DE2447772A1

DE2447772A1 - Gelenk-endoprothese

Info

Publication number: DE2447772A1
Application number: DE19742447772
Authority: DE
Inventors: Alan John Clive Lee; Robin Sydney Mackwood Ling
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1973-10-15
Filing date: 1974-10-07
Publication date: 1975-04-17
Also published as: IE40064B1; IE40064L; GB1488247A; US3939496A; CH585044A5

Description

TATB ITTA WWAIiT

DIPL. ING. ß. HOLZER AUOSBUUG

N. 239

Augsburg, den 7. Oktober 1974

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74 Victoria Street, London, S.W.l, England

Gelenkendoprothese

Die Erfindung betrifft eine Gelenkendoprothese mit zwei an den beiden Knochen des betreffenden Gelenks befestigbaren Komponenten und einem diese beiden Komponenten miteinander verbindenden Verbindungselement,

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Die vorliegende Erfindung wurde insbesondere für das Ellbogengelenk entwickelt und wird daher nachstehend mit Bezug auf das Ellbogengelenk beschrieben« Die Erfindung ist jedoch selbstverständlich auch bei anderen Gelenken anwendbar,

Gegenwärtig erhältliche Ellbogengelenk-Endoprothesen sind üblicherweise als Scharnierkonstruktion ausgebildet und weisen eine Oberarmkomponente und eine Ellenkomponente sowie einen Gelenkzapfen auf, der die beiden Komponenten gelenkig miteinander verbindet und eine Gelenkbewegung durch Drehung dieser Komponenten um die Zapfenachse ermöglicht.

Obwohl sich die Prothesen dieser Bauart bisher im allgemeinen als zufriedenstellend erwiesen haben, zeigen jüngere Erfahrungen, daß diese Prothesen bei längerer Gebrauchszeit Nachteilen unterworfen sein können. Es zeigt sich nämlich, daß bei Zugbeanspruchungen, die durch den Gelenkzapfen auf die beiden miteinander verbundenen Gelenkkomponenten übertragen werden, die Befestigung dieser Komponenten an den zugehörigen Knochen dadurch geschwächt werden kann. Diese Befestigung an den Knochen erfolgt gewöhnlich unter Verwendung von Markkanalspornen und Acrylzement als Füllmasse,

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Die Bindung zwischen diesem Zement und den Knochen ist besonders ungeeignet zur Übertragung von Zugbeanspruchungen und in geringerem Maße auch" zur Übertragung von Torsionsbeanspruchungen, die bei einer Streckung auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenk-Endoprothese der eingangs dargelegten allgemeinen Art so zu verbessern, daß sie gegen die obengenannten Beanspruchungen widerstandsfähiger ist»

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Gelenkendoprothese gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gelenkkomponenten zueinander komplementär ausgebildete, miteinander gelenkig zusammenwirkende Gelenkflächen sowie Durchbrüche aufweisen, deren Wandflächen unter sich gleiche Form besitzende Gleitflächen bilden, und daß das Verbindungselement eine zu diesen Gleitflächen komplementäre Gleitfläche besitzt und zwecks Verbindung der beiden Gelenkkomponenten herausnehmbar in die Durchbrüche einsetzbar ist.

Die Gelenkflächen der beiden Gelenkkomponenten weisen normalerweise die Form von Kugel und Pfanne auf. Die Gleitflächen der Durchbrüche und des Verbindungselements sind

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konkav zylindrisch bzw, konvex zylindrisch und erstrecken sich diametral durch die Gelenkflächen hindurch. Es sind auch Doppelanordnungen von Kugel- und Pfannengelenkflächenpaaren möglich, wobei sich die zylindrischen Gleitflächen entlang eines gemeinsamen Durchmessers der Kugel- und Pfannengelenkflächen erstrecken

Bei der erfindungsgemäßen Prothese werden die Gelenkkomponenten eingepflanzt und bilden eine fest aneinandergelenkte Scharnieranordnung» Nach einem ersten nachoperativen Zeitraum, nachdem der Heilungsprozeß abgeschlossen ist und die beiden Gelenkkomponenten in der Kapsel des natürlichen Gelenkes festgewachsen sind, wird das Verbindungselement mit Hilfe eines verhältnismäßig kleinen Eingriffs wieder herausgenommen» Danach erfüllen die beiden Gelenkkomponenten durch das Zusammenwirken ihrer Gelenkflächen die gewünschte Gelenkfunktion, jedoch sind die beiden Komponenten nunmehr indirekt über die Knochen und die Gelenkkapsel miteinander verbunden, so daß die übertragung von Zugbeanspruchungen durch die Prothese beträchtlich vermindert ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen

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beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Pig, 1 schematisch eine auseinandergezogene

perspektivische Ansicht einer Ellbogengelenk-Endoprothese nach der Erfindung, und

