WO2011018458A1 - Vorrichtung zur resektion von knochen, verfahren zur herstellung einer solchen vorrichtung, hierfür geeignete endoprothese und verfahren zur herstellung einer solchen endoprothese - Google Patents

Vorrichtung zur resektion von knochen, verfahren zur herstellung einer solchen vorrichtung, hierfür geeignete endoprothese und verfahren zur herstellung einer solchen endoprothese Download PDF

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Definitions

  • Apparatus for resecting bone method for producing such a device, endoprosthesis suitable for this purpose and method for producing such an endoprosthesis
  • the present invention relates to a device for the resection of bones, in particular for the preparation of the attachment of an endoprosthesis, a method for producing such a device, an endoprosthesis suitable for this purpose
  • a process for the preparation of such an endoprosthesis and a surgical kit which consists of these components and is particularly suitable for performing knee joint surgery.
  • Such devices have tool guides, for example, for guiding a knife for resection of a bone as well
  • Magnetic resonance tomography a tomographic image of the damaged bone, For example, a damaged knee joint to be made. These preoperative images could be corrected by approximating the contours of the damaged bone to the contours of a healthy bone. After such a correction, a virtual post-operative image of the damaged bone.
  • Implantation aid used d. h., the cut surfaces are incorporated into a template that is adapted to the individual bone structure of the patient.
  • These implantation aids can be used both for the implantation of individual endoprostheses in accordance with EP 1 074 229 A2 and also for conventional, commercially available, not individually or only partially individually adapted prostheses.
  • DE 42 19 939 A1 discloses a template for corresponding processing tools for processing bony structures and a method for defining the positional relationship of these processing tools relative to these bony structures, wherein initially sectional images of the bony structure made and a three-dimensional shape of this structure and their Surface is won. Subsequently, in the preoperative planning phase, an individual template is produced, which simulates the surface of the bone structure and is then placed intraoperatively on exposed contact points or surfaces in order to ensure a defined tool guidance.
  • Tool guides such as cutting surfaces or shafts have, as well as adapted to the bone contour surfaces for applying the templates, in part have the disadvantage that either an alignment of the templates intraoperatively by means of additional complex measurements of bone axes and ligament tensions or an exact system is usually possible only on pre-attached to the bone marker because the exact surface structure of the bone due to physical limitations in image acquisition, for example, by soft tissue or in the image not recognized Bulges usually can not be determined exactly virtual or the contact surfaces are overdetermined, and be included too large areas which on the one hand causes a large arithmetical, sometimes manual effort in the creation of the records and on the other hand, the stencil when setting then not conclusive to lie down and shake. It is therefore often necessary to attach appropriate pins or wires to the bone preoperatively before the three-dimensional image acquisitions are made. The stencil will be attached later.
  • the templates are completed according to a previous computed tomography display, for example of the knee joint skeleton, so that the guide shafts for the saw blades ensure the ideal resection levels for the prosthesis bearing.
  • the prefabricated templates are placed after the opening of the surgical site only on the bone and allow an immediate exact resection of the bone, which significantly relieves the attending physician and other important details of the operation, such as the surgical approach, hemostasis and Soft tissue management, can focus. As a result, an implantation can be carried out more accurately, reliably and reliably than in the case of the customary, reusable, and hitherto mainly in the above
  • Another disadvantage of the conventional implantation technique is the high expenditure of time for carrying out the adjustment steps during the operation, since this requires that the surgical wound be kept open longer and that the risk of infection is increased.
  • blood blockage during the time of the operation, a perfusion of the extremity is suppressed and the soft tissue with increasing
  • Cartilage tissue, fibrocartilage or bone tissue is sometimes not clearly identified in the preoperatively acquired images, which is why the template can move when placed on the bone, and the tool guide therefore does not come exactly to the point at which the bone is processed shall be.
  • Bone is described in detail and while one finds in these documents, a note that this is also a substantial preservation of the ligament of knee joints, or a better adaptation to the band structures of the knee joint is possible, but usually still finds necessary corrections of the ligament tensions on the knee joint (Soft tissue alignment) no mention here, since in this regard the use of conventional individual implantation aids initially no relief or benefits.
  • Knee joint occurring arthrosis leads to impairment or even destruction of the cartilage, mainly the inside tibial plateau and the inside femoral role, with simultaneous shortening of the band structures of the inside and rear capsular ligament apparatus. Due to the often occurring slight O-leg malposition, there is an increased train on the outside ligaments, which occasionally loosens due to chronic, mechanical overloading and undergoes a slight extension.
  • Knee joint can be achieved.
  • the conventional methods such as in the implantation description
  • Tibial plateaus (three tibial plateau heights are provided, each with 1 mm height increase over the original height or the "plus one" height).
  • Implantation procedure first the thigh or lower leg component (femoral or tibial component) depending on the procedure (femur first or tibia first) as low as possible implanted, and the resections for the second component, taking into account the leg axis and adaptation of the capsular ligament apparatus in extension and at Diffraction performs.
  • the invention is therefore based on the object to provide a corresponding device that simplifies the surgical procedure for the surgeon, which minimizes the risk of error, which shortens the duration of the operation, minimizes costs, while ensuring an exact alignment of the tool guide without costly readjustment, at the same time to the aforementioned, existing individual biomechanics of the
  • the present invention is also based on the object to provide a method for producing such Vorrraum, as well as suitable endoprostheses and methods for producing such endoprostheses.
  • the device according to the invention for resection of bones for preparing the attachment of an endoprosthesis to joints which consist of at least two mutually cooperating joint partners, has at least one tool guide and at least one suitable for aligning the at least one tool guide support, wherein the support either joint-orientation and Positioning the at least one tool guide allows at a further joint partner or distally to the machined, in particular to be resected and / or outside of the surgical area, the alignment and positioning of the at least one tool guide on the same joint partner allows.
  • the support according to a preferred
  • Embodiment also take place on intact skin soft tissue surfaces on the same or on the opposite joint partner.
  • a support preferably takes place on the bone in the immediate vicinity of the bone to be resected at the same or opposite joint partner.
  • the support - in the form of a second template - placed on the processed, for example, resected femur.
  • this support according to the invention consists of a 3-D reconstruction of the femoral prosthesis components to be implanted, for example polyamide.
  • the cartilaginous defect has already been corrected, but the lower-legged cartilage defect is still present since the original patient's bone is still present, and therefore the height defect of the tibial plateau, which is subsequently also compensated by the replacement with the tibial component of the endoprostheses , must first be corrected by introducing a corresponding placeholder.
  • the height of this defect is determined preoperatively on the basis of the height difference between the actual height of the patient 's tibial plateau and the tibial plateau height of the tibial component, which approximated that of a healthy knee joint.
  • this correction can also be achieved by a corresponding higher setting of the distractors around the height of the cartilage defect, whereby the insertion of a placeholder is unnecessary.
  • the leg axis can be checked continuously by inserting a measuring rod in a central opening of the device or template according to the invention. If the leg axis is correctly aligned and the belt tension is sufficiently balanced both in extension and in flexion, the lower part of the template can be aligned with the tool guides by inserting so-called
  • tibia first in which first the tibial side is resected, in order to create sufficient space in the joint.
  • the shin resection is carried out according to the invention by using a support which is distal to the site to be resected and / or outside the surgical area, the alignment and positioning of the at least one tool guide on the same joint partner, i. on the tibia.
  • This support according to the invention allows a bony support
  • Shin edge This allows precise alignment of the template, also with regard to the tibial axis.
  • a major problem is the precise positioning of the customized tibial template. Unlike the femur, the tibial region can not be exposed to the extent that it can be covered partially enveloping with a stencil. In addition, less suitable so-called “landmarks" can be found on the tibia, to which a template could be reliably aligned. Even the slightest tilting can cause serious deviations from the planned resection line.
  • the device according to the invention for the resection of bones in particular for the preparation of the attachment of an endoprosthesis, preferably has at least one further support which is suitable for aligning the at least one tool guide, wherein the support is configured in the form of points or lines.
  • the at least one tool guide and the at least one support are preferably immovably connected to one another, so that a resection template is formed from the tool guide and the at least one point or line-shaped support.
  • punctiform means that small areas are concerned, each less than 10% of the total area, preferably less than 5% of the total area, more preferably between 0.1% and 3% of the total area as support surface for bone or cartilage exhibit.
  • the tool guide and the support can also be made as a separate component of the resection template, which are immovably connected to each other in use by a fastening device, such as screws, clamps or locks according to the pre-determined orientations.
  • the tool guide can in this case be made of a more resistant, for example, a sinterable metallic material as standard, for example, in five different sizes and then several times with different, unchanged custom made plastic supports, for example
  • Bones of the patient must be adjusted during surgery, individual resection templates are produced, which can be generated by the use of, for example, computed tomography data.
  • two resection templates for the treatment of a knee joint one each for femur and one for tibia, for example made of polyamide, polyurethane, epoxy or the like, d. H. a material suitable for "rapid manufacturing" and sterilizable material.
  • the point or line-equipped support is formed on the basis of two- or three-dimensional image recordings, for example Tomographieamn the bone to be treated, the line shape of the support along defined surface structures of the bone or the point shape of the support based on special terrain features of the bone on the basis or three-dimensional image recordings.
  • the one or more tool guides may also be positioned and aligned relative to the surface texture of the bone based on the two- or three-dimensional image data such that a three-dimensional data set results from this data which may then be used to make the template.
  • a plurality of first linear supports are spaced apart in a plurality of first substantially parallel planes and a plurality of second linear supports are spaced apart in a plurality of second substantially parallel planes, wherein the first and second plurality of planes are not parallel to each other, in particular substantially at right angles to each other, are arranged, so that in particular results in a lattice-shaped support structure or support structure on which the template or implantation aid is then supported on the bone during surgery.
  • two-dimensional computed tomography images are suitable, by means of which one can also recognize the exact contour of the bone in the area of the sectional images.
  • the rib construction in the preparation of the linear supports has the advantage that only very precise landmarks of the bone are shown and incorporated into the template, which not only reduces the effort in the reconstruction of the joint surface negative, but also an exact and accurate support to the bone is guaranteed.
  • the ribs may have elasticity, by means of which any
  • the ribs can be pushed aside by their elasticity by imagewise unrecognized cartilage or soft tissue elevations, while the position of the template is still clearly held in the correct position by the predominantly correctly resting rib sections.
  • the at least one tool guide has a guide depth that extends substantially between the bone and a guide stop of the tool guide, d. H.
  • the depth of the guide and the depth of resection result in the insertion depth of the tool, d. that is, the depth that dips the tool into the template and the bone. Due to the guide stop at the distal end of the tool guide is an exact insertion depth of the tool and thus a predefined Resetechnischs- or
  • the plurality of lattice-shaped, in particular linear Abstü-tongues and the plurality of mutually angled tool guides preferably form a resection template, which is advantageously cast from a mold or worked out of a material such that the template is seamlessly formed from one piece.
  • a resection template which is advantageously cast from a mold or worked out of a material such that the template is seamlessly formed from one piece.
  • Image data set supplemented by the tool guides and working surfaces on the bone ensures the individual to the bone adapted template not only accurate alignment of the individual tool guides to each other, but also an exact positioning of the tool guides on the bone, so that the separately manufactured endoprosthesis after resection not only fits exactly on the cut surfaces, but also the original naturally healthy structure of the bone, ie especially its surface, exactly approximated.
  • the template additionally has viewing openings or fixing openings in order to provide the surgeon with a view of the surgical area during the operation
  • the template may according to a further embodiment of the present invention also comprise further support surfaces or pads that can be applied to other parts of the body, with respect to the bone to be processed a fixed or
  • the method according to the invention for producing a device for resecting bones with at least one tool guide and at least one support suitable for aligning the at least one tool guide preferably has the following steps:
  • Two or three-dimensional images are taken or made of the bone to be processed.
  • X-ray images or magnetic resonance tomography images which reflect the bone to be processed in layers are suitable for this purpose.
  • punctiform and / or linear contours of the bone are recognized on the two- or three-dimensional images. Suitable for this purpose are known from the prior art rendering methods that automatically scan and recognize such contours due to the grayscale gradations. 3. Then the appropriate tool guide is selected and positioned on the basis of the two- or three-dimensional images.
  • Positioning is based on a definition of the job to be edited, d. h., it is determined, for example, at which corner of the bone a point must be cut off.
  • a cutting surface is defined with respect to which a tool guide is positioned to guide a saw.
  • the template is made with at least one support, which allows the alignment and positioning of the at least one tool guide to another joint partner either in the immediate vicinity of the joint or joint-extending or distal to the resected site and / or outside the surgical area, the orientation and positioning of the at least one tool guide at the same
  • Joint partner allows.
  • the at least one tool guide positioned and aligned relative to the support is produced.
  • the known "rapid manufacturing" technologies d. h.
  • the template can be cast or molded from a suitable plastic, or plastic blocks are processed accordingly with milling, cutting and drilling machines, or a combination of the aforementioned methods is used. This is known in the art.
  • a three-dimensional data set is used, which includes the punctiform or line-shaped supports for mounting the template on the bone.
  • the line shape of the support is preferably carried out along defined surface structures of the bone and the point shape based on specific terrain features of the bone, which are detected by means of two- and / or three-dimensional image recordings.
  • a plurality of lattice-shaped linear supports and a plurality of mutually angled tool guides are determined according to a particular embodiment of the present invention and stored in a three-dimensional data set for producing a template according to the invention.
  • the supports and tool guides are then formed on the basis of the three-dimensional data set.
  • the template can also be configured universally adjustable.
  • the template or device is first prepared as described above, preferably made of stainless steel and it Instead of the ribs contact plates are aligned at different, eg nine different points of the femur, which are adjusted by eg screw thread before the operation to the exact distance and locked in this position by a corresponding counter screw.
