hat, und/oder um das Ausmaß des Einwachsens des Knochens zu bestimmen.
9 zeigt ein alternatives diagnostisches System, bei dem eine zweite Nadel und/oder ein Sensornetz 23 neben den Boden der Prothese 10 platziert werden, um das Primärsignal von der Haupteinheit 11 an vorher bestimmten Punkten entlang der Prothese direkt zu empfangen. Das Signal wird dann analysiert und mit den zum Zeitpunkt der Implantation oder der letzten Behandlung aufgenommenen früheren akustischen bzw. Signaldaten verglichen, um zu bestimmen, ob sich die Prothese 10 gelöst hat. Vorzugsweise gibt das Sensornetz 23 progressive Ablesungen und sendet die Informationen über ein Kabel 21 weiter an die Haupteinheit 11.
10A–10J zeigen eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die eine Kniegelenkprothese 810a mit einem oberen prothetischen Implantat 820a und einem unteren prothetischen Implantat 830a, die dafür entworfen sind, um zur Bildung des prothetischen Gelenks ineinander zu greifen, umfasst. Das obere Implantat 820a ist im Allgemeinen U-förmig und bemessen, um die Patella 816 des Femurs 814 aufzunehmen und zu umgreifen. Das untere Implantat 830a ist im Allgemeinen T-förmig und bemessen, um oben auf das distale Ende der Tibia 818 zu passen. Während der Kniegelenkersatzoperation entfernt der Chirurg den erkrankten Abschnitt des Knochens, umgebendes Gewebe und Knorpel von dem Gelenk und formt die Patella 816 und das distale Ende der Tibia 818 um, um das obere und das untere Implantat 820a bzw. 830a aufzunehmen (siehe 10E).
Das obere Implantat umfasst vorzugsweise ein Paar Pflöcke 842a, die von dem Implantat 820a vorstehen und im Allgemeinen bemessen sind, um in ein entsprechendes Paar Bohrungen 872, die in die Patella 816 gebohrt sind, einzugreifen. Gleichermaßen umfasst das untere Implantat 830a einen Pflock 832a, der in eine entsprechende Bohrung 870 eingreift, welche in das distale Ende der Tibia 818 gebohrt ist. Vorzugsweise umfassen die Pflöcke 842a und 832a eine Vielzahl von Kanälen oder Rillen 840a, die sich entlang der Länge der Pflöcke 842a und 832a erstrecken und die eine doppelte Funktion wahrnehmen: 1) das Erleichtern des Einsetzens und der Stabilität der Pflöcke in den Bohrungen 870 und 872; und 2) das Bereitstellen eines Mediums zum Weiterleiten akustischer Energie 30' in den Knochen 816, 818, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren. In einigen Fällen kann der Chirurg einen speziellen Klebstoff oder Zement verwenden, um die Implantate 820a, 830a an den vorhandenen gesunden Knochen 816, 818 zu kleben. In anderen Fällen können die Implantate 820a, 820b ein poröses biokompatibles Material umfassen, das es erlaubt, dass der eigene Knochen eines Patienten in die Poren einwächst und die Implantate 820a, 830a am Platz hält.
Der Innenumfang von sowohl dem oberen als auch dem unteren Implantat 820a, 830a umfasst außerdem eine Vielzahl von Rillen 847a bzw. 845a, die ebenfalls das obere und das untere Implantat 820a, 830a oben auf dem Knochen 816, 818 stabilisieren und ein Medium für die akustische Energie 30' bereitstellen, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren.
Wie am besten in 10B zu sehen ist, umfasst der obere Abschnitt des unteren Implantats 830a ein Paar geradliniger Aussparungen 850a, die entworfen sind, um den untersten Abschnitt des oberen Implantats 820a auf eine wiegenartige Weise aufliegen zu lassen. Dies erlaubt eine natürliche, wiegende Bewegung der Implantate 820a, 830a relativ zu einander, was die natürliche Bewegung des ursprünglichen Kniegelenks imitiert. Sobald das obere und das untere Implantat im Eingriff stehen, werden die Muskeln und die Ligamente, die das Kniegelenk umgeben, zurückgelegt und arbeiten zusammen, um das Gelenk 810a am Platz zu halten.
