DE69833736T2

DE69833736T2 - Drehbare Gelenkprothese mit axialer Fixierung

Info

Publication number: DE69833736T2
Application number: DE69833736T
Authority: DE
Inventors: Michael J. West Barnstable O'Neil; Arnold Taunton Oyola; Edward J. Duxbury Cheal
Original assignee: DePuy Products Inc
Current assignee: DePuy Products Inc
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: DE69833736D1; EP0904750B1; US5951603A; EP0904750A3; EP0904750A2

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft Gelenkprothesen. Insbesondere betrifft die Erfindung Tibialkomponenten von Kniegelenkprothesen, die ein Tibiallagereinsatzteil aufweisen, das axial an einer Tibialschale gesichert ist, und das in Bezug auf die Tibialschale, auf der es befestigt ist, drehbar ist.
Gelenkersatzchirurgie ist weitaus gang und gäbe und ermöglicht es vielen Individuen, normal zu funktionieren, wo dies andernfalls nicht möglich wäre. Künstliche Gelenke bestehen normalerweise aus Komponenten aus Metall, Keramik und/oder Kunststoff, die an dem existierenden Knochen angebracht werden.
Die Kniegelenkplastik ist ein wohlbekanntes chirurgisches Verfahren, durch das ein krankes und/oder beschädigtes natürliches Kniegelenk mit einem Prothesenkniegelenk ersetzt wird. Typische Knieprothesen enthalten eine femurale Komponente, eine Patella-Komponente, eine Tibialschale oder -Plateau und ein Tibiallagereinsatzteil. Die femurale Komponente enthält im allgemeinen ein Paar lateral voneinander distanzierte kondyläre Abschnitte, deren distale Oberflächen mit den komplementären kondylären Elementen, die in einem Tibiallagereinsatzteil ausgebildet sind, ein Gelenk bilden.
Die Tibialschale wird in der Tibia eines Patienten befestigt. Typischerweise wird das Tibiallagereinsatzteil, das gewöhnlich aus ultrahochmolekulargewichtigem Polyethylen (UHMWPE) hergestellt ist, auf der oberen Oberfläche der Tibialschale befestigt. Während des normalen täglichen Gebrauchs wirken Belastung und Beanspruchung auf die Knieprothese, und insbesondere auf das Tibiallagereinsatzteil, ein. Diese Kräfte können zur Verschiebung oder Dislokation des Einsatzes aus der Tibialschale führen. Um diese Kräfte abzufangen und das Risiko einer Dislokation zu reduzieren, wurden einige Tibialkomponenten von Knieprothesen so entworfen, daß sie eine Drehung des. Tibiallagereinsatzteils bezüglich der proximalen oder oberen Oberfläche der Tibialschale um die Längsachse der Prothese zulassen. Eine solche Drehung, wenn sie kontrolliert ist, kann die Kontaktfläche zwischen den femuralen Kondylen und dem Tibiallagereinsatzteil im gesamten Bereich der Kniebewegung vergrößern und somit die Beanspruchung des Tibiallagereinsatzteils verringern.
Einige Tibialkomponenten von Knieprothesen ermöglichen die Einsatzteildrehung, ohne eine axiale Sicherung des Tibiallagereinsatzteils innerhalb der Tibialschale bereitzustellen. Das heißt, daß einige Tibiallagereinsatzteile, die sich in Bezug auf die Tibialschale drehen können, nicht vollständig innerhalb der Tibialschale gesichert sind. Gewisse Kräfte, denen das Knie ausgesetzt ist, insbesondere Kräfte mit axial gerichteten Komponenten, können bewirken, daß sich das Tibiallagereinsatzteil von der Tibialschale löst.
Es sind verschiedene Konstruktionen für drehbare Tibialkomponenten von Kniegelenkprothesen auf dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel offenbaren US Patentschrift Nr. 4,219,893 (Noiles) und US Patentschrift Nr. 4,301,553 (Noiles) Kniegelenkprothesen, bei denen die Tibialkomponente eine Tibialschale umfasst, die eine Lagerfläche mit einem vertieften Teilbereich aufweist, in dem das Tibiallager ruhen kann. Es ist eine ausreichende Aussparung in der Lagerfläche der Tibialschale bereitgestellt, um eine gewisse medial-laterale Drehung des Tibiallagereinsatzteils in Bezug auf die Schale zuzulassen. Andere Patente, die Tibialkomponenten von Knieprothesen offenbaren, bei denen ein Tibiallagereinsatzteil in Bezug auf das Tibiallager drehbar ist, sind in den US Patenschriften Nrn. 5,059,216 (Winters); 5,071,438 (Jones und andere); 5,171,283 (Pappas und andere) und 5,489,311 (Cipolletti) offenbart. Das Dokument US-4 470 170 (Pappas u. a.) offenbart eine Kniegelenkprothese gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Trotz der existierenden Konstruktionen für Kniegelenkprothesen, die eine drehbare Tibialkomponente aufweisen, besteht ein Bedarf daran für Prothesen, die eine Drehung des Tibiallagereinsatzteils zulassen, um Beanspruchungen, die auf das Knie einwirken, aufzufangen. Zur gleichen Zeit sollten solche Tibiallagereinsatzteile eine ausreichende axiale Sicherung besitzen, um die Möglichkeit einer Subluxation des Tibiallagereinsatzteils zu verringern oder zu eliminieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Knieprothesensystem nach Anspruch 1, welches eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist, wobei die zweite Komponente in Bezug auf die erste Komponente drehbar ist, während eine axiale Sicherung der zweiten Komponente an der ersten Komponente aufrechterhalten wird. Der Begriff „axiale Sicherung" bezieht sich auf die Fähigkeit der zweiten Komponente, einem Austritt oder einer Lösung von der ersten Komponente zu widerstehen, wenn diese einer Lösekraft unterzogen wird. In einer bevorzugten Ausführungs form ist das Gelenkprothesensystem eine Kniegelenkprothese, bei der die erste Komponente eine Tibialschale und die zweite Komponente ein Tibiallagereinsatzteil zum Gebrauch in Kniegelenkprothesen ist.