  • the setting of the punctiform supports thus takes place in vitro, based on the two- or three-dimensional images. An adjustment during the operation is then no longer necessary, but can still be carried out if so desired.
  • Unversible in the sense of this invention therefore refers to the tool guides and the supports Re-usable femur and tibial stencils or femoral tibial stencils are preferably kept in, for example, five different sizes in order to meet the individual size differences of the patients
  • the reusable templates are, like the classic surgical instruments, cleaned, sterilized and
  • devices for fastening sensors e.g. a commercially available navigation system (for example Orthopilot® the company Aesculap AG) are attached, with the help of the femoral head center can be determined kinematically.
  • the tibial axis may thereby be e.g. mechanically and / or likewise with the help of
  • the present invention also relates to a method of making an endoprosthesis for attachment to a bone that has been specially treated with one of the above-described devices. Two or three-dimensional images of the bone to be processed are made for this or the two-dimensional or three-dimensional image data already prepared for producing the device for resection of the bone are used.
  • a stencil for resection of bones according to the invention for preparing the attachment of the endoprosthesis to joints which consist of at least two mutually cooperating joint partners made, the template with at least one tool guide and at least one suitable for aligning the at least one tool guide
  • Support is provided, wherein the support either joint-overlapping the alignment and positioning of the at least one tool guide allows at a further joint partner or distally to the site to be resected and / or outside the surgical area, the orientation and
  • Bone or cartilage and the virtual correction of the two or three-dimensional image data produced are aligned both to the cut surfaces of the bone or cartilage and to the outer contour of the healthy bone or cartilage and shaped accordingly.
  • Bone or cartilage is made, for example, by comparison with images of healthy bones or cartilages that have comparable shapes to the damaged bone or cartilage.
  • a virtual correction can also be made by interpolation of the healthy shapes of the bone / cartilage.
  • the present invention further relates to an endoprosthesis, which has been produced by the aforementioned method and in particular to a
  • Bone / cartilage is applied, which has been processed with one of the devices described above.
  • the endoprosthesis with a fiction, according to the invention Device are immovably connected to serve as a support surface for positioning the template.
  • the present invention also relates to an operation set for performing knee joint operations consisting of femoral and / or tibial components of an endoprosthesis or femoral and / or tibial components of a device, d. H. a template or implantation aid, consists, as described in more detail above.
  • Figure 1 The three-dimensional view of a device according to the invention with
  • Figure 2 shows a schematic cross section through the inventive
  • Figure 3 shows a cross section through the device according to the invention.
  • Figure 4 shows a three-dimensional view of the bone
  • FIG. 5 shows the schematic plan view of a device according to the invention with grid-shaped supports according to the invention
  • FIG. 6 shows a femur bone with lateral template jaws
  • FIG. 7 shows a femur bone with a template beak
  • Figure 8 is a three-dimensional sectional view of the invention
  • FIG. 9 the top view of a template according to the invention.
  • FIG. 10 shows the three-dimensional transverse view of an inventive device
  • FIG. 1 1 shows the three-dimensional view of a tibial template
  • FIG. 12 shows the three-dimensional partial view of the tibial template according to FIG. 11;
  • FIG. 13 shows the three-dimensional schematic sectional view of a tibial template
  • Figure 14 shows the three-dimensional schematic cross-sectional view of particular
  • FIG. 15 shows the three-dimensional rear view of the tibial template
  • FIG. 16 shows a femur bone with marker pins
  • FIG. 17 shows a three-dimensional plan view of a template with fastening pins and bones
  • Figure 18 shows the three-dimensional view of a tibial template with molded
  • FIG. 19 a schematic bottom view of a tibial template
  • FIG. 20 shows the view of a drilling template for tibial cones
  • FIG. 21 shows the view of a two-part tibial version
  • FIG. 22 shows the view of a two-part tibial template
  • FIG. 23 shows the three-dimensional view of a modified tibial template
  • Figure 24 is the three-dimensional view of a modified inventive
  • FIG. 1 shows the three-dimensional transverse view of a device according to the invention for resection of a femur bone 1 with a plurality of tool guides 3, 4, 5 and supports 6 according to the invention.
  • the femur bone is usually resected at several locations.
  • the femur bone is usually resected at several locations.
  • Cutting surfaces lie according to a first tool guide 3a, 3b in the coronal plane and resect the femur bone 1 on the kneecap facing side and the corresponding opposite side.
  • first tool guide 3a, 3b in the coronal plane and resect the femur bone 1 on the kneecap facing side and the corresponding opposite side.
  • This tool guide serves to penetrate a saw for cutting off the distal ends of the femur bone 1.
  • second tool guides 4a, 4b Arranged at right angles to the first tool guide 3a, 3b and third tool guide 5 are second tool guides 4a, 4b which are kanthomeatal (i.e., at an acute angle to the transverse plane)
  • Femurbone 1 are arranged, preferably about 45 ° inclined to the third
  • Tool guide 5 which is arranged transversely.
  • All tool guides 3a, 3b, 4a, 4b, 5 form an immovable, arranged at a fixed angle tool guide template, which also with
  • FIG. 1 shows the three-dimensional, schematic sectional view of a
  • Device in particular a resection template 2 with coronal tool guides 3a, 3b and a kanthomeatalen tool guide 4b, which are arranged at an acute angle to each other and the processing of certain
  • Each of the tool guides preferably has a guide stop 27, which defines the exact depth of penetration of the tool.
  • the tool such as a saw, is placed in the
  • Tool guides introduced, for example, a sowing shaft, which have a certain depth of leadership D. If the tool has overcome the guide depth D, the cutting into the bone takes place up to a resection depth d. Guide depth D and resection depth d give the immersion depth t of the tool.
  • Adaptation of the depth of the guide D to the tool ensures that not too little, but not too much bone is cut away, or that the soft tissue located behind the bone, such as tendons, ligaments or blood vessels, is not injured.
  • the very important protection of the sidebands of the knee joint during bone resection is ensured by the lateral shaft boundary of the tool.
  • the manufacturing technique of the resection template 2 according to the invention makes it possible to make the tool guides, such as resection shafts or boreholes, in exactly the length in which an exact insertion depth t of the tool can be determined.
  • Figure 3 shows a sectional view of the resection template 2 according to the invention with coronal tool guides 3a and 3b and kanthomeataler tool guide 4b, wherein the suitable for a saw shafts 8 can be seen.
  • Figure 3 shows a fourth tool guide 7, which is suitable for example for a drill, which makes a corresponding hole in the bone to support pin of the
  • FIG. 3 shows in section (three-dimensionally marked thereon) linear supports 6, which are explained in more detail as follows:
  • FIG. 4 shows the three-dimensional plan view of the distal end of the femur bone 1, on which the linear supports 6 can be seen.
  • the grid-shaped arranged, linear supports 6 are substantially rectangular, with sagittal ribs 6a and coronal ribs 6b substantially perpendicular to each other depicting the essential structures of the bone.
  • a computed tomography image is created which images different layers of the bone. Based on this
  • the linear supports 6 can then be reconstructed along the slice images, in which the bone surface along the two-dimensional
  • This rib construction has the advantage that only precise landmarks of the bone are displayed, which significantly reduces the effort involved in the reconstruction of the articulated surface negative.
  • an exact edition of the resection template 2 can be guaranteed on the bone 1, as any computer tomographically insufficient accurately detected soft tissue or synovial fluid can escape between the ribs, or the ribs can be easily pressed into increased surface areas until they hit the bone surface or even from the heightened
  • FIG. 5 The rib structure shown schematically in FIG. 4 is shown in FIG. 5 embedded in the resection template 2. Between the first arranged parallel to one another
  • first coronary tool guides 3a 1 and 3a 2 are used.
  • FIG. 6 shows second supports 9, such as coronary jaws, which are realized as lateral template jaws. This serves for the defined plant of the
  • Resection template 2 in the lateral direction at the distal end of the femur bone. This serves to support the coronary ribs 6b disposed in the coronal plane or by the second supports 9, which are designed as coronary jaws and are shown in FIG. 6, which are constructed on the outside of the femur on the left and on the right.
  • FIGS 7 and 8 show a third support 10 which is formed as a sagittal beak to fix the resection template 2 in the sagittal direction.
  • a third support is made especially above the patella sliding bearing, which is upwards, d. H. proximal, rejuvenated. But this template beak must not be too long, so that the upper recess or the
  • the anchoring of the third support 10 to the resection template 2 must be such that the anchoring does not close the coronary first tool guide 3b.
  • the template Schnabel can also be constructed from an extension of the tool guide 3 b.
  • FIG. 9 shows the plan view of the device according to the invention with two-part coronary tool guides 3a 1 and 3a 2 as well as coronary first tool guides 3b spaced parallel thereto but suitable for a saw, and two viewing apertures 11 which show the grid structure of the linear Support 6 and allow the operation area.
  • Figure 9 shows fixation holes 12 distally disposed on the template to introduce fixative.
  • two cylindrical shafts for example 3 to 4 cm in diameter, are located on the distal surface of the resection template 2, which provide an insight into the underlying articular surface and thus allow a check whether the template rests flush, ie whether the linear supports 6 rest flush on the bone surface.
  • anterior cruciate ligament A major complication of knee surgery is inadvertent resection of the anterior cruciate ligament. While in conventional bicondylar knee endoprostheses the anterior cruciate ligament is generally resected, the anterior cruciate ligament can be obtained in the custom-made knee joint endoprostheses of the present invention. To accidentally violate the anterior cruciate ligament
  • a 3 to 4 cm in diameter amount for example, circular and in projection on the femoral template
  • intercondylar Notch aligned opening attached which on the one hand grants the view of the anterior cruciate ligament, on the other hand also offers the possibility to protect the anterior cruciate ligament by introducing surgical instruments at the respective resection.
  • this opening also provides insight into the location of the ribs, the so-called notch hook, and in part also on the supports 6 of the lower thigh roller limitation.
  • the tool guides 3, 4, 5, 7, 14 can also be fitted, so that no displacement of the template by the laterally everted soft parts takes place at the open site.
  • the sidecut should then also be done on the side of the kneecap and the soft tissues to avoid drooping the template.
  • the invention also relates to a tibial template shown schematically in Figure 1 1 with separate, fifth tool guides 14 a1 and 14 a2, which are aligned sagittal, and a coronary tool guide 3 and a transverse tool guide 5. Also indicated are the linear
  • fixing guides 12 for example, nails or screws can be guided in order to ensure a holder of the template.
  • the supports 6 can also be embodied as a lattice structure shown in FIG. 12, the sagittal ribs 6a and corona ribs 6b also forming the lattice structure here, which are preferably arranged substantially at right angles to one another. It is important to bring the supports 6 as far as possible to the Intercondylenhöcker to thereby also achieve a certain lateral stabilization.
  • a connecting web 15 is shown, which leads to a support surface 16, which may optionally be punctiform, or - as shown in Figure 11 - area, which is here a template boom with a
  • tibial horseshoe which extends outward from the suprarenal site, and presses the support surface onto the intact, skin-covered surface of the shin.
  • the resection of the tibia takes place in this variant of the invention, initially by means of a template according to FIG. 1 1, wherein the recesses for the femoral rollers are here to carry out further.
  • a template which represents a combination of FIGS. 1 and 2 is to be made, which is a polyamide model of the tibial component of the endoprosthesis and inseparably connected thereto
  • tibial first is also suitable for the implantation of standard endoprostheses, as it is also possible to use a lower leg component (a tibial plateau), which is not largely adapted to the surface contour of the original tibial plateau.
  • a similar device for the tibia may be referred to as a "tibial stopper" (albeit a straight border running horizontally in front of the tibial margin, for example in the form of a cylindrical rod) in place of the sleeve-shaped support adapted to the tibial margin is inseparably attached to the thigh template, the exact stretched position of
  • sleeve-shaped support a lateral oscillation of the lower leg in the adjustment of the leg axis, or in the correction of the belt tension.
  • a third support 10 may be provided as a so-called tibial shield, which is constructed as a jaw-like support on the tibia leading edge so that an exact locking and positioning of the resection template 2 is ensured in an anteroposterior direction.
  • This third support 10 should moreover be modeled as well as possible medially next to the tibial tuberosity, in order to avoid lateral rotation of the template 2 about the vertical axis in the lateral direction, and to ensure the most accurate positioning about the vertical axis.
  • an opening can also be made medial to the tuberosity of the tibia.
  • FIG. 13 shows the lateral sidecut 13 of a tool guide of the tibial template in order to avoid displacement of the template by the laterally everted soft tissues. Moreover, it is possible according to Figure 14, the rear side of the
  • Tibial template by a support 17 to form so that it exactly corresponds to the resected surfaces of the distal end of the femur 1, which is in a bent position of 110 ° close to the tibial bone. This allows accurate positioning of the
  • Resection template 2 can be supported on the tibial bone. This is possible because the joint space is very narrow on receipt of the anterior cruciate ligament, and the tibial stencil could otherwise be displaced ventrally through the femur.
  • Figure 15 shows the schematic view of the tibial stencil with 15 sagittal
  • Attachment points 20 are attached to the bone 1, such as markers such as screws, such as Kirschner wires or pins, which are then inserted into corresponding receptacles of the template when it is placed on the bone.
  • FIG. 17 shows the introduction of corresponding fastening means 19 through suitable openings on the resection template 2.
  • FIG. 18 shows the three-dimensional view of a resection template 2 according to the invention, in particular a tibial template, to which an endoprosthesis 21 is integrally formed.
  • This embodiment of the present invention serves for the precise alignment of the tibial template with respect to the future implanted femoral prosthesis 21.