11A und 11B zeigen eine alternative Ausführungsform einer Knieprothese der vorliegenden Offenbarung, die ein ähnliches oberes und unteres Implantat 820b und 830b umfasst, welche auf eine ähnliche wiegenartige Weise ineinander eingreifen, um das prothetische Kniegelenk 810b zu bilden. Genauer sind das obere und das untere Implantat 820b, 830b im Allgemeinen geformt, um in die Patella 816 bzw. das distale Ende der Tibia 818 einzugreifen, auf eine ähnliche Weise wie oben in Hinsicht auf die Ausführungsform der 10A–10H beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass an Stelle der Rillen jeder Pflock 842b und 832b eine verlängerte Resonanzkammer 843b bzw. 833b umfasst, die sich über dessen Länge erstreckt.
Wie am besten in 11B zu sehen ist, umfassen das obere und das untere Implantat 820b und 830b ebenfalls Seitenkanäle 823b bzw. 822b, die die akustische Energie 30' in Richtung der Resonanzkammern 843b, 833b der Pflöcke 842b, 832b tragen. Jeder Seitenkanal 823b, 822b umfasst vorzugsweise auch eine reflektierende Oberfläche 845b bzw. 835b, die die akustische Energie 30' in die entsprechenden Resonanzkammern 843b, 833b richtet. Vorzugsweise prallen die reflektierten Wellen 30' von den inneren Wänden der Resonanzkammern 843b, 833b ab und bewirken, dass die Prothese 810b mitschwingt, was das Einwachsen des Knochens stimuliert.
Durch das Mitschwingen der Prothese 810a oder 810b oder eines Abschnitts davon in der Patella 816 und der Tibia 818 auf spezifischen Frequenzen über kurze Zeiträume, z. B. 20 Minuten, auf wöchentlicher, zweimal wöchentlicher, täglicher oder anderer spezifischer Zeitbasis, stimuliert die Energie die weiche Spongiosa, die die Pflöcke 842a, b und 832a, b umgibt, nach innen zu wachsen und die oberen und unteren Elemente 820a, b und 830a, b zu stabilisieren.
12A–12C zeigen noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die ein prothetisches Ellbogenimplantat 910a umfasst, das entworfen ist, um in das untere Ende des Humerus 914 und das obere Ende der Ulna 916 einzugreifen. Genauer umfasst die prothetische Vorrichtung 910a ein Paar verjüngte, dornartige Einsetzungselemente 920a und 930a, die um einen Drehpunkt 935a drehend miteinander verknüpft sind. Das obere dornartige Element 920a ist bemessen, um in die Bohrung 922 eingesetzt werden zu können, die vorzugsweise zwischen dem Olekranon und dem Processus coronoideus in den Markkanal 928 der Ulna 916 gebohrt ist. Das untere Dornelement 930a ist bemessen, um in die Bohrung 932 eingesetzt werden zu können, die durch die Olekranon-Vertiefung 21 und in den Markkanal 938 des Humerus gebohrt ist. Auf so ziemlich die gleiche Weise, wie im Zusammenhang mit den oben genannten prothetischen Vorrichtungen beschrieben, kann der Chirurg spezielle Klebstoffe oder Zement zum Kleben der Dornelemente 920a, 930a an den vorhandenen gesunden Knochen 916, 918 oder poröse Materialien verwenden, die es erlauben, dass der eigene Knochen eines Patienten in die Poren einwächst und die Dornelemente 920a, 930a am Platz hält.
Vorzugsweise umfasst der Außenumfang jedes der Dornelemente 920a, 930a eine Vielzahl von Rillen oder Kanälen 942a bzw. 940a, welche das Einsetzen und die Stabilisierung der Dornelemente 920a und 930a in den Bohrungen 928, 938 erleichtern und auch Medien zum Weiterleiten akustischer Energie 30' in die Knochen 816, 818 bereitstellen, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren. Im Gebrauch und wie am besten in 12C zu sehen ist, gibt ein externer Wandler 12 akustische Wellen 30 in Richtung des unteren Dornelements 930a aus. Die akustische Energie 30' bewegt sich wiederum entlang dem Außenumfang des Dornelements 930a zwischen dem Dornelement 930a und dem Markkanal 938 fort, um das Einwachsen des Knochens zu stimulieren.