Das Prothesensystem der Erfindung enthält eine erste Komponente (z.B. eine Tibialschale), die eine obere Befestigungsfläche und eine untere knochenkontaktierende Fläche aufweist. Die knochenkontaktierende Fläche kann einen Ankerstiel enthalten, der eine äußere, implantierbare Seite und distale Wände aufweist. Ein Hohlraum ist in der Befestigungsfläche ausgebildet und kann sich in einen Ankerstiel hinein erstrecken. Dieser Hohlraum ist durch eine innere Seite und distale Wände festgelegt.
Eine zweite Komponente (z.B. ein Tibiallagereinsatzteil) des Prothesensystems weist eine obere Gelenkfläche und eine untere Fläche, die in dem Hohlraum der ersten Komponente befestigbar ist, auf. Die untere Fläche enthält einen Paßstiel, der in dem Hohlraum der ersten Komponente befestigbar ist und der eine Größe und Form aufweist, die komplementär zu dem Hohlraum ist.
Das Prothesensystem enthält auch einen Sicherungsmechanismus, der zumindest eine negative Oberflächeneinrichtung, die an der inneren Seitenwand der ersten Komponente angeordnet ist, und zumindest eine verformbare positive Oberflächeneinrichtung, die an der zweiten Komponente eingerichtet ist, aufweist. Die negativen und positiven Oberflächeneinrichtungen können ineinander eingreifen, so daß sich bei Eingriff die zweite Komponente in Bezug auf die erste Komponente drehen kann, während sie axial an der ersten Komponente gesichert ist. In einer Ausführungsform sind die erste Oberflächeneinrichtung und die zweite Oberflächeneinrichtung so angepaßt und bemessen, daß sie ineinander eingreifen und eine Schnappverschluß-Anordnung bilden.
Das Prothesensystem kann auch eine axiale Bohrung enthalten, die in der oberen Lageroberfläche der zweiten Komponente ausgebildet ist, und die sich in den Paßstiel der zweiten Komponente hinein erstreckt. Die Bohrung weist eine Größe und Abmessungen auf, die ausreichen, um einen länglichen Verstärkungsstift aufzunehmen, der in der Bohrung befestigt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann der Einsatz des Verstärkungsstiftes den Eingriff der positiven und der negativen Oberflächeneinrichtung bewirken.
In einer anderen Ausführungsform ist die positive Oberflächeneinrichtung eine exzentrisch. geformte Rippe, die angepaßt ist, um sich an die negative Oberflächeneinrichtung (z.B. eine Rille) anzupassen. Die Rippe ermöglicht, daß sich eine Prothesenkomponente an eine andere Prothesenkomponente anpassen kann, um eine axiale Sicherung und eine geregelte Drehung der einen Komponente in Bezug auf die andere Komponente bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht zweier Komponenten eines Kniegelenkprothesensystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Vorderansicht der zusammengesetzten Komponenten, die in 1 gezeigt sind.
3 ist eine Seitenschnittansicht der zusammengesetzten Komponenten des in 2 gezeigten Prothesensystems, bei Linie 3-3.
4 ist eine Detailansicht eines Abschnitts „A" aus 3.
5 ist eine Vorderansicht eines Tibiallagereinsatzteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Schnittansicht des Tibiallagereinsatzteils aus 5, bei Linie 6-6.
7 ist eine Detailansicht des Abschnitts „B" des Tibiallagereinsatzteils aus 6.
8 ist eine Vorderansicht einer Tibialschale gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Vorderschnittansicht der Tibialschale aus 8, bei Linie 9-9.
10 ist eine Seitenschnittansicht der Tibialschale aus 9, bei Linie 10-10.
11 ist eine teilweise Schnittansicht des erfindungsgemäßen Prothesensystems, bei dem das Tibiallagereinsatzteil um ungefähr 4° in Bezug auf die Tibialschale gedreht ist.
12 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der verjüngte negative Oberflächeneinrichtungen in der Tibialschale ausgebildet sind.
13 ist eine Detailansicht des Abschnitts „C" der Tibialschale aus 8.
14 ist eine Perspektivansicht eines alternativen Tibiallagereinsatzteils, das in der vorliegenden Erfindung gebräuchlich ist.
15 ist eine Vorderansicht des Tibiallagereinsatzteils aus 14.
16 ist eine Seitenschnittansicht des Tibiallagereinsatzteils aus 15, bei Linie 16-16.
17 ist eine Vorderschnittansicht eines Prothesensystems, welches das Tibiallagereinsatzteil aus 16 verwendet, wobei das Tibiallagereinsatzteil nicht in der Tibialschale gesichert ist.
18 ist eine Vorderschnittansicht des Prothesensystems aus 17, wobei das Tibiallagereinsatzteil in der Tibialschale gesichert ist.
19 ist eine Schnittansicht eines Verstärkungsstiftes.
20 ist eine Vorderansicht, mit einem teilweisen Ausschnitt, eines Prothesensystems gemäß einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform.
21 ist eine Detailansicht des Details A des Systems aus 20.
22 ist eine Draufsicht des Prothesensystems aus 20, wobei das Tibiallagereinsatzteil in Bezug auf die Tibialschale um ungefähr 5° gedreht ist.
23 ist eine Schnittansicht bei den Linien 23-23 des Prothesensystems aus 22.
24 ist eine Ansicht des Details A aus 23.
25 ist eine Schnittansicht bei den Linien 25-25 des Prothesensystems aus 22.
