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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gelenkprothesen, die eine
verbesserte Stabilität
und Modularität
aufweisen.
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Gelenkplastik
stellt eine seit langem bekannte chirurgische Vorgehensweise dar,
mit der ein erkranktes und/oder beschädigtes natürliches Gelenk durch ein prothetisches
Gelenk ersetzt wird. Gelenkplastik wird üblicherweise für Knie,
Hüften,
Ellbogen und weitere Gelenke durchgeführt. Der gesundheitliche und
sonstige Zustand des Gelenks, das ersetzt werden soll, legen den
Typ der Prothese fest, der in geeigneter Weise verwendet werden
kann, um das natürliche
Gelenk zu ersetzen. Bspw. sind Knieprothesen und im besonderen auch
femorale Komponenten von Knieprothesen in unterschiedlichen Ausführungen
verfügbar,
um die Anforderungen von unterschiedlichen Zuständen der Patienten zu erfüllen.
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Manche
femorale Komponenten für
Kniegelenkprothesen sind als die Kreuzbänder beibehaltende femorale
Komponenten bekannt, da sie als eine Komponente der Prothese zweckmäßig sind,
in Fällen,
wenn die Kreuzbänder
eines Patienten während eines
Eingriffs mit Gelenkplastik am Knie nicht geopfert werden. Dieser
Typ einer femoralen Komponente weist typischerweise Befestigungsansätze auf,
die integral an die medialen und lateralen distalen Abflachungen
der oberen Oberfläche
der Prothese angepaßt
sind und mit diesen zusammenwirken, um die Prothese bei der Anbringung
an den Femur zu stabilisieren. Die Kreuzbänder tragen auch zur Stabilität des künstlichen
Kniegelenks bei.
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Ein
weiterer Typ einer femoralen Komponente für eine Kniegelenkprothese ist
als eine die Kreuzbänder
opfernde femorale Komponente bekannt. Diese Art von Prothesenkomponente
ist in solchen Fällen
zweckmäßig, wenn
die Kreuzbänder
des Patienten nicht funktional sind oder im Verlauf eines gelenkplastischen
Eingriffs am Knie entfernt werden müssen. Femorale, die Kreuzbänder opfernde
Komponenten weisen typischerweise eine zwischen den Kondylen liegende
Nut auf, die auf einer oberen, mit einem Knochen zusammenwirkenden
Oberfläche der
femoralen Komponente ausgebildet ist. Diese Struktur hat die Form
eines Kastens, der im wesentlichen senkrechte mediale, laterale,
anteriore und posteriore Wände
sowie eine im wesentlichen horizontale obere Wand aufweist. Die
zwischen den Kondylen liegende Nut ist innerhalb des Femurs des
Patienten angebracht, um die Prothese zu stabilisieren. Typischerweise
ist eine Öffnung
in der oberen Wand der zwischen den Kondylen angeordneten Nut ausgebildet
und ist dahingehend zweckmäßig, einen
femoralen Schaft mit der femoralen Komponente zu verbinden. Der
femorale Schaft trägt
dazu bei, die femorale Komponente an einem Femur des Patienten zu
verankern, und trägt
Stabilität
zu dem künstlichen Gelenk
bei.
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Die
Fixierung einer femoralen Komponente bei einem chirurgischen Eingriff,
bei dem das gesamte Knie ausgetauscht wird und die Kreuzbänder ersetzt
werden, wird manchmal durch eine Befestigung der femoralen Komponente
an dem vorbereiteten Femur mittels Zement bzw. Klebstoff erzielt,
wobei der femoralen Komponente ihre Stabilität durch die zwischen den Kondylen
befindliche Nut, abgeschrägte femorale
Schnitte und die optionale Befestigung von femoralen Schäften oder
Stangen erhält.
Manchmal besteht die Möglichkeit,
daß sich
femorale Komponenten, bei denen die Kreuzbänder ersetzt werden, lösen und
auf diese Weise zu der Notwendigkeit eines chirurgischen Eingriffs
mit Austausch des gesamten Knies und einer verbesserten Stabilisierung der
Prothese beitragen.
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In
manchen Fällen
kann aufgrund der Krankheit oder einer Verletzung eine nicht hinreichend
gesunde knochige Masse an dem distalen Ende eines Knochens, bspw.
des Femurs, vorhanden sein, an dem eine Gelenkprothese zu befestigen
ist. Bei gelenkplastischen Eingriffen ist es häufig erforderlich, zusätzliche
Bereiche eines Knochens, bspw. des Femurs, in einer asymmetrischen
Weise zu entfernen, um eine ausreichende Verankerung und einen richtigen
Sitz für
eine Prothese zu gewährleisten.
Bei dem Beispiel einer Gelenkplastik am Kniegelenk ist es manchmal
notwendig, den oberen Abschnitt der femoralen Komponente der Prothese
zu vergrößern, um
eine zusätzliche
Dicke zu der Prothese hinzuzufügen,
um einen Ausgleich für
etwa entferntes Knochengewebe zu schaffen. Die femorale Komponente kann
dadurch vergrößert werden,
daß Vergrößerungsblöcke mit
geeigneten Formen und Größen an der
oberen Oberfläche
davon angebracht werden. Verschiedene Typen von Vergrößerungsblöcken sind einem
Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet der Technik bekannt. Ein beispielhaftes
Vergrößerungssystem
ist in dem US-Patent Nr. 4,936,847 (Manginelli) beschrieben.
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Die
Stabilität
von femoralen Komponenten, bei denen die Kreuzbänder ersetzt werden, kann durch
den Einbau von Vergrößerungskomponenten vermindert
werden, von denen manche näherungsweise
die Höhe
der zwischen den Kondylen befindlichen Nut erreichen. Da diese Prothesen
in hohem Maße
auf die zwischen den Kondylen befindliche Nut angewiesen sind, um
sicher mit dem Femur zusammenzuwirken, kann jegliche relative Verkleinerung
in der Höhe
der zwischen den Kondylen befindlichen Nut oberhalb der medialen
und lateralen distalen Abflachungen die Stabilität der femoralen Komponente vermindern.
