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DE10220591A1 - Gelenkprothese mit Zwischenelement mit unterschiedlichen Krümmungsradien - Google Patents

Gelenkprothese mit Zwischenelement mit unterschiedlichen Krümmungsradien

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DE10220591A1
DE10220591A1 DE10220591A DE10220591A DE10220591A1 DE 10220591 A1 DE10220591 A1 DE 10220591A1 DE 10220591 A DE10220591 A DE 10220591A DE 10220591 A DE10220591 A DE 10220591A DE 10220591 A1 DE10220591 A1 DE 10220591A1
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curvature
radius
component
joint prosthesis
intermediate element
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DE10220591A
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Daniel Delfosse
Walter Supper
Christoph Fankhauser
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Mathys Medizinaltechnik AG
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Abstract

Eine Gelenkprothese, insbesondere eine Kniegelenk-Endoprothese, zum Ausbilden einer Gelenkverbindung zwischen einem ersten Knochen und einem zweiten Knochen umfaßt eine erste Komponente (4), die zumindest mittelbar mit dem ersten Knochen verbunden ist, eine zweite Komponente (2), die zumindest mittelbar mit dem zweiten Knochen verbunden ist, und ein zwischen der ersten Komponente (4) und der zweiten Komponente (2) beweglich gelagertes Zwischenelement (3), welches mit einer ersten Fläche (7) an der ersten Komponente (4) und mit einer zweiten Fläche (6) an der zweiten Komponente (2) anliegt. Die erste Fläche (7) des Zwischenelements (3) ist dabei eine Teilellipsoidfläche, wobei ein erster Krümmungsradius der ersten Fläche (7) des Zwischenelements (3) in medial-lateraler Richtung und ein zweiter Krümmungsradius der ersten Fläche (7) des Zwischenelements (3) in ventral-dorsaler Richtung verschieden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gelenkprothese zum Ausbilden einer Gelenkverbindung zwischen einem Paar menschlicher oder tierischer Knochen.
  • Beispielsweise ist aus der EP 0 442 330 A2 eine Kniegelenk- Endoprothese bekannt, welche ein Femurteil, ein Meniskuselement und ein Tibiateil umfaßt. Das Femurteil und das Tibiateil liegen mit Lagerflächen an zugeordneten Lagerflächen des Meniskuselementes an. Das Femurteil ist dabei mit einer kugelförmigen Lagerfläche versehen, welche an der gleichfalls kugelförmigen und konzentrisch angeordneten Lagerfläche des Meniskuselements anliegt. Das Tibiateil ist konvex ausgebildet und weist eine zylindrische Lagerfläche auf, an welcher die zweite entsprechend ausgebildete und koaxial angeordnete Lagerfläche des Meniskuselements anliegt.
  • Weiterhin ist aus der DE 195 29 824 A1 eine bikondyläre Knie-Endoprothese mit einer am unteren Femurkopf zu befestigenden, in seitlicher Ansicht im wesentlichen U- förmigen Femurkomponente bekannt, wobei die Femurkomponente einen Schenkel und Steg aus zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten, im wesentlichen parallelen Kondylusabschnitten besteht, deren stetig in die Außenseite des anderen Schenkels übergehende, gekrümmte Außenseiten die Femurlaufflächen bilden, und von deren Innenseite im Bereich des Steges wenigstens ein Verankerungszapfen vorsteht. Eine am Tibiaplateau zu befestigende Tibiakomponente besteht aus einem plattenförmigen Tibiatray und einem sich im wesentlichen senkrecht von dessen Unterseite erstreckenden Tibiateil, wobei zwischen der Femurkomponente und der Tibiakomponente ein relativ zu beiden bewegliches, im wesentlichen plattenförmiges Meniskusteil angeordnet ist, dessen Unterseite gleitbar auf der Oberseite des Tibiatrays aufliegt und dessen Oberseite zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Lagerschalen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Kondylusabschnitt der Femurkomponente gleitbar abgestützt ist.