26 ist eine Ansicht des Details B aus 25.
27 ist eine Schnittansicht eines nicht zusammengesetzten alternativen erfindungsgemäßen Prothesensystems.
28 ist eine Schnittansicht des Prothesensystems aus 27 in zusammengesetztem Zustand.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Prothesensystem 10 bereit, welches erste und zweite Komponenten aufweist, die axial aneinander gesichert werden können, während die Fähigkeit einer Komponente, sich in Bezug auf die andere Komponente zu drehen, aufrechterhalten wird. Zu Darstellungszwecken wird das System 10 als die Tibialkomponente einer Kniegelenkprothese gezeigt. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auf andere Prothesen anwendbar ist.
Mit Bezug auf die 1 und 2 enthält das System 10 eine erste Komponente in Form einer Tibialschale 14, auf der eine zweite Komponente befestigt ist, d.h. das Tibiallagereinsatzteil 12. Die Befestigung des Tibiallagereinsatzteils 12 auf der Tibialschale 14 ist derart, daß das Tibiallagereinsatzteil sich in Bezug auf die proximale oder obere Oberfläche 32 der Tibialschale drehen kann, während es axial an der Tibialschale gesichert bleibt.
Das Tibiallagereinsatzteil 12 weist eine vordere Seite 13, eine hintere Seite 15, eine obere Gelenkfläche 16 und eine untere Paßfläche 18 auf. Die obere Oberfläche 16 kann ein oder mehrere kondyläre Elemente 20 aufweisen, die angepaßt sind, um mit den komplementären Kondylen einer femuralen Komponente (nicht gezeigt) einer Kniegelenkprothese ein Gelenk zu bilden. Die untere Oberfläche 18 enthält vorzugsweise einen Paßstiel 22, der von der unteren Paßfläche 18 hervorsteht, und der angepaßt ist, um sich selektiv an die Tibialschale 14 anzupassen.
Die Tibialschale 14 enthält eine vordere Seite 17, eine hintere Seite 19, eine obere Paßfläche 32 und eine untere knochenkontaktierende Fläche 34. Die knochenkontaktierende Fläche 34 weist einen ersten Abschnitt 36 auf, der einen Teilbereich der unteren Oberfläche darstellt, der auf der proximalen Oberfläche einer herausgeschnittenen Tibia (nicht gezeigt) befestigt wird. Ein zweiter Abschnitt 38 der knochenkontaktierenden Fläche 34 erstreckt sich vom ersten Abschnitt 36 und ist so angepaßt, daß er sich in den Hohlraum (nicht gezeigt), der in der Tibia eines Patienten ausgebildet ist, erstreckt. Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt 38 ein länglicher Tibialstiel 39, der sich von dem ersten Abschnitt 36 erstreckt. Der Tibialstiel 39 weist äußere Seiten- und distale Wände 40, 41 auf. Die äußeren Seitenwände 40 des Tibialstiels 39 können unregelmäßige Oberflächeneinrichtungen (wie zum Beispiel Stufen 42) aufweisen, um die Knochenfixierung zu verbessern.
Die obere Oberfläche 32 der Tibialschale 14 enthält eine Öffnung 72 (die eine geeignete Form aufweisen kann, z.B. im wesentlichen kreisförmig), die mit einem Paßhohlraum 44 in Verbindung steht. In einer dargstellten Ausführungsform ist der Paßhohlraum 44 ein blinder Hohlraum, der durch die inneren Seitenwände 45, die sich in den Tibialstiel erstrecken, festgelegt ist. Der Paßhohlraum 44 wird von einer inneren distalen Wand 46 abgeschlossen, die im wesentlichen kegelförmig sein kann, oder die in einer anderen Form ausgebildet sein kann, die sich dazu eignet, einen Paßstiel 22 aufzunehmen.
Der Paßstiel 22 des Tibiallagereinsatzteils 12 ist so angepaßt, daß er in den Paßhohlraum 44 der Tibialschale paßt. Ein Sicherungsmechanismus sorgt dafür, daß der Paßstiel 22 in dem Paßhohlraum 44 auf solche Weise gesichert wird, daß das Tibiallagereinsatzteil axial an der Tibialschale gesichert ist. Außerdem muß sich das Tibiallagereinsatzteil in Bezug auf die Tibialschale drehen können, während die zwei Komponenten aneinander gesichert sind.
Der Durchschnittsfachmann wird sofort zu schätzen wissen, daß die Abmessungen des Hohlraums 44 und des Paßstiels 22 veränderbar sind. In einer Ausführungsform weist der Hohlraum 44 einen Durchmesser auf, der sich von dessen proximalem Ende 51 zu dessen distalem Ende 53 bei einem Winkel in einem Bereich von ungefähr 0,25° bis 5° verjüngt. Der Durchmesser am proximalen Ende 51 befindet sich in einem Bereich von ungefähr 5 bis 40 mm und der Durchmesser am distalen Ende 53 befindet sich in einem Bereich von ungefähr 3 bis 39 mm. Der Hohlraum 44 weist vorzugsweise eine Tiefe auf, die sich in einem Bereich von ungefähr 5 bis 75 mm befindet.
Der Paßstiel 22 sollte eine Größe und Form aufweisen, die komplementär zum Hohlraum 44 ist. Demgemäß sollte sich der Durchmesser des Stiels 22 von ungefähr 6 bis 38 mm an einem proximalen Ende auf ungefähr 3 bis 30 mm an einem distalen Ende verjüngen. Die Länge des Stiels 22 befindet sich vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 4 bis 75 mm.
