DE2226541C2

DE2226541C2 - Kniegelenk-Endoprothese

Info

Publication number: DE2226541C2
Application number: DE2226541A
Authority: DE
Inventors: Bahaa Botros Seedhom Leeds Yorkshire Saleh
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1983-04-28
Also published as: GB1395896A; IE36395B1; CH548203A; IE36395L; FR2141126A5; DE2226541A1; US3816855A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kniegelenk-Endoprothese mit einem Femoral-Teil mit zwei gekrümmten Abschnitte, die von vorne nach hinten verlaufen, an der Knochenanlagefläche mit Ansätzen zur Verankerung am Oberschenkelknochen versehen sind und freiliegende, konvexe Lageroberflächen bilden, und mit einem Tiblal-Teil, der zwei Abschnitte aufweist, die an der Knochenlagefläche mit Ansätzen zur Verankerung mit dem Schienbein versehen sind und eine freiliegende Lageroberfläche bilden.

Durch das DE-GM 69 49 817 ist eine derartige Kniegelenk-Endoprothese bekannt, bei der die femoralen Abschnitte aus gebogenen Streifen bestehen, die unabhängig voneinander an dem Oberschenkelknochen befestigt sind. Die tibialen Abschnitte bestehen dort aus ebenen Lagerflächen, die an dem Schienbeinknochen veran-

kert sind. Der Lagerkontakt zwischen den femoralen und den tibialen Abschnitten ist punkt- bzw. linienförmig, so daß große Beanspruchungen und Spannungen zwischen den Prothesenteilen bzw. den Prothesenteilen und den Knochen auftreten. Außerdem können sich bei dieser bekannten Prothese Schwierigkeiten bei der Druckverteilung und der Stabilität des Beins ergeben. Insbesondere bei gestrecktem Bein, beispielsweise im Stand, ist die geforderte Stabilität des Kniegelenks nicht gewährleistet. Es können dort beispielsweise seitliche Verschiebungen zwischen Ober- und Unterschenkel auftreten.

Durch einen Aufsatz in der Zeitschrift für Orthopädie vom September 1971, Seite 599 bis 607, ist es bekannt, die femoralen Abschnitte an ihren vorderen Enden durch einen Brückenbereich zu verbinden, wobei in diesem Bereich eine Mulde zur Führung der Patella und deren Sehne ausgebildet sein kann. Der zugehörige tibiale Prothesenteil ist dort aber auch in Form von sogenannten Tibiaplateaus ausgebildet, die ebene Auflageflächen für den femoralen Prothesenteil bieten. Auch bei dieser Prothese ist die Stabilität des Gelenks insbesondere bei gestrecktem Bein nicht gewährleistet. Außerdem wird der Druck von dem Oberschenkel auch dort punkt- oder linienförmig in den Unterschenkelknochen übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kniegelenk-Endoprothese zu schaffen, bei der eine großflächige Druckverteilung erfolgt, die in etwa der Druckverteilung in den Menisken eines gesunden Knies entspricht und bei der die Stabilität des Gelenks in jeder Stellung, insbesondere aber bei gestrecktem Bein gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die femoralen Abschnitte an ihren vorderen Enden in an sich bekannter Weise durch einen mit einer Mulde ausgebildeten Brückenabschnitt miteinander verbunden sind, daß die tibialen Abschnitte an ihrem vorderen Bereich durch einen Brükkenabschnitt verbunden sind, daß jeder der tibialen Abschnitte konkav schalenförmig in Längs- und Querrichtung entsprechend der Form des medialen und des lateralen Meniskus eines natürlichen Kniegelenks, ausgehend von einer Phase mit relativ kleinem Beugewinkel über eir.e Zwischenphase zu einer Phase mit relativ großem Beugewinkel, und der tibiale Brücker.abschnitt mit einem Höcker ausgebildet ist, und daß die femoralen und tibialen Abschnitte im vorderen Bereich eine entsprechende gleiche räumliche Krümmung aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung Insbesondere des Tibial-Teils wird erreicht, daß bei gestrecktem Bein ein größtmögliches Maß an Stabilität erreicht wird. Da die Prothesenteile im vorderen Bereich entsprechende gleiche räumliche Krümmung aufweisen, ist eine flächenhafte Anlage zwischen den Teilen möglich. Dadurch erfolgt eine Druckverteilung über eine große Fläche, bei der keine Druckspitzen auftreten. Bei gestrecktem Bein ragt der Höcker an dem Brückenabschnitt des Tibial-Teils in die Mulde in dem Brückenabschnitt in dem Femoral-Tell, wodurch eine zusätzliche Sicherheit gegen eine Relativverschiebung von Ober- und Unterschenkel erreicht wird. Da der Tibial-Teil an seiner Oberfläche mit den relativ ebenen Kondylen des Schienbeinknochens nachgebildet Ist, sondern in etwa die Form aufweist, die der laterale und mediale Meniskus eines gesunden Kniegelenks bei der jeweiligen Relativstellung der beiden Schenkel aufweist, sind bei jeder Beugestellung des Knies eine optimale Druckverteilung und eine maximale Stabilität gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Krümmung in Längsrichtung der