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Zahlreiche
existierende Auslegungen von Knieprothesen bieten nicht die Möglichkeit,
die Stabilität
der Prothese der femoralen Komponente selektiv zu verbessern. Ein
System, bei dem dies der Fall ist, ist in der
EP 0 781 533 beschrieben. Allerdings
kann auch bei diesem System die Stabilität der Prothese ein Problem
von besonderer Bedeutung bei femoralen, die Kreuzbänder ersetzenden
Revisionskomponenten sein, bei denen Vergrößerungssysteme erforderlich
sind. Es ist daher wünschenswert,
verbesserte Komponenten für
Gelenkprothesen anzubieten, die einem Chirurgen eine vergrößerte Vielseitigkeit bieten,
um eine Stabilität
der Prothese zu erreichen.
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Die
Merkmale der Erfindung, die aus der
EP 0
781 533 bekannt sind, sind in den Oberbegriff der Merkmale
1 und 2 der vorliegenden Anmeldung gebracht worden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf modulare Gelenkprothesen,
die einem Chirurgen eine verbesserte Vielseitigkeit bieten, um eine
Stabilität
der Prothesekomponente zu erzielen. Insbesondere versetzt das Prothesesystem
nach der vorliegenden Erfindung einen Chirurgen in die Lage, die Befestigung
stabilisierende Teile und/oder Vergrößerungskomponenten in selektiver
Weise hinzuzufügen.
Obwohl die Erfindung auf eine Vielfalt von Komponenten für Gelenkprothesen
anwendbar ist, bei der eine Stabilisierung von Bedeutung ist und
eine Vergrößerung in
manchen Fällen
notwendig ist, wird die Erfindung im Rahmen der vorliegenden Beschreibung
in Bezug auf femorale Komponenten von Knieprothesen beschrieben.
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Die
Erfindung, wie sie in den Ansprüchen
1 und 2 festgelegt ist, umfaßt
eine modulare Gelenkprothese, die eine Gelenkkomponente wie etwa
eine femorale Komponente einer Knieprothese umfaßt, die eine erste, mit einem
Knochen zusammenwirkende Oberfläche
und eine zweite Oberfläche,
eine Gelenkoberfläche,
aufweist. Zumindest ein Befestigungshohlraum ist in der ersten Oberfläche ausgebildet,
und in höchst
bevorzugter Weise ist ein Befestigungs hohlraum in jeder der medialen
und lateralen distalen Abflachungen der femoralen Komponente ausgebildet.
Das System weist ferner zumindest ein längliches Befestigungszapfenteil
auf, das selektiv mit dem Befestigungshohlraum in der ersten Oberfläche in Eingriff
bringbar ist, um eine verbesserte Stabilität der Prothese zu bewirken.
Die Befestigungszapfen weisen jeweils ein distales und ein proximales Ende
auf und umfassen eine axiale Bohrung, die innenliegende Befestigungsstrukturen
wie etwa ein Innengewinde aufweisen kann. Das System umfaßt ferner
ein Klemmringteil für
jeden Befestigungszapfen, wobei jedes Klemmringteil zwei oder mehr
expandierbare Elemente aufweist, die in der Lage sind, selektiv
mit den Seitenwänden
von einem der Befestigungshohlräume
zusammenzuwirken. Eine Bohrung erstreckt sich in bevorzugter Weise
durch den Klemmring, und zumindest ein proximaler Abschnitt der
Bohrung kann Befestigungsstrukturen wie etwa ein Innengewinde aufweisen.
Ein oder mehrere Befestigungsstifte sind ferner vorgesehen, wobei
jeder ein distales Ende aufweist, das in der Lage ist, den Klemmring
aufzuweiten, und ein proximales Ende, das eine Struktur wie etwa
ein Außengewinde
aufweisen kann, wodurch ein Zusammenwirken mit den Bohrungen des
Befestigungszapfenteils und des Klemmringteils möglich ist.
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Im
Gebrauch wird der Befestigungszapfen über einem Befestigungshohlraum
positioniert, und das Expansionselement des Klemmrings wird innerhalb
des Hohlraums angeordnet. Der Expansionsstift wird dann in den Klemmring
und den Befestigungszapfen eingesteckt, so daß er zwangsläufig mit
dem Zapfen zusammenwirkt und die expandierbaren Elemente des Klemmrings
expandiert, so daß sie
mit den Wänden
des Hohlraums zusammenwirken, um den Zapfen an der Prothese zu sichern.
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Ein
oder mehrere Vergrößerungsblöcke, die gewünschte Formen
und Größen aufweisen,
können vorgesehen
sein, um zwischen die erste Oberfläche der femoralen Komponente
und die Befestigungszapfen eingesetzt zu werden, so daß der Vergrößerungsblock
und die Befestigungszapfen zusammen wahlweise an der Gelenkkomponente
befestigt sind. Dieses System ist besonderes bei femoralen Komponenten
einer Kniegelenkprothese, bei denen die Kreuzbänder ersetzt werden, zweckmäßig, um
eine zusätzliche
Stabilität
der Prothese zu schaffen.
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In
einer Ausführungsform
sind die Klemmringteile separat von den Befestigungszapfen ausgebildet,
und die Expansionsstifte wirken sowohl mit dem Klemmring als auch
mit dem Befestigungszapfen zusammen. In einer anderen Ausführungsform sind
die Klemmringteile eintei lig mit den Befestigungszapfen ausgebildet,
und zwar auf einem distalen Ende der Befestigungszapfen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine isometrische Ansicht einer femoralen Komponente einer Kniegelenkprothese, die
einen modularen Stabilisierungszapfen gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist.
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2A zeigt
eine Schnittansicht der Prothese, die in 1 dargestellt
ist.
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2B zeigt
eine Schnittansicht der Prothese, die in 1 dargestellt
ist, wobei der Klemmring in einem nicht expandierten Zustand dargestellt
ist.
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3 zeigt
eine Schnittansicht eines alternativen Prothesensystems, ähnlich zu
dem, das in 2A dargestellt ist, wobei aber
weiterhin ein Vergrößerungsblock
vorhanden ist.