  • Nachteilig bei den aus den obengenannten Druckschriften bekannten Endoprothesen ist insbesondere, daß bedingt durch die nicht naturgetreue Form der Meniszi die physiologischen Kniegelenksfunktionen bei Bewegung und Belastung nicht befriedigend erfüllt werden. Insbesondere treten örtliche Belastungsspitzen in Folge von Linien- oder Punktberührungen auf. In der Folge können Bewegungsstörungen, ungleichmäßige Abnützung der Prothese, Luxationen oder Lockerungen der tibialen oder femuralen Komponente der Endoprothese auftreten.
  • Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkprothese zu schaffen, welche möglichst naturgetreue physiologische Bewegungsabläufe ermöglicht, ohne daß es zu Fehlstellungen und nachfolgenden Fehlfunktionen oder Zerstörung der Prothese kommen kann.
  • Die Aufgabe wird durch eine Gelenkprothese gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Krümmungsradius in dorsal-ventraler Richtung ungleich dem Krümmungsradius in medial-lateraler Richtung zu bemessen ist. Dadurch ergibt sich nicht eine nicht-sphärische Berührungsfläche zwischen dem Zwischenelement (Meniskuselement) und der ersten Komponente (Tibiaimplantat). Folglich ist die Berührungsfläche zwischen den Implantatteilen nicht auf Punkte oder Linien beschränkt, sondern bleibt auch bei Bewegung des Kniegelenks flächig, so daß eine verbesserte Führung, eine höhere Stabilität und eine verbesserte Fähigkeit zur Selbstzentrierung erreicht werden. Daraus resultiert eine längere Lebensdauer der Implantate, des Zwischenelements (Meniskuselements) und ein höherer Komfort für den prothetisch versorgten Patienten.
  • Die Krümmungsradien können außerdem unabhängig voneinander optimiert werden. Der Krümmungsradius kann in dorsaler- ventraler Richtung so groß bemessen werden, daß eine Luxation sicher vermieden wird. In medialer-lateraler Richtung kann der Krümmungsradius davon unabhängig auf gute Selbstzentrierung und bequeme Kippbewegung optimiert werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen möglich.
  • Vorteilhafterweise stimmen dabei die lateral-medialen Krümmungsradien sowie die dorsal-ventralen Krümmungsradien des Meniskuselements und des Tibiaimplantats überein. Dadurch kann eine große Anlagefläche und eine stabile Lage des Meniskuselements bei Bewegung erzielt werden.
  • Weiterhin ist von Vorteil, daß das Tibiaimplantat mit einer medialen Erhöhung versehen ist, welche das Meniskuselement in medialer Richtung stabilisiert und Fehlstellungen vorbeugt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
  • Fig. 1A-1D ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Kniegelenk-Endoprothese in konkav-konvexer Ausführung des Meniskuselements,
  • Fig. 2A-2D ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kniegelenk-Endoprothese in bikonkaver Ausführung des Meniskuselements, und
  • Fig. 3A-3B eine schematische Darstellung der Krümmungsradien.
  • Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kniegelenk- Endoprothesen 1 weisen als gemeinsame Merkmale ein Femurimplantat 2, ein die Funktion eines Meniskus übernehmendes Zwischenelement 3 sowie ein Tibiaimplantat 4 auf. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kniegelenk- Endoprothesen sind dabei in Form einer Kniegelenk- Endoprothese 1 für jeweils eine der beiden Kniegelenkskondylen ausgeführt. Müssen beide Kondylen prothetisch versorgt werden, ist es in einfacher Weise möglich, die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kniegelenk- Endoprothesen 1 entweder beidseitig zu implantieren oder die Kniegelenk-Endoprothese 1 in geeigneter Weise einstückig auszubilden.
