DE10221965A1

DE10221965A1 - Schenkelhalsendoprothese

Info

Publication number: DE10221965A1
Application number: DE10221965A
Authority: DE
Inventors: Volkmar Jansson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-12-18
Also published as: AU2003269576A1; AU2003269576A8; WO2003096938A2; WO2003096938A3

Abstract

Es wird eine im Schenkelhals liegende Endoprothese vorgestellt, welche durch die Kombination eines breiten Abstützkragens mit einlaufenden Rippen über eine rotations- und biegestabile proximale Verankerung direkt an der Osteotomieebene verfügt, so dass in dem wichtigen proximalen Bereich direkt an der Osteotomieebene eine maximale Stabilität erreicht wird. Zusätzlich kann über ein von proximal eingebrachtes Verankerungselement fakultativ die Stabilität während der Einheilungsphase durch Verspannen der Endoprothese gegen den Knochen erhöht werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoprothese zur Verankerung im Schenkelhals des Oberschenkelknochens.

Die langfristig stabile Verankerung von künstlichen Gelenken (Endoprothesen) im Knochen stellt eine der großen Herausforderungen in der Orthopädie und Unfallchirurgie dar. Da nach wie vor alle im Knochen verankerten Endoprothesen eines Tages auslockern, stellt sich die Frage nach möglichst proximal verankernden Endoprothesen, da durch die proximale Belastung des Knochens das Knochenwachstum in diesem Bereich angeregt und eine Knochenatrophie im Sinne des sogenannten "stress shieldings" vermieden wird. Bei einer Auslockerung steht dann im proximalen Bereich des Oberschenkelknochens i. a. noch ausreichend Knochenmasse zur Verfügung, so dass die Voraussetzungen bei einer Wechseloperation günstiger sind. Bei den ganz proximal und nur im Schenkelhals liegenden Prothesen (den sogenannten "Schenkelhalsprothesen") sind die Bedingungen bei einer Wechseloperation sogar ganz besonders günstig, da die Auslockerung derartiger kleiner Implantate meistens nur einen geringen Knochenverlust bedingen.

Bereits 1952 stellte Thomson eine solche im proximalen Oberschenkelknochen liegende Endoprothese vor, die das Prinzip des damals schon bekannten Lamellennagels zur Stabilisierung im Schenkelhals ausgenutzt (Thomson JEM (1952) A prosthesis for the femoral head. The journal of bone and joint surgery 34-A No 1: 175-182)

1977 wurde eine Schenkelhalsprothese vorgestellt (DE 27 24 234 C2), welche sich mit Hilfe einer "Druckscheibe" auf der Osteotomieebene am Schenkelhals abstützt (s. a.: Huggler AH, Jacob HAC (1980) A new approach towards hip-prosthesis design. Arch Orthop Traumat Surg 97: 141-144). Diese sogenannte "Druckscheibenendoprothese" stellt die heutzutage verbreitetste Endoprothese dieses Typs dar.

Auch von anderen Autoren wurden weitere sogenannte "Schenkelhalsprothesen" entwickelt, so z. B. die sogenannte "Cigar-Prothese" (DE 196 01 340 C1) und ihr Nachfolger, die sogenannte "Cut-Prothese" (DE 197 20 493 C1 und DE 299 21 577 U1).

Hochinteresant sind auch die Bemühungen von Munting und Verhelpen (Munting E, Verhelpen M (1995) Fixation and effect on bone strain pattern of a femoral stemless hip prosthesis. Journal of biomechanics Vol 28 No 8: 949-961), das Problem der komplexen Krafteinleitung in das calcar femoris zu berücksichtigen.

Auch in DE 837 294 wird eine Schenkelhalsprothese mit kleineren Lamellen und Einspießungen an der Osteotomiefläche beschrieben.

Auch in DE 38 39 704 A1 und DE 198 42 554 A1 werden Schenkelhalsprothesen beschrieben, die das Problem der verteilten Lasteinleitung durch eine Abstützung über eine Reihe von in den Knochen des Schenkelhalses ragenden Stäben realisiert.

Trotz der vielfältigen Bemühungen sind die aus dem Stand der Technik bekannten im Schenkelhals verankernden Endoprothesen mit einer Reihe von Nachteilen behaftet, welche bei allen bisher bekannten und implantierten Endoprothesen zu hohen Auslockerungsraten und schlechten klinischen Ergebnissen oder zu anderen Problemen geführt haben.