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4 zeigt
eine auseinandergezogene Ansicht der Prothese, die in 3 dargestellt
ist.
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5A zeigt
eine Ansicht von unten eines Befestigungszapfens, der zweckmäßig mit
der in 1 dargestellten Prothese ist.
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5B zeigt
eine Schnittansicht des Klemmrings, der in 5A dargestellt
ist.
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6 zeigt
eine Ansicht von oben eines Vergrößerungsblocks der Art, wie
sie in 4 dargestellt ist.
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7 zeigt
eine isometrische Ansicht eines alternativen modularen Prothesesystems
zur Vergrößerung und
Stabilisierung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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8A zeigt
eine Schnittansicht des Prothesesystems nach 7.
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8B zeigt
eine Schnittansicht des Prothesesystems nach 7, wobei
der Klemmring in einem nicht expandierten Zustand dargestellt ist.
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9 zeigt
eine auseinandergezogene Darstellung des Prothesesystems nach 8B.
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10A zeigt eine Seitenansicht des Klemmrings, der
mit der Erfindung, wie sie in 7 dargestellt
ist, zweckmäßig ist.
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10B zeigt eine Ansicht von unten des Klemmrings,
der in 10A dargestellt ist.
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10C zeigt eine Schnittansicht des Klemmrings,
der in 10A dargestellt ist.
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11 zeigt
eine Seitenansicht eines Expansionsstifts, der mit der Erfindung,
wie sie in 7 dargestellt ist, zweckmäßig ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt ein Gelenkprothesesystem 10 zur Verfügung, das
eine verbesserte intraoperative Vielseitigkeit und Modularität bietet,
um die Fixierung und Stabilität
einer femoralen Komponente zu verbessern. Die Erfindung ist insbesondere
anwendbar auf femorale Komponenten, bei denen die Kreuzbänder ersetzt
werden. Für
Zwecke der Darstellung wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme
auf einen vorgesehenen Einsatz mit einer femoralen Komponente einer
Kniegelenkprothese beschrieben. Es versteht sich allerdings, daß die Erfindung
zur Verwendung mit einer Vielfalt von Gelenkprothesen angepaßt werden
kann. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, die sich
zum Gebrauch mit unterschiedlichen Bauarten von Gelenkprothesen
anbietet, liegt in der Einfachheit, mit der Fixierungselemente und
Vergrößerungsteile
an einer Prothese befestigt werden können.
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Wie
vorliegend festgestellt ist, und wie in 1 bis 6 dargestellt
ist, ist die Erfindung insbesondere anwendbar zum Gebrauch mit femoralen Komponenten,
bei denen die Kreuzbänder
ersetzt werden. 1 erläutert das Prothesesystem 10 nach der
vorliegenden Erfindung, bei dem eine femorale Komponente 12,
bei der die Kreuzbänder
ersetzt werden, eine zwischen den Kondylen befindliche Nut 13,
anteriore und posteriore Abschnitte 14, 16 und Kondylen 18, 20 aufweist.
Jede Kondyle weist eine untere Gelenkoberfläche 20 und eine gegenüberliegende
obere, mit einem Knochen in Eingriff tretende Oberfläche 24 auf. 2A und 2b erläutern, daß die laterale
distale Abflachung 30 einen Befestigungshohlraum 32 aufweist,
wobei ein ähnlicher Hohlraum,
der nicht dargestellt ist, in der medialen distalen Abflachung 28 ausgebildet
ist. Befestigungszapfen 26 sind selektiv in den Befestigungshohlräumen 32 auf
den medialen und lateralen distalen Abflachungen 28, 30 der
oberen Oberfläche 24 angebracht,
auf gegenüberliegenden
Seiten der zwischen den Kondylen befindlichen Nut 13.
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Wie
in 2A bis 4 dargestellt ist, umfaßt das System
modulare, selektiv anbringbare Befestigungszapfen 26. Die
Befestigungszapfen 26 sind im wesentlichen längliche
Teile, die einen Zapfenkörper 33 mit
proximalen und distalen Enden 34, 36 aufweisen.
In bevorzugter Weise erstreckt sich eine Bohrung 52 zwischen
den proximalen und distalen Enden des Befestigungszapfens. Weiterhin
ist ein Expansions-Klemmring 38 einteilig mit dem Zapfenkörper 33 ausgebildet
und distal von dem distalen Ende 36 davon angeordnet. Das
System umfaßt
ferner eine Anzahl von Expansionsstiften 40, die ein proximales
Ende 42, das mit einem Außengewinde 44 versehen
ist, und ein distales, den Klemmring expandierendes Ende 46 aufweisen.
Obwohl die dargestellten Expansionsstifte ein Außengewinde aufweisen, sei darauf
verwiesen, daß sich
alternative Oberflächenmerkmale
auf den Expansionsstiften befinden können, anstelle eines Gewindes,
um ein zwangsläufiges
Zusammenwirken mit der Bohrung 52 des Befestigungszapfens 26 zu
ermöglichen.
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Wie
vorstehend ausgeführt,
stellt die Modularität
der Befestigungszapfen ein wesentliches Merkmal der vorliegenden
Erfindung dar. Da die Befestigungszapfen nicht auf allen die Kreuzbänder opfernden
femoralen Komponenten eingebaut werden müssen, gibt die Modularität, die durch
diese Erfindung geschaffen wird, dem Chirurgen die Wahl, Befestigungszapfen
auf einer Prothese, die zu implantieren ist, zu befestigen.
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Befestigungszapfen
können
selektiv auf einer Prothese angebracht werden, indem lediglich das Ende 38 mit
dem Expansions-Klemmring des Zapfens 26 innerhalb eines
der Befestigungshohlräume plaziert
wird. Danach wird die Klemmschraube 40 in das proximale
Ende 34 des Befestigungszapfens und in die Bohrung 52 eingeschraubt.