  • the one end of the template 2 represents a reproduction of the femoral prosthesis 21, the pin 22 has for insertion into, for example, recesses 23 shown in FIG.
  • the tibial stencil shaped as an endoprosthesis 21 is then applied to the femur like a femoral prosthesis after the resection of the femur and attached to the template 2 by means of Kirschner wires after full extension and precise alignment of the tibia in accordance with the Mikulicz line and fixation of the bone 1 , This allows an exact resection of the tibia even without fastening means 19, such as
  • FIG. 19 shows the three-dimensional view of a resection template 2, which has a guide aid 24 adjacent to the third support 10, which may be used, for example, as a Guide aid for a dipstick for the accurate determination of the Mikulic'z line, this guide aid in particular runs through the proximal part of the tibial template.
  • Guide aid 24 is located at its narrowest point exactly in front of the knee joint center, so that after insertion of a long measuring rod or tape measure a straight line between H Commonkopfstofftician, knee center and hock center can be determined.
  • FIG. 20 shows a drill guide 26 which is provided in a tibial template 25, which is provided, for example, for attachment to the resected bone 1.
  • FIG. 21 shows an alternative, two-part tibial socket 28 with pin 22, which can be implanted, so that the resection of the central portion of the inter-condyle bump is eliminated.
  • the tibial template 25 then also has two parts
  • FIG. 22 shows such an embodiment with drill guides 26.
  • the anterior cruciate ligament always means limited space in the joint space during the operation, as the anterior cruciate ligament prevents the tibia from sliding forward with respect to the femur.
  • the knee joint held in extension which means an additional narrowing of space.
  • the resection template 2 shown in FIG. 11 is modified by omitting the connection web 15 and all tool guides, except for the transversal, third tool guides 5. Then the horizontal cuts can be made.
  • the tool guides 3, 14a1, 14a2 for the vertical cuts on the tibia are then applied using a further modified resection template 2 ', as shown in FIG.
  • the transverse, third tool guides 5, which are likewise shown, can also be omitted in the modified resection template 2 '(not shown in FIG. 23). Due to the fact that the knee joint can be bent and there is no support by a prosthesis imitation on the resection surfaces of the femur, as shown in FIG. 18, the joint has significantly more clearance and sufficient space to also ensure the vertical cuts without additional injury to the bone structure ,
  • FIG. 24 shows the three-dimensional view of a modified bone-free device according to the invention for revision surgery.
  • the prosthesis eases after about 10 to 12 years. In these cases, the old prosthesis must be removed, a new implant bed created and a correspondingly larger, new prosthesis implanted. Because despite the relaxation of the old prosthesis the
  • Implant bearing after removal of the old prosthesis, is substantially as before the first implantation, a further modified template 2 "can be placed flush on the old implant bearing according to Figure 25.
  • Corresponding supports 6 are also provided here by the smooth But the surfaces of the implant bed are not absolutely necessary
  • the modified template 2 " only has tool guides for saw blades, which have a

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Resektion von Knochen (1) zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese an Gelenken, die aus mindestens zwei miteinander zusammenwirkenden Gelenkpartnern bestehen, mit mindestens einer Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) geeigneten Abstützung (6, 9, 10, 15, 21), wobei die mindestens eine Abstützung (15, 21) entweder in unmittelbarer Gelenknähe und/oder gelenkübergreifend die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) an einem weiteren Gelenkpartner ermöglicht oder distal zu der zu bearbeitenden Stelle und/oder außerhalb des Operationsgebiets die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) am gleichen Gelenkpartner ermöglicht. Die mindestens eine Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und die mindestens eine Abstützung sind zur Herstellung einer individuellen Einmal-Schablone bevorzugt unverrückbar miteinander verbunden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung bzw. Schablone, eine hierfür geeignete Endoprothese, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Endoprothese und ein aus diesen Teilen bestehendes Operationsset.

Description

Vorrichtung zur Resektion von Knochen, Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, hierfür geeignete Endoprothese und Verfahren zur Herstellung einer solchen Endoprothese
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Resektion von Knochen, insbesondere zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, eine hierfür geeignete Endoprothese, ein
Verfahren zur Herstellung einer solchen Endoprothese und ein Operationsset, das aus diesen Komponenten besteht und insbesondere zur Durchführung von Kniegelenk- Operationen geeignet ist. Solche Vorrichtungen weisen Werkzeugführungen auf, beispielsweise zur Führung eines Messers zur Resektion eines Knochens sowie
Abstützungen, die die Werkzeugführung relativ zum Knochen positionieren und ausrichten.
Im Stand der Technik ist es dabei seit vielen Jahren bekannt, beispielsweise bei herkömmlichen Kniegelenkoperationen mit Schablonen als Implantationshilfe zu arbeiten, wobei diese Schablonen in der Regel aus Metall bestehen und sich aus einer Vielzahl von zum Teil äußerst komplexen und filigranen Instrumenten und Messerapparaturen zusammensetzen, wodurch es bei der Operation notwendig wird, eine Vielzahl von
Justierschritten und Anpassungsmaßnahmen vorzunehmen, um eine genaue Ausrichtung der Werkzeugführung, beispielsweise einer Messerführung, zur exakten Resektion des Knochens zu gewährleisten und für einen korrekten Sitz der Prothese zu sorgen. Der Operateur hat hierfür in der Regel aufwendige Schulungen zu absolvieren und er muss während der Operation eine Vielzahl von anstrengenden Mess- und Justierschritten unter höchster Konzentration durchführen.
Aus der DE 4 434 539 C2 sind beispielsweise Verfahren bekannt, bei welchen vor der eigentlichen Operation mit Mitteln der Computertomographie oder der
Kernspintomographie ein tomographisches Bild von dem geschädigten Knochen, beispielsweise einem geschädigten Kniegelenk, angefertigt werden. Diese präoperativen Bilder könnten dergestalt korrigiert werden, als eine Annäherung der Konturen bei dem geschädigten Knochen an die Konturen eines gesunden Knochens durchgeführt wird. Nach einer solchen Korrektur wird ein virtuelles post-operatives Bild von dem
geschädigten Knochen angefertigt, welches dann für einen Vergleich mit dem präoperativen Bild zur Verfügung steht. Aus diesem Vergleich wird ein Subtraktionsbild angefertigt, welches dann die Anfertigung der Endoprothese ermöglicht. Die natürliche Knochenkontur wird damit möglichst genau approximiert. Aus der EP 1 074 229 A2 ist es bekannt, die kranken Knochenbereiche anhand eines tomographischen Bildes vorab virtuell abzutrennen, wobei die Abtrennung an markierten Schnittflächen vorgenommen wird. Dadurch erhält man unmittelbar an dem geschädigten Knochen orientierte bildmäßige Vorlagen, die gegebenenfalls noch anhand einer gesunden Knochenstruktur virtuell ergänzt und dann zur Herstellung einer exakt auf die Schnittflächen und die natürliche Knochenkontur angepasste Endoprothese verwendet werden. Gleichzeitig werden diese bildmäßigen Vorlagen zur Herstellung einer
Implantationshilfe verwendet, d. h., die Schnittflächen werden in eine Schablone eingearbeitet, die an die individuelle Knochenstruktur des Patienten angepasst ist. Diese Implantationshilfen können sowohl für die Implantation von individuellen Endoprothesen entsprechend EP1 074 229 A2 als auch von herkömmlichen, handelsüblichen, nicht individuell oder nur teilweise individuell angepassten Prothesen verwendet werden.
Aus der DE 42 19 939 A1 ist eine Schablone für entsprechende Bearbeitungswerkzeuge zur Bearbeitung knöcherner Strukturen und ein Verfahren zur Definition der Lagebe- Ziehung dieser Bearbeitungswerkzeuge relativ zu diesen knöchernen Strukturen bekannt, wobei zunächst Schnittbilder der knöchernen Struktur angefertigt und eine dreidimensionale Gestalt dieser Struktur und deren Oberfläche gewonnen wird. Anschließend wird in der präoperativen Planungsphase eine Individualschablone hergestellt, die die Oberfläche der Knochenstruktur nachbildet und intraoperativ dann auf freiliegende Kontaktpunkte bzw. -flächen aufgelegt wird, um eine definierte Werkzeugführung zu gewährleisten.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Schablonen bzw. Implantationshilfen, die anhand der tomographischen Bildvorlagen erstellt wurden, und sowohl die
Werkzeugführungen wie beispielsweise Schneidflächen bzw. -schachte aufweisen, als auch an die Knochenkontur angepasste Flächen zum Anlegen der Schablonen, weisen teilweise den Nachteil auf, dass entweder eine Ausrichtung der Schablonen intraoperativ mittels zusätzlicher aufwändiger Messungen von Knochenachsen und Bandspannungen erfolgen muss oder eine exakte Anlage in der Regel nur über vorab am Knochen befestigte Marker möglich ist, da die genaue Oberflächenstruktur des Knochens durch physikalisch bedingte Grenzen bei der Bildaufnahme zum Beispiel durch Weichteile oder in den Bildaufnahmen nicht erkannte Ausbuchtungen in der Regel nicht exakt virtuell bestimmt werden kann oder die Kontaktflächen überbestimmt sind, und zu große Areale einbezogen werden was zum einen einen großen rechnerischen, zum Teil auch manuellen Aufwand bei der Erstellung der Datensätze verursacht und zum anderen die Schablone beim Aufsetzen dann nicht schlüssig zu liegen kommt und wackelt. Es ist daher oft notwendig, entsprechende Pins oder Drähte an dem Knochen präoperativ anzubringen, bevor die dreidimensionalen Bildaufnahmen erstellt werden. Daran wird die Schablone später befestigt.
Durch die Benutzung einer solchen individuellen Schablone verlagert sich die gesamte Mess- und Justierarbeit, auch ohne die Verwendung von Markern oder Pins, vor die Operation. Die Schablonen werden nach einer vorherigen computertomographischen Darstellung, beispielsweise des Kniegelenkskeletts, so fertiggestellt, dass die Führungsschächte für die Sägeblätter die idealen Resektionsebenen für das Prothesenlager gewährleisten. Die vorgefertigten Schablonen werden nach Eröffnung des Operationssitus nur noch auf den Knochen aufgesetzt und erlauben eine sofortige exakte Resektion des Knochens, wodurch der behandelnde Arzt erheblich entlastet wird und sich auf andere wichtige Details der Operation, wie zum Beispiel den operativen Zugang, die Blutstillung und das Weichteilmanagement, konzentrieren kann. Dadurch kann eine Implantation exakter, verlässlicher und zuverlässiger durchgeführt werden, als bei den üblichen, mehrfach wieder verwendbaren, und auch den bislang vor allem in den obigen
Druckschriften beschriebenen z.T. auch individuell angepassten Implantationshilfen beziehungsweise Schablonen.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Implantationstechnik ist der hohe zeitliche Aufwand für die Durchführung der Justierschritte während der Operation, da hierdurch die Operationswunde länger offen gehalten werden muss und das Infektionsrisiko erhöht wird. Auch durch die so genannte Blutsperre wird während der Zeit der Operation eine Durchblutung der Extremität unterbunden und die Weichteile mit zunehmender
Operationsdauer geschädigt. Nicht zuletzt resultiert daraus eine verlängerte Narkosezeit für den Patienten und somit ergibt sich eine Erhöhung des Operationsrisikos, unter anderem für Thrombosen, Embolien und kardiopulmonale Komplikationen. Implantationen mit der aus der EP 1 074 229 B1 bekannten Schablonentechnik reduzieren die Operationszeit im Durchschnitt weit über die Hälfte der üblichen
Operationszeit und belasten den Patienten daher weniger. Mehrfach verwendbare, nicht individuell angepasste Implantationsinstrumentarien weisen darüber hinaus den Nachteil auf, dass die Herstellung, die Lagerung, die Wartung und die Sterilisierung aufwendiger sind als bei individuell angefertigten Einweg- bzw. Einmal-Schablonen. Individuelle Schablonen können als Einmal-Artikel aus einem Kunststoff aus beispielsweise Polyamid hergestellt werden, wodurch bei jedem operativen Eingriff zwar die Herstellungskosten für solche Schablonen anfallen, diese aber aufgrund der heutigen computerunterstützten dreidimensionalen Herstellungstechniken (z. B. "rapid manufacturing") immer
kostengünstiger und immer schneller durchgeführt werden können. Darüber hinaus fallen keine Reinigungs-, Sterilisierungs-, Lagerungs-, Wartungs- und Kontrollkosten an.
Dennoch ergibt sich bei den individuell angefertigten Schablonen der Nachteil, dass diese nicht immer prä-operativ derart exakt ausgeformt werden können, dass die Abstützung, d. h. in der Regel die negativ zur Knochenoberfläche ausgestaltete Oberfläche der
Schablone, die Knochenoberfläche exakt abbildet.
In den präoperativ aufgenommenen Bildern wird zum Teil Knorpelgewebe, Faserknorpel oder Knochengewebe nicht eindeutig identifiziert, weswegen sich die Schablone beim Auflegen auf den Knochen verschieben kann, und die Werkzeug-führung daher nicht exakt an der Stelle zu liegen kommt, an der der Knochen auch bearbeitet werden soll.