Nachteilig bei der recht verbreiteten Druckscheibenendoprothese (DE 27 24 234 C2) ist, dass eine sogenannte "Lasche" unterhalb des trochanter majors angebracht werden muss, um die der Resektionsebene aufliegenden sogenannten "Druckscheibe" zu verspannen. Da die Abstützfläche der Druckscheibe nicht geeignet ist, wesentliche Rotations- und Biegebelastungen um die Längsachse der Endoprothese in den Knochen einzuleiten, ist die Verspannung in der Phase der Knocheneinheilung bei der Druckscheibenprothese unumgänglich. Die dafür erforderliche "Lasche" bedeutet jedoch nicht nur eine zusätzliche operative Maßnahme, sondern für den Patienten oft auch Schmerzen an dem direkt unter der Muskulatur liegenden Laschenbereich. Ein weiterer Nachteil liegt in der hohen Lockerungsrate der Druckscheibenendoprothesen. Insbesondere bei nicht exakt positionierten Endoprothesen (speziell varus-Fehlstellungen) kommt es zu einer Überlastung des Knochenlagers am calcar femoris und zu einer Wanderung der Endoprothese in eine weitere varus-Stellung und letztendlich zu einer Auslockerung des Implantates. Grund für die Überlastung des Knochenlagers am calcar femoris dürfte die schon erwähnte kleine Auflagefläche bei fehlender Rotations- und Biegestabilität um die Längsachse der Druckscheibenendoprothese sein.

Die sogenannte "Cigar-Prothese" ist bereits wieder vom Markt verschwunden: Fehlende Rotationsstabilität und zu kleine Verankerungsflächen am calcar femoris bedingten ein schnelles Implantatversagen mit früher Auslockerung. Auch über das Nachfolgemodell, die sogenannte "Cut-Prothese" werden sehr unterschiedliche Ergebnisse mit zum Teil hohen Implantatversagen berichtet (Kongressberichte). Auch hier reicht offensichtlich die Rotations- und Biegestabilität nicht aus, um langfristig eine ausreichende Stabilität im Knochenlager zu gewährleisten.

Bei der von Munting und Verhelpen vorgestellten Endoprothese erscheint problematisch, dass bei diesem Konzept eine der Druckscheibenendoprothese ähnliche Krafteinleitung direkt und weitgehend nur an der Osteotomiefläche erfolgen soll und des weiteren eine der Druckscheibenendoprothese ähnliche Schraubenverspannung über eine dem Oberschenkelknochen von außen angeschraubte Lasche und einer weiteren Zugschraube erfolgen soll, was intraoperativ einen hohen Aufwand und entsprechendes Ablösen der Muskulatur bedeutet. Ob die planen Verankerungsflächen auf Dauer eine ausreichende Rotations- und Biegestabilität bei mit der Zeit nachlassender Schraubenspannung im Knochen gewährleisten, muss abgewartet werden.

Leider wurde bei der von Thomson vorgestellten Prothese das Problem der Auflagefläche im calcar femoris und insbesondere die Rotationsstabilität trotz der verwendeten Lammellen im distalen Abschnitt der Endoprothese zu wenig bedacht und - aus heutiger Sicht - das Material mit Kunststoffen und glatten Metallflächen falsch gewählt. Insbesondere die geringe Dimensionierung der Rippen (= Lamellen), welche proximal an dem bedeutsamen Lasteinleitungsbereich nicht mehr wirksam sind, lassen eine lastabstützende Wirkung der Rippen in diesem Bereich nicht zu. Auch lässt die geringe Dimensionierung der Rippen und das Fehlen derselben im proximalen Bereich keine wesentliche Rotations- und Biegestabilität um die Längsachse der Endoprothese erwarten. Es steht zu vermuten, dass der wesentliche Sinn der Lamellen - wie damals üblich - in der Möglichkeit eines axialen Gleitens der Endoprothese gesehen wurde. Ein Versagen der Endoprothese war damit insgesamt vorprogrammiert.

Dieses trifft auch für DE 837 294 zu: Auch hier sind die Lamellen nicht in den Abstützkragen integriert und damit nicht am Ort der maximalen Lasteinleitung und hohen Knochendichte wirksam.

Nachteilig bei den in DE 38 39 704 A1 und DE 198 42 554 A1 beschriebenen Systemen ist die komplizierte intraoperative Verankerung der Endoprothesen sowie die unklare Blutversorgung des verbliebenen Knochens nach Schneiden des Gewindes, da hierbei der Knochen von innen her stark aufgeschnitten und entsprechend geschädigt wird.

Es stellt sich daher erfindungsmäßig die Aufgabe, eine im Schenkelhals des Oberschenkelknochens liegende Endoprothese sicher und biologisch sinnvoll bei weitgehendem Erhalt der knöchernen Blutversorgung im Knochenlager zu verankern. Die Fixierung im Knochen soll intraoperativ einfach zu handhaben sein. Eine möglichst großflächige Lasteinleitung im Bereich des calcar femoris (am Ort der größten Lasteinleitung und der größten Knochendichte) sowie eine hohe Rotations- und Biegestabilität um die Längsachse der Endoprothese muss gewährleistet sein. Ein "stress shielding" durch Lasteinleitung distal des calcar femoris muss vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig durch die Ansprüche 1 und 5 gelöst. Durch die Kombination eines breiten Abstützkragens mit in diesem Kragen liegenden in Längsrichtung der Endoprothese verlaufenden Rippen wird eine maximale Stabilität in Bezug auf Biege- und Rotationsstabilität erreicht und somit eine Lasteinleitung im proximalen Knochenlager induziert, so dass eine Knochenatrophie infolge des stress shieldings in diesem Bereich verhindert werden kann.