femoralen Abschnitte spiralförmig ist mit steigendem Krümmungsradius von hinten nach vorn. Dadurch wird erreicht, daß insbesondere bei gestrecktem Bein eine möglichst große Anlagefläche zwischen Femoral-Teil und Tibial-Teil erreicht wird.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß der tibiale Brükkenabschnitt an seiner Unterseite mit einer Ausnahm ung ausgebildet ist, so daß keine Knochensubstanz von dem Zwischenhöckervorsprung des Schienbeins entfernt wer-

sind die Abschnitte 11 und 12 in einer voneinander getrennten Seite-an-Seite-Anordnung ausgebildet. Die Abschnitte 11 und 12 werden durch einen Brückenabschnitt 13 zusammengehalten.

In dem Brückenabschnitt 13 zwischen den Abschnitten 11 und 12 ist eine Mulde ausgebildet, die als Anlagefläche für die Patella und die damit verbundene Sehne dient.

Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform stim-

den muß und das an diesem Zwischenhöckervorsprung io men die Lageroberflächen des Femoral-Teils weitgehend befestigte Kreuzband nicht beeinträchtigt wird. mit den natürlichen Formen der entsprechenden Teile

Zur Erhöhung der antero-posterioren Stabilität des Gelenkes kann vorgesehen sein, daß die femoralen und tibialen Abschnitte ausgehend von dem Brückenab-

des Kniegelenks überein. Geeignetermaßen wird ein derartiges Femoralteil durch Gießen hergestellt. Dafür kann eine Form von einem Modell abgenommen werden, in schnitt divergieren, wobei der Winkel jeweils zwischen 15 welchem die entsprechenden Oberflächen durch direkte der Längsachsen der femoralen und tibialen Abschnitte Abformung von dem Femur eines natürlichen Gelenks etwa 10 bis 15° betragen kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand

der Zeichnung erläutert. Es zeigen

in Streckung bzw. Beugung,

Fig. 3 und 4 Bereiche von den Flg. 1 und 2 in entgegengesetzter Seitenansicht,
Fig. 5 die tibialen Bereiche in Draufsicht,
Fig. 6 bis 11 den Femoralteil einer Kniegelenkendoprothese von unten (inferior), von oben (superior), von der Innenseite (medial), von der Außenseite (late-al), von vorn (anterior) und von hinten (posterior) gesehen,

ausgebildet werden.