Die obere Oberfläche 16 des Tibiallagereinsatzteils 12 kann wahlweise eine Blindbohrung 52 der An enthalten, die in der Ausführungsform der 15 bis 18 dargestellt ist. Die Blindbohrung 52 ist im wesentlichen zentral angeordnet und weist eine Größe und Form auf, die ausreichen, um einen Verstärkungsstift 54 der Art, die in 19 gezeigt ist, aufzunehmen. Solche Verstärkungsstifte sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt und können im wesentlichen zylindrisch geformt und aus einem Metall oder einer Metall-Legierung hergestellt sein. Solche Stifte können auch gerändelte oder gerillte Oberflächeneinrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. In einer Ausführungsform ist die Bohrung 52 zylindrisch und weist einen Durchmesser von ungefähr 1 bis 12 mm und eine Tiefe von ungefähr 5 bis 75 mm auf.
Wie in den 1 bis 13 gezeigt, enthält der Sicherungsmechanismus der Tibialschale 14 und des Tibiallagereinsatzteils 12 zumindest eine negative Oberflächeneinrichtung 24 und zumindest eine positive Oberflächeneinrichtung 26, die bei Eingriff eine Schnappverschlußanordnung bilden, die eine Drehung der zweiten Komponente in Bezug auf die erste Komponente zuläßt, während sie die beiden Komponenten axial aneinander sichert. Vorzugsweise ist die axiale Sicherung ausreichend, um einen Austritt des Tibiallagereinsatzteils 12 von der Tibialschale 14 zu verhindern, wenn eine Lösekraft, z.B. eine nach oben gerichtete Kraft, auf das Tibiallagereinsatzteil 12 einwirkt.
Die negative Oberflächeneinrichtung 24 kann die Form einer oder mehrerer Rillen 28 annehmen, die in dem Paßhohlraum 44 gebildet sind. Die Rillen 28 können in dem Hohlraum 44 am proximalen Ende 51, am distalen Ende 53 oder an dazwischen liegenden Stellen angeordnet sein. In einer Ausführungsform sind separate Rillen 28 auf jeder der vorderen und der hinteren Seite des Paßhohlraums 44 gebildet. Jede Rille 28 hat die Form eines Bogens, der sich entlang eines Abschnitts der Umfangslänge des Paßhohlraums 44 erstreckt. Vorzugsweise bildet jede Rille einen Bogen von ungefähr 5° bis 60°.
Jede Rille 28 ist durch eine erste vertikale Fläche 56, eine horizontale Schulter 58, eine vertiefte vertikale Fläche 60 und eine Bodenfläche 62 festgelegt. Die horizontale Schulter 58 kann sich von der vertieften vertikalen Fläche 60 in einem Winkel von zwischen ungefähr 45° und 90°, am meisten bevorzugt in einem Winkel von 90°, erstrecken. Die Länge (L₁) der horizontalen Schulter 58, welches die Distanz ist, um die die vertiefte vertikale Fläche 60 von der ersten vertikalen Fläche 56 versetzt ist, sollte ausreichend sein, um den Eingriff der positiven Oberflächeneinrichtungen 26 mit den Rillen 28 sicherzustellen und aufrecht zu erhalten. Vorzugsweise beträgt diese Länge (L₁) ungefähr 0,25 bis 3,00 mm.
Der Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß die Höhe (H) der vertieften vertikalen Fläche 60 in Abhängigkeit von den Anforderungen einer gegebenen Anmeldung variieren kann. In jedem Fall muß diese Höhe ausreichen, um die positiven Oberflächeneinrichtungen unterzubringen. Wie unten beschrieben muß die Höhe nicht konstant sein. Statt dessen kann sich die Höhe von einer maximalen Höhe (H_max) an einem zentralen Abschnitt der Rille auf eine minimale Höhe (H_min) an den Endabschnitten 31 der Rille verjüngen. Der Gebrauch einer Rille, die eine sich verjüngende Höhe aufweist, kann die Drehbewegung des Tibiallagereinsatzteils 12 allmählich beschränken.
Wie oben bemerkt ist zumindest eine Rille 28 in der Tibialschale angeordnet. Die Rille(n) kann/können auf jedem Teil der Tibialschale vorhanden sein, solange sie mit einer korrespondierenden positiven Oberflächeneinrichtung auf dem Tibiallagereinsatzteil in Eingriff gebracht werden können. Die Rille(n) sind vorzugsweise in dem Paßhohlraum 44, entweder auf dessen inneren Seitenwänden 45 oder auf dessen distaler Wand, angeordnet. In einer in den 1 bis 13 dargestellten Ausführungsform sind die Rillen an einem proximalen Ende des Paßhohlraums 44 angeordnet.
Obwohl nur eine kontinuierliche Rille benutzt werden kann, verwendet man vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende Rillen. Zu Darstellungszwecken werden die Rillen 28 auf sich gegenüberliegenden vorderen 17 und hinteren 19 Seiten der Tibialschale 14 gezeigt. Es versteht sich jedoch, daß sich gegenüberliegende Rillen statt dessen an anderen Stellen der Tibialschale angeordnet sein können, einschließlich an den medialen und lateralen Seiten der Tibialschale.
Der Durchschnittsfachmann wird sofort zu schätzen wissen, daß geeignete negative Oberflächeneinrichtungen neben den hierin beschriebenen Rillen andere Strukturen enthalten können.
Positive Oberflächeneinrichtungen 26 enthalten praktisch jegliche Strukturen, die von dem Tibiallagereinsatzteil 12 hervorstehen, die an die negativen Oberflächeneinrichtungen 24 (z.B.
Rillen 28) der Tibialschale 14 angepaßt sein können, um zu ermöglichen, daß sich das Tibiallagereinsatzteil 12 in Bezug auf die Tibialschale 14 drehen kann und um diese Komponenten axial aneinander zu sichern.