In einer Ausführungsform,
in der ein mit Gewinde versehener Expansionsstift verwendet wird,
wird der Expansionsstift innerhalb der Bohrung vorwärtsbewegt,
und das Außengewinde
auf der Schraube wirkt mit einem komplementären Gewinde in der Bohrung
zusammen. Ein weiteres Vorwärtsbewegen des
Expansionsstifts führt
dazu, daß das
distale Ende des Expansionsstifts den Klemmring 38 expandiert,
so daß der Klemmring
an die Wände
des Hohlraums 32 stößt und mit
diesem zusammenwirkt, um den Befestigungszapfen an der Prothese
zu befestigen.
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Die
gesamte Länge
der Befestigungszapfen kann sich in Abhängigkeit an den anatomischen
Erfordernissen eines Patienten, den Abmessungen der Prothesekomponenten
und davon, ob der Zapfen mit einem oder ohne einen Vergrößerungsblock
verwendet werden soll, verändern.
Im allgemeinen kann die gesamte Länge des Zapfens zwischen 2
und 60 mm und weiter bevorzugt zwischen 10 und 50 mm betragen. Die
Länge des
Klemmringendes 38 des Zapfens 26 sollte so sein,
daß sie
geringfügig
weniger als die Tiefe des Hohlraums 32 beträgt, so daß die Möglichkeit
besteht, daß der
distale Sockel 48 des Zapfens 26 auf der oberen
Oberfläche 24 der
femoralen Komponente aufliegt. Die Länge des Klemmrings beträgt im allgemeinen
zwischen 2 und 20 mm. Weiterhin nimmt der Durchmesser des Befestigungszapfens
in bevorzugter Weise von dem distalen Ende 36 zu dem proximalen
Ende 34 ab. Der Durchmesser an dem Sockel 48 beträgt etwa
4 bis 10 mm, während
der Durchmesser an dem proximalen Ende 34 etwa 2 bis 8
mm beträgt.
Externe Oberflächenmerkmale 50 wie bspw.
axiale Nuten, axiale Rippen, ringförmige Nuten oder ringförmige Rippen,
können
in der äußeren Oberfläche des
Zapfens ausgebildet sein, um die Fixierung der Prothese innerhalb
eines Knochens verbessern.
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5A zeigt
eine Ansicht des Fixierungsstifts 26 von unten, wobei der
Expansionsklemmring 38 dargestellt ist. Der Klemmring 38 ist
in bevorzugter Weise geschlitzt, wobei zwei senkrechte Schlitze 35 darin
ausgebildet sind, die den Klemmring in vier im wesentlichen dreieckförmige Keile 37 aufteilen.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist ein innerer Abschnitt des
Klemmrings 38 nach innen abgewinkelt, um zu ermöglichen,
daß die
innere Geometrie des Klemmrings mit dem distalen Ende 46 des
Expansionsstifts 40 zusammenwirkt, um die Keile 37 dazu
zu veranlassen, zu expandieren und sich voneinander zu trennen,
wenn das distale Ende des Expansionsstifts im Zusammenwirken mit
den entsprechenden inneren Oberflächen der Keile gedrückt wird.
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Es
sei darauf verwiesen, daß es
nicht notwendig ist, daß der
Klemmring 2 darin angeordnete Schlitze aufweist, um vier
im wesentliche dreieckige Keile 37 zu bilden. Für einen
Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist es leicht erkennbar, daß der Klemmring
einen oder mehrere darin angeordnete Schlitze aufweisen kann.
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5B ist
eine Schnittansicht des Zapfens 26, in der eine Bohrung 52 dargestellt
ist, die sich über
die Länge
des Grundkörpers 33 des
Zapfens 26 erstreckt. Die Bohrung 52 weist in
bevorzugter Weise ein Innengewinde 54 auf, das in der Lage
ist, mit einem komplementären
Außengewinde 44 des
Expansionsstifts 40 zusammenzuwirken. Obwohl die Bohrung 52 in
einer dargestellten Ausführungsform
mit einem Gewinde 54 versehen ist, versteht es sich, daß andere
Strukturen innerhalb der Bohrung 52 ausgebildet sein können, um
ein Zusammenwirken mit komplementären externen Strukturen auf
dem Expansionsstift 40 zu ermöglichen.
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Die
Expansionsstifte 40 weisen eine Länge auf, die ausreicht, um
sie in die Lage zu versetzen, in den Zapfen 26 in einem
ausreichenden Maß eingesetzt
zu werden, um den Klemmring 38 aufzuweiten. Der Expansionsstift
weist ein proximales Ende 42 auf, das mit einem Außengewinde 44 versehen
ist, das mit dem Innengewinde 54 der Bohrung 52 zusammenwirken
kann, und ein distales Ende 46. Das proximale Ende des
Expansionsstifts kann eine Struktur oder einen Mechanismus aufweisen,
wie bspw. einen Sechskantkopf 45, der mit einem Einbauwerkzeug
zusammenwirkt, um zu ermöglichen, daß er in
die Bohrung 52 vorwärtsbewegt
wird. Das distale Ende 46 weist in bevorzugter Weise eine
Geometrie auf, die eine Expansion des distalen Schafts des Klemmrings
zur Folge hat. Das distale Ende 46 des Stifts 40 kann
eine abgerundete Spitze 56, ein mit einem Mitnehmer versehenes
Ende (nicht dargestellt) oder ähnliche
Geometrien umfassen.
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Obwohl
die Expansionsstifte 40 dahingehend beschrieben sind, daß es sich
um mit Gewinde versehene Teile handelt, die mittels Gewinde mit
einem Innengewinde 54 in der Bohrung 52 zusammenwirken,
versteht es sich, daß andere
Befestigungsstrukturen und Techniken verwendet werden können, um
die Expansionsstifte innerhalb der Bohrung 52 zu halten
und um den Klemmring 38 zu expandieren. Wie vorstehend
beschrieben, können
innere Strukturen innerhalb der Bohrung 52 ausgebildet
sein, die komplementäre
Oberflächenmerkmale
auf dem Expansionsstift 40 aufnehmen, um ein mechanisches Zusammenwirken
dieser Komponenten zu ermöglichen.
