DE102009028503A1

DE102009028503A1 - Vorrichtung zur Resektion von Knochen, Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, hierfür geeignete Endoprothese und Verfahren zur Herstellung einer solchen Endoprothese

Info

Publication number: DE102009028503A1
Application number: DE102009028503A
Authority: DE
Inventors: Luis Schuster
Original assignee: Schuster Luis Dr med
Current assignee: Biomet Manufacturing LLC
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: US20180049751A1; US9393028B2; GB201204087D0; US9839433B2; US20120209276A1; GB2485128B; US20160296240A1; GB2485128A; US10052110B2; WO2011018458A1; DE102009028503B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Resektion von Knochen (1), insbesondere zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese, mit mindestens einer Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) geeigneten Abstützung (6, 9, 10), wobei die Abstützung (6) punkt- oder linienförmig ausgestaltet ist. Die mindestens eine Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und die mindestens eine Abstützung (6) sind zur Herstellung einer individuellen Einmal-Schablone bevorzugt unverrückbar miteinander verbunden. Die punkt- oder linienförmig ausgestaltete Abstützung (6) wird anhand von zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen des zu behandelnden Knochens geformt, wobei die Linienform der Abstützung (6) längs definierter Oberflächenstrukturen des Knochens (1) und/oder die Punktform der Abstützung (6) anhand von besonderen Geländemerkmalen des Knochens (1) anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen geformt ist. Bei CT-Aufnahmen eignen sich z. B. die Schnittbilder zur Herstellung der linienförmig geformten, beliebig gekrümmten und ggf. gitterförmig angeordneten Abstützungen (6). Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, eine hierfür geeignete Endoprothese, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Endoprothese und ein aus diesen Teilen bestehendes Operationsset.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Resektion von Knochen, insbesondere zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, eine hierfür geeignete Endoprothese, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Endoprothese und ein Operationsset, das aus diesen Komponenten besteht und insbesondere zur Durchführung von Kniegelenk-Operationen geeignet ist. Solche Vorrichtungen weisen Werkzeugführungen auf, beispielsweise zur Führung eines Messers zur Resektion eines Knochens sowie Abstützungen, die die Werkzeugführung relativ zum Knochen positionieren und ausrichten.
Im Stand der Technik ist es dabei seit vielen Jahren bekannt, beispielsweise bei herkömmlichen Kniegelenksoperationen mit Schablonen als Implantationshilfe zu arbeiten, wobei diese Schablonen in der Regel aus Metall bestehen und sich aus einer Vielzahl von zum Teil äußerst komplexen und filigranen Instrumenten und Messerapparaturen zusammensetzen, wodurch es bei der Operation notwendig wird, eine Vielzahl von Justierschritten und Anpassungsmaßnahmen vorzunehmen, um eine genaue Ausrichtung der Werkzeugführung, beispielsweise einer Messerführung, zur exakten Resektion des Knochens zu gewährleisten und für einen korrekten Sitz der Prothese zu sorgen. Der Operateur hat hierfür in der Regel aufwendige Schulungen zu absolvieren und er muss während der Operation eine Vielzahl von anstrengenden Mess- und Justierschritten unter höchster Konzentration durchführen.
Aus der DE 4 434 539 C2 sind beispielsweise Verfahren bekannt, bei welchen vor der eigentlichen Operation mit Mitteln der Computertomographie oder der Kernspintomographie ein tomographisches Bild von dem geschädigten Knochen, beispielsweise einem geschädigten Kniegelenk, angefertigt werden. Diese präoperativen Bilder könnten dergestalt korrigiert werden, als eine Annäherung der Konturen bei dem geschädigten Knochen an die Konturen eines gesunden Knochens durchgeführt wird. Nach einer solchen Korrektur wird ein virtuelles post-operatives Bild von dem geschädigten Knochen angefertigt, welches dann für einen Vergleich mit dem prä-operativen Bild zur Verfügung steht. Aus diesem Vergleich wird ein Subtraktionsbild angefertigt, welches dann die Anfertigung der Endoprothese ermöglicht. Die natürliche Knochenkontur wird damit möglichst genau approximiert.
Aus der EP 1 074 229 A2 ist es bekannt, die kranken Knochenbereiche anhand eines tomographischen Bildes vorab virtuell abzutrennen, wobei die Abtrennung an markierten Schnittflächen vorgenommen wird. Dadurch erhält man unmittelbar an dem geschädigten Knochen orientierte bildmäßige Vorlagen, die gegebenenfalls noch anhand einer gesunden Knochenstruktur virtuell ergänzt und dann zur Herstellung einer exakt auf die Schnittflächen und die natürliche Knochenkontur angepasste Endoprothese verwendet werden. Gleichzeitig werden diese bildmäßigen Vorlagen zur Herstellung einer Implantationshilfe verwendet, d. h., die Schnittflächen werden in eine Schablone eingearbeitet, die an die individuelle Knochenstruktur des Patienten angepasst ist. Diese Implantationshilfen können sowohl für die Implantation von individuellen Endoprothesen entsprechend EP 1 074 229 A2 als auch von herkömmlichen, handelsüblichen, nicht individuell oder nur teilweise individuell angepassten Prothesen verwendet werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Schablonen bzw. Implantationshilfen, die anhand der tomographischen Bildvorlagen erstellt wurden, und sowohl die Werkzeugführungen wie beispielsweise Schneidflächen bzw. -schächte aufweisen, als auch an die Knochenkontur angepasste Flächen zum Anlegen der Schablonen, weisen den Nachteil auf, dass entweder eine Ausrichtung der Schablonen intraoperativ mittels aufwändiger Messungen von Knochenachsen und Bandspannungen erfolgen muss, oder eine exakte Anlage in der Regel nur über vorab am Knochen befestigte Marker möglich ist, da die genaue Oberflächenstruktur des Knochens durch Weichteile oder in den Bildaufnahmen nicht erkannte Ausbuchtungen in der Regel nicht exakt virtuell bestimmt werden kann. Es ist daher notwendig, entsprechende Pins oder Drähte an dem Knochen präoperativ anzubringen, bevor die dreidimensionalen Bildaufnahmen erstellt werden. Daran wird die Schablone später befestigt.
Durch die Benutzung einer solchen individuellen Schablone verlagert sich die gesamte Mess- und Justierarbeit, auch ohne die Verwendung von Markern oder Pins, vor die Operation. Die Schablonen werden nach einer vorherigen computertomographischen Darstellung, beispielsweise des Kniegelenkskeletts, so fertiggestellt, dass die Führungsschächte für die Sägeblätter die idealen Resektionsebenen für das Prothesenlager gewährleisten. Die vorgefertigten Schablonen werden nach Eröffnung des Operationssitus nur noch auf den Knochen aufgesetzt und erlauben eine sofortige exakte Resektion des Knochens, wodurch der behandelnde Arzt erheblich entlastet wird und sich auf andere wichtige Details der Operation, wie zum Beispiel den operativen Zugang, die Blutstillung und das Weichteilmanagement, konzentrieren kann. Dadurch kann eine Implantation exakter, verlässlicher und zuverlässiger durchgeführt werden, als bei den üblichen, mehrfach wieder verwendbaren, das heißt nicht individuell angepassten Implantationshilfen beziehungsweise Schablonen.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Implantationstechnik ist der hohe zeitliche Aufwand für die Durchführung der Justierschritte während der Operation, da hierdurch die Operationswunde länger offen gehalten werden muss und das Infektionsrisiko erhöht wird. Auch durch die so genannte Blutsperre wird während der Zeit der Operation eine Durchblutung der Extremität unterbunden und die Weichteile mit zunehmender Operationsdauer geschädigt. Nicht zuletzt resultiert daraus eine verlängerte Narkosezeit für den Patienten und somit ergibt sich eine Erhöhung des Operationsrisikos, unter anderem für Thrombosen, Embolien und kardiopulmonale Komplikationen.