Fig, 2 schematisch eine Seitenansicht der

in Pig, I dargestellten Prothese in zusammengesetztem Zustand und ihre' relative Lage mit Bezug auf die Elle und den Oberarmknochen,

Die dargestellte Prothese weist eine Oberarmkomponente und eine zweiteilige Ellenkomponente 11 sowie ein Verbindungselement in Form eines Stiftes 12 auf. Die Oberarmkomponente weist eine einstückige Konstruktion mit einem sich verjüngenden Markkanalsporn 13 auf, der an seinem dickeren Ende gegabelt ist und in zwei Schenkel 14 Übergeht, die an ihren Enden jeweils in einem kugelförmigen Gelenkelement enden. Der Sporn 13 weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und verjüngt sich bezüglich beider Quer-' abmessungen zu seinem freien, abgerundeten Ende hin. Außerdem besitzt der Sporn 13 infolge der Anordnung mehrerer

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Ringnuten 16 entlang seiner Länge eine profilierte Oberfläche,

Die allgemeine Geometrie der Oberarmkomponente ist bezüglich ihrer Längsmittelebene symmetrisch, die zwischen den Schenkeln IM verläuft. Dagegen ist die Oberarmkomponente mindestens im Bereich ihrer dickeren Enden mit den Gelenkelementen 15 in einer orthogonalen Längsebene gekrümmt, wie aus Pig, 2·ersichtlich ist.

Es ist festzustellen, daß die beiden Gelenkelemente mindestens in zu der eben erwähnten Längsmittelebene parallelen Ebenen einen Durchmesser besitzen, der· größer als die Querschnittsabmessungen des jeweils zugehörigen Schenkels 14 ist, so daß die Kugelflächen dieser Gelenkelemente in diesen Ebenen Winkel umschließen, die größer als 180° sind. Außerdem weisen die Gelenkelemente Diametralbohrungen 17 auf, die senkrecht zu den genannten Ebenen verlaufen.

Nachstehend wird die Ellenkomponente 11 beschrieben. Diese besitzt eine zweiteilige Form mit einem Schaft 18 und einem Körper 19, Der größere Teil der Länge des Schaftes 18 dient als Markkanalsporn 20 und ist ähnlich

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dem Sporn 13 der Oberarmkomponente ausgebildet, indem er einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt, sich zu seinem abgerundeten freien Ende hin bezüglich beider Querabmessungen verjüngt und mit Ringnuten 21 versehen ist, die mit gegenseitigen Abständen entlang seiner Länge- angeordnet sind. Der verbleibende kürzere Teil des Schaftes 18 weist eine Stirnplatte 22 auf, die ebenfalls rechteckig ausgebildet ist.

Der Körper 19 der Ellenkomponente weist einen Teil mit im wesentlichen rechteckiger Form und einen ähnlich ausgebildeten Teil 24 auf, der vom mittleren Bereich einer Seitenfläche des Teils 23 absteht, so daß der Körper 19 eine etwa T-artige Gesamtform hat, bei welcher der Teil den Querbalken und der Teil 24 den Schaft darstellt. Der Körper 19 ist außerdem mit zwei konkaven Vertiefungen versehen, die in den Eckbereichen zwischen den beiden Unterflächen des Querbalkenteils 23 und den angrenzenden Seitenflächen des Schaftteils 24 angeordnet sind. Diese Aussparungen besitzen jeweils einen entlang des Schaftteils 24 verlaufenden halbzylindrischen Bereich 25, der weich in einen kugeligen Bereich 26 im Querbalkenteil Übergeht, Die kugeligen Bereiche 26 weisen den gleichen Durchmesser und den gleichen gegenseitigen Abstand wie die

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Gelenkelemente 15 der Oberarmkomponente auf, zu denen sie komplementär ausgebildet sind, jedoch besitzen diese kugeligen Ausnehmungen eine geringere Ausdehnung als die Gelenkelemente 15 und umfassen nicht mehr als eine Halbkugel, Die komplementäre Ausbildung ist durch Anordnung zweier weiterer Ausnehmungen 27 vervollständigt, welche an der gleichen Seite des Teils 23 angeordnet sind und mit jeweils einer der Aussparungen 26 in Verbindung stehen. Diese weiteren Aussparungen sind an ihrer Verbindung mit den Aussparungen 26 grundsätzlich komplementär mit den konvex gekrümmten Teilen der Schenkel 14 ausgebildet, die an die Gelenkelemente 15 der Oberarmkomponente angrenzen.