In Bezug auf die 1 bis 13 enthält das System 10 zumindest eine positive Oberflächeneinrichtung, von denen jede hervorstehende Bauteile enthält, die auf einem Abschnitt des Tibiallagereinsatzteils 12 ausgebildet sind, derart daß sie sich an die Rillen anpassen können. In einer Ausführungsform ist jede positive Oberflächeneinrichtung ein Schnapp-Bauteil 64, welches leicht verformbar oder biegbar ist, das über einen Abschnitt der Oberfläche des Tibiallagereinsatzteils 12 einen Bogen bildet. Jedes Schnapp-Bauteil 64 bildet einen Bogen, der kleiner als der korrespondierende Bogen der Rille 28, mit der es in Eingriff treten soll, ist, um die Drehung des Tibiallagereinsatzteils 12 in Bezug auf die Tibialschale 14 zu erleichtern, wenn die Rillen 28 und Schnapp-Bauteile 64 aneinander angepaßt sind. Der Bogen, der von den Schnapp-Bauteilen 64 gebildet wird, sollte ungefähr 5° bis 90° kleiner als der der Rillen 28 sein. Vorzugsweise bilden die Schnapp-Bauteile 64 einen Bogen von 4° bis 85°.
Zu Illustrationszwecken ist gezeigt, daß das Schnapp-Bauteil 64 auf einem Abschnitt der unteren Oberfläche 18 des Tibiallagereinsatzteils 12 gebildet ist, der in der Nähe des Paßhohlraums 44 liegt. Es versteht sich jedoch, daß das Schnapp-Bauteil an alternativen Stellen auf dem Tibiallagereinsatzteil 12 angeordnet sein kann.
Wie in den 4, 7 und 11 gezeigt, kann jedes Schnapp-Bauteil eine ausladende Wand 66 enthalten, die sich von dem Tibiallagereinsatzteil 12 erstreckt. Ein distales Ende 68 der ausladenden Wand erstreckt sich radial von der Wand 66 nach außen und weist eine Radiuswand 70 und eine Eingriffsschulter 74 auf. In einer dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die ausladende Wand vertikal von der unteren Oberfläche 18 nach unten, und die Eingriffsschulter 74 weist eine horizontale Fläche 76 auf, die orthogonal zu der ausladenden Wand 66 ist. Die ausladende Wand 66 ist vorzugsweise von der benachbarten Oberfläche 65 des Paßstiels 22 um eine Distanz von ungefähr 0,25 bis 3,00 mm getrennt.
Der Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß die Abmessungen des Schnapp-Bauteils variieren können. Im allgemeinen jedoch hat die ausladenden Wand 66 eine Länge von ungefähr 0,25 bis 3,00 mm. Die horizontale Fläche 76 der Eingriffsschulter 74 erstreckt sich vorzugsweise über eine Distanz von ungefähr 0,25 bis 3,00 mm. Die Radiuswand 70 sollte eine ausreichende Krümmung aufweisen, um das Anpassen des Schnapp-Bauteils 84 in der Rille 28 zu fördern. In einer Ausführungsform weist die Radiuswand 70 einen Radius in einem Bereich von ungefähr 0,10 mm bis 1,00 mm auf.
Das System 10 wird zusammengesetzt, indem man das Tibiallagereinsatzteil 12 in die Tibialschale 14 treibt. Während die Radiuswand 70 die Tibialschale 14 berührt und während Kraft auf das Tibiallagereinsatzteil 12 angewandt wird, gleitet die Radiuswand 70 an der ersten vertikalen Fläche 56 der Rille 28 vorbei. In einer Ausführungsform biegt sich die ausladende Wand 66 des Schnapp-Bauteils 64 um ein minimales Ausmaß, das ausreicht, um das Anpassen des Schnapp-Bauteils und der Rille auszuführen. Sobald das Schnapp-Bauteil vollständig in die Rille eingeführt ist, kehrt die ausladenden Wand 66 in ihre ursprüngliche Position zurück und die horizontale Fläche 76 der Eingriffsschulter 74 des Schnapp-Bauteils stößt an die horizontale Schulter 58 der Rille, wodurch sie eine axiale Sicherung des Tibiallagereinsatzteils 12 an der Tibialschale 14 bereitstellt.
Zur gleichen Zeit ist ein gewisser Grad an Drehung des Tibiallagereinsatzteils in Bezug auf die Tibialschale möglich, da der von den Rillen festgelegte Bogen größer als der von den Schnapp-Bauteilen festgelegte Bogen ist. Vorzugsweise kann sich das Tibiallagereinsatzteil in einem Bereich von ungefähr 1° bis 30° drehen.
In einer in den 12 und 13 gezeigten Ausführungsform können die Rillen 28 eine Höhe aufweisen, die sich von einer maximalen Höhe (H_max) an einem zentralen Abschnitt 30 der Rille 31 auf eine minimale Höhe (H_min) an den Endabschnitten der Rille verjüngt. Als Beispiel kann die maximale Höhe ungefähr 0,25 mm betragen und die minimale Höhe kann ungefähr 30 mm betragen. Der Gebrauch einer verjüngten Rille kann vorteilhaft sein, da er einen zunehmenden Widerstand gegen Drehung ermöglicht, wodurch eine Drehung allmählich beschränkt wird.
Der Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß jedes Schnapp-Bauteil Abmessungen haben sollte, die dafür geeignet sind, daß es raumfest in die Rillen 28 mit im wesentlichen keinem axialen Spielraum passen kann. Die Passung der Schnapp-Bauteile in den Rillen sollte jedoch nicht so raumfest sein, daß sie eine übermäßige Reibung bei Drehung des Tibiallagereinsatzteils verursacht. Falls erwünscht kann ein Dichtungs-Bauteil (nicht gezeigt) in den Rillen 28 angeordnet sein, um den axialen Spielraum oder die radiale Bewegung zu reduzieren.