Implantationen mit der aus der EP 1 074 229 B1 bekannten Schablonentechnik reduzieren die Operationszeit im Durchschnitt weit über die Hälfte der üblichen Operationszeit und belasten den Patienten daher weniger. Mehrfach verwendbare, nicht individuell angepasste Implantationsinstrumentarien weisen darüber hinaus den Nachteil auf, dass die Herstellung, die Lagerung, die Wartung und die Sterilisierung aufwendiger sind als bei individuell angefertigten Einweg- bzw. Einmal-Schablonen. Individuelle Schablonen können als Einmal-Artikel aus einem Kunststoff aus beispielsweise Polyamid hergestellt werden, wodurch bei jedem operativen Eingriff zwar die Herstellungskosten für solche Schablonen anfallen, diese aber aufgrund der heutigen computerunterstützten dreidimensionalen Herstellungstechniken (z. B. ”rapid manufacturing”) immer kostengünstiger und immer schneller durchgeführt werden können. Darüber hinaus fallen keine Reinigungs-, Sterilisierungs-, Lagerungs-, Wartungs- und Kontrollkosten an. Dennoch ergibt sich bei den individuell angefertigten Schablonen der Nachteil, dass diese nicht immer prä-operativ derart exakt ausgeformt werden können, dass die Abstützung, d. h. in der Regel die negativ zur Knochenoberfläche ausgestaltete Oberfläche der Schablone, die Knochenoberfläche exakt abbildet.
In den prä-operativ aufgenommenen Bildern wird zum Teil Knorpelgewebe, Faserknorpel oder Knochengewebe nicht eindeutig identifiziert, weswegen sich die Schablone beim Auflegen auf den Knochen verschieben kann, und die Werkzeugführung daher nicht exakt an der Stelle zu liegen kommt, an der der Knochen auch bearbeitet werden soll.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die den operativen Eingriff für den Chirurgen vereinfacht, die das Fehlerrisiko minimiert, die die Operationsdauer verkürzt, die Kosten minimiert, und gleichzeitig eine exakte Ausrichtung der Werkzeugführung ohne aufwendiges Nachjustieren gewährleistet.
Der vorliegenden Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrrichtung anzugeben, sowie hierfür geeignete Endoprothesen und Verfahren zur Herstellung solcher Endoprothesen.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 10, 13, 15 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und dort beschrieben. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Behandlung des Kniegelenks, d. h. des Tibia-Knochens und des Femurknochens, werden anhand der beigefügten Zeichnungen genauer erläutert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Resektion von Knochen, insbesondere zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese, weist mindestens eine Werkzeugführung und mindestens eine zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung geeignete Abstützung auf, wobei die Abstützung Punkt- oder linienförmig ausgestaltet ist. Dabei ist die mindestens eine Werkzeugführung und die mindestens eine Abstützung bevorzugt unverrückbar miteinander verbunden, so dass sich aus der Werkzeugführung und der mindestens einen Punkt- oder linienförmig ausgestalteten Abstützung eine Resektionsschablone bildet. Punktförmig im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass kleine Flächen betroffen sind, die jeweils weniger als 10% der Gesamtfläche, bevorzugt weniger als 5% der Gesamtfläche, besonders bevorzugt zwischen 0,1% und 3% der Gesamtfläche als Fläche zum Abstützen am Knochen oder Knorpel aufweisen.
Die Werkzeugführung und die Abstützung können jedoch auch jeweils als eine getrennte Komponente der Resektionsschablone angefertigt werden, welche bei der Anwendung durch eine Befestigungsvorrichtung, wie Schrauben, Klammern oder Schlösser gemäß der vor der Operation festgelegten Ausrichtungen zueinander unverrückbar miteinander verbunden werden. Die Werkzeugführung kann hierbei aus einem beständigeren, zum Beispiel einem sinterbaren metallischen Werkstoffs serienmäßig, zum Beispiel in fünf verschiedenen Größen gefertigt werden und dann mehrfach mit verschiedenen, unverändert individuell angefertigten Abstützungen aus Kunststoff, zum Beispiel Polyamid, verbundenen und angewandt werden. Hierdurch werden Herstellungskosten gespart.
Durch die Verwendung der ”rapid manufacturing”-Technologie können an Stelle einer Vielzahl von standardisierten Schablonen aus Metall, die erst umständlich an den Knochen des Patienten während der Operation angepasst werden müssen, individuelle Resektionsschablonen hergestellt werden, die durch die Verwendung von beispielsweise Computertomographiedaten erzeugt werden können. Beispielsweise können zwei Resektionsschablonen für die Behandlung eines Kniegelenks, jeweils eines für Femur und eine für Tibia, zum Beispiel aus Polyamid, Polyurethan, Epoxidharz oder dergleichen, d. h. einen für die ”rapid manufacturing”-Technologie geeigneten und sterilisierbaren Werkstoff hergestellt werden.
Hierzu wird die Punkt- oder linienförmig ausgestattete Abstützung anhand von zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen, beispielsweise Tomographieaufnahmen des zu behandelnden Knochens geformt, wobei die Linienform der Abstützung längst definierter Oberflächenstrukturen des Knochens beziehungsweise die Punktform der Abstützung anhand von besonderen Geländemerkmalen des Knochens anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen geformt ist. Gleichzeitig können die eine oder mehreren Werkzeugführungen ebenfalls anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilddaten relativ zur Oberflächenstruktur des Knochens positioniert und ausgerichtet werden, so dass sich aus diesen Daten ein dreidimensionaler Datensatz ergibt, der dann zur Herstellung der Schablone verwendet werden kann.
Nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere erste linienförmige Abstützungen in mehreren ersten, im Wesentlichen parallelen Ebenen voneinander beabstandet und mehrere zweite linienförmige Abstützungen in mehreren zweiten, im Wesentlichen parallelen Ebenen voneinander beabstandet angeordnet, wobei die mehrereren ersten und die mehreren zweiten Ebenen nicht parallel zueinander, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig zueinander, angeordnet sind, so dass sich insbesondere eine gitterförmige Auflagestruktur beziehungsweise Abstützstruktur ergibt, auf der sich die Schablone beziehungsweise Implantationshilfe dann während der Operation am Knochen abstützt. Hierzu eignen sich zweidimensionale Computertomographie-Bilder, anhand derer man ebenfalls im Bereich der Schnittbilder die genaue Kontur des Knochens erkennen kann. Exakt diese Schnittbilder werden dann als linienförmige Abstützung innerhalb der Schablone realisiert, so dass zwischen den linien- oder punktförmigen Abstützungen Hohlräume in die Schablone eingearbeitet werden, in denen sich dann vorhandenes (nicht erkanntes) Knorpelgewebe, zum Beispiel Faserknorpel oder Knochengewebe, ausbreiten kann, ohne dass die Auflage der Schablone bzw. deren Ausrichtung gestört wird.