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In
einer anderen Ausführungsform,
die in 3 und 4 dargestellt ist, kann das
modulare System 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung auch einen Vergrößerungsblock 58 aufweisen,
der auf der oberen Oberfläche 24 der
femoralen Komponente 12 befestigt ist, zwischen der femoralen
Komponente 12 und dem Befestigungszapfen 26. Vergrößerungsblöcke in unterschiedlichen
Auslegungen sind auf dem vorliegenden Gebiet seit langem bekannt
und werden übli cherweise
dazu verwendet, um den richtigen Sitz von Prothesekomponenten innerhalb
eines Patienten zu erleichtern, wenn unzureichende knochige Masse
in bestimmten Bereichen des Knochen des Patienten vorhanden ist,
auf dem die Prothese anzubringen ist.
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Der
Vergrößerungsblock 58,
der in 3, 4 und 6 dargestellt
ist, ist dazu bestimmt, auf der oberen Oberfläche 24 angebracht
zu werden, entweder auf der medialen oder lateralen distalen Abflachung 28, 30 einer
femoralen Komponente 12 eines künstlichen Kniegelenkes. Der
Block 58 kann dazu bestimmt werden, entweder in einer linksseitigen
oder in einer rechtsseitigen Knieprothese verwendet zu werden. Ein
Vergrößerungsblock,
der sich für
eine linksseitige Prothese eignet, kann entweder auf den medialen
oder lateralen unteren kondylären Oberflächen angebracht
werden, und ein Vergrößerungsblock,
der sich für
eine rechtsseitige Prothese eignet, kann entweder auf den medialen
oder lateralen unteren kondylären
Oberflächen
der Prothese angebracht werden. Wie dargestellt ist, weist ein Block 58 eine
erste bzw. distale Oberfläche 60 und
eine zweite bzw. proximale Oberfläche 62 auf, und eine Öffnung 61,
die sich zwischen diesen Oberflächen
erstreckt. Ein vertiefter Bereich 63 kann die Öffnung 61 umgeben.
Die Fläche
der proximalen Oberfläche 62 ist
in bevorzugter Weise größer als
die Fläche
der distalen Oberfläche 60,
damit der Block 2 der Geometrie der inneren kondylären Oberfläche einer
femoralen Komponente eines Kniegelenkes paßt.
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Der
Vergrößerungsblock 28 weist
zwei gegenüberliegende,
abgewinkelte Oberflächen 64, 66 auf,
bei denen es sich entweder um posteriore oder anteriore Oberflächen handeln
kann, in Abhängigkeit davon,
ob der Vergrößerungsblock
an der medialen oder lateralen Seite oder auf einer linksseitigen
oder rechtsseitigen Prothese angebracht ist. In bevorzugter Weise
sind die Oberflächen 64, 66 derart
abgewinkelt, daß jede
Oberfläche
ausgehend von der proximalen Oberfläche 62 zu der distalen
Oberfläche 60 nach
innen geneigt verläuft,
wie in 4 und 6 dargestellt ist. Der Winkel
der abgewinkelten Oberflächen 64, 66 kann
veränderlich
sein, wie für
einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet klar ist. In bevorzugter
Weise entspricht der Winkel der Oberflächen 64, 66 dem
Winkel der anterioren und posterioren Abschrägungen 68, 70 der
femoralen Komponente, um den richtigen Sitz des Vergrößerungsblocks 58 innerhalb
einer femoralen Komponente zu ermöglichen.
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Der
Vergrößerungsblock 58 weist
ferner Oberflächen 72, 74 auf,
die entweder den medialen oder den lateralen gegenüberliegenden
Oberflächen entsprechen,
in Abhängigkeit
davon, ob der Vergrößerungsblock 58 auf
der lateralen oder medialen Seite einer Prothese oder in einer linksseitigen
oder rechtsseitigen Prothese verwendet wird. Die seitlichen Oberflächen 72, 74 sind
bevorzugt im wesentlichen vertikal und erstrecken sich unter einem
rechten Winkel zu der Ebene der proximalen oder distalen Oberflächen 62, 60.
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Wie
in 3 dargestellt ist, ist der Vergrößerungsblock 58 dazu
bestimmt, auf einer Prothesenkomponente angebracht zu werden, bspw.
auf den medialen oder lateralen distalen Abflachungen 28, 30,
so daß die
distale Oberfläche 60 des
Blocks 58 mit der oberen Oberfläche 24 der femoralen
Komponente 12 in Kontakt kommt. Das distale Ende des Expansions-Klemmrings 38 des
Befestigungszapfens 26 erstreckt sich in bevorzugter Weise
durch die Öffnung 61 und über die
distale Oberfläche 60 des Blocks 58 um
einen Abstand hinaus, der ausreicht, um zu ermöglichen, daß der Klemmring 38 in
einen Befestigungshohlraum 32 eingesetzt wird, der in einer
Oberfläche
der femoralen Komponente, die zu vergrößern ist, angeordnet ist. Das
reibungsmäßige und/oder
mechanische Zusammenwirken des Klemmrings mit dem Hohlraum 32 ermöglicht,
daß das
Vergrößerungssystem
an einer geeigneten Oberfläche
der femoralen Komponente befestigt werden kann. Der Abstand, um
den sich der distale Schaft über
die distale Oberfläche
des Blocks hinaus erstreckt, kann sich in Abhängigkeit von den Erfordernissen
einer bestimmten Anwendung verändern. Typischerweise
beträgt
dieser Abstand etwa 3,9 bis 4,4 mm (0,155 bis 0,175 inch) und am
meisten bevorzugt etwa 4,2 mm (0,165 inch). Ein Fachmann auf dem
vorliegenden Gebiet wird erkennen, daß die Länge des distalen Schafts nicht
so groß sein
sollte, daß sein
distales Ende mit dem Boden des Hohlraums 32 in Berührung kommt.