Der Körper 19 ist außerdem mit Nuten 28 versehen, die vom Boden der kugeligen Aussparungen zur Außenkante der Aussparungen 27 führen. Weiterhin verläuft eine Bohrung 29 durch den Teil 24 entlang der gemeinsamen Diametralrichtung der sphärischen Aussparungen 26, Schließlich sind im Körperteil 23 halbzylindrische Vertiefungen 30 angeordnet, die Verlängerungen der Bohrung 29 darstellen. Ein Durchbruch 31 verläuft senkrecht zur Bohrung 29 durch den Teil 23 des Körpers 19 hindurch. Die Seitenflächen des Teils 23 sind mit zueinander senkrecht verlaufenden Nuten versehen. Die Bohrung 29 besitzt den gleichen Durchmesser

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wie die Bohrungen 17 der Oberarmkomponente und ist infolge der sie verlängernden halbzylindrischen Aussparungen 30 an den Stirnseiten des Körpers 19 ungehindert zugänglich. Der Durchbruch 31 hat eine rechteckige Form, die zu derjenigen des der Stirnplatte 22 des Schaftes 18 der Ellenkomponente komplementär ist, und verjüngt sich bezüglich beider Querabmessungen von seinem den Einschnitten 27 des Körpers 19 zugewandten Seite aus. Die Nuten 32 verlaufen parallel zu den Hauptabmessungen der betreffenden Seitenflächen und an der Seite der größeren öffnung des Durchbruchs 31 verlaufen die Nuten so um diese öffnung herum, daß sie eine zur Stirnplatte 22 des Schaftes 18 komplementäre Aussparung bilden.

Der Verbindungsstift 12 weist einen zylindrischen Zapfen 33 auf, der den gleichen Durchmesser wie die Bohrungen 17 und 29 der Gelenkkomponenten besitzt und an einem Ende einen Kopf 34 aufweist. Am anderen Ende ist der Zapfen 33 mit Gewinde versehen, auf welches eine Mutter 35 aufschraubbar ist.

Die dargestellten Komponenten bestehen vorzugsweise aus Metall, beispielsweise einer geeigneten Chrom-Kobalt-Molybdän-Legierung mit Ausnahme des Körpers 19, der aus einem geeigneten verträglichen Kunststoff, beispiels-

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weise hochdichtem Polyäthylen besteht.

Zur Einpflanzung der dargestellten Prothese wird das distale Ende des Oberarmknochens in geeigneter Weise angeschnitten und der freigelegte Markkanal ausgeräumt, damit der Markkanalsporn 13 der Oberarmkomponente darin mit Acrylzement oder einem gleichwertigen Füllmaterial befestigt werden kann. Die Konizität des Sporns 13 ist vorteilhaft, da dadurch der Zement um den Sporn herum in die netzartige Knochenwandung des Markkanals gedrängt wird und die Nuten 16 den Sporn mit dem Zement verzahnen. Die grundsätzliche Lage der Oberarmkomponente 10 nach Befestigung im Oberarmknochen ist in Pig, 2 dargestellt, wobei der Oberarmknochen mit 40 bezeichnet 1st,

Die Ellenkomponente wird im proximalen Ende der Elle befestigt, deren Kopf ausgehöhlt wird, so daß sie den Körper 19 aufnehmen kann. Der freigelegte Markkanal der Elle wird ausgeräumt, so daß er den Sporn 20 des Schaftes aufnehmen kann. Zur Befestigung des Körpers und des Schaftes 18 wird wiederum Acrylzement verwendet. Die sich ergebende relative Lage zur Elle, die mit 41 bezeichnet ist, ist in Fig, 2 ebenfalls ersichtlich. Der Körper 19 liegt so, daß seine das größere Ende des Durchbruches 31

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enthaltende Seitenfläche am Ende der Elle freiliegt und daß die Aussparungen 25 und 26 ebenfalls freiliegen.

Beim Zusammenbau der Komponenten werden die kugelförmigen Gelenkelemente 15 der Oberarmkomponente in die kugeligen Ausnehmungen 26 der Ellenkomponente gebracht, indem sie durch die zylindrischen Teile 25 der Ausnehmungen eingeführt werden. Dabei entsteht eine gelenkige Verbindung, wobei die Gelenkachse der gemeinsame Durchmesser der kugeligen Gelenkflächen ist. Beim Zusammensetzen werden auch die Bohrungen 17 und 29 und die Einschnitte 30 der Oberarmkomponente und der Ellenkomponente in miteinander fluchtende Stellung gebracht und die Anordnung wird als zeitweilige Maßnahme durch Einsetzen des Gelenkstiftes 12 durch die miteinander fluchtenden Bohrungen und Aufschrauben der Mutter 35 fixiert. Dadurch entsteht eine zweite gelenkige Verbindung in Scharnierform, deren Drehachse die Längsachse des Stiftes ist. Da die Stiftachse entlang des gemeinsamen Durchmessers der oben erwähnten Kugelflächen verläuft, sind die beiden Gelenkdrehmöglichkeiten koaxial und die erstere Gelenkverbindung bleibt erhalten, während die Anordnung mittels des Verbindungsstiftes fixiert ist. Die Aussparung 27 dient der Aufnahme der Schenkel Ik und ermöglicht in der einen Richtung relativ