Die Rippenkonstruktion bei der Herstellung der linienförmigen Abstützungen hat den Vorteil, dass nur ganz präzise Landmarks des Knochens dargestellt und in die Schablone eingearbeitet werden, wodurch sich nicht nur der Aufwand bei der Rekonstruktion des Gelenkoberflächennegativs reduziert, sondern auch eine exakte und genaue Auflage auf den Knochen gewährleistet ist.
Zusätzlich können die Rippen nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit des verwendeten Materials und der gewählten Rippendicke eine Elastizität aufweisen, durch welche eventuelle Oberflächenungenauigkeiten ausgeglichen werden. Die Rippen können durch ihre Elastizität durch bildmäßig nicht erfasste Knorpel oder Weichteileerhebungen beiseite gedrückt werden, während die Position der Schablone durch die überwiegend richtig aufliegenden Rippenabschnitte noch eindeutig in der richtige Position gehalten wird. An eindeutig und sicher zu definierenden Bereichen der Knorpel- oder Knochenoberfläche kann man zudem die Rippen verstärken, zum Beispiel durch weitere, zu den Ersteren nicht parallel, z. B. senkrecht verlaufende Rippenzüge.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die mindestens eine Werkzeugführung eine Führungstiefe auf, die sich im Wesentlichen zwischen dem Knochen und einem Führungsanschlag der Werkzeugführung erstreckt, d. h. im Falle eines Schneidschachts wäre dies die Schachttiefe der Schablone, so dass eine exakte Resektionstiefe anhand einer vordefinierten Eintauchtiefe des Werkzeugs gewährleistet ist. Die Führungstiefe und die Resektionstiefe ergeben die Eintauchtiefe des Werkzeugs, d. h., diejenige Tiefe, die das Werkzeug in die Schablone und den Knochen eintaucht. Durch den Führungsanschlag am distalen Ende der Werkzeugführung ist eine exakte Eintauchtiefe des Werkzeugs und somit eine vordefinierte Resektions- oder Bearbeitungstiefe gegeben.
Die mehreren gitterförmig angeordneten, insbesondere linienförmigen Abstützungen und die mehreren zueinander winklig angeordneten Werkzeugführungen bilden bevorzugt eine Resektionsschablone, die mit Vorteil aus einer Form gegossen oder aus einem Material derart herausgearbeitet wird, dass die Schablone nahtlos aus einem Stück geformt ist. Zur Formung dieser Schablone eignet sich der zuvor erwähnte dreidimensionale Bilddatensatz, der durch die Werkzeugführungen und Bearbeitungsflächen am Knochen entsprechend ergänzt wurde. Somit gewährleistet die individuell an den Knochen angepasste Schablone nicht nur eine genaue Ausrichtung der einzelnen Werkzeugführungen zueinander, sondern auch eine exakte Positionierung der Werkzeugführungen am Knochen, so dass die separat hergestellte Endoprothese nach der Resektion nicht nur exakt auf die Schnittflächen passt, sondern auch die ursprüngliche natürlich gesunde Struktur des Knochens, d. h. insbesondere dessen Oberfläche, genau approximiert.
Mit Vorteil weist die Schablone zusätzlich Sichtöffnungen bzw. Fixieröffnungen auf, um dem Operateur während der Operation eine Sicht auf das Operationsgebiet zu ermöglichen, beziehungsweise, um die Schablone zusätzlich am Knochen zu fixieren, beispielsweise, wenn das Werkzeug benutzt und dadurch ein Verrutschen der Schablone zu befürchten ist. Durch diese Fixieröffnungen können beispielsweise Schrauben, Nägel oder Drähte in den Knochen zur Befestigung der Schablone eingeführt werden, wobei es nicht notwendig ist, zuvor entsprechende Markierungsstellen am Knochen festzulegen, da die exakte Positionierung der Schablone auf dem Knochen bereits durch die linien- bzw. punktförmigen Abstützungen gewährleistet ist.
Die Schablone kann nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden. Erfindung auch weitere Stützflächen oder Auflagen aufweisen, die an andere Körperstellen angelegt werden können, die gegenüber dem zu bearbeitenden Knochen eine feste bzw. unverrückbare Position einnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Resektion von Knochen mit mindestens einer Werkzeugführung und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung geeigneten Abstützung weist bevorzugt folgende Schritte auf:

1. Es werden von dem zu bearbeitenden Knochen zwei- oder dreidimensionale Bilder aufgenommen bzw. angefertigt. Hierzu eignen sich Röntgenbilder oder Kernspintomographiebilder, die schichtweise den zu bearbeitenden Knochen wiedergeben.
2. Anschließend werden Punkt- und/oder linienförmige Konturen des Knochens auf den zwei- oder dreidimensionalen Bildern erkannt. Hierzu eignen sich aus dem Stand der Technik bekannte Rendering-Verfahren, die aufgrund der Grauwertabstufungen solche Konturen automatisch abtasten und erkennen.
3. Anschließend wird die geeignete Werkzeugführung ausgewählt und anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilder auf diesen positioniert. Die Positionierung erfolgt anhand einer Festlegung der zu bearbeitenden Stelle, d. h., es wird zum Beispiel festgestellt, an welcher Ecke des Knochens eine Stelle abgeschnitten werden muss. Hierfür wird eine Schnittfläche definiert, hinsichtlich derer eine Werkzeugführung zur Führung einer Säge positioniert wird.
4. Schließlich wird die Schablone mit mindestens einer Punkt- und/oder linienförmig ausgestalteten Abstützung und mindestens einer relativ zur Abstützung positionierten und ausgerichteten Werkzeugführung hergestellt. Hierfür eignen sich die bekannten ”rapid manufacturing”-Technologien, d. h., die Schablone kann aus einem geeigneten Kunststoff gegossen oder geformt werden, oder es werden Kunststoffblöcke entsprechend mit Fräs-, Schneid- und Bohrmaschinen bearbeitet, oder es wird eine Kombination aus den vorgenannten Verfahren verwendet. Dies ist im Stand der Technik bekannt.

Zur Herstellung der Schablone wird ein dreidimensionaler Datensatz verwandt, der die Punkt- bzw. linienförmig ausgestalteten Abstützungen zur Anlage der Schablone am Knochen beinhaltet. Die Linienform der Abstützung erfolgt dabei bevorzugt längs definierter Oberflächenstrukturen des Knochens und die Punktform anhand von besonderen Geländemerkmalen des Knochens, die mittels der zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen detektiert werden.
Anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilder werden nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere gitterförmig angeordnete linienförmige Abstützungen und mehrere zueinander winklig angeordnete Werkzeugführungen bestimmt und in einem dreidimensionalen Datensatz zur Herstellung einer erfidungsgemäßen Schablone abgespeichert. Zur nahtlosen Herstellung der Schablone werden die Abstützungen und Werkzeugführungen dann anhand des dreidimensionalen Datensatzes geformt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Schablone auch universell einstellbar ausgestaltet sein. Dazu wird die Schablone bzw. Vorrichtung zunächst wie oben beschrieben hergestellt, bevorzugt aus Edelstahl und es werden an Stelle der Rippen Kontaktplatten an verschiedenen, z. B. neun verschiedenen Punkten des Femurs ausgerichtet, welche durch z. B. durch Schraubengewinde vor der Operation auf den genauen Abstand eingestellt werden und in dieser Position durch eine entsprechende Gegenschraube arretiert werden. Die Einstellung der punktförmigen Abstützungen erfolgt also in vitro, anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilder eine Justierung während der Operation ist dann nicht mehr erforderlich, kann aber trotzdem noch durchgeführt werden, falls dies gewünscht wird. „Unverrückbar” im Sinne des Anspruches 2 bezieht sich somit auf Einige Schrauben müssen vor dem Einbringen der Sägeblätter in die Resektionsschächte ggf. entfernt werden, da hier ggf. eine Überschneidung von Resektionsschacht und Schraubengewinde nicht zu vermeiden ist. Wieder verwendbare Femur- und Tibiaschablonen beziehungsweise femorale Tibiaschablonen werden hierbei bevorzugt in z. B. fünf verschiedenen Größen bereitgehalten, um den individuellen Größenunterschieden der Patienten gerecht zu werden. Die wieder verwendbaren Schablonen werden, wie auch die klassischen chirurgischen Instrumentarien, gereinigt, sterilisiert und wiederverwendet.
Des weiteren können nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung an der Schablone Vorrichtungen zur Befestigung von Sensoren z. B. eines handelsüblichen Navigationssystems (zum Beispiel Orthopilot) angebracht werden, mit dessen Hilfe der Hüftkopfmittelpunkt kinematisch ermittelt werden kann. Die Tibiaachse kann dadurch z. B. mechanisch und/oder ebenfalls mit Hilfe des Navigationssystems ausgerichtet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese zur Anbringung an einem Knochen, der insbesondere mit einer der vorbeschriebenen Vorrichtungen bearbeitet wurde. Hierzu eignen sich folgende Verfahrensschritte:

1. Es werden zwei- oder dreidimensionale Bilder des zu bearbeitenden Knochens angefertigt, oder es werden die zur Herstellung der Vorrichtung zur Resektion des Knochens bereits angefertigten zwei- oder dreidimensionalen Bilddaten verwendet.
2. Anschließend werden die zu bearbeitenden Stellen am Knochen festgelegt und die von dem Knochen zu entfernende Stelle wird ausgewählt und positioniert.
3. Anschließend erfolgt ein virtuelles Korrigieren der zwei- oder dreidimensionalen Bilder beziehungsweise der entsprechenden Bilddaten für eine Annäherung der Konturen des Knochens an die Konturen eines gesunden Knochens. Die Bilddaten werden somit ergänzt bzw. verändert, so dass sich ein ”idealer Knochen” ergibt.
4. Schließlich wird die Endoprothese anhand der zu bearbeitenden Stellen des Knochens und der virtuellen Korrektur der zwei- oder dreidimensionalen Bilddaten hergestellt. Insbesondere wird die Endoprothese sowohl an die Schnittflächen des Knochens als auch an die äußere Kontur des gesunden Knochens ausgerichtet und entsprechend geformt.

Die virtuelle Korrektur des zwei- oder dreidimensionalen Bildes des geschädigten Knochens wird beispielsweise durch einen Vergleich mit Bildern von gesunden Knochen vorgenommen, die mit dem geschädigten Knochen vergleichbare Formen aufweisen. Alternativ kann eine virtuelle Korrektur auch anhand einer Interpolation der gesunden Formen des Knochens vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine Endoprothese, die mit dem vorgenannten Verfahren hergestellt wurde und die insbesondere auf einem Knochen aufgesetzt wird, der mit einer der vorbeschriebenen Vorrichtungen bearbeitet wurde. Alternativ kann die Endoprothese auch mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unverrückbar verbunden werden, um als Stützfläche zur Positionierung der Schablone zu dienen.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Operationsset zur Durchführung von Kniegelenk-Operationen, das aus femoralen und/oder tibialen Komponenten einer Endoprothese bzw. femoralen und/oder tibialen Komponenten einer Vorrichtung, d. h. einer Schablone bzw. Implantationshilfe, besteht, wie sie oben genauer beschrieben wurde.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 Die dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Knochen,
2 einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Knochen,
3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Knochen,
4 eine dreidimensionale Aufsicht auf den Knochen mit erfindungsgemäßen gitterförmigen Abstützungen,
5 die schematische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit erfindungsgemäßen gitterförmigen Abstützungen,
6 einen Femurknochen mit seitlichen Schablonenbacken,
7 einen Femurknochen mit Schablonenschnabel,
8 eine dreidimensionale Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Schablonenschnabel,
9 die Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Schablone,
10 die dreidimensionale Queransicht auf eine erfindungsgemäße Schablone mit taillierten Werkzeugführungen,
11 die dreidimensionale Ansicht einer Tibiaschablone,
12 die dreidimensionale Teilansicht der Tibiaschablone nach 11,
13 die dreidimensionale schematische Schnittdarstellung einer Werkzeugführung der Tibiaschablone nach 11,
14 die dreidimensionale schematische Queransicht auf besondere Stützflächen der Tibiaschablone,
15 die dreidimensionale Rückansicht der Tibiaschablone,
16 einen Femurknochen mit Markerpins,
17 die dreidimensionale Aufsicht auf eine Schablone mit Befestigungspins und Knochen,
18 die dreidimensionale Ansicht einer Tibiaschablone mit angeformter Femur-Endoprothese,
19 schematische Unteransicht einer Tibiaschablone,
20 die Ansicht einer Bohrschablone für Tibiazapfen,
21 die Ansicht einer zweiteiligen Tibiafassung,
22 die Ansicht einer zweiteiligen Tibiaschablone,
23 die dreidimensionale Ansicht einer modifizierten Tibiaschablone, und
24 die dreidimensionale Ansicht einer modifizierten erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Knochen.
1 zeigt die dreidimensionale Queransicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Resektion eines Femurknochens 1 mit mehreren Werkzeugführungen 3, 4, 5 und erfindungsgemäßen Abstützungen 6. Zur Behandlung eines Kniegelenkschadens wird der Femurknochen in der Regel an mehreren Stellen reseziert. Hierzu wird der Femurknochen in verschiedenen Ebenen abgeschnitten, um die krankhafte Knorpeloberfläche beziehungsweise Knochenoberfläche abzuschneiden. Die Schnittflächen liegen dabei gemäß einer ersten Werkzeugführung 3a, 3b in der koronaren Ebene und resezieren den Femurknochen 1 an der der Kniescheibe zugewandten Seite sowie der entsprechend gegenüberliegenden Seite. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine im Wesentlichen senkrecht zur ersten Werkzeugführung 3a, 3b liegende dritte Werkzeugführung 5 auf, die transversal zum Femurknochen angeordnet ist. Diese Werkzeugführung dient zum Eindringen einer Säge zum Abschneiden der distalen Enden des Femurknochens 1.