Die Verwendung von individuell an den Knochen angepassten Implantationshilfen bei der Versorgung von Patienten mit Kniegelenks-Endoprothesen führt, wie in der EP 1 074 229 B1 oder der DE 42 19 939 A1 beschrieben, zu einer Verlagerung von Planungs- und Messarbeiten aus dem Operationssaal und somit zu einer wesentlichen Erleichterung der Operation und Verkürzungen der Operationszeit. Während bei diesem Stand der Technik die Möglichkeit einer exakten Resektion des
Knochens ausführlich beschrieben wird und während man in diesen Druckschriften auch eine Anmerkung findet, dass hierdurch auch ein weitgehender Erhalt des Bandapparates an Kniegelenken, beziehungsweise eine bessere Anpassung an die Bandstrukturen des Kniegelenks, möglich ist, findet die aber meistens trotzdem erforderlichen Korrekturen der Bandspannungen am Kniegelenk (Weichteil-Alignment) hier keine Erwähnung, da diesbezüglich die Verwendung von herkömmlichen individuellen Implantationshilfen zunächst keine Erleichterung oder Vorteile schafft.
In der Regel findet mit Fortschreiten der Arthrose des Kniegelenkes neben
der Veränderung der Gelenkoberflächen auch eine entsprechende Veränderung an den Bandstrukturen statt. Meistens kommt es zu einer durch die Entzündung
bedingten leichten Schrumpfung und Verkürzung der Bänder, gelegentlich auch zu einer Auslockerung, im Zusammenhang mit einer mechanischen Überlastung.
Der häufigste Fall einer schwerpunktmäßig im innenseitigen Kompartiment des
Kniegelenks ablaufenden Arthrose führt zu einer Beeinträchtigung oder sogar Zerstörung des Knorpelbelages, vorwiegend des innenseitigen Schienbeinplateaus und der innenseitigen Oberschenkelrolle, mit gleichzeitiger Verkürzung der Bandstrukturen des innenseitigen und rückwärtigen Kapselbandapparates. Durch die hierbei häufig auftretende leichte O-Beinfehlstellung kommt es zu einem vermehrten Zug auf den außenseitigen Bandapparat, der aufgrund von chronischer, mechanischer Überlastung gelegentlich auslockert und eine leichte Verlängerung erfährt.
Bei einem operativen Ersatz des Kniegelenkes durch eine Kniegelenkendoprothese kommt es zum einen darauf an, die mechanische Beinachse optimal wiederherzustellen, zum anderen aber auch die Bandspannung so exakt wie möglich einzustellen, um eine Einklemmung auf der einen Seite und eine Instabilität auf der anderen Seite zu vermeiden. Dies muss sowohl in Streckstellung als auch in Beugestellung des
Kniegelenks erreicht werden. Die herkömmlichen Methoden, wie zum Beispiel in der Implantationsbeschreibung
„Aesculap Orthopaedics Columbus, Knieendoprothesen-System"; Prospekt Nr. 0254 01 , der Firma Aesculap AG, ausgeführt, beschränken sich darauf, die mechanische Achse genau zu ermitteln, und die Resektionen sowohl am Oberschenkelknochen als auch am Unterschenkelknochen so durchzuführen, dass die Gelenklinie in der frontalen Ebene genau horizontal und in der seitlichen Ebene, eventuell mit einem Undefinierten, leichten Abfall nach hinten (Slope) ausgerichtet und anschließend der Bandapparat bei eingepflanzter Endoprothese in Streckung und in Beugung an diese Situation angepasst wird. Allerdings berücksichtigt dieses Verfahren nicht die beim Patienten vorhandene
Gelenklinie, welche hinsichtlich ihrer genauen Höhenlage, der Neigung nach hinten und der gelegentlichen seitlichen Neigung nach innen, nach neuesten Erkenntnissen eine bedeutende Rolle spielt.
Da es durch diese neu geschaffene Gelenklinie zu einer völligen Veränderung
des kinematischen Zusammenspiels von Gelenkoberflächen und Bändern kommt, muss häufig die Bandspannung für die Streckposition oder/und die Beugeposition neu angepasst werden, wobei vielfach nicht nur die krankhaft veränderten zu kurzen
Bandstrukturen sondern auch die gesunden Strukturen korrigiert werden müssen und regelmäßig das vordere Kreuzband, häufig auch das hintere Kreuzband, entfernt wird. Auch erfährt die gesamte Biomechanik oftmals eine grundlegende Veränderung, welches sich insbesondere im Zusammenspiel mit dem Kniescheibengelenk als äußerst problematisch, beziehungsweise für den Patienten nach der Operation als schmerzhaft erweist. Das Implantationsverfahren entsprechend der EP 1 074 229 B1 berücksichtigt zumindest noch die patientenspezifische Gelenklinie, doch ist auch hier nach Korrektur des durch die Arthrose bedingten Höhendefektes am Schienbeinplateau und an der Oberschenkelrolle, bedingt überwiegend durch den Knorpelschaden, die individuell angepasste
Kniegelenkendoprothese innenseitig zu eng, beziehungsweise der Bandapparat verkürzt und kontrahiert, so dass auch hier eine Korrektur der Bandspannung, allerdings nur im Bereich des krankhaft veränderten Kapsel- Bandgewebes, erforderlich ist.
In den eher seltenen Fällen, in welchen der außenseitigen Kapselbandapparat durch mechanische Überforderung ausgelockert ist, ist hier eine leichte Überkorrektur des innenseitigen Bandapparates erforderlich; bei gleichzeitiger minimaler Erhöhung des
Tibiaplateaus (es werden hierfür drei Tibiaplateauhöhen mit jeweils 1 mm Höhenzuname gegenüber der Originalhöhe beziehungsweise der "plus eins" Höhe bereitgestellt).
Auch bei diesem Verfahren ist somit das wiederholte Messen, beziehungsweise das wiederholte Einsetzen und Probieren der Prothese oder eines Probeimplantates erforderlich. Dies erfolgt, indem man, ähnlich wie auch bei den konventionellen
Implantationsverfahren, zunächst die Oberschenkel- oder die Unterschenkelkomponente (femorale oder tibiale Komponente) je nach Verfahren (Femur first oder Tibia first) so günstig wie mögliche implantiert, und die Resektionen für die zweite Komponente unter Berücksichtigung der Beinachse und Anpassung des Kapselbandapparates bei Streckung und bei Beugung durchführt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die den operativen Eingriff für den Chirurgen vereinfacht, die das Fehlerrisiko minimiert, die die Operationsdauer verkürzt, die Kosten minimiert, und gleichzeitig eine exakte Ausrichtung der Werkzeugführung ohne aufwendiges Nachjustieren gewährleistet, wobei gleichzeitig auf die vorgenannte, vorhandene individuelle Biomechanik des
Patienten Rücksicht genommen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrrichtung anzugeben, sowie hierfür geeignete Endopro- thesen und Verfahren zur Herstellung solcher Endoprothesen.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 , 10, 13, 15 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und dort beschrieben. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Behandlung eines Kniegelenks, d. h. des Tibia-Knochens und des Femurknochens, werden anhand der beigefügten Zeichnungen genauer erläutert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Resektion von Knochen zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese an Gelenken, die aus mindestens zwei miteinander zusammenwirkenden Gelenkpartnern bestehen, weist mindestens eine Werkzeugführung und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung geeigneten Abstützung auf, wobei die Abstützung entweder gelenkübergreifend die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung an einem weiteren Gelenkpartner ermöglicht oder distal zu der zu bearbeitenden, insbesondere zu resezierenden Stelle und/oder außerhalb des Operationsgebiets die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung am gleichen Gelenkpartner ermöglicht. Außerhalb des Operationsgebiets kann die Abstützung nach einer bevorzugten
Ausführungsform auch auf intakten Haut-Weichteileoberflächen am gleichen oder am gegenüberliegenden Gelenkpartner erfolgen. Innerhalb des Operationsgebiets erfolgt eine Abstützung bevorzugt auf dem Knochen in unmittelbarer Nähe des zu resezierenden Knochens am gleichen oder gegenüberliegenden Gelenkpartner. Erfindungsgemäß wird nach der Resektion beispielsweise des Oberschenkelknochens für die Implantation einer Endoprothesen-Oberschenkel-Komponente, zum Beispiel durch Verwendung einer ersten individuellen Oberschenkelknochenschablone, zunächst die Abstützung - in Form einer zweite Schablone - auf den zu bearbeitenden, beispielsweise zu resezierenden Oberschenkelknochen aufgesetzt. Diese erfindungsgemäße Abstützung besteht nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer 3- D Rekonstruktion der zu implantierenden Oberschenkel-Prothesenkomponenten, aus zum Beispiel Polyamid. An dieser erfindungsgemäßen Abstützung, d.h. an der Oberschenkel- Prothesenkomponente, haftet die Resektionsvorrichtung, beziehungsweise die
Werkzeugführung für die Resektion am Unterschenkelknochen, zur Herstellung des Implantatlagers für die Unterschenkel-Prothesenkomponente, fest an.
Bei bekannter Höhe der benötigten Endoprothesen-Schienbeinkomponente (Tibiaplateau) entspricht der Abstand zwischen der Unterseite der Oberschenkel- Prothesenkompo- nenten-Rekonstruktion und der durch diese Werkzeugführung ermöglichte Schnittebene exakt der Höhe der Endoprothesen-Schienbeinkomponente, so dass in jedem Fall eine zu dieser Prothesenkomponente passende Resektion am Schienbeinknochen gewährleistet wird. Derartige neuartige Schablonen ermöglicht vor der Resektion ein genaues Prüfen der Bandspannung sowohl in Streckung als auch ein Beugung, unter Zuhilfenahme von so genannten Distraktoren, wobei hierfür entsprechende Schlitze an der körperfernen (distalen) und rückwärtigen (dorsalen) Gelenkfläche der Prothesenkomponenten an der Schablone angebracht werden. Die Bandspannung kann hierbei bei anliegender
Schablone und ohne diese wiederholte abzunehmen sowohl in Streckung als auch Beugung kontrolliert und korrigiert werden.
Zu berücksichtigen ist allerdings , dass an der Oberschenkel-Prothesenkomponenten- Rekonstruktion der Schablone, d.h. an der erfindungsgemäßen Abstützung, der knorpeligen Defekt zwar bereits korrigiert wurde, der unterschenkelseitige Knorpeldefekt jedoch noch vorhanden ist, da hier noch der originäre Patientenknochen vorliegt, und dass daher der Höhendefekt des Schienbeinplateaus, der anschließend ebenfalls durch den Ersatz mit der Schienbeinkomponente der Endoprothesen kompensiert wird, zunächst durch Einbringen eines entsprechenden Platzhalters korrigiert werden muss.
Die Höhe dieses Defektes, beziehungsweise die Höhe für diesen Platzhalter, wird präoperativ anhand des Höhenunterschiedes zwischen tatsächlicher Höhe des Patienten - Tibiaplateaus und der Tibiaplateauhöhe der Schienbeinkomponente, welche an die eines gesunden Kniegelenkes angenähert wurde, ermittelt. Diese Korrektur kann jedoch auch durch eine entsprechende höhere Einstellung der Distraktoren um die Höhe des Knorpeldefektes erzielt werden, wodurch sich das Einführen eines Platzhalters erübrigt.
Die Beinachse kann laufend durch das Einführen eines Messstabes in einer hierfür vorgesehenen zentralen Öffnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bzw. Schablone, überprüft werden. Ist die Beinachse korrekt ausgerichtet und die Bandspannung sowohl bei Streckung als auch bei Beugung ausreichend ausbalanciert, kann der untere Teil der Schablone mit den Werkzeugführungen durch Einbringen von so genannten
Kirschnerdrähten in die dafür vorgesehenen Kanäle am Schienbein fixiert und die
Resektion am Unterschenkelknochen zuverlässig an der berechneten Stelle
vorgenommen werden.
Diese gelenkübergreifende Ausrichtung und Resektionen des jeweils gegenüberliegenden Gelenkpartners ermöglicht im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentliche einfachere, zuverlässigere sowie schnellere Durchführung dieses Operationsschrittes.
Gelegentlich finden sich bei arthrotischen Kniegelenken sehr kontrakte und enge
Bandverhältnisse vor, so dass es sehr schwierig ist, eine entsprechende Schablone in das Gelenk einzubringen, ohne ausgedehnte Weichteillösungen und damit -Schädigungen vornehmen zu müssen. In diesen Fällen empfiehlt sich die umgekehrte Vorgehensweise (Tibia first), bei welcher zunächst die Schienbeinseite reseziert wird, um ausreichend Platz im Gelenk zu schaffen. Die Schienbeinresektion erfolgt dabei erfindungsgemäß durch Nutzung einer Abstützung, die distal zu der zu resezierenden Stelle und/oder außerhalb des Operationsgebiets die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung am gleichen Gelenkpartner, d.h. an der Tibia, ermöglicht.
Diese erfindungsgemäße Abstützung ermöglicht eine knöcherne Abstützung
beispielsweise am operativ eröffneten Schienbeinkopf durch eine zum Beispiel hülsenförmige Abstützung auf Haut und Knochenhaut über der intakten, distalen
Schienbeinkante. Dadurch wird eine genaue Ausrichtung der Schablone, auch hinsichtlich der Tibiaachse ermöglicht. Ein großes Problem stellt nämlich die genaue Positionierung der individuell angepassten Schienbeinschablone dar. Anders als am Oberschenkelknochen kann der Schienbeinbereich nicht soweit freigelegt werden, dass er zum Teil umhüllend mit einer Schablone abgedeckt werden kann. Zudem finden sich am Schienbein auch weniger geeignete so genannte "Landmarks", an welchen eine Schablone zuverlässig ausgerichtet werden könnte. Schon kleinste Verkippungen können hier schwerwiegende Abweichungen von der geplanten Resektionslinie bewirken.
Bei den bislang verwendeten Schablonensystemen wird ausschließlich eine
knöcherne Abstützung am freipräparierten Schienbeinknochen in unmittelbarer Nähe des Tibiaplateaus - soweit dieser freigelegt werden kann - genutzt, indem beispielsweise erste punkt- oder flächenförmige Abstützungen genutzt werden (DE 42 19 939 A1 ).