Wie oben erwähnt sind die Dornelemente 920a, 930a miteinander durch einen Drehpunkt 935a verknüpft, der eine natürliche, drehende Bewegung der Dornelemente 920a, 930a relativ zu einander erlaubt, um die natürliche Bewegung des ursprünglichen Ellbogengelenks zu imitieren.
13A–13C zeigen eine alternative Ausführungsform einer Ellbogenprothese 910b gemäß der vorliegenden Offenbarung, die ähnliche obere und untere Dornelemente 920b und 930b umfasst, die um den Drehpunkt 935b verknüpft sind, um die Prothese 910b zu bilden. Ganz wie die in 12A–12C gezeigte Ausführungsform sind die Dornelemente 920b und 930b zum Einsetzen in entsprechende Bohrungen 922 bzw. 932 geformt, welche in die Markkanäle 928, 938 der Ulna 916 und des Humerus 914 gebohrt sind. An Stelle der Rillen, die entlang dem Außenumfang der Dornelemente 920b, 930b angeordnet sind, umfasst jedes Dornelement 920b, 930b jedoch eine verlängerte Resonanzkammer 924b bzw. 934b, die sich entlang der Länge davon in Richtung des jeweiligen distalen Endes 926b und 936b erstrecken.
Wie am besten in 13C zu sehen ist, gibt ein externer Ultraschallwandler 12 akustische Wellen 30 aus, die in Richtung der Prothese 910b transkutan durch das Körpergewebe abgegeben werden. Vorzugsweise wird die akustische Welle 30 auf die Öffnungen 923b, 933b so fokussiert, dass ein Großteil der Wellenenergie in die Öffnungen 923b, 933b der Resonanzkammern 924b, 934b eindringt und von den Innenwänden der Resonanzkammer 924b, 934b abprallt und bewirkt, dass jedes der Dornelemente 920b, 930b mitschwingt. In einigen Fällen mag es vorzuziehen sein, die Resonanzkammer 924b, 934b mit einer Flüssigkeit zu füllen, um das Weiterleiten der akustischen Welle 30' durch die Resonanzkammern 924b, 934b zu erleichtern.
Durch das Mitschwingen der Dornelemente 920b, 930b in den Markkanälen 928, 938 stimuliert die abprallende Energie die weiche Spongiosa, die die Kanäle 928, 938 umgibt, nach innen zu wachsen und die Prothese 910b in den Knochen 916, 914 zu stabilisieren.
Aus dem Vorangegangenen und mit Bezug auf die verschiedenen Figurzeichnungen versteht der Fachmann, dass gewisse Abwandlungen ebenfalls an der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne dass der Bereich der vorliegenden Offenbarung verlassen wird. Zum Beispiel kann es in gewissen Fällen vorzuziehen sein, einen Umsetzer zum Umsetzen von Ultraschall an den Leistungswandler zu gebrauchen und/oder ein Audiosignal zu verwenden, um einen intern untergebrachten Wandler zu aktivieren. Obwohl es vorzuziehen ist, die Resonanzkammer mit einer Ultraschall leitenden Flüssigkeit zu füllen, kann es in einigen Fällen vorzuziehen sein, die Resonanzkammer als ein Resonanzhorn zu formen, das mit einem festen Material gefüllt ist.
Obwohl die verschiedenen prothetischen Vorrichtungen der 10–13 Resonanzkammern zeigen, die in der Konstruktion der Resonanzkammer aus 3 ähneln, wird erwogen, dass die hier beschriebenen verschiedenen Resonanzkammern in Kombination mit den prothetischen Vorrichtungen der Ausführungsformen aus 10–13 verwendet werden können. Auf gleiche Weise wird erwogen, dass die verschiedenen Muster, die auf dem Außenumfang der Prothesen gezeigt sind, welche in Bezug auf 7A–7E gezeigt sind, auf den in 10–13 gezeigten prothetischen Vorrichtungen gebraucht werden können.