Dabei werden mindestens zwei Rippen - in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vier Rippen (1) zirkulär - um die Längsachse der Endoprothese angeordnet. Die äußere Begrenzung der Rippen ist dabei dem ovalen Querschnitt und ggf. auch der proximalen Aufweitung des Schenkelhalses angepasst. Nach distal können die Rippen auch an Tiefe verlieren oder komplett auslaufen. Im proximalen Bereich wächst der Querschnitt der Endoprothese an und bildet einen von den Rippen unterbrochenen breiten Abstützkragen (2) zur proximalen Lasteinleitung in das Femur. Damit es zu verteilten Lasteinleitung in Richtung der trabekulären Strukturen des Knochens kommt ist es günstig, wenn auf Höhe der Osteotomieebene der Winkel (6) in der durch die Längsachse der Endoprothese ziehenden Schnittebene (4) zwischen Abstützkragen und Osteotomieebene größer als 40° ist. Vorteilhaft ist es auch, wenn der so gebildete Abstützkragen in eine zusätzliche Abschlussplatte (3) einmündet. Vorteilhaft ist es, wenn die Tiefe jeder Rippe (7) wenigstens an einer Stelle > 10% des an der Osteotomieebene gemessen Endoprothesendurchmessers (5) beträgt. Bei einem typischen Schenkehalsdurchmesser an dieser Stelle von 30 mm sollte also die Tiefe jeder Rippe mindestens an einer Stelle 3 mm betragen.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der proximale Bereich der Endoprothese über eine spezielle Mikrostrukturierung oder Beschichtung verfügt, die das Anwachsen des Knochens in diesem Bereich begünstigt und im distalen Bereich verhindert. Dadurch kommt es im proximalen Bereich zu einer verstärkten Lasteinleitung und im distalen Bereich zu einem axialen Gleiten der Endoprothese, so dass der Effekt des stress shieldings mit der gefürchteten Knochenatrophie im proximalen Bereich verhindert wird. Dabei sollte der beschichtete bzw. mikrostrukturierte proximale Bereich nicht tiefer als 40 mm in den Schenkelhals reichen. Um diesen Effekt der proximalen Lasteinleitung zu unterstützen, kann es in einer bevorzugten Ausführung der Endoprothese sinnvoll sein, eine Aussparung (10) am lateralen Ende (also dem distalen Prothesenende), z. B. im Sinne einer Bohrung, vorzusehen, so dass hier kein Anwachsen des Knochens und somit keine Lastübertragung erfolgen kann.

Vorteilhafte Materialien für die Endoprothese sind Titan bzw. die für Endoprothesen vorgesehenen Titanlegierungen, insbesondere TiAlV, TiAlFe oder TiAlNi- Legierungen. Auch andere für Endoprothesen vorgesehene Metalle, z. B. auch auf Co-Basis, sind geeignet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zur Verspannung der Endoprothese auch eine Fixierung nach distal vorgenommen werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Fixierung z. B. im Sinne einer Schraubenverankerung von proximal nach distal ausgeführt wird (im Sinne einer "anterograden" Verspannung der Endoprothese im Knochen, s. Pfeil (9)), so dass das Femur am trochanter major Bereich nicht von lateral zur Aufnahme einer Lasche o. ä. freipräpariert werden muss. Dazu wird in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eine Schraube (8) von proximal nach distal in den Schenkelhals eingeschraubt. Diese Schraube kann zu besseren Verankerung im Knochen auch die laterale Kortikalis perforieren. Die Endoprothese wird dann über das proximale Ende der Schraube geschoben und mit Hilfe einer weiteren Schraube, welche durch eine zentrale Bohrung der Endoprothese in Richtung (9) geschoben wird, in der im Knochen liegenden Schraube, welche in diesem Bereich über ein Gewinde verfügt, verschraubt. Vorteilhaft ist es, wenn das in den Knochen einschneidende Gewinde und das in dieser Schraube befindliche Gewinde zur Aufnahme der zweiten Schraube, gegenläufig ausgeführt sind. Vorteilhaft kann es auch sein, wenn mindestens eine der beiden Schrauben aus einem resorbierbaren Material hergestellt ist, so dass die Verspannung der Endoprothese nur während der kritischen Knocheneinheilungsphase erfolgt. Natürlich sind außer Schraubverbindungen auch andere Verbindungen wie Dübel insbesondere zur Verankerung im Knochen denkbar.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Endoprothese in leichter Krümmung ausgeführt wird, um insbesondere bei größeren Patienten eine bessere geometrische Anpassung an die Schenkelhalsgeometrie zu gewährleisten.