Durch die Kombination einer knöchernen Abstützung am Schienbeinkopf, so weit dieser freipräpariert werden kann, in Kombination mit einer Abstützung außerhalb des Operationssitus, weiter unterhalb über dem Schienbeinknochen, mit Abstützung auf Haut und Knochenhaut des Schienbeines, welche an dieser Körperstelle unmittelbar auf dem Knochen aufliegen und damit, ähnlich wie freiliegende Knochen, ein gutes Widerlager für die Schablone bieten, wie z.B. in Fig. 11 dargestellt, kann aufgrund des relativ langen Hebelarmes zwischen knöchern abgestützter Schablone und der weit unterhalb liegenden Schienbeinkante eine ausreichend sichere und genaue Ausrichtung der Schablone und damit der Schnittebenen in den jeweils individuell erforderlichen Neigungen erzielt werden. Diese bei den Implantationen entsprechend dem Stand der Technik bislang noch nicht praktizierte Ausrichtung einer Schienbeinschablone, in unmittelbarer Gelenknähe auf dem freipräparierten Knochen und gleichzeitig außerhalb des Operationsgebietes auf dem mit einer dünnen Knochenhaut und Hautschicht bedeckten weiter entfernt, insbesondere distal liegenden Schienbein, erhöht signifikant die Präzision und Zuverlässigkeit der Positionierung der Schablone und des Knochenschnittes.
Da bei der Implantation von Kniegelenkstotalendoprothesen Fehlpositionierungen mit kleinen Beuge - oder Streckfehlern verhältnismäßig gut toleriert werden, wurde einer exakten Beuge- oder Streckenausrichtung insgesamt bisher wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Im Rahmen jedoch von zunehmenden Ansprüchen an die Implantationsgenauigkeit, insbesondere auch bei individuell angepassten Endoprothesen und bei Erhaltung der Kreuzbänder, gewinnt eine derartige Kontroll- und Korrekturvorrichtung zunehmend an Bedeutung.
Die beschriebenen Methoden zur achsengerechten Ausrichtung der Prothesen- komponenten sowie zur exakten Einstellung der Bandspannung können, mit leichten Variationen und in verschiedenen Kombinationen mit den Folgenden, im Einzelnen näher erläuternden Merkmalen, bei konventionellen und auch individuell angefertigten bikondylären und monokondylären Kniegelenksendoprothesen zur Anwendung gelangen. Ferner können derartige Schablonen auch bei der Implantation von Revisions- endoprothesen und Tumorprothesen angewandt werden. Diese weiter bevorzugten Merkmale werden wie folgt näher erläutert:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Resektion von Knochen, insbesondere zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese, weist bevorzugt mindestens eine weitere zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung geeignete Abstützung auf, wobei die Abstützung punkt- oder linienförmig ausgestaltet ist. Dabei ist die mindestens eine Werkzeugführung und die mindestens eine Abstützung bevorzugt unverrückbar miteinander verbunden, so dass sich aus der Werkzeugführung und der mindestens einen punkt- oder linienförmig ausgestalteten Abstützung eine Resektions- Schablone bildet. Punktförmig im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass kleine Flächen betroffen sind, die jeweils weniger als 10% der Gesamtfläche, bevorzugt weniger als 5% der Gesamtfläche, besonders bevorzugt zwischen 0,1% und 3% der Gesamtfläche als Fläche zum Abstützen am Knochen oder Knorpel aufweisen. Die Werkzeugführung und die Abstützung können jedoch auch jeweils als eine getrennte Komponente der Resektionsschablone angefertigt werden, welche bei der Anwendung durch eine Befestigungsvorrichtung, wie Schrauben, Klammern oder Schlösser gemäß der vor der Operation festgelegten Ausrichtungen zueinander unverrückbar miteinander verbunden werden. Die Werkzeugführung kann hierbei aus einem beständigeren, zum Beispiel einem sinterbaren metallischen Werkstoffs serienmäßig, zum Beispiel in fünf verschiedenen Größen gefertigt werden und dann mehrfach mit verschiedenen, unverändert individuell angefertigten Abstützungen aus Kunststoff, zum Beispiel
Polyamid, verbundenen und angewandt werden. Hierdurch werden Herstellungskosten gespart. Durch die Verwendung der "rapid manufacturing"-Technologie können an Stelle einer Vielzahl von standardisierten Schablonen aus Metall, die erst umständlich an den
Knochen des Patienten während der Operation angepasst werden müssen, individuelle Resektionsschablonen hergestellt werden, die durch die Verwendung von beispielsweise Computertomographiedaten erzeugt werden können. Bei-spielsweise können zwei Resektionsschablonen für die Behandlung eines Knie-gelenks, jeweils eines für Femur und eine für Tibia, zum Beispiel aus Polyamid, Polyurethan, Epoxidharz oder dergleichen, d. h. einen für die "rapid manufacturing"-Technologie geeigneten und sterilisierbaren Werkstoff hergestellt werden.
Hierzu wird die punkt- oder linienförmig ausgestattete Abstützung anhand von zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen, beispielsweise Tomographieaufnahmen des zu behandelnden Knochens geformt, wobei die Linienform der Abstützung längs definierter Oberflächenstrukturen des Knochens beziehungsweise die Punktform der Abstützung anhand von besonderen Geländemerkmalen des Knochens anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen geformt ist. Gleichzeitig können die eine oder mehreren Werkzeugführungen ebenfalls anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilddaten relativ zur Oberflächenstruktur des Knochens positioniert und ausgerichtet werden, so dass sich aus diesen Daten ein dreidimensionaler Datensatz ergibt, der dann zur Herstellung der Schablone verwendet werden kann.
Nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere erste linienförmige Abstützungen in mehreren ersten, im Wesentlichen parallelen Ebenen voneinander beabstandet und mehrere zweite linienförmige Abstützungen in mehreren zweiten, im Wesentlichen parallelen Ebenen voneinander beabstandet angeordnet, wobei die mehrereren ersten und die mehreren zweiten Ebenen nicht parallel zueinander, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig zueinander, angeordnet sind, so dass sich insbesondere eine gitterförmige Auflagestruktur beziehungsweise Abstützstruktur ergibt, auf der sich die Schablone beziehungsweise Implantationshilfe dann während der Operation am Knochen abstützt. Hierzu eignen sich zweidimensionale Computertomographie-Bilder, anhand derer man ebenfalls im Bereich der Schnittbilder die genaue Kontur des Knochens erkennen kann. Exakt diese Schnittbilder werden dann als linienförmige Abstützung innerhalb der Schablone realisiert, so dass zwischen den linien- oder punktförmigen Abstützungen Hohlräume in die Schablone eingearbeitet werden, in denen sich dann vorhandenes (nicht erkanntes) Knorpelgewebe, zum Beispiel Faserknorpel oder Knochengewebe, ausbreiten kann, ohne dass die Auflage der
Schablone bzw. deren Ausrichtung gestört wird.
Die Rippenkonstruktion bei der Herstellung der linienförmigen Abstützungen hat den Vorteil, dass nur ganz präzise Landmarks des Knochens dargestellt und in die Schablone eingearbeitet werden, wodurch sich nicht nur der Aufwand bei der Rekonstruktion des Gelenkoberflächennegativs reduziert, sondern auch eine exakte und genaue Auflage auf den Knochen gewährleistet ist. Zusätzlich können die Rippen nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit des verwendeten Materials und der gewählten Rippendicke eine Elastizität aufweisen, durch welche eventuelle
Oberflächenungenauigkeiten ausgeglichen werden. Die Rippen können durch ihre Elastizität durch bildmäßig nicht erfasste Knorpel oder Weichteileerhebungen beiseite gedrückt werden, während die Position der Schablone durch die überwiegend richtig aufliegenden Rippenabschnitte noch eindeutig in der richtige Position gehalten wird. An eindeutig und sicher zu definierenden Bereichen der Knorpel- oder Knochenoberfläche kann man zudem die Rippen verstärken, zum Beispiel durch weitere, zu den Ersteren nicht parallel, z.B. senkrecht verlaufende Rippenzüge.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die mindestens eine Werkzeugführung eine Führungstiefe auf, die sich im Wesentlichen zwischen dem Knochen und einem Führungsanschlag der Werkzeugführung erstreckt, d. h. im Falle eines Schneidschachts wäre dies die Schachttiefe der Schablone, so dass eine exakte Resektionstiefe anhand einer vordefinierten Eintauchtiefe des Werkzeugs gewährleistet ist. Die Führungstiefe und die Resektionstiefe ergeben die Eintauchtiefe des Werkzeugs, d. h., diejenige Tiefe, die das Werkzeug in die Schablone und den Knochen eintaucht. Durch den Führungsanschlag am distalen Ende der Werkzeugführung ist eine exakte Eintauchtiefe des Werkzeugs und somit eine vordefinierte Resektions- oder
Bearbeitungstiefe gegeben. Die mehreren gitterförmig angeordneten, insbesondere linienförmigen Abstü-tzungen und die mehreren zueinander winklig angeordneten Werkzeugführungen bilden bevorzugt eine Resektionsschablone, die mit Vorteil aus einer Form gegossen oder aus einem Material derart herausgearbeitet wird, dass die Schablone nahtlos aus einem Stück geformt ist. Zur Formung dieser Schablone eignet sich der zuvor erwähnte dreidimensionale
Bilddatensatz, der durch die Werkzeugführungen und Bearbeitungsflächen am Knochen entsprechend ergänzt wurde. Somit gewährleistet die individuell an den Knochen angepasste Schablone nicht nur eine genaue Ausrichtung der einzelnen Werkzeugführungen zueinander, sondern auch eine exakte Positionierung der Werkzeugführungen am Knochen, so dass die separat hergestellte Endoprothese nach der Resektion nicht nur exakt auf die Schnittflächen passt, sondern auch die ursprüngliche natürlich gesunde Struktur des Knochens, d. h. insbesondere dessen Oberfläche, genau approximiert.
Mit Vorteil weist die Schablone zusätzlich Sichtöffnungen bzw. Fixieröffnungen auf, um dem Operateur während der Operation eine Sicht auf das Operationsgebiet zu
ermöglichen, beziehungsweise, um die Schablone zusätzlich am Knochen zu fixieren, beispielsweise, wenn das Werkzeug benutzt und dadurch ein Verrutschen der Schablone zu befürchten ist. Durch diese Fixieröffnungen können beispielsweise Schrauben, Nägel oder Drähte in den Knochen zur Befestigung der Schablone eingeführt werden, wobei es nicht notwendig ist, zuvor entsprechende Markierungsstellen am Knochen festzulegen, da die exakte Positionierung der Schablone auf dem Knochen bereits durch die linien- bzw. punktförmigen Abstützungen gewährleistet ist.
Die Schablone kann nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch weitere Stützflächen oder Auflagen aufweisen, die an andere Körperstellen angelegt werden können, die gegenüber dem zu bearbeitenden Knochen eine feste bzw.
unverrückbare Position einnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Resektion von Knochen mit mindestens einer Werkzeugführung und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung geeigneten Abstützung weist bevorzugt folgende Schritte auf:
1. Es werden von dem zu bearbeitenden Knochen zwei- oder dreidimensionale Bilder aufgenommen bzw. angefertigt. Hierzu eignen sich Röntgenbilder oder Kernspintomographiebilder, die schichtweise den zu bearbeitenden Knochen wiedergeben.
2. Anschließend werden punkt- und/oder linienförmige Konturen des Knochens auf den zwei- oder dreidimensionalen Bildern erkannt. Hierzu eignen sich aus dem Stand der Technik bekannte Rendering-Verfahren, die aufgrund der Grauwertabstufungen solche Konturen automatisch abtasten und erkennen. 3. Anschließend wird die geeignete Werkzeugführung ausgewählt und anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilder auf diesen positioniert. Die
Positionierung erfolgt anhand einer Festlegung der zu bearbeitenden Stelle, d. h., es wird zum Beispiel festgestellt, an welcher Ecke des Knochens eine Stelle abgeschnitten werden muss. Hierfür wird eine Schnittfläche definiert, hinsichtlich derer eine Werkzeugführung zur Führung einer Säge positioniert wird.
4. Schließlich wird die Schablone mit mindestens einer Abstützung hergestellt, die entweder in unmittelbarer Gelenknähe oder gelenkübergreifend die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung an einem weiteren Gelenkpartner ermöglicht oder distal zu der zu resezierenden Stelle und/oder außerhalb des Operationsgebiets die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung am gleichen
Gelenkpartner ermöglicht. Dazu wird die mindestens eine relativ zur Abstützung positionierte und ausgerichtete Werkzeugführung hergestellt. Hierfür eignen sich die bekannten "rapid manufacturing"-Technologien, d. h., die Schablone kann aus einem geeigneten Kunststoff gegossen oder geformt werden, oder es werden Kunststoff blocke entsprechend mit Fräs-, Schneid- und Bohrmaschinen bearbeitet, oder es wird eine Kombination aus den vorgenannten Verfahren verwendet. Dies ist im Stand der Technik bekannt.
Zur Herstellung der Schablone wird ein dreidimensionaler Datensatz verwandt, der die punkt- bzw. linienförmig ausgestalteten Abstützungen zur Anlage der Schablone am Knochen beinhaltet. Die Linienform der Abstützung erfolgt dabei bevorzugt längs definierter Oberflächenstrukturen des Knochens und die Punktform anhand von besonderen Geländemerkmalen des Knochens, die mittels der zwei- und/oder dreidimensionalen Bildaufnahmen detektiert werden.