Winklig zu der ersten Werkzeugführung 3a, 3b und dritten Werkzeugführung 5 sind zweite Werkzeugführungen 4a, 4b angeordnet, die kanthomeatal (d. h. spitzwinklig zur Transversalebene) zum Femurknochen 1 angeordnet sind, bevorzugt etwa 45° geneigt zur dritten Werkzeugführung 5, die transversal angeordnet ist.
Alle Werkzeugführungen 3a, 3b, 4a, 4b, 5 bilden eine unverrückbare, zueinander in einem festen Winkel angeordnete Werkzeugführungsschablone, die darüber hinaus mit Abstützungen 6 versehen ist, die relativ zu den Werkzeugführungen, zur genauen Anlage am Knochen 1 ausgebildet ist.
2 zeigt die dreidimensionale, schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere eine Resektionsschablone 2 mit koronaren Werkzeugführungen 3a, 3b und einer kanthomeatalen Werkzeugführung 4b, die zueinander spitzwinklig angeordnet sind und das Bearbeiten gewisser Knochenoberflächen am Femurknochen zulassen. Jede der Werkzeugführungen weist dabei bevorzugt einen Führungsanschlag 27 auf, der die genaue Eindringtiefe des Werkzeugs definiert. Das Werkzeug, wie beispielsweise eine Säge, wird in die Werkzeugführungen eingeführt, beispielsweise einen Säge-schacht, die über eine gewisse Führungstiefe D verfügen. Hat das Werkzeug die Führungstiefe D überwunden, erfolgt das Einschneiden in den Knochen bis zu einer Resektionstiefe d. Führungstiefe D und Resektionstiefe d ergeben die Eintauchtiefe t des Werkzeugs. Durch die genaue Anpassung der Führungstiefe D an das Werkzeug wird gewährleistet, dass nicht zuwenig, aber auch nicht zuviel Knochen weggeschnitten wird, beziehungsweise dass das hinter dem Knochen befindliche Weichgewebe, wie beispielsweise Sehnen, Bänder oder Blutgefäße, nicht verletzt wird. Durch die seitliche Schachtbegrenzung des Werkzeuges wird zusätzlich auch der sehr wichtige Schutz der Seitenbänder des Kniegelenkes während der Knochenresektion gewährleistet.
Die Herstellungstechnik der erfindungsgemäßen Resektionsschablone 2 ermöglicht es, die Werkzeugführungen, wie beispielsweise Resektionsschächte oder Bohrlöcher, in genau derjenigen Länge anzufertigen, in der eine genaue Eintauchtiefe t des Werkzeugs festgelegt werden kann.
3 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Resektionsschablone 2 mit koronaren Werkzeugführungen 3a und 3b sowie kanthomeataler Werkzeugführung 4b, wobei die für eine Säge geeigneten Schächte 8 erkennbar sind. Darüber hinaus zeigt 3 eine vierte Werkzeugführung 7, die beispielsweise für einen Bohrer geeignet ist, der eine entsprechende Bohrung im Knochen vornimmt, um Stützzapfen der Endoprothese aufzunehmen. Durch die Bohrung kann eine Ausnehmung 23 im Knochen hergestellt werden, die dann zur Befestigung der Endoprothese dient. Gleichzeitig zeigt 3 im Schnitt (darauf dreidimensional markiert) linienförmige Abstützungen 6, die wie folgt näher erläutert werden:
4 zeigt die dreidimensionale Aufsicht auf das distale Ende des Femurknochens 1, auf dem die linienförmigen Abstützungen 6 erkennbar sind. Zur besseren Darstellung sind die anderen Teile der Resektionsschablone 2 nicht abgebildet. Die gitterförmig angeordneten, linienförmigen Abstützungen 6 stehen im Wesentlichen rechtwinklig, wobei Sagittalrippen 6a und Koronarrippen 6b im Wesentlichen senkrecht aufeinanderstehend die wesentlichen Strukturen des Knochens abbilden.
Die genaue Positionierung der Resektionsschablone 2 erfolgt über diese Gitterstruktur aus linienförmigen Abstützungen 6. Um eine optimale Wiedergabe der Oberflächenstruktur des Knochens 1 zu erzielen, d. h., um die spätere Schablone 2 exakt am Knochen 1 positionieren zu können, wird beispielsweise ein Computertomographiebild erstellt, das verschiedene Schichten des Knochens abbildet. Anhand dieses Computertomographiebildes lassen sich im Schnitt zweidimensionale, linienförmige Grauwertunterschiede detektieren, die den Übergang zwischen Knochen und Weichteilen markieren. Längs der Schichtbilder lassen sich dann die linienförmigen Abstützungen 6 rekonstruieren, in dem die Knochenoberfläche entlang der zweidimensionalen Tomographieschnittbilder abgetastet und abgeformt wird. Diese Rippenkonstruktion hat den Vorteil, dass nur präzise Landmarks des Knochens dargestellt werden, wodurch sich der Aufwand bei der Rekonstruktion des Gelenkoberflächennegativs deutlich reduziert. Zudem kann eine exakte Auflage der Resektionsschablone 2 auf dem Knochen 1 gewährleistet werden, da etwaiges computertomographisch nicht ausreichend exakt erfasstes Weichteilgewebe oder Gelenkflüssigkeit zwischen die Rippen ausweichen kann, beziehungsweise die Rippen sich in erhöhte Oberflächenareale leichter eindrücken lassen, bis diese auf die Knochenoberfläche stoßen oder auch von den erhöhten Oberflächenarealen weggedrückt werden können.
Die in 4 schematisch dargestellte Rippenstruktur zeigt 5 eingebettet in der Resektionsschablone 2. Zwischen den ersten parallel zueinander angeordneten Werkzeugführungen 3a und 3b, den zweiten Werkzeugführungen 4a und 4b und den dritten Werkzeugführungen 5 ist die gitterförmige Abstützstruktur 6 aus Sagittalrippen 6a und schräg dazu angeordneten Koronarrippen 6b erkennbar. Zur Resektion der zwei Knochenhöcker am distalen Ende des Femurknochens 1. dienen voneinander geteilte erste koronare Werkzeugführungen 3a1 und 3a2.
Bei einer computertomographischen Darstellung des Femur ist in der Regel der Knorpelbelag zwischen den beiden Oberschenkelrollen bis zum Beginn des Kniescheibengleitlagers erhalten, wodurch sich durch Nachzeichnen der Oberfläche in sagittaler Richtung, zum Beispiel mit drei Bahnen, die jeweils z. B. drei Schichten breit sind, bogenförmige Strukturen rekonstruieren lassen, welche beim Aufsetzen der Resektionsschablone 2 ein Einhaken derselben an der Knochenoberfläche bewirken. Dadurch wird ein Verrutschen derselben nach oben, aber auch zu den Seiten hin, verhindert, wodurch sich die Schablone 2 exakt positionieren lässt.
6 zeigt zweite Abstützungen 9, wie beispielsweise koronare Backen, die als seitliche Schablonenbacken realisiert werden. Dies dient zur definierten Anlage der Resektionsschablone 2 in seitlicher Richtung am distalen Ende des Femurknochens. Dies dient zur Unterstützung der in koronarer Ebene angeordneten Koronarrippen 6b oder durch die in 6 dargestellten, als koronare Backen ausgebildete zweite Abstützungen 9, die links und rechts an der Außenseite des Femurs konstruiert werden.