Zusätzlich zu den hier gezeigten internen und externen Wellenleitern ist es vorgesehen, dass die Struktur im Zusammenhang mit porösen Beschichtungen der auf dem Gebiet bekannten Art, die entweder in vorbestimmten Mustern oder gleichmäßig arrangiert sind, verwendet werden kann, siehe z. B. U.S. Patent Nr. 4,536,854, U.S. Patent Nr. 5,018,285 und U.S. Patent Nr. 5,004,476.
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Konfigurationen bereit, die mit Ultraschalltherapien zusammenarbeiten, um das Einwachsen von Knochen in die prothetische Vorrichtung zu induzieren und eine stabilere Fixierung zwischen der Prothese und dem Knochen bereitzustellen. Während bestimmte Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben worden sind, ist es nicht beabsichtigt, die Offenbarung auf diese zu beschränken, da die Offenbarung einen so breiten Bereich abdecken soll, wie es das Gebiet zulässt, und die Beschreibung gleichermaßen zu lesen ist. Deshalb sollte die obige Beschreibung nicht als die Erfindung begrenzend, sondern lediglich als beispielhafte Darstellungen bevorzugter Ausführungsformen verstanden werden. Der Fachmann wird andere Abwandlungen in dem Bereich der vorliegenden Offenbarung vorsehen.

Claims

Eine Knochenprothese (10), die einen ersten Abschnitt (32) zum Einsetzen in einen Markkanal eines ersten Knochensegments (14) oder in eine Bohrung in einem ersten Knochensegment beinhaltet, wobei der Teil einen internen Kanal umfasst, wobei der interne Kanal eine innere reflektierende Oberfläche (42) aufweist, die eine Resonanzkammer (34) definiert, welche durch den Teil angeordnet ist, um akustische Energie (30) zum Markkanal des ersten Knochensegments oder zu der Bohrung in dem ersten Knochensegment weiterzuleiten, um das Wachstum von Knochen in dem Markkanal oder der Bohrung neben dem Teil zu stimulieren und dadurch den Teil in dem Markkanal oder in der Bohrung zu stabilisieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang des ersten Abschnitts gemustert ist, um eine Weiterleitung von akustischen Wellen entlang seiner Außenoberfläche zu fördern.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Resonanzkammer (34) mindestens eine Öffnung zum Empfangen von akustischer Energie (30) umfasst.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Resonanzkammer (34) gewunden ist.
Knochenprothese (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die einen Wandler (144) zum Empfangen von akustischer Energie (32) und Ausgeben von akustischen Wellen (30) durch den Kanal umfasst.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 4, wobei der Wandler (144) ein Wandlerring (546) ist.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 4, wobei der Wandler (144) in dem Kanal angeordnet ist.
Knochenprothese (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem Teil eine poröse Beschichtung bereitgestellt ist.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 7, wobei ein piezoelektrisches Membranmaterial zwischen der porösen Beschichtung und einem Außenumfang des Teils angeordnet ist.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 7, wobei ein piezokeramisches Membranmaterial zwischen dem porösen Material und einem Außenumfang des Teils angeordnet ist.
Knochenprothese (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Kugelabschnitt zum Eingreifen in das Acetabulum des Hüftknochens (26) umfasst, und der Teil des ersten Abschnitts ist ein Implantat zum Eingreifen in den Markkanal (38) des Femurs (14).