Anhand der zwei- und/oder dreidimensionalen Bilder werden nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere gitterförmig angeordnete linienförmige Abstützungen und mehrere zueinander winklig angeordnete Werkzeugführungen bestimmt und in einem dreidimensionalen Datensatz zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schablone abgespeichert. Zur nahtlosen Herstellung der Schablone werden die Abstützungen und Werkzeugführungen dann anhand des dreidimensionalen Datensatzes geformt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Schablone auch universell einstellbar ausgestaltet sein. Dazu wird die Schablone bzw. Vorrichtung zunächst wie oben beschrieben hergestellt, bevorzugt aus Edelstahl und es werden an Stelle der Rippen Kontaktplatten an verschiedenen, z.B. neun verschiedenen Punkten des Femurs ausgerichtet, welche durch z.B. durch Schraubengewinde vor der Operation auf den genauen Abstand eingestellt werden und in dieser Position durch eine entsprechende Gegenschraube arretiert werden. Die Einstellung der punktförmigen Abstützungen erfolgt also in vitro, anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilder. Eine Justierung während der Operation ist dann nicht mehr erforderlich, kann aber trotzdem noch durchgeführt werden, falls dies gewünscht wird.„Unverrückbar" im Sinne dieser Erfindung bezieht sich somit auf die Werkzeugführungen und die Abstützungen. Einige Schrauben müssen vor dem Einbringen der Sägeblätter in die Resektionsschächte ggf. entfernt werden, da hier ggf. eine Überschneidung von Resektionsschacht und Schraubengewinde nicht zu vermeiden ist. Wieder verwendbare Femur- und Tibia- schablonen beziehungsweise femorale Tibiaschablonen werden hierbei bevorzugt in z.B. fünf verschiedenen Größen bereitgehalten, um den individuellen Größenunterschieden der Patienten gerecht zu werden. Die wieder verwendbaren Schablonen werden, wie auch die klassischen chirurgischen Instrumentarien, gereinigt, sterilisiert und
wiederverwendet.
Des weiteren können nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung an der Schablone Vorrichtungen zur Befestigung von Sensoren z.B. eines handelsüblichen Navigationssystems (zum Beispiel Orthopilot® der Firma Aesculap AG) angebracht werden, mit dessen Hilfe der Hüftkopfmittelpunkt kinematisch ermittelt werden kann. Die Tibiaachse kann dadurch z.B. mechanisch und/oder ebenfalls mit Hilfe des
Navigationssystems ausgerichtet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese zur Anbringung an einem Knochen, der insbesondere mit einer der vorbeschriebenen Vorrichtungen bearbeitet wurde. Hierzu eignen sich folgende Verfahrensschritte: 1. Es werden zwei- oder dreidimensionale Bilder des zu bearbeitenden Knochens angefertigt, oder es werden die zur Herstellung der Vorrichtung zur Resektion des Knochens bereits angefertigten zwei- oder dreidimensionalen Bilddaten verwendet.
2. Anschließend werden die zu bearbeitenden Stellen am Knochen festgelegt und die von dem Knochen zu entfernende Stelle wird ausgewählt und positioniert. 3. Anschließend erfolgt ein virtuelles Korrigieren der zwei- oder dreidimen-sionalen Bilder beziehungsweise der entsprechenden Bilddaten für eine Annäherung der Konturen des Knochens beziehungsweise Knorpels an die Konturen eines gesunden Knochens beziehungsweise Knorpels. Die Bilddaten werden somit ergänzt bzw. verändert, so dass sich ein "idealer Knochen beziehungsweise
Knorpel" ergibt.
4. Danach wird eine erfindungsgemäße Schablone zur Resektion der Knochen zur Vorbereitung des Anbringens der Endoprothese an Gelenken, die aus mindestens zwei miteinander zusammenwirkenden Gelenkpartnern bestehen, hergestellt, wobei die Schablone mit mindestens einer Werkzeugführung und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung geeigneten
Abstützung ausgestattet wird, wobei die Abstützung entweder gelenkübergreifend die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung an einem weiteren Gelenkpartner ermöglicht oder distal zu der zu resezierenden Stelle und/oder außerhalb des Operationsgebiets die Ausrichtung und
Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung am gleichen Gelenkpartner ermöglicht.
5. Schließlich wird die Endoprothese anhand der zu bearbeitenden Stellen des
Knochens beziehungsweise Knorpels und der virtuellen Korrektur der zwei- oder dreidimen-sionalen Bilddaten hergestellt. Insbesondere wird die Endoprothese sowohl an die Schnittflächen des Knochens beziehungsweise Knorpels als auch an die äußere Kontur des gesunden Knochens beziehungsweise Knorpels ausgerichtet und entsprechend geformt. Die virtuelle Korrektur des zwei- oder dreidimensionalen Bildes des geschädigten
Knochens beziehungsweise Knorpels wird beispielsweise durch einen Vergleich mit Bildern von gesunden Knochen beziehungsweise Knorpeln vorgenommen, die mit dem geschädigten Knochen beziehungsweise Knorpel vergleichbare Formen aufweisen.
Alternativ kann eine virtuelle Korrektur auch anhand einer Interpolation der gesunden Formen des Knochens/Knorpels vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine Endoprothese, die mit dem vorgenannten Verfahren hergestellt wurde und die insbesondere auf einem
Knochen/Knorpel aufgesetzt wird, der mit einer der vorbeschriebenen Vorrichtungen bearbeitet wurde. Alternativ kann die Endoprothese auch mit einer erfindungs-gemäßen Vorrichtung unverrückbar verbunden werden, um als Stützfläche zur Positionierung der Schablone zu dienen.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Operationsset zur Durch-führung von Kniegelenk-Operationen, das aus femoralen und/oder tibialen Komponenten einer Endoprothese bzw. femoralen und/oder tibialen Komponenten einer Vorrichtung, d. h. einer Schablone bzw. Implantationshilfe, besteht, wie sie oben genauer beschrieben wurde. Einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 Die dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
Knochen,
Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit Knochen,
Figur 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit
Knochen,
Figur 4 eine dreidimensionale Aufsicht auf den Knochen mit
erfindungsgemäßen gitterförmigen Abstützungen,
Figur 5 die schematische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit erfindungsgemäßen gitterförmigen Abstützungen,
Figur 6 einen Femurknochen mit seitlichen Schablonenbacken,
Figur 7 einen Femurknochen mit Schablonenschnabel,
Figur 8 eine dreidimensionale Schnittansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit Schablonenschnabel,
Figur 9 die Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Schablone,
Figur 10 die dreidimensionale Queransicht auf eine erfindungsgemäße
Schablone mit taillierten Werkzeugführungen,
Figur 1 1 die dreidimensionale Ansicht einer Tibiaschablone,
Figur 12 die dreidimensionale Teilansicht der Tibiaschablone nach Figur 1 1 , Figur 13 die dreidimensionale schematische Schnittdarstellung einer
Werkzeugführung der Tibiaschablone nach Figur 11 , Figur 14 die dreidimensionale schematische Queransicht auf besondere
Stützflächen der Tibiaschablone,
Figur 15 die dreidimensionale Rückansicht der Tibiaschablone, Figur 16 einen Femurknochen mit Markerpins,
Figur 17 die dreidimensionale Aufsicht auf eine Schablone mit Befestigungspins und Knochen,
Figur 18 die dreidimensionale Ansicht einer Tibiaschablone mit angeformter
Femur-Endoprothese,
Figur 19 schematische Unteransicht einer Tibiaschablone,
Figur 20 die Ansicht einer Bohrschablone für Tibiazapfen,
Figur 21 die Ansicht einer zweiteiligen Tibiafassung,
Figur 22 die Ansicht einer zweiteiligen Tibiaschablone,
Figur 23 die dreidimensionale Ansicht einer modifizierten Tibiaschablone, und
Figur 24 die dreidimensionale Ansicht einer modifizierten erfindungsgemäßen
Vorrichtung ohne Knochen.
Figur 1 zeigt die dreidimensionale Queransicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Resektion eines Femurknochens 1 mit mehreren Werkzeugführungen 3, 4, 5 und erfindungsgemäßen Abstützungen 6. Zur Behandlung eines Kniegelenkschadens wird der Femurknochen in der Regel an mehreren Stellen reseziert. Hierzu wird der
Femurknochen in verschiedenen Ebenen abgeschnitten, um die krankhafte
Knorpeloberfläche beziehungsweise Knochenoberfläche abzuschneiden. Die
Schnittflächen liegen dabei gemäß einer ersten Werkzeugführung 3a, 3b in der koronaren Ebene und resezieren den Femurknochen 1 an der der Kniescheibe zugewandten Seite sowie der entsprechend gegenüberliegenden Seite. Darüber hinaus weist die
erfindungsgemäße Vorrichtung eine im Wesentlichen senkrecht zur ersten
Werkzeugführung 3a, 3b liegende dritte Werkzeugführung 5 auf, die transversal zum Femurknochen angeordnet ist. Diese Werkzeugführung dient zum Eindringen einer Säge zum Abschneiden der distalen Enden des Femurknochens 1. Winklig zu der ersten Werkzeugführung 3a, 3b und dritten Werkzeugführung 5 sind zweite Werkzeugführungen 4a, 4b angeordnet, die kanthomeatal (d.h. spitzwinklig zur Transversalebene) zum
Femurknochen 1 angeordnet sind, bevorzugt etwa 45° geneigt zur dritten
Werkzeugführung 5, die transversal angeordnet ist.
Alle Werkzeugführungen 3a, 3b, 4a, 4b, 5 bilden eine unverrückbare, zueinander in einem festen Winkel angeordnete Werkzeugführungsschablone, die darüber hinaus mit
Abstützungen 6 versehen ist, die relativ zu den Werkzeugführungen zur genauen Anlage am Knochen 1 ausgebildet ist. Figur 2 zeigt die dreidimensionale, schematische Schnittdarstellung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere eine Resektionsschablone 2 mit koronaren Werkzeugführungen 3a, 3b und einer kanthomeatalen Werkzeug-führung 4b, die zueinander spitzwinklig angeordnet sind und das Bearbeiten gewisser
Knochenoberflächen am Femurknochen zulassen. Jede der Werkzeugführungen weist dabei bevorzugt einen Führungsanschlag 27 auf, der die genaue Eindringtiefe des Werkzeugs definiert. Das Werkzeug, wie beispielsweise eine Säge, wird in die
Werkzeugführungen eingeführt, beispielsweise einen Sägeschacht, die über eine gewisse Führungstiefe D verfügen. Hat das Werkzeug die Führungstiefe D überwunden, erfolgt das Einschneiden in den Knochen bis zu einer Resektionstiefe d. Führungstiefe D und Resektionstiefe d ergeben die Eintauchtiefe t des Werkzeugs. Durch die genaue
Anpassung der Führungstiefe D an das Werkzeug wird gewährleistet, dass nicht zuwenig, aber auch nicht zuviel Knochen weggeschnitten wird, beziehungsweise dass das hinter dem Knochen befindliche Weichgewebe, wie beispielsweise Sehnen, Bänder oder Blutgefäße, nicht verletzt wird. Durch die seitliche Schachtbegrenzung des Werkzeuges wird zusätzlich auch der sehr wichtige Schutz der Seitenbänder des Kniegelenkes während der Knochenresektion gewährleistet.
Die Herstellungstechnik der erfindungsgemäßen Resektionsschablone 2 ermöglicht es, die Werkzeugführungen, wie beispielsweise Resektionsschächte oder Bohrlöcher, in genau derjenigen Länge anzufertigen, in der eine genaue Eintauchtiefe t des Werkzeugs festgelegt werden kann.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Resektionsschablone 2 mit koronaren Werkzeugführungen 3a und 3b sowie kanthomeataler Werkzeugführung 4b, wobei die für eine Säge geeigneten Schächte 8 erkennbar sind. Darüber hinaus zeigt Figur 3 eine vierte Werkzeugführung 7, die beispielsweise für einen Bohrer geeignet ist, der eine entsprechende Bohrung im Knochen vornimmt, um Stützzapfen der
Endoprothese aufzunehmen. Durch die Bohrung kann eine Ausnehmung 23 im Knochen hergestellt werden, die dann zur Befestigung der Endoprothese dient. Gleichzeitig zeigt Figur 3 im Schnitt (darauf dreidimensional markiert) linienförmige Abstützungen 6, die wie folgt näher erläutert werden:
Figur 4 zeigt die dreidimensionale Aufsicht auf das distale Ende des Femurknochens 1 , auf dem die linienförmigen Abstützungen 6 erkennbar sind. Zur besseren Darstellung sind die anderen Teile der Resektionsschablone 2 nicht abgebildet. Die gitterförmig angeordneten, linienförmigen Abstützungen 6 stehen im Wesentlichen rechtwinklig, wobei Sagittalrippen 6a und Koronarrippen 6b im Wesentlichen senkrecht aufeinanderstehend die wesentlichen Strukturen des Knochens abbilden. Die genaue Positionierung der Resektionsschablone 2 erfolgt über diese Gitter-struktur aus linienförmigen Abstützungen 6. Um eine optimale Wiedergabe der
Oberflächenstruktur des Knochens 1 zu erzielen, d. h., um die spätere Schablone 2 exakt am Knochen 1 positionieren zu können, wird beispielsweise ein Computertomographiebild erstellt, das verschiedene Schichten des Knochens abbildet. Anhand dieses
Computertomographiebildes lassen sich im Schnitt zweidimensionale, linienförmige
Grauwertunterschiede detektieren, die den Übergang zwischen Knochen und Weichteilen markieren. Längs der Schichtbilder lassen sich dann die linienförmigen Abstützungen 6 rekonstruieren, in dem die Knochenoberfläche entlang der zweidimensionalen
Tomographieschnittbilder abgetastet und abgeformt wird. Diese Rippenkonstruktion hat den Vorteil, dass nur präzise Landmarks des Knochens dargestellt werden, wodurch sich der Aufwand bei der Rekonstruktion des Gelenkoberflächennegativs deutlich reduziert. Zudem kann eine exakte Auflage der Resektionsschablone 2 auf dem Knochen 1 gewährleistet werden, da etwaiges computertomographisch nicht ausreichend exakt erfasstes Weichteilgewebe oder Gelenkflüssigkeit zwischen die Rippen ausweichen kann, beziehungsweise die Rippen sich in erhöhte Oberflächenareale leichter eindrücken lassen, bis diese auf die Knochenoberfläche stoßen oder auch von den erhöhten
Oberflächenarealen weggedrückt werden können.