Es versteht sich, daß die negativen und positiven Oberflächeneinrichtungen an jeder beliebigen Stelle auf dem Tibiallagereinsatzteil 12 und der Tibialschale 14 angeordnet sein können, die es ermöglicht, daß diese Oberflächeneinrichtungen angemessen ineinander eingreifen können, um das Tibiallagereinsatzteil 12 richtig in Bezug auf die Tibialschale 14 auszurichten. In einer Ausführungsform sind zumindest zwei positive Oberflächeneinrichtungen auf dem Tibiallagereinsatzteil an einander gegenüberliegenden Stellen vorhanden.
Der Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß der Sicherungsmechanismus der Tibialschale und des Tibiallagereinsatzteils (oder irgendeines anderen Gelenksystems der Erfindung) durch jede beliebige Struktur abgeändert werden kann, die die axiale Sicherung des Tibiallagereinsatzteils an der Tibialschale erleichtert, während die Drehbarkeit des Tibiallagereinsatzteils aufrechterhalten wird. Die 14 bis 18 stellen eine Ausführungsform dar, bei der das distale Ende 78 des Paßstiels 22 positive Oberflächeneinrichtungen in Form von erweiterbaren keilähnlichen Elementen 80 enthält, von denen jedes durch einen Schlitz 81 getrennt ist. Jedes keilähnliche Element 80 weist eine hervorstehende Schulter 82 auf einer seiner äußeren Oberflächen auf. Die erweiterbaren keilähnlichen Elemente 80 ermöglichen im Zusammenwirken mit den Schlitzen 81, daß sich der Durchmesser des distalen Endes 78 des Paßstiels 22 von einem ersten Durchmesser (D₁) auf einen zweiten Durchmesser (D₂) erweitern kann. Der erste Durchmesser (D₁), wie in 17 gezeigt, ist nicht ausreichend, um zu ermöglichen, daß die hervorstehenden Schultern 82 der keilähnlichen Elemente 80 in eine korrespondierende negative Oberflächeneinrichtung (z.B. Rille 84) in dem Paßhohlraum 44 eingreifen können. Jedoch verursacht eine Erweiterung des Paßstiels 22 auf den zweiten Durchmesser(D₂), wie in 18 gezeigt, eine Interaktion zwischen den hervorstehenden Schultern 82 und der Rille 84, was das Entfernen des Tibiallagereinsatzteils 12 von der Tibialschale 14 verhindert. Trotz dieser axialen Sicherung kann sich das Tibiallagereinsatzteil 12 immer noch in Bezug auf die Tibialschale 14 drehen.
Die Erweiterung des Paßstiels vom ersten Durchmesser auf den zweiten Durchmesser kann durch das Einführen eines Verstärkungsstiftes 54 in einer Blindbohrung 52, die in der oberen Gelenkfläche 16 des Tibiallagereinsatzteils 12 ausgebildet ist, erreicht werden. Die Passung des
Stiftes 54 in der Bohrung 52 verursacht die Erweiterung des distalen Endes des Paßstiels vom ersten auf den zweiten Durchmesser.
Der Verstärkungsstift 54 kann von der Art sein, die oben beschrieben und in 19 gezeigt ist. Die Blindbohrung 52 ist vorzugsweise im wesentlichen zentral auf der oberen Gelenkfläche 16 des Tibiallagereinsatzteils 12 angeordnet und weißt eine Größe und Form auf, die ausreicht, um einen Verstärkungsstift 54 aufzunehmen. In einer Ausführungsform ist die Bohrung 52 zylindrisch und weist einen Durchmesser von ungefähr 1 bis 12 mm und eine Tiefe von ungefähr 12 bis 76 mm auf. Der Verstärkungsstift 54 kann einen Durchmesser von ungefähr 1 bis 10 mm und eine Länge von ungefähr 5 bis 60 mm aufweisen.
Die 14 bis 18 stellen vier keilähnliche Elemente 80 dar, die am distalen Ende 78 des Paßstiels 22 ausgebildet sind. Es versteht sich jedoch, daß eine alternative Anzahl an Keilelementen 80 vorhanden sein kann. Zum Beispiel kann der Paßstiel 22 nur zwei oder drei Keilelemente, oder mehr als vier aufweisen.
Als Alternative kann das Tibiallagereinsatzteil 12 keilähnliche Elemente 80 enthalten, die auf einen ersten Durchmesser vorgespannt sind, der die axiale Sicherung mit der Tibialschale 14 ermöglicht. Bei der Passung des Tibiallagereinsatzteils 12 mit der Tibialschale 14 werden die keilähnlichen Elemente auf einen zweiten, kleineren Durchmesser zusammengedrückt. Bei richtigem Sitz des Tibiallagereinsatzteils kehren die keilähnlichen Elemente zum ersten Durchmesser zurück.
Die 27 und 28 stellen eine alternative Ausführungsform dar, bei der die keilähnlichen Elemente 80 an einem mehr proximalen Abschnitt des Paßstiels 22 angeordnet sind.
Die 20 bis 26 stellen einen alternativen Sicherungsmechanismus für die Tibialschale 14 und das Tibiallagereinsatzteil 12 dar, der zumindest eine negative Oberflächeneinrichtung 85 auf der Tibialschale und zumindest eine positive Oberflächeneinrichtung 87 auf dem Tibiallagereinsatzteil enthält, die aneinander angepaßt werden können, um das Tibiallagereinsatzteil 12 an der Tibialschale 14 zu sichern, während er die Drehung des Tibiallagereinsatzteils 12 in Bezug auf die Tibialschale 14 zuläßt.