Zur Befestigung des Femoral-Teils an dem Oberschenkelknochen beispielsweise unter Verwendung von Acryl-

F i g. 1 und 2 in Seitenansicht schematisch die femora- 20 harz oder einem anderen spaltfüllenden Mittel oder len und tibialen Bereiche eines natürlichen Kniegelenks Zement, sind an den konkaven Knochenanlageflächen

der Abschnitte 11 und 12 sowie an der Rückseite des Brückenabschnitts 13 eine Vielzahl von relativ kurzen Ansätzen 14 ausgebildet. Diese Ansätze dienen dazu, das 25 Prothesenteil von dem schwammigen Knochen eines geeignet präparierten Femurs im Abstand zu halten, damit das Harz in ausreichender Stärke zwischen Prothesenteil und Knochen eingefügt werden kann. Außerdem erfolgt durch die Ansätze eine Verankerung in dem wobei die In Klammern gesetzten Ausdrücke die jeweili- 30 Harz bzw. Zement.

gen Ansichten in medizinischer Terminologie wlederge- Der entsprechende Tibial-Teil der Kniegelenk-Endo-

ben, prothese ist in den Fig. 12 bis 23 dargestellt und besteht

Fig. 12 bis 17 den entsprechenden Tibial-Teil in ver- aus zwei Abschnitten 21 und 22 und einem die beiden schledenen Ansichten und Abschnitte verbindenden Brückenabschnitt 23. Die

Fig. 18 bis 23 den Tibial-Teil im Schnitt längs der 35 Abschnitte 21 und 22 weisen eine große Oberfläche von Schnittlinie I-I bl.^c VI-VI von Fig. 12. schalenförmiger Ausbildung sowohl in Längs- als auch in

Fig. 1 und 2 zeigen in lateralen Ansichten die femora- Seitenrichtung auf, um eine insgesamt konkave Krümlen Kondyli 1, die tibialen Kondyll 2 und den lateralen mung zu schaffen. Diese Oberflächen dienen als Lager-Meniskus 3. Diese Ansichten zeigen das Gelenk In ver- oberflächen, um jeweils die entsprechende Funktion der schiedenen Phasen, in welchen es sich im Zustand maxi- ⁴⁰ lateralen und medialen Menisken und tibialen Kondyli maler Streckung bzw. maximaler Beugung befindet, und zu ersetzen, und um mit den kovexen Lageroberflächen sie zeigen deutlich die große Bewegung des lateralen des Femoral-Teils zusammenzuwirken. Die Abschnitte Meniskus (normalerweise in der Größenordnung von 21 und 22 werden getrennt nebeneinanderlaufend durch 10 mm) und die damit verbundene Änderung der supe- den Brückenabschnitt 23 an ihren anterioren Enden rloren Form, welche zwischen diesen Stellungen auftritt. ⁴⁵ zusammengehalten. Der Brückenabschnitt 23 ist mit Fig. 3 und 4 zeigen die entsprechenden Phasen in einem Höcker ausgebildet, der sich bei gestrecktem Knie medialer Ansicht, um die entsprechende, jedoch kleinere in die Mulde des Brückenabschnitts 13 des femoralen (normalerweise in der Größenordnung von 2 mm lie- Tells erstreckt, wodurch die beiden Prothesenteile in Eingende) Bewegung und die damit verbundene Verände- griff miteinander gelangen. Diese gestreckte Lage ist rung der superioren Form des medialen Meniskus 4 zu ⁵⁰ jeweils aus der Paarung der Fig. 8 und 14, 9 und 15, 10 zeigen. und 16 und U und 17 zu erkennen. Der Brückenab-

FIg. 5 zeigt diese Verschiebung der Menisken nach schnitt 23 des Tibial-Teils ist an seiner Unterseite mit gedanklicher Festlegung der vorderen (anterioren) Lagen einer Ausnehmung 24 versehen, so daß der Brückenabder Menisken bei maximaler Streckung und der posterio- schnitt 23 das an dem Zwischenhöckervorsprung beferen Lagen bei maximaler Beugung, wobei die sich erge- ⁵⁵ stlgte Kreuzband überspannt.