Die in Figur 4 schematisch dargestellte Rippenstruktur zeigt Figur 5 eingebettet in der Resektionsschablone 2. Zwischen den ersten parallel zueinander angeordneten
Werkzeugführungen 3a und 3b, den zweiten Werkzeugführungen 4a und 4b und den dritten Werkzeugführungen 5 ist die gitterförmige Abstützstruktur 6 aus Sagittalrippen 6a und schräg dazu angeordneten Koronarrippen 6b erkennbar. Zur Resektion der zwei Knochenhöcker am distalen Ende des Femurknochens 1 dienen voneinander geteilte erste koronare Werkzeugführungen 3a 1 und 3a 2.
Bei einer computertomographischen Darstellung des Femur ist in der Regel der
Knorpelbelag zwischen den beiden Oberschenkelrollen bis zum Beginn des
Kniescheibengleitlagers erhalten, wodurch sich durch Nachzeichnen der Oberfläche in sagittaler Richtung, zum Beispiel mit drei Bahnen, die jeweils z.B. drei Schichten breit sind, bogenförmige Strukturen rekonstruieren lassen, welche beim Aufsetzen der Resektionsschablone 2 ein Einhaken derselben an der Knochenoberfläche bewirken. Dadurch wird ein Verrutschen derselben nach oben, aber auch zu den Seiten hin, verhindert, wodurch sich die Schablone 2 exakt positionieren lässt. Figur 6 zeigt zweite Abstützungen 9, wie beispielsweise koronare Backen, die als seitliche Schablonenbacken realisiert werden. Dies dient zur definierten Anlage der
Resektionsschablone 2 in seitlicher Richtung am distalen Ende des Femurknochens. Dies dient zur Unterstützung der in koronarer Ebene angeordneten Koronarrippen 6b oder durch die in Figur 6 dargestellten, als koronare Backen ausgebildete zweite Abstützungen 9, die links und rechts an der Außenseite des Femurs konstruiert werden.
Beim Rekonstruieren dieser zweiten Abstützung ist darauf zu achten, dass die koronaren Backen bei ca. 1 10° Beugung des Kniegelenks nach Eröffnung des Kniegelenks und Evertierung der Kniescheibe nicht mit dem äußeren oder inneren Seitenband in
Berührung kommen, sondern oberhalb und ventral die Epicondylenhöcker umfahren, und dabei auch nicht zu nahe an die Gelenkränder heranreichen, um nicht mit eventuell vorhandenen Osteopythen in Konflikt zu geraten. Bei dieser Konstruktion sollten auf der Knochenseite zum Beispiel 0,2 mm abgezogen werden, um Knochenhaut und verbliebene Schleimhautreste zu berücksichtigen.
Figuren 7 und 8 zeigen eine dritte Abstützung 10, die als sagittaler Schnabel ausgebildet ist, um die Resektionsschablone 2 in sagittaler Richtung zu fixieren. Dabei wird insbesondere oberhalb des Kniescheibengleitlagers eine solche dritte Abstützung angefertigt, die sich nach oben hin, d. h. proximal, verjüngt. Dieser Schablonenschnabel darf aber nicht zu lang geraten, damit der obere Rezessus beziehungsweise der
Musculus articularis genus nicht zu sehr geschädigt wird. Die Verankerung der dritten Abstützung 10 an der Resektionsschablone 2 muss so erfolgen, dass die Verankerung die koronare erste Werkzeugführung 3b nicht verschließt. Der Schablonen Schnabel kann auch aus einer Verlängerung der Werkzeugführung 3 b konstruiert werden.
Figur 9 zeigt die Aufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung mit zweigeteilten koronaren Werkzeugführungen 3a 1 und 3a 2 sowie parallel dazu aber beabstandet angeordnete koronare erste Werkzeugführungen 3b, die für eine Säge geeignet sind, sowie zwei Sichtöffnungen 1 1 , die den Blick auf die Gitterstruktur der linienförmigen Abstützung 6 und das Operationsgebiet erlauben. Zusätzlich zeigt Figur 9 Fixieröffnungen 12, die distal an der Schablone angeordnet sind, um Fixiermittel einzubringen. Im speziellen Ausführungsbeispiel nach Figur 9 befinden sich an der distalen Fläche der Resektionsschablone 2 zwei zum Beispiel 3 bis 4 cm im Durchmesser betragende zylindrische Schächte, die Einblick auf die darunter liegende Gelenkfläche gewährleisten und somit eine Kontrolle ermöglichen, ob die Schablone bündig aufliegt, d. h., ob die linienförmigen Abstützungen 6 bündig auf der Knochenoberfläche aufliegen.
Eine erhebliche Komplikation bei einem Knieeingriff stellt die versehentliche Resektion des vorderen Kreuzbandes dar. Während bei konventionellen bikondylären Kniegelenks- Endoprothesen das vordere Kreuzband grundsätzlich reseziert wird, kann bei den individuell angefertigten Kniegelenks-Endoprothesen nach der vorliegenden Erfindung das vordere Kreuzband erhalten werden. Um ein versehentliches Verletzen der
Kreuzbänder zu vermeiden, wird an der Femurschablone eine zum Beispiel 3 bis 4 cm im Durchmesser betragende, beispielsweise kreisrunde und in Projektion auf die
interkondyläre Notch ausgerichtete Öffnung angebracht, welche zum Einen den Einblick auf das vordere Kreuzband gewährt, zum anderen aber auch die Möglichkeit bietet, durch Einbringen von chirurgischen Instrumentarien bei der jeweiligen Resektion das vordere Kreuzband zu schützen. Zusätzlich gewährt diese Öffnung auch den Einblick auf die Lage der Rippen, des so genannten Notch-Hakens, und zum Teil auch auf die Abstützungen 6 der unteren Oberschenkel-Rollenbegrenzung.
Gemäß Figur 10 lassen sich die Werkzeugführungen 3, 4, 5, 7, 14 auch taillieren, so dass am offenen Situs kein Abdrängen der Schablone durch die lateral evertierten Weichteile erfolgt. Die Taillierung sollte dann auch auf der Seite der Kniescheibe und der Weichteile erfolgen, um ein Abdrängen der Schablone zu vermeiden.
Des weiteren betrifft die Erfindung auch eine in Figur 1 1 schematisch dargestellte Tibia- Schablone mit voneinander getrennten, fünften Werkzeugführungen 14 a1 und 14 a2, die sagittal ausgerichtet sind, sowie einer koronaren Werkzeugführung 3 und einer transversalen Werkzeugführung 5. Angedeutet sind ebenfalls die linienförmigen
Abstützungen 6 sowie Fixierführungen 12, die zum Festlegen der Schablone am Knochen dienen. Durch diese Fixierführungen 12 können beispielsweise Nägel oder Schrauben geführt werden, um eine Halterung der Schablone zu gewährleisten. Die exakte
Positionierung und Ausrichtung der Schablone erfolgt aber über die linienförmigen Abstützungen 6. Die Abstützungen 6 können ebenfalls als in Figur 12 gezeigte Gitterstruktur ausgeführt werden, wobei auch hier Sagittalrippen 6a und Koronarrippen 6b die Gitterstruktur bilden, die vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Dabei ist es wichtig, die Abstützungen 6 möglichst weit an den Intercondylenhöcker hinaufzuführen, um hierdurch auch eine gewisse seitliche Stabilisierung zu erreichen.
Gleichfalls in Figur 11 ist ein Verbindungssteg 15 gezeigt, der zu einer Stützfläche 16 führt, die gegebenenfalls punktförmig ausgebildet sein kann, oder - wie in Figur 11 gezeigt - flächig, wobei es sich hier um einen Schablonenausleger mit einem
sogenannten Schienbeinbügel handelt, der aus dem Oberationssitus nach außen reicht, und die Stützfläche auf die intakte, hautbedeckte Oberfläche des Schien-beins drückt. Dies verhindert eine Rotation der Tibiaschablone 2 um die Querachse, und auch hinsichtlich der vertikalen Achse in anteroposteriorer Richtung. Die Resektion der Tibia erfolgt bei dieser Variante der Erfindung zunächst mittels einer Schablone entsprechend Fig. 1 1 , wobei die Aussparungen für die Oberschenkelrollen hier noch weitergehend vorzunehmen sind. Im zweiten Schritt ist eine Schablone, welche eine Kombination aus Fig.1 und Fig.2 darstellt, anzufertigen, welche ein Polyamidmodell der Schienbeinkomponente der Endoprothese und damit untrennbar verbunden eine
Sägeführung für die Resektionen am Oberschenkelknochen darstellt, wobei mit einer ersten derartigen Schablone nur der körperferne (distale) Schnitt am Oberschenkelknochen in Streckstellung und mit einer zweiten Schablone nur der hinteren (dorsale) Schnitt der Oberschenkelrollen in Beugestellung ermöglicht wird. Analog zu der oben aufgeführten Vorgehensweise (Femur first) wird auch hier
jeweils zunächst die Achse (bei der Streckung) eingestellt und dann die Bandspannung (bei Streckung und Beugung) ausbalanciert. Durch eine geeignete dritte Schablone werden anschließend die so genannten Abkantschnitte durchgeführt und die Resektionen des Oberschenkelknochens damit vollendet.
Diese Vorgehensweise (Tibia first) eignet sich auch für die Implantation von Standard- endoprothesen, da hierbei auch eine Unterschenkelkomponente (ein Tibiaplateau) eingesetzt werden kann, welches nicht weitgehend an die Oberflächenkontur des originären Schienbeinplateaus angepasst ist. Bei der„Femur first" Methode kann eine ähnliche Vorrichtung für das Schienbein als "Schienbeinstopper" (allerdings als gerade, horizontal vor der Schienbeinkante verlaufende Begrenzung, zum Beispiel in Form eines zylindrischen Stabes) an Stelle der hülsenförmig an die Schienbeinkante angepassten Abstützung, die ebenfalls untrennbar an die Oberschenkelschablone angeheftet ist, die exakte Streckposition des
Kniegelenkes, die präoperativ auf den Bilddaten fixiert wurde, anzeigen.
Dies ist in den Fällen hilfreich, bei welchen ein mehr oder minder großes Streckdefizit des Kniegelenks infolge der Bandverkürzungen vorliegt. Dieses Streckdefizit wird beim Ausgleichen der Bandspannung teilweise oder ganz gelöst und ergibt somit eine veränderte Position bei Streckung gegenüber der welche bei der Bilderstellung vorlag. Die gerade Form dieser Schienbeinabstützung erlaubt hierbei im Gegensatz zur
hülsenförmigen Abstützung ein seitliches Pendeln des Unterschenkels bei der Einstellung der Beinachse, beziehungsweise bei der Korrektur der Bandspannung.
Zusätzlich kann eine dritte Abstützung 10 als so genannter Tibiaschild vorgesehen sein, der als backenartige Auflage an der Schienbeinvorderkante so konstruiert ist, dass eine exakte Arretierung und Positionierung der Resektions-schablone 2 in anteroposteriorer Richtung gewährleistet ist. Diese dritte Abstützung 10 sollte sich zudem möglichst gut medial neben dem Schienbein-höcker einmodellieren, um eine seitliche Rotation der Schablone 2 um die verti-kale Achse in lateraler Richtung zu vermeiden, und um eine möglichst genaue Positionierung um die Hochachse zu gewährleisten. Um die bündige Auflage der als Schienbeinschild ausgeführten dritter Abstützung 10 zu überprüfen, kann auch hier eine Öffnung medial der Tuberositas tibiae angebracht werden.
Figur 13 zeigt die laterale Taillierung 13 einer Werkzeugführung der Tibiaschablone, um auch hier ein Abdrängen der Schablone durch die lateral evertierten Weichteile zu vermeiden. Darüber hinaus ist es nach Figur 14 möglich, die hintere Seite der
Tibiaschablone durch eine Auflage 17 so zu formen, dass diese exakt den resezierten Oberflächen des distalen Endes des Femurs 1 entspricht, der in 110° gebeugter Stellung nahe am Tibiaknochen liegt. Dadurch kann eine genaue Positionierung der
Resektionschablone 2 am Tibiaknochen unterstützt werden. Dies ist möglich, da bei Erhalt des vorderen Kreuzbandes der Gelenkspalt sehr eng ist und die Tibiaschablone ansonsten durch den Femur ventral abgedrängt werden könnte. Figur 15 zeigt die schematische Ansicht auf die Tibiaschablone mit 15 sagittal
ausgerichteten Werkzeugführungen 14 a1 und 14 a2 sowie einer transversalen
Werkzeugführung 5, wobei sagittale Kanäle 18 vorgesehen sind, die das Einbringen von entsprechend dicken Kirschnerdrähten oder Steinmannnägeln an eine Schnittstelle zwischen der vertikalen Resektionsebene am Intercondylenhöcker und der horizontalen Resektionsebene auf dem Schienbeinplateau ermöglicht. Dadurch wird nicht nur eine zusätzliche Fixierung der Schablone 2 am Knochen 1 erreicht, sondern es wird auch verhindert, dass versehentlich bei der horizontalen Resektion zu weit nach innen in den so genannten Intercondylen-höcker hineingesägt wird, oder dass bei der vertikalen Resektion zu tief in den Schienbeinkopf hineingesägt wird. Dies würde dann eine erhebliche Komplikation darstellen, da das in der Regel den Bruch des Intercondylen- höckers oder auch den Bruch der inneren oder äußeren Kniescheibenkonsole zur Folge hätte. Um eine exakte Positionierung der Resektionsschablone 2 zu gewährleisten, können natürlich auch gemäß Figur 16 zusätzlich Befestigungsmittel 19 oder
Befestigungsstellen 20 am Knochen 1 angebracht werden, wie beispielsweise Marker, wie Schrauben, wie Kirschnerdrähte oder Pins, die dann in entsprechende Aufnahmen der Schablone eingeführt werden, wenn diese auf dem Knochen aufgesetzt wird.