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 1, in der das Muster ein Zick-Zack-Muster ist.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 10, wobei die Resonanzkammer (34) eine Vielzahl von Schlitzen umfasst, die sich von der Resonanzkammer (34) nach außen erstrecken, um akustische Energie (30) direkt auf den Markkanal (38) zu übertragen.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 1, die ferner einen zweiten Abschnitt mit einem Teil zum Einsetzen in einen Markkanal oder in eine Bohrung in einem zweiten Knochensegment beinhaltet.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 13, wobei der Teil des zweiten Abschnitts mindestens einen Kanal umfasst, um akustische Energie dahindurch zum zweiten Knochensegment weiterzuleiten, um das Wachstum von Knochen in dem Markkanal (38) oder der Bohrung neben dem Teil zu stimulieren und dadurch den Teil in dem Markkanal (38) des zweiten Knochensegments oder in der Bohrung in dem zweiten Knochensegment zu stabilisieren.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 14, wobei der mindestens eine Kanal ein interner Kanal mit einer inneren reflektierenden Oberfläche (42) ist, die eine Resonanzkammer (34) definiert, welche durch den Teil des zweiten Abschnitts angeordnet ist.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 15, wobei die Resonanzkammer (34) mindestens eine Öffnung zum Empfangen von akustischer Energie umfasst.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 13, wobei einer von dem ersten und dem zweiten Abschnitt angepasst ist, um in den Markkanal (38) des Humerus einzugreifen, und der andere von dem ersten und dem zweiten Abschnitt angepasst ist, um in den Markkanal (38) der Ulna einzugreifen, wobei der erste und der zweite Abschnitt relativ zu einander um einen Drehpunkt bewegbar sind.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 17, wobei ein Außenumfang des Teils des zweiten Abschnitts gemustert ist, um eine Weiterleitung von akustischen Wellen entlang einer Außenoberfläche des Teils zu fördern.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 13, wobei einer von dem ersten und dem zweiten Abschnitt angepasst ist, um in den Femur (14) einzugreifen, und der andere von dem ersten und dem zweiten Abschnitt angepasst ist, um in die Tibia (818) einzugreifen, wobei der erste und der zweite Abschnitt relativ zu einander bewegbar sind.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 19, wobei der Teil des einen Abschnitts einen Pflock zum Einsetzen in eine entsprechende Bohrung, die mit dem Femur (14) assoziiert ist, beinhaltet und der Teil des anderen Abschnitts einen Pflock zum Einsetzen in eine entsprechende Bohrung, die mit der Tibia (818) assoziiert ist, beinhaltet.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei ein Außenumfang des Teils des zweiten Abschnitts gemustert ist, um eine Weiterleitung von akustischen Wellen entlang einer Außenoberfläche des Teils zu fördern.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei einer oder beide von dem ersten und dem zweiten Abschnitt einen weiteren Pflock zum Einsetzen in eine entsprechende Bohrung, die mit dem jeweiligen Knochensegment assoziiert ist, umfassen.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 22, wobei der weitere Pflock mindestens einen Kanal zum Weiterleiten von akustischer Energie (30) dahindurch zum jeweiligen Knochensegment umfasst, um das Wachstum von Knochen in der entsprechenden Bohrung neben dem weiteren Pflock zu stimulieren und dadurch den weiteren Pflock in der entsprechenden Bohrung zu stabilisieren.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 23, wobei der mindestens eine Kanal ein interner Kanal mit einer inneren reflektierenden Oberfläche (42) ist, die eine Resonanzkammer (34) definiert, welche durch den weiteren Pflock angeordnet ist.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 24, wobei die Resonanzkammer (34) mindestens einen Durchlass zum Empfangen von akustischer Energie (30) umfasst.
Knochenprothese (10) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei auf dem weiteren Pflock eine Vielzahl von Oberflächenrillen bereitgestellt sind, um akustische Energie (30) durch die Rillen weiterzuleiten.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 19, wobei der eine und der andere von dem ersten und dem zweiten Abschnitt Außenoberflächen, die drehend ineinander eingreifen, und dem Knochen zugewendete Innenoberflächen, die angepasst sind, um in den Femur (14) bzw. die Tibia (818) einzugreifen, umfassen.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 27, wobei der eine Abschnitt im Allgemeinen U-förmig ist und angepasst ist, um die Patella des Femurs (14) zu umgreifen, und der andere Abschnitt im Allgemeinen T-förmig ist und angepasst ist, um oben auf die Tibia (818) zu passen.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 27, wobei der eine und der andere von dem ersten und dem zweiten Abschnitt eine Vielzahl von Rillen umfassen, die sich entlang der dem Knochen zugewendeten Innenoberfläche davon befinden.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 27, wobei die Außenoberfläche des anderen Abschnitts mindestens eine Aussparung zum Aufliegenlassen der Außenoberfläche des einen Abschnitts auf eine wiegenartige Weise umfasst.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 1, in der das Muster ein senkrechtes Rillenmuster ist.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 1, in der das Muster ein wabenförmiges Muster ist.
Knochenprothese (10) gemäß Anspruch 1, in der das Muster ein halbkreisförmiges/Spiralmuster ist.