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Wie
vorstehend festgestellt, steuert ein Expansionsstift 40 die
Expansion bzw. wahlweise die Kontraktion des distalen Schafts des
Klemmrings 58. In einer Ausführungsform, wenn der Expansionsstift eine
Gewindeschraube ist, expandiert ein Festziehen der Schraube den
distalen Schaft des Klemmrings, während ein Lösen der Schraube die Möglichkeit schafft,
daß sich
ein expandierter Klemmring zusammenzieht. Wenn sich der Klemmring 38 in
einem nicht expandierten Zustand befindet, besteht ein geringes
oder kein reibungsmäßiges und/oder
mechanisches Zusammenwirken mit dem Klemmring 38 und dem
Befestigungshohlraum 32; der Vergrößerungsblock kann in diesem
Zustand unabhängig
herausgenommen und in den Befestigungshohlraum 32 eingefügt werden.
Umgekehrt besteht dann, wenn sich der Klemmring 38 in dem
expandierten Zustand befindet, wie er in 3 dargestellt
ist, ein ausreichendes reibungsmäßiges und/oder
mechanisches Zusammenwirken zwischen dem Klemmring 38 und den
Wänden
des Befestigungshohlraums 32, so daß der Vergrößerungsblock und der Befestigungszapfen fest
auf der Prothesenkomponente gehalten werden können.
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Wie
vorstehend festgestellt, kann die oben beschriebene Erfindung mit
oder ohne Vergrößerungsblöcke verwendet
werden. Da die Befestigungszapfen nicht dauerhaft auf der Prothese
angebracht sind, können
sie je nach Wahl des Chirurgen selektiv an der Prothese befestigt
werden.
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Die
Abmessungen der unterschiedlichen Komponenten des Systems 10 können variieren.
Es ist allerdings von Bedeutung, daß die relativen Abmessungen
der Komponenten so sind, daß der Klemmring 38,
in dem nicht expandierten Zustand, der in 2b dargestellt
ist, in der Lage ist, in den Befestigungshohlraum eingesetzt zu
werden, und soweit anwendbar, durch die Öffnung 61 des Vergrößerungsblocks,
ohne übermäßige Reibung
oder Behinderung. Bei einer Expansion des Klemmrings, wie sie in 2a dargestellt
ist, sollten die äußeren Wände der
Keile 37 fest mit den inneren Wänden des Befestigungshohlraums 32 zusammenwirken,
um eine Loslösung
oder Bewegung des Befestigungszapfens zu verhindern. Die bevorzugte
Befestigungszugkraft des Klemmrings an der Prothese sollte in einem
Bereich von etwa 50–100
kg liegen. Die Abmessungen dieser Komponenten sind in Abhängigkeit
von den Erfordernissen einer gegebenen Anwendung veränderlich,
und ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet kann problemlos die
geeigneten relativen Abmessungen bestimmen. Im allgemeinen beträgt der Durchmesser
des Klemmrings in dem nicht aufgeweiteten Zustand etwa 6,1 bis 6,6
mm (0,240 bis 0,260 inch), und beträgt in bevorzugter Weise etwa
6,4 mm (0,250 inch). Der Durchmesser des Klemmrings in dem aufgeweiteten
Zustand ist bevorzugt etwa 0,25 bis 0,5 mm (0,010 bis 0,20 inch)
größer als
der Durchmesser in dem nicht aufgeweiteten Zustand. Der Durchmesser
des Befestigungshohlraums 32 ist ausreichend, um einen
festen Klemmsitz zwischen dem Klemmring und dem Hohlraum zu bewirken, wenn
der Klemmring aufgeweitet ist. Bevorzugt weist der Hohlraum einen
Durchmesser von etwa 6,6 mm ± 2,5
mm (0,26 inch ± 0,10
inch) auf. Die Tiefe des haltenden Hohlraums kann sich verändern, wie
einem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet klar ist, aber vorzugsweise
beträgt
die Tiefe etwa 4,6 bis 6,6 mm (0,10 bis 0,26 inch). Wie vorstehend
festgestellt, sollte der Klemmring 38 nicht mit der Bodenwand
des Hohlraums 32 in Kontakt kommen.
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Eine
weitere Ausführungsform,
die in 7–11 dargestellt
ist, stellt eine alternative Befestigungstechnik für das modulare
Prothesesystem 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Verfügung.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Klemmring nicht integral bzw. einteilig mit dem Befestigungszapfen
ausgebildet, sondern es sind die gleichen Optionen zur modularen
Befestigung vorhanden. Das heißt,
daß die
Befestigungszapfen unmittelbar auf der oberen Oberfläche einer
Gelenkprothese angebracht werden können, ohne einen Vergrößerungsblock,
oder es kann ein Vergrößerungsblock zwischen
dem Befestigungszapfen und der Prothese angeordnet werden.
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7 zeigt
eine femorale Komponente 102, bei der die Kreuzbänder ersetzt
werden, und die eine zwischen den Kondylen befindliche Nut 104 aufweist, eine
untere Oberfläche 106 mit
Kondylen 108, 110 und eine obere, mit einem Knochen
zusammenwirkende Oberfläche 112,
die laterale und mediale distale Abflachungen ausweist. Für die Zwecke
der Darstellung wird bei der Prothese, die in 7 dargestellt
ist, angenommen, daß es
sich um eine femorale Komponente des linken Knies handelt, die anteriore 118 und
posteriore Oberflächen 120 aufweist.
Weiterhin zeigt 7 einen Vergrößerungsblock 122 und einen
Befestigungszapfen 124, die auf einer lateralen distalen
Abflachung 116 angebracht sind. Es sei darauf verwiesen,
daß der
Befestigungszapfen 124 unmittelbar auf der medialen oder
lateralen distalen Abflachung ohne einen Vergrößerungsblock angebracht werden
kann.
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8A–11 zeigen
die unterschiedlichen Komponenten des Systems 100. Diese
Komponenten umfassen die Befestigungszapfen 124, einen oder
mehrere wahlweise vorhandene Vergrößerungsblöcke 122, einen oder
mehrere Klemmringe 126 und einen oder mehrere Expansionsstifte 128. Weiterhin,
wie oben in Zusammenhang mit 1–6 erläutert ist,
umfaßt
die femorale Komponente 102 zumindest einen Befestigungshohlraum 130.