Beim Rekonstruieren dieser zweiten Abstützung ist darauf zu achten, dass die koronaren Backen bei ca. 110° Beugung des Kniegelenks nach Eröffnung des Kniegelenks und Evertierung der Kniescheibe nicht mit dem äußeren oder inneren Seitenband in Berührung kommen, sondern oberhalb und ventral die Epicondylenhöcker umfahren, und dabei auch nicht zu nahe an die Gelenkränder heranreichen, um nicht mit eventuell vorhandenen Osteopythen in Konflikt zu geraten. Bei dieser Konstruktion sollten auf der Knochenseite zum Beispiel 0,2 mm abgezogen werden, um Knochenhaut und verbliebene Schleimhautreste zu berücksichtigen.
7 und 8 zeigen eine dritte Abstützung 10, die als sagittaler Schnabel ausgebildet ist, um die Resektionsschablone 2 in sagittaler Richtung zu fixieren.
Dabei wird insbesondere oberhalb des Kniescheibengleitlagers eine solche dritte Abstützung angefertigt, die sich nach oben hin, d. h. proximal, verjüngt. Dieser Schablonenschnabel darf aber nicht zu lang geraten, damit der obere Rezessus beziehungsweise der Musculus articularis genus nicht zu sehr geschädigt wird. Die Verankerung der dritten Abstützung 10 an der Resektionsschablone 2 muss so erfolgen, dass die Verankerung die koronare erste Werkzeugführung 3b nicht verschließt. Der Schablonen Schnabel kann auch aus einer Verlängerung der Werkzeugführung 3b konstruiert werden.
9 zeigt die Aufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung mit zweigeteilten koronaren Werkzeugführungen 3a1 und 3a2 sowie parallel dazu aber beabstandet angeordnete koronare erste Werkzeugführungen 3b, die für eine Säge geeignet sind, sowie zwei Sichtöffnungen 11, die den Blick auf die Gitterstruktur der linienförmigen Abstützung 6 und das Operationsgebiet erlauben. Zusätzlich zeigt 9 Fixieröffnungen 12, die distal an der Schablone angeordnet sind, um Fixiermittel einzubringen.
Im speziellen Ausführungsbeispiel nach 9 befinden sich an der distalen Fläche der Resektionsschablone 2 zwei zum Beispiel 3 bis 4 cm im Durchmesser betragende zylindrische Schächte, die Einblick auf die darunter liegende Gelenkfläche gewährleisten und somit eine Kontrolle ermöglichen, ob die Schablone bündig aufliegt, d. h., ob die linienförmigen Abstützungen 6 bündig auf der Knochenoberfläche aufliegen.
Eine erhebliche Komplikation bei einem Knieeingriff stellt die versehentliche Resektion des vorderen Kreuzbandes dar. Während bei konventionellen bikondylären Kniegelenks-Endoprothesen das vordere Kreuzband grundsätzlich reseziert wird, kann bei den individuell angefertigten Kniegelenks-Endoprothesen nach der vorliegenden Erfindung das vordere Kreuzband erhalten werden. Um ein versehentliches Verletzen der Kreuzbänder zu vermeiden, wird an der Femurschablone eine zum Beispiel 3 bis 4 cm im Durchmesser betragende, beispielsweise kreisrunde und in Projektion auf die interkondyläre Notch ausgerichtete Öffnung angebracht, welche zum Einen den Einblick auf das vordere Kreuzband gewährt, zum andereren aber auch die Möglichkeit bietet, durch Einbringen von chirurgischen Instrumentarien bei der jeweiligen Resektion das vordere Kreuzband zu schützen. Zusätzlich gewährt diese Öffnung auch den Einblick auf die Lage der Rippen, des so genannten Notch-Hakens, und zum Teil auch auf die Abstützungen 6 der unteren Oberschenkel-Rollenbegrenzung.
Gemäß 10 lassen sich die Werkzeugführungen 3, 4, 5, 7, 14 auch taillieren, so dass am offenen Situs kein Abdrängen der Schablone durch die lateral evertierten Weichteile erfolgt. Die Taillierung sollte dann auch auf der Seite der Kniescheibe und der Weichteile erfolgen, um ein Abdrängen der Schablone zu vermeiden.
Des weiteren betrifft die Erfindung auch eine in 11 schematisch dargestellte Tibia-Schablone mit voneinander getrennten, fünften Werkzeugführungen 14a1 und 14a2, die sagittal ausgerichtet sind, sowie einer koronaren Werkzeugführung 3 und einer transversalen Werkzeugführung 5. Angedeutet sind ebenfalls die linienförmigen Abstützungen 6 sowie Fixierführungen 12, die zum Festlegen der Schablone am Knochen dienen. Durch diese Fixierführungen 12 können beispielsweise Nägel oder Schrauben geführt werden, um eine Halterung der Schablone zu gewährleisten. Die exakte Positionierung und Ausrichtung der Schablone erfolgt aber über die linienförmigen Abstützungen 6.
Die Abstützungen 6 können ebenfalls als in 12 gezeigte Gitterstruktur ausgeführt werden, wobei auch hier Sagittalrippen 6a und Koronarrippen 6b die Gitterstruktur bilden, die vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Dabei ist es wichtig, die Abstützungen 6 möglichst weit an den Intercondylenhöcker hinaufzuführen, um hierdurch auch eine gewisse seitliche Stabilisierung zu erreichen.
Gleichfalls in 11 ist ein Verbindungssteg 15 gezeigt, der zu einer Stützfläche 16 führt, die gegebenenfalls punktförmig ausgebildet sein kann, oder – wie in 11 gezeigt – flächig, wobei es sich hier um einen Schablonenausleger mit einem sogenannten Schienbeinbügel handelt, der aus dem Oberationssitus nach außen reicht, und die Stützfläche auf die intakte, hautbedeckte Oberfläche des Schienbeins drückt. Dies verhindert eine Rotation der Tibiaschablone 2 um die Querachse, und auch hinsichtlich der vertikalen Achse in anteroposteriorer Richtung.
Zusätzlich kann eine dritte Abstützung 10 als so genannter Tibiaschild vorgesehen sein, der als backenartige Auflage an der Schienbeinvorderkante so konstruiert ist, dass eine exakte Arretierung und Positionierung der Resektions-schablone 2 in anteroposteriorer Richtung gewährleistet ist. Diese dritte Abstützung 10 sollte sich zudem möglichst gut medial neben dem Schienbein-höcker einmodellieren, um eine seitliche Rotation der Schablone 2 um die vertikale Achse in lateraler Richtung zu vermeiden, und um eine möglichst genaue Positionierung um die Hochachse zu gewährleisten. Um die bündige Auflage der als Schienbeinschild ausgeführten dritter Abstützung 10 zu überprüfen, kann auch hier eine Öffnung medial der Tuberositas tibiae angebracht werden.