Die negative Oberflächeneinrichtung 85 kann die Form einer zumindest einen Umfangsrille 90 annehmen, die sich teilweise oder vollständig um die Umfangslänge des Paßhohlraums 44 erstreckt. Die Umfangsrille 90 kann sich in linearer Weise um die inneren Seitenwände 45 der Umfangslänge des Paßhohlraums 44 erstrecken, oder sie kann einem anderen Weg folgen, wie zum Beispiel einem exzentrischen, sinusförmigen, parabolischen oder wellenförmigen Weg. Ferner kann/können die Umfangsrille(n) an jeder beliebigen Stelle der Tibialschale vorhanden sein, solange sie in eine korrespondierende positive Oberflächeneinrichtung auf dem Tibiallagereinsatzteil 12 eingreifen kann/können. Die Umfangsrille(n) ist/sind vorzugsweise auf den inneren Seitenwänden 45 des Paßhohlraums 44 angeordnet. Die Umfangsrille 90 kann an jeder beliebigen Stelle zwischen den proximalen und distalen Enden 51, 53 des Paßhohlraums 44 angeordnet sein.
Die Abmessungen der Umfangsrille(n) 90 können innerhalb Grenzen, die der Durchschnittsfachmann sofort zu schätzen weiß, variieren. Die Umfangsrille 90 kann eine im wesentlichen konstante Öffnungsbreite (W) in einem Bereich von ungefähr 1 bis 20 mm aufweisen. Die Tiefe der Umfangsrille 90 befindet sich im allgemeinen in einem Bereich von 0,25 bis 2,00 mm.
Der Durchschnittsfachmann wird sofort zu schätzen wissen, daß geeignete negative Oberflächeneinrichtungen neben der hierin beschriebenen Umfangsrille andere Strukturen enthalten kann.
Die positive Oberflächeneinrichtung 87 enthält praktisch auch jede beliebige Struktur, die von dem Tibiallagereinsatzteil 12 hervorsteht, die sich an die negative Oberflächeneinrichtung 85 (z.B. die Umfangsrille 90) der Tibialschale 14 anpassen kann, um zu ermöglichen, daß das Tibiallagereinsatzteil 12 sich in Bezug auf die Tibialschale 14 drehen kann und um diese Komponenten axial aneinander zu sichern.
Wie in den 20 bis 26 gezeigt nimmt die positive Oberflächeneinrichtung 87 die Form einer exzentrischen Rippe 86 an, die sich über einen Abschnitt der Oberfläche des Tibiallagereinsatzteils 12 erstreckt. Der Begriff „exzentrische Rippe" betrifft die Eigenschaft der Rippe 86, die es ihr ermöglicht, einen im wesentlichen sinusförmigen, parabolischen oder wellenförmigen Weg um einen Teil der äußeren Oberfläche des Paßstiels 22 zu bilden. Vorzugsweise beträgt die Differenz zwischen hohen und tiefen Punkten in der Oszillation der Rippe 86 ungefähr 1 bis 10 mm. Die Rippe 86 kann sich um den Umfang des Paßstiels 22 über einen Bereich von ungefähr 1 bis 4 Oszillationszyklen erstrecken.
Die Abmessungen der Rippe 86 können ebenfalls variieren und hängen weitgehend von den Abmessungen der Umfangsrille 90 ab. Die Rippe 86 muß Abmessungen aufweisen, die es ihr ermöglichen, in die Umfangsrille 90 zu passen, um das Tibiallagereinsatzteil 12 axial an der Tibialschale 14 zu sichern. Es muß auch eine ausreichende Aussparung vorhanden sein, um eine gewisse Bewegung von Seite zu Seite der Rippe 86 in der Umfangsrille 90 zu ermöglichen, um eine gewisse Drehung des Tibiallagereinsatzteils 12 zuzulassen. Die Rippe 86 muß auch eine Stärke (T) aufweisen, die geringer als die Breite (W) der Umfangsrille 90 ist. Im allgemeinen bewegt sich die Stärke (T) der Rippe 86 zwischen ungefähr 1 und 15 mm. Die exzentrische Rippe 86 sollte von dem Paßstie 22 um eine Distanz, die weniger als die Tiefe der Umfangsrille 90 beträgt, hervorstehen.
Die exzentrische Rippe 86 kann an verschiedenen Stellen auf dem Tibiallagereinsatzteil 12 angeordnet sein. Vorzugsweise ist die exzentrische Rippe 86 jedoch auf einer Oberfläche des Paßstiels 22 ausgebildet, und zwar derart daß sie sich teilweise um den Umfang des Paßstiels 22 erstreckt.
Bei der Passung der Rippe 86 in der Umfangsrille 90 werden das Tibiallagereinsatzteil 12 und die Tibialschale axial aneinander gesichert. Das Tibiallagereinsatzteil 12 kann sich auch in Bezug auf die Tibialschale 14 drehen. Der Grad an Drehung ist im allgemeinen jedoch auf ungefähr 5° bis 90° beschränkt. Bei Fortschreiten der Drehung trifft der hohe Punkt 102 und/oder tiefe Punkt 104 der Rippe 86 auf die Wände der Rille, wodurch eine weitere Drehung verhindert wird, oder wodurch die Kraft, die notwendig ist, um eine Drehung zu bewirken, extrem vergrößert wird. In einer Ausführungsform weisen die Rippe 86 und die Rille 90 im allgemeinen dieselbe Form auf.
Der Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß die Drehung des Tibiallagereinsatzteils ferner geregelt werden kann, indem andere Abmessungen der Umfangsrille 90 und/oder der exzentrischen Rippe 86 variiert werden, wie zum Beispiel die Länge der exzentrischen Rippe, die Distanz, um die sich die exzentrische Rippe in die Umfangsrille erstreckt, und die Breite der Umfangsrille.