benden Spalten In den Menisken mit 3a und Aa bezeich- Die Befestigung des Tiblal-Tells an dem Schienbeinnet sind. Fig. 5 zeigt außerdem die anterioren und. poste- knochen erfolgt ebenfalls unter Verwendung eines Harrioren Kreuzbänder 5 und 6. zes oder eines Zementes. Zur besseren Befestigung sind

Der Femoral-Teil der Fig. 6 bis 11 umfaßt ein Scha- an der Unterseite der Abschnitte 21 und 22 sich kreulenlagerteil 10 mit zwei Abschnitten 11 und IL2 und ⁶⁰ zende Ausnehmungen vorgesehen, welche im Quereinem Brückenabschnitt 13. Die Abschnitte 11 und 12 schnl't schwalbenschwanzförmig ausgebildet sein könsind jeweils U-förmig in der Längsrichtung und schalen- nen, um eine bessere Verankerung zu schaffen. Etwa in förmig in der lateralen Richtung, um eine größere Ober- der Mitte jedes Abschnitts 21 und 22 Ist an der Unterfläche Insgesamt konvexer Krümmung zu schaffen. selte eine größere Fläche 26 geschaffen, die entsprechend Diese verhältnismäßig großen Oberflächen der ⁶⁵ der Ansätze 14 des Femoral-Teils eine gewisse Abstands-Abschnltte 11 und 12 dienen als Lageroberflächen, um funktion erfüllt, so daß eine ausreichend dicke Schicht jeweils die entsprechende Funktion der femoralen latera- aus Harz oder Zement zwischen dem Prothesenteil und len und medialen Kondyli zu ersetzen. Für diesen Zweck dem Knochen vorgesehen werden kann.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel stimmen die Lageroberflächen des Tibial-Teils in großem Maße mit denjenigen der Menisken in Fig. 5 überein, aus der die Spalten 3a und Aa zu ersehen sind. Die Enden der konkaven Lageroberflächen der Abschnitte 21, 22 entsprechen in hohem Maße der Oberflächengestalt der anterioren Abschnitte der Menisken eines natürlichen Gelenks, wenn das Gelenk sich In einer Phase eines relativ kleinen Beugewinkels befindet und die anderen Enden der Abschnitte stimmen entsprechend mit der Oberflächenform der Menisken überein, wenn das Gelenk sich in einer Phase eines relativ großen Beugewinkels befindet. Dazwischen angeordnete Abschnitte solcher Bereiche stimmen mit Ausbildungen überein, die die anterioren und posterioren Abschnitte nacheinander annehmen. Wie bei dem Femoral-Teil wird eine derartige Formgebung des Tibial-Teils normalerweise am besten unter Verwendung einer Gußmethode erreicht. Ein geeignetes Modell, von welchem die gewünschte Formgebung erhalten werden kann, wird von einem natürlichen Gelenk abgenommen, bei welchem unter Intaktlassen der Kreuzbänder die Menisken entfernt worden sind. Bei voller Streckung des Gelenks wird anschließend Wachs in den Gelenkzwischenraum eingegossen. Nach Hartwerden an den Außenselten wird das Wachs an den hinteren und seitlichen Bereichen des Gelenks erwärmt und das Gelenk wird anschließend gebogen, um die Oberfläche des Wachses zu formen, wodurch eine maximale Übereinstimmung mit den femoralen Kondyli über den ganzen Bereich des Kniegelenks erhalten wird.

In weiterer Behandlung werden dann die Lageroberflächen der erhaltenen Formen idealisiert. So werden wellenförmige Ausbildungen, die von Knorpel her stammen, geglättet, und die Einbuchtungen der Menisken auf die natürlichen femoralen Kondyli wird nicht reproduziert. Ein anschließender Läppvorgang trägt zur Erzielung eines optimalen Sitzes zwischen den Prothesenteilen bei. Außerdem kann es vorteilhaft sein, den Brückenbereich des Femoral-Teils auszudehnen, um eine gute Lageroberfläche für die Patella bei extremer Beinstreckung sicherzustellen.