Vorzugsweise ist ein Befestigungshohlraum auf jeder der medialen
und lateralen distalen Abflachungen der femoralen Komponente angebracht.
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Ein
Befestigungszapfen 124 ist ein längliches Teil, das proximale
und distale Enden 132, 134 aufweist. Das distale
Ende 134 des Zapfens weist einen Sockel 136 auf,
der eine Öffnung 138 einer
inneren Bohrung 140, die sich innerhalb des Zapfens erstreckt,
umgibt. Ein Innengewinde 141 oder eine sonstige innere
Befestigungsstruktur ist bevorzugt innerhalb der Bohrung vorhanden
und kann sich über die
gesamte Länge
der Bohrung erstrecken, oder alternativ kann das Gewinde lediglich
in ausgewählten Bereichen
der Bohrung vorhanden sein. Obwohl das proximale Ende 132 des
Zapfens 126 so dargestellt ist, daß es eine geschlossene Oberseite 142 aufweist,
kann die Oberseite alternativ auch offen sein. Der Sockel 136 stößt gegen
die proximale Oberfläche 144 des
Vergrößerungsblocks 122 an.
Wenn kein Vergrößerungsblock
verwendet wird, stößt der Sockel 136 alternativ
gegen die obere Oberfläche 112 der
femoralen Komponente 102 an.
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Der
Befestigungszapfen 124 ist auf eine ähnliche Weise aufgebaut wie
der, der weiter oben in Zusammenhang mit 1–6 beschrieben
ist, mit Ausnahme davon, daß er
keinen einteilig ausgebildeten distalen Klemmring aufweist. Der
Befestigungszapfen 124 kann daher äußere Oberflächenmerkmale 146 aufweisen,
und er kann einen größeren Durchmesser
an dem distalen Ende 134 als an dem proximalen Ende 132 aufweisen.
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Wie
in 9 und 11 dargestellt ist, ist der
Expansionsstift 128 ein längliches Teil, das ein distales
Ende 148 und ein proximales Ende 150 aufweist.
Der Expansionsstift ist dazu bestimmt, den Klemmring 128 durch
Wirkung seines distalen Endes 148 zu expandieren, während sein
proximales Ende 150 sowohl mit einem proximalen Ende 152 des Klemmrings
als auch mit dem Befestigungszapfen zusammenwirkt. Obwohl verschiedene
Strukturen den Expansionsstift in die Lage versetzen können, den
Klemmring aufzuweiten und mit dem Klemmring und Befestigungszapfen
zusammenzuwirken, ist nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben.
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Das
proximale Ende 150 des Expansionsstifts 128 weist
in bevorzugter Weise ein Außengewinde 154 auf.
Bevorzugt erstreckt sich das Gewinde 154 über eine
Entfernung von etwa 2 bis 20 mm. Das distale Ende 148 des
Klemmrings ist nicht mit Gewinde versehen und weist bevorzugt einen
Durchmesser auf, der etwas geringer ist als der Durchmesser des proximalen
Endes 150. Die distale Spitze 153 des Expansionsstifts 128 weist
eine Geometrie auf, die eine Expansion des Klemmrings zur Folge
hat, wie etwa eine mit einem Radius versehene bzw. abgerundete Spitze 155,
ein mit einem Ansatz versehenes Ende (nicht dargestellt), oder ähnliche
Geometrien. Vorzugsweise ist der Kopf 151 des Expansionsstifts 128 ein
sechskantförmiger
Kopf.
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Der
Klemmring 126 weist ein proximales Ende 152 auf,
das mit einem Kragen 156 versehen ist, und ein distales,
den Klemmring expandierendes Ende 158. Der Kragen 156 kann
innerhalb eines vertieften Bereichs angebracht sein, der den Hohlraum 130 umgibt.
Alternativ, wenn ein Vergrößerungsblock 122 verwendet
wird, wird der Kragen 156 in einen vertieften Bereich 159 eingesetzt
sein, der eine Öffnung 160 auf
einer proximalen Oberfläche 144 des Blocks 122 umgibt.
Der Kragen 156 und der vertiefte Bereich können praktisch
jede beliebige einander entsprechende Form aufweisen, bspw. kreisförmig oder
D-förmig.
Ein D-förmiger
Kragen, der ein abgeflachtes Ende 169 aufweist, oder ein
sonstiger unregelmäßig geformter
Kragen kann zweckmäßig sein, um
eine unerwünschte
Drehung des Klemmrings innerhalb des Befestigungshohlraums 130 oder
der Öffnung 160 zu
verhindern.
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Wie
in 10C dargestellt ist, weist der Klemmring 126 in
bevorzugter Weise ein Innengewinde 164 innerhalb eines
proximalen Bereichs 152 auf. Dieses Gewinde ist komplementär zu dem
Gewinde 154 des Expansionsstifts 128, so daß ein unterer
bzw. distaler Abschnitt des Gewindes 154 mit dem Gewinde 164 zusammenwirkt,
um den Expansionsstift in einer gewünschten Position mit dem Klemmring
zu halten. Das distale Ende des Klemmrings ist vorzugsweise geschlitzt
und weist eine Struktur auf, wie sie vorstehend für den Klemmring 38 beschrieben
worden ist, der in 1–6 dargestellt
ist.
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Wie
vorstehend festgestellt, zeigen 7–9 einen
Vergrößerungsblock 122,
der mit dem System 100 verwendet wird. Es sei darauf verwiesen,
daß die
Verwendung des Vergrößerungsblocks 122 optional
ist. Wenn der Vergrößerungsblock 122 nicht
verwendet werden soll, wird der Befestigungszapfen 124 unmittelbar
auf der oberen Oberfläche 112 der
femoralen Komponente 102 angebracht.
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Die
Abmessungen der unterschiedlichen Komponenten, die vorstehend beschrieben
sind, können
in Abhängigkeit
von der Größe und der
Bauart der Prothesen, mit denen sie verwendet werden, variieren.
Ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet kann problemlos die geeigneten
Abmessungen bestimmen.