Die 22 bis 26 stellen die Fähigkeit der Rille 90 und der Rippe 86 dar, die Drehung des Tibiallagereinsatzteils 12 zu beschränken. In 22 ist das Tibiallagereinsatzteil um ungefähr 5° gedreht. Dabei treffen die hohen Punkte 102 der Rippe 86, wie in 23 und 24 gezeigt, auf die oberen Wände 106 der Rille 90, wodurch sie eine weitere Drehung verhindern oder die Kraft, die notwendig ist, um eine weitere Drehung zu bewirken, extrem vergrößern. Zur gleichen Zeit treffen, wie in 25 und 26 gezeigt, die tiefen Punkte 104 der Rippe 86 auf die unteren Wände 108 der Rille 90.
Der Durchschnittsfachmann wird zu schätzen wissen, daß die Komponenten des Systems 10 der Erfindung aus einer Anzahl bekannter Materialien hergestellt werden können. Das Tibiallagereinsatzteil ist typischerweise aus einem polymerischen Material, wie zum Beispiel einem ultrahochmolekulargewichtigen Polyethylen, hergestellt. Das Tibiallagereinsatzteil kann aus einer Anzahl bekannter Metalle und Metall-Legierungen, die für implantierbare Prothesen geeignet sind, hergestellt werden.

Claims

Gelenkprothesensystem (10), umfassend: eine erste Komponente (14) aufweisend eine obere Befestigungsfläche (32) und eine untere knochenkontaktierende Fläche (34), wobei die obere Befestigungsfläche (32) einen Hohlraum (44) aufweist, der durch innere Seiten- und distale Wände (45, 46) festgelegt ist, eine zweite Komponente (12) aufweisend eine obere Gelenkfläche (16), eine untere Passfläche (18) und einen Passstiel (22), der von der unteren Passfläche (18) vorsteht, wobei der Passstiel (22) eine Stielbefestigungsfläche enthält, die in dem Hohlraum (44) befestigbar ist, und einen Sicherungsmechanismus (28, 64, 84, 82), der eine formschlüssige axiale Sicherung der zweiten Komponente (12) an der ersten Komponente (14) bereitstellt und gleichzeitig die Drehung der zweiten Komponente (12) in Bezug auf die erste Komponente (14) zulässt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsmechanismus (28, 64, 84, 82) zumindest eine verformbare positive Oberflächeneinrichtung (64, 82), die an der zweiten Komponente (12) angeordnet ist, und mindestens eine gekrümmte negative Oberflächeneinrichtung (28, 84), die an der ersten Komponente (14) angeordnet ist und mit der positiven Oberflächeneinrichtung (64, 82) in Eingriff bringbar ist, um die zweite Komponente (12) formschlüssig an der ersten Komponente (14) axial zu fixieren, und deren Umfang größer als der Umfang der positiven Oberflächeneinrichtung (64, 82) ist, um die Drehung der zweiten Komponente (12) in Bezug auf die erste Komponente (14) zuzulassen, umfaßt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehung der zweiten Komponente (12) um ± 5 bis 90 Grad in Bezug auf die erste Komponente (14) zugelassen wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zumindest eine negative Oberflächeneinrichtung (28, 84) axial von einem Maximalwert an ihrem umfangsmäßig zentralen Abschnitt zu einem Minimalwert an ihren Umfangsaußenpunkten verjüngt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine positive Oberflächeneinrichtung (64, 82) auf der unteren Oberfläche (18) der zweiten Komponente (12) benachbart zu einem proximalen Abschnitt der Passstielbefestigungsfläche der zweiten Komponente (12) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine negative Oberflächeneinrichtung (28, 84) an einem proximalen Ende der inneren Seitenwand (45) des Hohlraums (44) ausgebildet ist und die zumindest eine positive Oberflächeneinrichtung (64, 82) benachbart zu einem proximalen Ende der Stielbefestigungsfläche der zweiten Komponente (12) ausgebildet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (14) eine Tibialschale und die zweite Komponente (12) ein Tibiallagereinsatzteil ist.
System nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine axiale Bohrung (52), die in der oberen Oberfläche (16) des Tibiallagereinsatzteils (12) ausgebildet ist und sich in den Passstiel (22) hinein erstreckt, wobei die axiale Bohrung (52) durch eine Bohrungsinnenseitenwand festgelegt ist, und einen Verstärkungsstift (54), der in der axialen Bohrung (52) anbringbar ist, wobei der Verstärkungsstift (54) ein proximales und ein distales Ende aufweist.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine negative Oberflächeneinrichtung (28, 84) in Form von einer oder mehreren einzelnen, in der inneren Seitenwand (45) eines distalen Endes des Hohlraums (44) ausgebildeten negativen Oberflächeneinrichtung(en) (84) vorhanden ist und die zumindest eine positive Oberflächeneinrichtung (82) in Form von einer oder mehreren, auf der Stielbefestigungsfläche ausgebildeten positiven Oberflächeneinrichtung(en) (82) vorhanden ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsfläche einen Durchmesser aufweist, der erweiterbar ist zwischen einem ersten Durchmesser, der keinen Eingriff der einen oder der mehreren positiven Oberflächeneinrichtung(en) (82) in die eine oder die mehreren negativen Oberflächeneinrichtung(en) (84) erlaubt, und einem zweiten Durchmesser, der einen Eingriff der einen oder der mehreren positiven Oberflächeneinrichtungen(en) (82) in die eine oder die mehreren negativen Oberflächeneinrichtung(en) (84) erlaubt, um die zweite Komponente (12) an der ersten Komponente (14) axial zu sichern.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff des distalen Endes des Verstärkungsstifts (54) mit einem distalen Ende der Bohrungsinnenseitenwand die Erweiterung der Stielbefestigungsfläche von dem ersten zu dem zweiten Durchmesser bewirkt.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axial Bohrung (52) eine Tiefe im Bereich von ungefähr 5 bis 75 mm aufweist.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsstift (54) eine Länge im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 75 mm aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (44) eine Tiefe im Bereich von ungefähr 5 bis 75 mm aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Passstiel (22) eine Länge im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 75 mm aufweist.