Aus den Figuren kann entnommen werden, daß die kondylären Lageroberflächen des Femoral-Teils in Längsrichtung spiralförmige Kuven darstellen mit steigendem Radius der Krümmung von hinten nach vorn.

to Die entsprechenden Krümmungen des Tibial-Teils sind dagegen gleichförmiger. Die beiden Gelenkteile besitzen eine größere Übereinstimmung der entsprechenden Oberflächen an der Vorderseite, was eine große Rolle spielt, wenn das Knie voll gestreckt ist. Dadurch werden Beanspruchungen und Spannungen beim Stehen herabgesetzt. Die Längsrichtung der Abschnitte !!, 12 und 21, 22 des Femoral- bzw. Tibial-Teils divergieren von ihren vorderen Enden aus um einen Winkel von etwa 10 bis 15°, wie dies bei natürlichem Kondyli ebenfalls der Fall ist und wodurch die antero-posteriore Stabilität des Kniegelenks erhöht wird.

Die Prothesenteile können aus beliebigen Materialien hergestellt sein. So eignet sich insbesondere eine Kombination Metall/Kunststoff, wobei der Femoral-Teil aus einer Chrom-Kobaltliegierung und der Tibial-Teil aus einem Kunststoffmaterial wie Polyäthylen hergestellt sein kann. Da die Lagerflächen der Prothesenteile denjenigen eines natürlichen Gelenks in hohem Maße entsprechen, kann mit Hilfe der Prothese das Beugen und Strekken in einem Bereich durchgeführt werden, der dem eines natürlichen Gelenks weitgehend entspricht. Bei der Befestigung der Prothesenteile an dem Oberschenkelbzw. Unterschenkelknochen wird nur sehr wenig Knochenmaterial entfernt, so daß unter Umständen bei einer späteren Operation eine andere Prothese nach Entfernen der alten Prothese eingesetzt werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kniegelenk-Endoprothese mit einem Femoral-Teil mit zwei gekrümmten Abschnitten, die von vorne nach hinten verlaufen, an der Knochenanlagefläche mit Ansätzen zur Verankerung am Oberschenkelknochen versehen sind und freiliegende, konvexe Lageroberflächen bilden, und mit einem Tibial-Teil, der zwei Abschnitte aufweist, die an der Knochenanlagefläche mit Ansätzen zur Verankeiung mit dem Schienbein versehen sind und eine freiliegende Lageroberfläche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die femoralen Abschnitte (11, 12) an Ihren vorderen Enden in an sich bekannter Weise durch einen mit einer Mulde ausgebildeten Brückenabschnitt (13) miteinander verbunden sind, daß die tiblalen Abschnitte (21, 22) an ihrem vorderen Bereich durch einen Brückenabschnitt (23) verbunden sind, daß jeder der UbiaJen Abschnitte konkav schalenförmig in Längs- und Querrichtung entsprechend der Form des medialen und des lateralen Meniskus eines natürlichen Kniegelenks, ausgehend von einer Phase mit relativ kleinem Beugewinkel über Zwischenphasen zu einer Phase mit relativ großem Beugewinkel, und der tibiale Brückenabschnitt (23) mit einem Höcker ausgebildet ist, und daß die femoralen und tibialen Abschnitte im vorderen Bereich eine entsprechende gleiche räumliche Krümmung aufweisen.

2. Kniegelenk-Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung in Längsrichtung der femoralen Abschnitte spiralförmig ist mit steigendem Krümmungsradius von hinten nach vorn.

3. Kniegelenk-Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der tibiale Brückenabschnitl (23) an seiner Unterseite mit einer Ausnehmung (24) ausgebildet Ist.

4. Kniegelenk-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die femoralen und tibialen Abschnitte (U, 12; 21, 22) ausgehend von dem Brückenabschnitt (13, 23) divergieren.

5. Kniegelenk-Endoprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel jeweils zwischen den Längsachsen der femoralen und tibialen Abschnitte etwa 10 bis 15° beträgt.