13 zeigt die laterale Taillierung 13 einer Werkzeugführung der Tibiaschablone, um auch hier ein Abdrängen der Schablone durch die lateral evertierten Weichteile zu vermeiden. Darüber hinaus ist es nach 14 möglich, die hintere Seite der Tibiaschablone durch eine Auflage 17 so zu formen, dass diese exakt den resezierten Oberflächen des distalen Endes des Femurs 1 entspricht, der in 110° gebeugter Stellung nahe am Tibiaknochen liegt. Dadurch kann eine genaue Positionierung der Resektionschablone 2 am Tibiaknochen unterstützt werden. Dies ist möglich, da bei Erhalt des vorderen Kreuzbandes der Gelenkspalt sehr eng ist und die Tibiaschablone ansonsten durch den Femur ventral abgedrängt werden könnte.
15 zeigt die schematische Ansicht auf die Tibiaschablone mit 15 sagittal ausgerichteten Werkzeugführungen 14a1 und 14a2 sowie einer transversalen Werkzeugführung 5, wobei sagittale Kanäle 18 vorgesehen sind, die das Einbringen von entsprechend dicken Kirschnerdrähten oder Steinmannnägeln an eine Schnittstelle zwischen der vertikalen Resektionsebene am Intercondylenhöcker und der horizontalen Resektionsebene auf dem Schienbeinplateau ermöglicht. Dadurch wird nicht nur eine zusätzliche Fixierung der Schablone 2 am Knochen 1 erreicht, sondern es wird auch verhindert, dass versehentlich bei der horizontalen Resektion zu weit nach innen in den so genannten Intercondylenhöcker hineingesägt wird, oder dass bei der vertikalen Resektion zu tief in den Schienbeinkopf hineingesägt wird. Dies würde dann eine erhebliche Komplikation darstellen, da das in der Regel den Bruch des Intercondylenhöckers oder auch den Bruch der inneren oder äußeren Kniescheibenkonsole zur Folge hätte.
Um eine exakte Positionierung der Resektionsschablone 2 zu gewährleisten, können natürlich auch gemäß 16 zusätzlich Befestigungsmittel 19 oder Befestigungsstellen 20 am Knochen 1 angebracht werden, wie beispielsweise Marker, wie Schrauben, wie Kirschnerdrähte oder Pins, die dann in entsprechende Aufnahmen der Schablone eingeführt werden, wenn diese auf dem Knochen aufgesetzt wird.
17 zeigt die Einführung entsprechender Befestigungsmittel 19 durch geeignete Öffnungen an der Resektionsschablone 2.
18 zeigt die dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Resektionsschablone 2, insbesondere eine Tibiaschablone, an die eine Endoprothese 21 angeformt ist. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient zur genauen Ausrichtung der Tibiaschablone gegenüber der zukünftigen implantierten Femurprothese 21. Das eine Ende der Schablone 2 stellt dabei eine Reproduktion der Femurprothese 21 dar, die Zapfen 22 zum Einführen in beispielsweise in 3 gezeigte Ausnehmungen 23 aufweist. Die als Endoprothese 21 geformte Tibiaschablone wird dann nach der Resektion des Femurs wie eine Femurprothese am Femur aufgebracht und nach voller Streckung und genauer Ausrichtung der Tibia entsprechend der Mikulic'z-Linie und nach Fixierung des Knochens 1 an der Schablone 2 mittels Kirschnerdrähten befestigt. Dies erlaubt eine exakte Resektion der Tibia auch ohne Befestigungsmittel 19, wie beispielsweise Markerschrauben.
19 zeigt die dreidimensionale Ansicht einer Resektionsschablone 2, die eine Führungshilfe 24 neben der dritten Abstützung 10 aufweist, die beispielsweise als Führungshilfe für einen Messstab zur genauen Bestimmung der Mikulic'z-Linie dient, wobei diese Führungshilfe insbesondere durch den proximalen Teil der Tibiaschablone läuft. Die in Form einer sanduhrförmigen Bohrung in vertikaler Richtung laufende Führungshilfe 24 liegt an ihrer schmalsten Stelle exakt vor dem Kniegelenksmittelpunkt, so dass nach Einführen eines langen Messstabes oder Maßbandes eine gerade Linie zwischen Hüftkopfmittelpunkt, Kniegelenksmittelpunkt und Sprunggelenksmittelpunkt bestimmbar ist.
20 zeigt eine Bohrführung 26, die in einer Tibiaschablone 25 vorgesehen ist, die beispielsweise zur Befestigung am resezierten Knochen 1 vorgesehen ist. Nach Abnahme beispielsweise der femoralen Tibiaschablone 2 muss der vordere Anteil des Intercondylenhöckers noch so weit mit der oszillierenden Säge reseziert und die Kanten mittels einer Rundfeile geglättet werden, dass der vordere Bügel zwischen den beiden Plateaus der Schienbeinfassung sich soweit auf dem Tibiaplateau vorschieben lässt, dass ein randbündiger Sitz der Schienbeinfassung auf dem resezierten Schienbeinknochen gewährleistet wird. Bei dieser Gelegenheit können auch noch Korrekturen am Sitz der Schienbeinfassung vorgenommen werden, zum Beispiel auch durch kleine Korrekturen mittels einer geraden Feile an der vorderen und den seitlichen Begrenzungen des Intercondylenhöckers. Über die Bohrkanäle auf der Schablone können schließlich die Verankerungskanäle für die Zapfen der Schienbeinfassung gebohrt werden.
21 zeigt eine alternative, zweiteilige Tibiafassung 28 mit Zapfen 22, die implantiert werden kann, so dass die Resektion des zentralen Anteils des Interkondylenhöckers entfällt. Allerdings muss die Tibiaschablone 25 dann ebenfalls aus zwei Teilen entsprechend der Tibiafassung 28 bestehen, welche durch eine vor den Interkondylenhöckern verlaufenden Spange 29 verbunden werden. 22 zeigt eine solche Ausführungsform mit Bohrführungen 26.
Bei Implantationen mit Erhalt des vorderen Kreuzbandes, also bei Implantationen von individuellen Endoprothesen, ist in der Regel zwischen Femur und Tibia kein ausreichender Platz vorhanden, um die vertikalen Schnitte an der Tibia durchführen, ohne entweder den Femur zu verletzen, oder zu tief in die Tibia einzuschneidenden. Der Erhalt des vorderen Kreuzbandes bedeutet während der Operation immer eingeschränkte Platzverhältnisse im Gelenkspalt, da das vordere Kreuzband ein Vorgleiten der Tibia gegenüber dem Femur verhindert. Zudem wird bei der Verwendung der Resektionsschablone 2 das Kniegelenk in Streckung gehalten, was eine zusätzliche Einengung der Platzverhältnisse bedeutet.
Zu diesem Zweck wird die in 11 gezeigte Resektionsschablone 2 modifiziert, indem der Verbindungssteg 15 und alle Werkzeugführungen, bis auf die transversalen, dritten Werkzeugführungen 5, weggelassen werden. Dann können die horizontalen Schnitte vorgenommen werden. Die Werkzeugführungen 3, 14a1, 14a2 für die vertikalen Schnitte an der Tibia werden anschließend mithilfe einer weiter modifizierten Resektionsschablone 2, wie in 23 dargestellt, angelegt. Die ebenfalls gezeigten transversalen, dritten Werkzeugführungen 5 können bei der modifizierten Resektionsschablone 2' auch weggelassen werden (in 23 nicht dargestellt). Dadurch, dass das Kniegelenk gebeugt werden kann und keine Abstützung durch eine Prothesenimitation auf den Resektionsflächen des Femurs vorhanden ist, wie in 18 dargestellt, hat das Gelenk deutlich mehr Spiel und ausreichend Platz, um auch die vertikalen Schnitte ohne zusätzliche Verletzung der Knochenstruktur zu gewährleisten.