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Das
System 100 kann wie folgt verwendet werden. Wenn ein Chirurg
feststellt, daß es
zweckmäßig ist,
Befestigungszapfen 124 auf der Prothese 102 zu
befestigen, wird die Feststellschraube 128 innerhalb des
Klemmrings vorwärtsbewegt,
ohne daß der
Klemmring expandiert wird, bis die Gewinde 154 und 164 ineinander
greifen. Der Klemmring wird dann innerhalb des Befestigungshohlraums 130 positioniert,
und die Feststellschraube wird angezogen, bis sich der Klemmring
in einem solchen Maße
aufweitet, daß er
eine gute Haltekraft auf die inneren Wände des Befestigungshohlraums 130 ausübt. Das
Drehmoment, das erforderlich ist, um eine solche Expansion zu bewirken,
beträgt
im allgemeinen etwa 2,3 bis 4,5 Nm (20–40 inch-pounds), und weiter
bevorzugt etwa 3,4 Nm (30 inch-pounds). Danach wird der Befestigungszapfen
auf den Expansionsstift 128 aufgeschraubt, so daß das Gewinde 154 mit
dem Innengewinde 141 des Befestigungszapfens 124 zusammenwirkt.
Vorzugsweise beträgt
die Länge
des Außengewindes 154,
das weiterhin nach außen
freiliegt, sobald der Befestigungsstift eingeschraubt ist, um den Klemmring
aufzuweiten, etwa 6 bis 12 mm.
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Eine ähnliche
Vorgehensweise wird für
eine Ausführungsform
angewendet, bei der ein Vergrößerungsblock 122 verwendet
werden soll. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Klemmring 126 vorab
innerhalb einer Öffnung 160 des
Vergrößerungsblocks 122 angeordnet
sein. Sobald der Vergrößerungsblock
richtig auf der femoralen Komponente 102 positioniert ist,
wird der Expansionsstift 128 innerhalb des Klemmrings vorwärts bewegt,
was dazu führt,
daß der
Klemmring aufgeweitet wird und der Vergrößerungsblock an der femoralen
Komponente befestigt wird. Als nächstes
kann der Befestigungszapfen auf das proximale Ende des Expansionsstifts aufgeschraubt
werden.
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Die
erläuterten
Ausführungsformen
des Systems 100 weisen ein Innengewinde innerhalb des Klemmrings 126 und
des Befestigungszapfens 124 auf, und Außengewinde auf dem Expansionsstift 128.
Es sei darauf verwiesen, daß andere
Strukturen anstelle der Gewinde verwendet werden können, um eine
Verbindung der Feststellschraube sowohl mit dem Klemmring als auch
mit dem Befestigungszapfen zu ermöglichen.
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Die
Prothesenkomponenten gemäß der vorliegenden
Erfindung können
aus einer Vielfalt von biokompatiblen Materialien hergestellt sein,
die eine hohe Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Widerstand gegenüber Verschleißpartikeln
aufweisen. Beispiele für solche
Materialien sind etwa Metallegierungen, wie bspw. Kobalt-Chrom-Legierungen,
Titanlegierungen, rostfreie Stähle,
Keramikwerkstoffe und andere Materialien, einschließlich Polymere,
die zur Verwendung bei der Herstellung von implantierbaren Knochenprothesen
bekannt sind. Ein bevorzugtes Material für die Prothesenkomponenten
ist eine Kobalt-Chrom-Legierung wie etwa ASTM F-75.
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Die
Klemmringkomponenten sind in bevorzugter Weise aus einem plastisch
verformbaren Metall oder einer solchen Metallegierung hergestellt,
um die Gefahr von Spannungsrissen bzw. -brüchen als Folge der Expansion
des Klemmrings zu reduzieren. Wenn solche Materialien zur Herstellung
einer mit Gewinde versehenen Komponente verwendet werden, sollten
die Materialen in der Lage sein, sich zu verformen, allerdings nicht
zu versagen, wenn sie einem Drehmoment von etwa 2,3 bis 7,3 Nm (20
bis 65 in-lbs) unterworfen sind, und weiter bevorzugt etwa 2,8 bis
4,0 Nm (25 bis 35 in-lbs). Ein bevorzugtes Material ist eine geschmiedete
Kobalt-Chrom-Legierung wie etwa ASTM F-90.
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Die
Feststellschraube besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einer
Metallegierung, die einen höheren
Modul und eine größere Härte aufweist, als
dies bei dem Klemmring der Fall ist. Diese Eigenschaften stellen
sicher, daß sich
der Klemmring (und nicht der Expansionsstift) verformt, wenn er
einem Drehmoment und/oder einer axialen Belastung unterworfen ist.
Ein bevorzugtes Material, aus dem der Expansionsstift hergestellt
sein kann, ist eine geschmiedete Kobalt-Chrom-Legierung, wie etwa
ASTM F-1537 (früher
unter der Bezeichnung ASTM F-799 bekannt).
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Die
Zugfestigkeitswerte im Hinblick auf die Befestigung der Befestigungszapfen
und/oder der Befestigungsblöcke
an den femoralen Komponenten liegen in bevorzugter Weise in einem
Bereich von etwa 50 bis 100 kg. Dieser feste Sitz gewährleistet, daß die Funktion
bzw. Qualität
der Prothesenkomponente nicht beeinträchtigt wird. Darüber hinaus
kann das System mit modularem Befestigungszapfen und Vergrößerung gemäß der vorliegenden
Erfindung leicht innerhalb einer femoralen Komponente einer Kniegelenkprothese
befestigt werden.
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Die
vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
angegeben, um den Bereich der Konstruktionen zu erläutern, innerhalb
dessen die Erfindung anwendbar ist. Veränderungen im physikalischen
Aufbau und in den Abmessungen der Erfindung sind für einen
Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet auf der Grundlage der vorliegenden
Offenbarung deutlich, und derartige Veränderungen werden als innerhalb
des Bereichs der Erfindung angesehen, in dem das Patentrecht erteilt
wird, sowie in den beigefügten
Ansprüchen
festgelegt ist.