Figur 17 zeigt die Einführung entsprechender Befestigungsmittel 19 durch geeignete Öffnungen an der Resektionsschablone 2.
Figur 18 zeigt die dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Resektionsschablone 2, insbesondere eine Tibiaschablone, an die eine Endoprothese 21 angeformt ist. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient zur genauen Ausrichtung der Tibiaschablone gegenüber der zukünftigen implantierten Femurprothese 21. Das eine Ende der Schablone 2 stellt dabei eine Reproduktion der Femurprothese 21 dar, die Zapfen 22 zum Einführen in beispielsweise in Figur 3 gezeigte Ausnehmungen 23 aufweist. Die als Endoprothese 21 geformte Tibiaschablone wird dann nach der Resektion des Femurs wie eine Femurprothese am Femur aufgebracht und nach voller Streckung und genauer Ausrich-tung der Tibia entsprechend der Mikulic'z-Linie und nach Fixierung des Knochens 1 an der Schablone 2 mittels Kirschnerdrähten befestigt. Dies erlaubt eine exakte Resektion der Tibia auch ohne Befestigungsmittel 19, wie beispielsweise
Markerschrauben. Figur 19 zeigt die dreidimensionale Ansicht einer Resektionsschablone 2, die eine Führungshilfe 24 neben der dritten Abstützung 10 aufweist, die beispielsweise als Führungshilfe für einen Messstab zur genauen Bestimmung der Mikulic'z-Linie dient, wobei diese Führungshilfe insbesondere durch den proximalen Teil der Tibiaschablone läuft. Die in Form einer sanduhrförmigen Bohrung in vertikaler Richtung laufende
Führungshilfe 24 liegt an ihrer schmälsten Stelle exakt vor dem Kniegelenksmittelpunkt, so dass nach Einführen eines langen Messstabes oder Maßbandes eine gerade Linie zwischen Hüftkopfmittelpunkt, Kniegelenksmittelpunkt und Sprunggelenksmittelpunkt bestimmbar ist.
Figur 20 zeigt eine Bohrführung 26, die in einer Tibiaschablone 25 vorgesehen ist, die beispielsweise zur Befestigung am resezierten Knochen 1 vorgesehen ist. Nach Abnahme beispielsweise der femoralen Tibiaschablone 2 muss der vordere Anteil des
Intercondylenhöckers noch so weit mit der oszillierenden Säge reseziert und die Kanten mittels einer Rundfeile geglättet werden, dass der vordere Bügel zwischen den beiden Plateaus der Schienbeinfassung sich soweit auf dem Tibiaplateau vorschieben lässt, dass ein randbündiger Sitz der Schienbeinfassung auf dem resezierten Schienbeinknochen gewährleistet wird. Bei dieser Gelegen-heit können auch noch Korrekturen am Sitz der Schienbeinfassung vorgenommen werden, zum Beispiel auch durch kleine Korrekturen mittels einer geraden Feile an der vorderen und den seitlichen Begrenzungen des Intercondylenhöckers. Über die Bohrkanäle auf der Schablone können schließlich die Verankerungskanäle für die Zapfen der Schienbeinfassung gebohrt werden.
Figur 21 zeigt eine alternative, zweiteilige Tibiafassung 28 mit Zapfen 22, die implantiert werden kann, so dass die Resektion des zentralen Anteils des Interkondylenhöckers entfällt. Allerdings muss die Tibiaschablone 25 dann ebenfalls aus zwei Teilen
entsprechend der Tibiafassung 28 bestehen, welche durch eine vor den
Interkondylenhöckern verlaufenden Spange 29 verbunden werden. Figur 22 zeigt eine solche Ausführungsform mit Bohrführungen 26.
Bei Implantationen mit Erhalt des vorderen Kreuzbandes, also bei Implantationen von individuellen Endoprothesen, ist in der Regel zwischen Femur und Tibia kein
ausreichender Platz vorhanden, um die vertikalen Schnitte an der Tibia durchführen, ohne entweder den Femur zu verletzen, oder zu tief in die Tibia einzuschneidenden. Der Erhalt des vorderen Kreuzbandes bedeutet während der Operation immer eingeschränkte Platzverhältnisse im Gelenkspalt, da das vordere Kreuzband ein Vorgleiten der Tibia gegenüber dem Femur verhindert. Zudem wird bei der Verwendung der Resektionsschablone 2 das Kniegelenk in Streckung gehalten, was eine zusätzliche Einengung der Platzverhältnisse bedeutet.
Zu diesem Zweck wird die in Figur 11 gezeigte Resektionsschablone 2 modifiziert, indem der Verbindungssteg 15 und alle Werkzeugführungen, bis auf die transversalen, dritten Werkzeugführungen 5, weggelassen werden. Dann können die horizontalen Schnitte vorgenommen werden. Die Werkzeugführungen 3, 14a1 , 14a2 für die vertikalen Schnitte an der Tibia werden anschließend mithilfe einer weiter modifizierten Resektionsschablone 2', wie in Figur 23 dargestellt, angelegt. Die ebenfalls gezeigten transversalen, dritten Werkzeugführungen 5 können bei der modifizierten Resektionsschablone 2' auch weggelassen werden (in Figur 23 nicht dargestellt). Dadurch, dass das Kniegelenk gebeugt werden kann und keine Abstützung durch eine Prothesenimitation auf den Resektionsflächen des Femurs vorhanden ist, wie in Figur 18 dargestellt, hat das Gelenk deutlich mehr Spiel und ausreichend Platz, um auch die vertikalen Schnitte ohne zusätzliche Verletzung der Knochenstruktur zu gewährleisten.
Die Befestigung der modifizierten Resektionsschablone 2' nach Figur 23 an der Tibia kann zusätzlich mit zwei steckerartigen Plättchen 30 erfolgen, welche in die bereits durchgeführten horizontalen Resektionsspalten eingeführt werden. Dies ermöglicht damit eine noch genauere Positionierung.
Figur 24 zeigt die dreidimensionale Ansicht einer modifizierten erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Knochen für den Revisionseingriff. In der Regel kommt es nach circa 10 bis 12 Jahren zu einer Lockerung der Prothese. In diesen Fällen muss die alte Prothese entnommen, ein neues Implantatlager geschaffen und eine entsprechend größere, neue Prothese implantiert werden. Da trotz der Lockerung der alten Prothese das
Implantatlager, nach Entnahme der alten Prothese, sich im wesentlichen wie vor der Erstimplantation darstellt, kann eine entsprechend nach Figur 25 weitere modifizierte Schablone 2" bündig auf dem alten Implantatlager aufgesetzt werden. Gemäß der Erfindung sind auch hier entsprechende Abstützungen 6 vorgesehen, durch die glatten Oberflächen des Implantatlagers aber nicht unbedingt notwendig. Die modifizierte Schablone 2" weist lediglich Werkzeugführungen für Sägeblätter auf, die eine
Nachresektion von zum Beispiel 2 mm an jeder Ebene des Implantatlagers ermöglichen. Dadurch kann zeitsparend und/oder Knochen sparend und exakt ein neues Implantatlager für eine konventionelle oder auch individuell angefertigte Wechselprothese vorbereitet werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Resektion von Knochen (1 ) zur Vorbereitung des Anbringens einer Endoprothese an Gelenken, die aus mindestens zwei miteinander
zusammenwirkenden Gelenkpartnern bestehen, mit mindestens einer
Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) geeigneten Abstützung (6, 9, 10, 15, 21 ), dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Abstützung (15, 21 ) entweder in unmittelbarer
Gelenknähe und/oder gelenkübergreifend die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) an einem weiteren
Gelenkpartner ermöglicht oder distal zu der zu bearbeitenden, insbesondere zu resezierenden Stelle und/oder außerhalb des Operationsgebiets die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) am gleichen Gelenkpartner ermöglicht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Abstützung (21 ) aus einer 3-D Rekonstruktion der zu implantierenden Prothesenkomponenten oder aus einer Abstützung besteht, die am operativ eröffneten Schienbeinkopf auf Haut und Knochenhaut über der intakten, distalen Schienbeinkante zu liegen kommt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass neben der mindestens einen Abstützung (15, 21 ) eine weitere punkt- oder linienförmig ausgestaltete Abstützung (6) anhand von zwei- oder dreidimensionalen
Bildaufnahmen des zu behandelnden Knochens geformt ist, wobei die Linienform der Abstützung (6) längs definierter Oberflächenstrukturen des Knochens (1 ) und/oder die Punktform der Abstützung (6) anhand von besonderen
Geländemerkmalen des Knochens (1 ) anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bildaufnahmen geformt ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste linienförmige Abstützungen (6) in mehreren ersten, im wesentlichen parallelen Ebenen voneinander beabstandet und mehrere zweite linienförmige Abstützungen (6) in mehreren zweiten, im wesentlichen parallelen
Ebenen voneinander beabstandet angeordnet sind und die mehreren ersten und die mehreren zweiten Ebenen nicht parallel zueinander, insbesondere im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gitterförmig angeordnete, linienförmige Abstützungen (6) und mehrere zueinander winklig angeordnete Werkzeugführungen (3, 4, 5, 7, 14) eine Schablone (2) bilden, wobei die Abstützungen (6) und Werkzeugführungen (3, 4, 5, 7, 14) aus einer Form gegossen oder aus einem Material derart herausgearbeitet werden, dass die Schablone (2) nahtlos aus einem Stück geformt ist, wobei die Schablone (2) Sichtöffnungen (11 ) und/oder Fixieröffnungen (12) aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Resektion von Knochen (1 ), mit mindestens einer Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und mindestens einer zur Ausrichtung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) geeigneten Abstützung (6, 9, 10, 15, 21 ), mit folgenden Schritten:
a) Anfertigen von zwei- oder dreidimensionalen Bildern des zu bearbeitenden Knochens (1 ),
b) Erkennen von punkt- und/oder linienförmigen Konturen des Knochens (1 ) auf den zwei- oder dreidimensionalen Bildern,
c) Festlegen von zu bearbeitenden Stellen und Auswahl und Positionieren mindestens einer Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) und
d) Herstellen einer Schablone (2) mit mindestens einer Abstützung (15, 21 ), die entweder in unmittelbarer Gelenknähe und/oder gelenkübergreifend die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) an einem weiteren Gelenkpartner ermöglicht oder distal zu der zu bearbeitenden Stelle und/oder außerhalb des Operationsgebiets die Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) am gleichen Gelenkpartner ermöglicht, und der mindestens einen, relativ zur Abstützung (15, 21 ) positionierten und ausgerichteten Werkzeugführung (3, 4, 5, 7, 14) .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere weitere, gitterförmig angeordnete linienförmige Abstützungen (6) und mehrere zueinander winklig angeordnete Werkzeugführungen (3, 4, 5, 7, 14) anhand der zwei- oder dreidimensionalen Bilder des zu bearbeitenden Knochens (1 ) bestimmt und in einem dreidimensionalen Datensatz zur Herstellung einer
Schablone (2) abgespeichert werden, wobei die Abstützungen (6) und Werkzeug- führungen (3, 4, 5, 7, 14) dann anhand des dreidimensionalen Datensatzes aus einer Form gegossen oder aus einem Material derart herausgearbeitet werden, dass die Schablone (2) nahtlos aus einem Stück geformt ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese oder zur Herstellung einer
Abstützung (21 ) zur Ausrichtung und Positionierung der mindestens einen
Werkzeugführung an einem weiteren Gelenkpartner zur Anbringung an einem Knochen (1 ), der insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bearbeitet wurde, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Anfertigen von zwei- oder dreidimensionalen Bildern des zu bearbeitenden
Knochens (1 ),
b) Festlegen von zu bearbeitenden Stellen und Auswahl und Positionieren mindestens einer von dem Knochen zu entfernenden Stelle,
c) virtuelles Korrigieren der zwei- oder dreidimensionalen Bilder für eine
Annäherung der Konturen des Knochens (1 ) an die Konturen eines gesunden
Knochens (1 ), und
d) Herstellen einer Endoprothese oder einer Abstützung (21 ) anhand der zu bearbeitenden Stellen des Knochens (1 ) und der virtuellen Korrektur der zwei- oder dreidimensionalen Bilder.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die virtuelle Korrektur des zwei- oder dreidimensionalen Bildes von dem geschädigten Knochen (1 ) durch einen Vergleich mit Bildern von gesunden
Knochen (1 ) vorgenommen wird, die mit dem geschädigten Knochen (1 )
vergleichbare Formen aufweisen.
10. Endoprothese oder Abstützung, die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 hergestellt und auf einen Knochen (1 ) aufgesetzt wird, der mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bearbeitet wurde.
1 1. Operationsset zur Durchführung von Kniegelenk-Operationen, bestehend aus
femoralen und/oder tibialen Komponenten einer Endoprothese nach Anspruch 10 und femoralen und/oder tibialen Komponenten einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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