Die Erfindung und das Umfeld der Endoprothese sowie die Einbringung mit zusätzlicher Schraubenfixierung von proximal nach distal wird in den Zeichnungen anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigt die Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugte Ausführung der Endoprothese mit 4 Rippen und Darstellung der Bezugsebene, Fig. 2 eine Schrägansicht von lateral distal der gleichen bevorzugten Ausführung der Endoprothese mit 4 Rippen und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform mit Spannelement zur anterograden Verspannung der Endoprothese im Knochen. Im Einzelnen zeigt die:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführung der im Schenkelhals verankernden Endoprothese mit 4 Rippen. Die Tiefe (7) der Rippen (1) sollte mindestens 10% des Durchmessers (5) der Endoprothese gemessen an der Osteotomieebene betragen. Der Durchmesser der Endoprothese wächst nach proximal hin an und bildet einen breiten Abstützkragen (2). Der Winkel (6) des Abstützkragens an der Osteotomieebene - gemessen in der durch die Längsachse der Endoprothese ziehenden Schnittebene - sollte größer als 20° sein. Zur Verbesserung der Auflage des Abstützkragens auf dem Knochen an der Osteotomieebene mündet der Abstützkragen in eine Abschlussplatte (3).

Fig. 2 die in der Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführung der im Schenkelhals verankernden Endoprothese mit 4 Rippen in der Ansicht von lateral distal. In dieser Ansicht gut zu erkennen ist auch die im Knochen lateral gelegene Aussparung (10) zu Reduktion der distalen Lasteinleitung in den Knochen.

Fig. 3 die in der Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführung der im Schenkelhals verankernden Endoprothese mit 4 Rippen in der Ansicht von lateral distal mit distalem Fixationselement. Das Fixationselement ist in diesem Fall als Schraubverankerung mit Hilfe eines unterbrochenen Gewindes zur besseren knöchernen Integration ausgeführt. Eine zweite nicht dargestellte Schraube, welche durch eine zentrale Bohrung in der Endoprothese in Richtung (9) eingeschoben wird, kann in einem in der Schraube (8) befindlichen Gewinde eingeschraubt werden und so die Endoprothese in Richtung (9) verspannt werden, so dass Abstützkragen (2) und Abschlussplatte (3) gegen den Knochen gepresst werden.

Claims

1. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen, dadurch gekennzeichnet, dass die Endoprothese mindestens zwei in Längsrichtung der Endoprothese verlaufenden Rippen aufweist, welche an die Osteotomieebene heranreichen, und der Querschnitt der Endoprothese nach proximal hin ansteigt und so einen Abstützkragen bildet, so dass an der Osteotomieebene der Winkel in einer beliebigen (aber nicht durch die Rippen ziehenden) durch die Längsachse der Endoprothese ziehenden Schnittebene zwischen der Oberfläche der Endoprothese an der Osteotomieebene und der Längsachse der Endoprothese an der Osteotomieebene größer als 20° ist.

2. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nach proximal hin ansteigende Querschnitt in einer der Osteotomiefläche aufliegenden und den knöchernen Querschnittsform angepassten Abschlussplatte endet.

3. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der distale Abschnitt der Endoprothese eine zentrale Ausnehmung aufweist, die das Anwachsen von Knochen in diesem Bereich der Endoprothese verhindert.

4. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der proximale Abschnitt der Endoprothese mikrostrukturiert ist und/oder mit osteoinduktiven Substanzen beschichtet wird, im distalen Bereich aber glatt ausgeführt wird, so dass die knöcherne Integration im proximalen Bereich verbessert und im distalen Bereich erschwert wird.

5. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen, dadurch gekennzeichnet, dass die Endoprothese am distalen Ende ein Verankerungselement aufweist, das von der proximalen Seite aus mit dem Knochen verbunden werden kann und mit dem die Endoprothese nach distal gezogen und so gegen das Knochenlager gedrückt werden kann.

6. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement zur besseren Verankerung im Knochen mit einem der Außenseite des Knochens anliegenden weiteren Verankerungselement verbunden wird.

7. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement aus nicht-resorbierbaren Materialien hergestellt ist.

8. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein Teil des Verankerungselementes aus resorbierbaren Materialien hergestellt ist.

9. Endoprothese zur zementfreien knöchernen Verankerung im Schenkelhals von Oberschenkelknochen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endoprothese in Längsrichtung von proximal nach distal eine der Schenkelhalsgeometrie angepasste Krümmung aufweist.