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zum Körper 19 einen größs en Drehbereich der Oberarmkomponente 10 als in der anderen Richtung^ Die Kanäle 28 ermöglichen das Abfließen von Ablagerungen,

über das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel hinaus sind selbstverständlich Abwandlungen der Erfindung im weiteren Sinne der eingangs gemachten Ausführungen möglich. Beispielsweise kann anstelle der doppelten Kugel- und Pfannenanordnung des dargestellten Ausführungsbeispiels eine einfache Ausführung Anwendung finden oder es ist eine etwas kompliziertere Ausführungsform mit einem Gelenkflächenpaar denkbar, indem die beiden Gelenkflächenpaare zu einem sattelähnlichen Gebilde vereinigt werden. Außerdem kann, während beim dargestellten Ausführungsbeispiel kugelige Gelenkflächen verwendet werden, die natürliche Gelenkfunktion nahezu völlig durch einen einzigen Freiheitsgrad der gelenkigen Bewegung ersetzt werden und es können daher Gelenkflächen von im allgemeinen zylindrischer Form zur Herstellung einer geeigneten Scharnierfunktion Anwendung finden«

Außerdem kann die Form der Ellenkomponente abgewandelt werden. Diese Komponente weist vorzugsweise die dargestellte zweiteilige Form auf, da dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Formen einer solchen Komponente mit einstückig

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ausgebildetem Gelenkelement und Sporn weniger Knochensubstanz von der tßlle entfernt zu werden braucht. Außerdem kann der Gelenkkörper 19 mit Ausnahme des gesonderten Schaftes 18 seitlich von der Elle umgriffen werden. Trotzdem kann eine einstückige Ellenkomponente im Zusammenhang, mit der vorliegenden Erfindung benützt werden.

Schließlich.ist schon eingangs erwähnt worden, daß die Erfindung auch bei anderen Gelenk-Endoprothesen anwendbar ist. Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Prothese eignet sich beispielsweise das Knie, bei welchem die hauptsächliche Gelenkfunktion ebenfalls scharnierähnlich ist, ' '

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Claims

Patentansprüche

1J Gelenkendoprothese mit zwei an den beiden Knochen des betreffenden Gelenks befestigbaren Komponenten und einem diese beiden Komponenten miteinander verbindenden Verbindungselement, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden'Gelenkkomponenten (10, 11) zueinander komplementär ausgebildete, miteinander gelenkig zusammenwirkende Gelenkflächen (15, 26) sowie Durchbrüche (17, 29) aufweisen, deren Wandungsflächen unter sich gleiche Form besitzende Gleitflächen bilden, und daß das Verbindungselement (12) eine zu diesen Gleitflächen komplementäre Gifeitfläche (33) besitzt und zwecks Verbindung der beiden Gelenkkomponenten herausnehmbar in die Durchbrüche einsetzbar ist«

2, Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkflächen (15, 26) der beiden Gelenkkomponenten (10, 11) jeweils kugel- bzw« pfannenförmig ausgebildet sind und daß die genannten Gleitflächen (17, 29, 33) konkav bzw« konvexzylindrisch sind«

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2k ki nt

3, Prothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Kugel- (15) und Pfannengelenkflachen (26) sphärisch ausgebildet sind und jeweils gleichen Radius aufweisen und daß die genannten zylindrischen Gleitflächen nach dem Zusammensetzen der beiden Gelenkkomponenten (10, 11) diametral durch die genannten Kugelflächen hindurch verlaufen,

4, Prothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Gelenkkomponenten (10) gabelförmig ausgebildet ist und zwei gleiche Schenkel (14) besitzt, an deren freien Enden die genannten Gelenkflächen (15) und die erstgenannten Gleitflächen (17) angeordnet sind, und daß die andere Gelenkkomponente (11) eine etwa T-artige Form mit einem Stegteil (24) und einem Querbalkenteil (23) besitzt, wobei die Gelenkflächen (26) dieser Komponente an den freien Enden des Querbalkenteils angeordnet sind und im Stegteil eine der erstgenannten Gleitflächen vorgesehen ist,

5, Prothese nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine (11) der beiden Gelenkkomponenten (10, 11) zweiteilig ausgebildet ist und einen Gelenkteil mit den zugehörigen Gelenkflächen (26) und einen

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langgestreckten Markkanalsporn (18) aufweist, und daß der Gelenkteil (19) einen Durchbruch zur Aufnahme des Markkanalsporns aufweist,

6, Prothese nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gegabelte Qelenkkomponente (10) einen einstückig mit den beiden genannten Schenkeln (14) ausgebildeten und in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Markkanalsporn (13) aufweist.

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