Die Befestigung der modifizierten Resektionsschablone 2' nach 23 an der Tibia kann zusätzlich mit zwei steckerartigen Plättchen 30 erfolgen, welche in die bereits durchgeführten horizontalen Resektionsspalten eingeführt werden. Dies ermöglicht damit eine noch genauere Positionierung.
24 zeigt die dreidimensionale Ansicht einer modifizierten erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Knochen für den Revisionseingriff. In der Regel kommt es nach circa 10 bis 12 Jahren zu einer Lockerung der Prothese. In diesen Fällen muss die alte Prothese entnommen, ein neues Implantatlager geschaffen und eine entsprechend größere, neue Prothese implantiert werden. Da trotz der Lockerung der alten Prothese das Implantatlager, nach Entnahme der alten Prothese, sich im wesentlichen wie vor der Erstimplantation darstellt, kann eine entsprechend nach 25 weitere modifizierte Schablone 2'' bündig auf dem alten Implantatlager aufgesetzt werden. Gemäß der Erfindung sind auch hier entsprechende Abstützungen 6 vorgesehen, durch die glatten Oberflächen des Implantatlagers aber nicht unbedingt notwendig. Die modifizierte Schablone 2'' weist lediglich Werkzeugführungen für Sägeblätter auf, die eine Nachresektion von zum Beispiel 2 mm an jeder Ebene des Implantatlagers ermöglichen. Dadurch kann zeitsparend und exakt ein neues Implantatlager für eine konventionelle oder auch individuell angefertigte Wechselprothese vorbereitet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4434539 C2 [0003]
- EP 1074229 A2 [0004, 0004]
- EP 1074229 B1 [0008]

Claims

Vorrichtung zur Resektion von Knochen (1), insbesondere zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese, mit mindestens einer Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) geeigneten Abstützung (6, 9, 10), dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (6) Punkt- oder linienförmig ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und die mindestens eine Abstützung (6) unverrückbar miteinander verbunden sind, insbesondere eine Resektionsschablone (2) bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkt- oder linienförmig ausgestaltete Abstützung (6) anhand von zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen des zu behandelnden Knochens geformt ist, wobei die Linienform der Abstützung (6) längs definierter Oberflächenstrukturen des Knochens (1) und/oder die Punktform der Abstützung (6) anhand von besonderen Geländemerkmalen des Knochens (1) anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen geformt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste linienförmige Abstützungen (6) in mehreren ersten, im wesentlichen parallelen Ebenen voneinander beabstandet und mehrere zweite linienförmige Abstützungen (6) in mehreren zweiten, im wesentlichen parallelen Ebenen voneinander beabstandet angeordnet sind und die mehreren ersten und die mehreren zweiten Ebenen nicht parallel zueinander, insbesondere im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) eine Führungstiefe (D) zwischen im wesentlichen dem Knochen (1) und einem Führungsanschlag (27) aufweist, die zusammen mit einer Resektionstiefe (d) eine Eintauchtiefe (t) des Werkzeugs definiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gitterförmig angeordnete linienförmige Abstützungen (6) und mehrere zueinander winklig angeordnete Werkzeugführungen (3, 4, 5, 7, 14) eine Schablone (2) bilden, wobei die Abstützungen (6) und Werkzeugführungen (3, 4, 5, 7, 14) aus einer Form gegossen oder aus einem Material derart herausgearbeitet werden, dass die Schablone (2) nahtlos aus einem Stück geformt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (2) Sichtöffnungen (11) und/oder Fixieröffnungen (12) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (2) weitere Stützflächen (16) und/oder Auflagen (17) aufweist, die an Körperstellen angelegt werden können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (2) Öffnungen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln (19) aufweist, die am Knochen (1) befestigt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Resektion von Knochen (1), mit mindestens einer Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) geeigneten Abstützung (6, 9, 10), mit folgenden Schritten: a) Anfertigen von zwei- oder dreidimensionalen Bildern des zu bearbeitenden Knochens (1), b) Erkennen von Punkt- und/oder linienförmigen Konturen des Knochens (1) auf den zwei- oder dreidimensionalen Bildern, c) Festlegen von zu bearbeitenden Stellen und Auswahl und Positionieren mindestens einer Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und d) Herstellen einer Schablone (2) mit mindestens einer Punkt- und/oder linienförmig ausgestalteten Abstützung (6) und der mindestens einen, relativ zur Abstützung (6) positionierten und ausgerichteten Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linienform der Abstützung (6) längs definierter Oberflächenstrukturen des Knochens (1) und/oder die Punktform der Abstützung (6) anhand von besonderen Geländemerkmalen des Knochens (1) anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gitterförmig angeordnete linienförmige Abstützungen (6) und mehrere zueinander winklig angeordnete Werkzeugführungen (3, 4, 5, 7, 14) anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilder des zu bearbeitenden Knochens (1) bestimmt und in einem dreidimensionalen Datensatz zur Herstellung einer Schablone (2) abgespeichert werden, wobei die Abstützungen (6) und Werkzeugführungen (3, 4, 5, 7, 14) dann anhand des dreidimensionalen Datensatzes aus einer Form gegossen oder aus einem Material derart herausgearbeitet werden, dass die Schablone (2) nahtlos aus einem Stück geformt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese zur Anbringung an einem Knochen (1), der insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bearbeitet wurde, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Anfertigen von zwei- oder dreidimensionalen Bildern des zu bearbeitenden Knochens (1), b) Festlegen von zu bearbeitenden Stellen und Auswahl und Positionieren mindestens einer von dem Knochen zu entfernenden Stelle, c) virtuelles Korrigieren der zwei- oder dreidimensionalen Bilder für eine Annäherung der Konturen des Knochens (1) an die Konturen eines gesunden Knochens (1), und d) Herstellen einer Endoprothese anhand der zu bearbeitenden Stellen des Knochens (1) und der virtuellen Korrektur der zwei- oder dreidimensionalen Bilder.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Korrektur des zwei- oder dreidimensionalen Bildes von dem geschädigten Knochen (1) durch einen Vergleich mit Bildern von gesunden Knochen (1) vorgenommen wird, die mit dem geschädigten Knochen (1) vergleichbare Formen aufweisen.
Endoprothese, die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14 hergestellt und auf einen Knochen (1) aufgesetzt wird, der mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bearbeitet wurde.
Endoprothese nach Anspruch 15, die mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 9 unverrückbar verbunden ist, wobei die Endoprothese als Stützfläche zur Positionierung der Schablone (2) dient.
Operationsset zur Durchführung von Kniegelenk-Operationen, bestehend aus femoralen und/oder tibialen Komponenten einer Endoprothese nach Anspruch 15 und femoralen und/oder tibialen Komponenten einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.