  • Das Femurimplantat 2 ist dabei teilschalenförmig ausgebildet und weist eine Gleitfläche 5 auf. Die Gleitfläche 5 wirkt mit dem Meniskuselement 3 zu einem Gleitlager zusammen. Eine dem Femurimplantat 2 zugewandte proximale Fläche 6 des Meniskuselements 3 ist dabei konkav gewölbt und weist vorzugsweise den gleichen Krümmungsradius auf wie das Femurimplantat 2.
  • Das Femurimplantat 2 weist weiterhin geeignete Vorrichtungen zur Fixierung an dem entsprechend vorbereiteten Femurknochen auf. In den Ausführungsbeispielen sind eine Führung 11 sowie ein in den Markkanal des Femur einschiebbarer. Stift 12 vorgesehen.
  • Das Tibiaimplantat 4 ist vorzugsweise flach ausgebildet und in ähnlicher Weise mit einer Führung 13 ausgestaltet, welche in den entsprechend vorbereiteten Tibiakopf eingesetzt wird.
  • Das Tibiaimplantat 4 weist an einer medialen Seite 9 eine Erhöhung 10 auf, welche eine Stabilisierung des Meniskuselements 3 in medialer Richtung ermöglicht. Dadurch kann vermieden werden, daß das Meniskuselement 3 in medialer Richtung verrutscht und zu Fehlstellungen führt.
  • Das Meniskuselement 3 ist erfindungsgemäß nicht nur an seiner dem Femurimplantat 2 zugewandten proximalen Fläche 6 gewölbt, sondern auch an einer dem Tibiaimplantat 4 zugewandten distalen Fläche 7. Dabei ist den Fig. 1A bis 1D ein konkav-konvex ausgebildetes Meniskuselement 3 dargestellt, während die Fig. 2A bis 2D ein konkav-konkav oder bikonkav ausgestaltetes Meniskuselement 3 darstellen.
  • In Fig. 1A und 2A ist dabei jeweils eine Schrägansicht mit einem dorsal-ventral geschnittenen Meniskuselement 3 und Tibiaimplantat 4 dargestellt, während die Fig. 1B und 2B den entsprechenden Schnitt in einer Seitenansicht zeigen. In den Fig. 1C und 2C ist ein Schnitt senkrecht zu der in Fig. 1A und 2A dargestellten Schnittrichtung, also ein medial- lateraler Schnitt, durch das Meniskuselement 3 und das Tibiaimplantat 4 in Schrägansicht dargestellt. Entsprechend zeigen die Fig. 1D und 2D eine Rückansicht des entsprechenden Schnittes.
  • In Fig. 1A ist das Meniskuselement 3 an der dem Femurimplantat 2 zugewandten proximalen Fläche 6 konkav und an der dem Tibiaimplantat 4 zugewandten distalen Fläche 7 konvex gewölbt. Fig. 1B zeigt in der Seitenansicht nochmals den entsprechenden Schnitt. Dabei sind mit den Pfeilen die Krümmungsradien R1 und R2 der distalen Fläche 7 des Meniskuselements 3 sowie einer Gleitfläche 8 des Tibiaimplantats 4, auf welcher das Meniskuselement 3 aufliegt, bezeichnet. Dabei bezeichnet der Vektor R1 den ventral-dorsalen Krümmungsradius des Meniskuselements 3, während der Vektor R2 den ventral-dorsalen Krümmungsradius des Tibiaimplantats 4 bezeichnet. Der dorsal-ventrale Krümmungsradius der distalen Fläche 7 des Meniskuselements 3 entspricht dabei dem dorsal-ventralen Krümmungsradius der Gleitfläche 8 des Tibiaimplantats 4.
  • Fig. 1C zeigt einen senkrecht zu dem in Fig. 1A dargestellten Schnitt in medial-lateraler Richtung geführten Schnitt. In Fig. 1D ist die entsprechende Schnittrichtung aus dorsaler Perspektive dargestellt. Wiederum wird durch die Pfeile der Krümmungsradius der distalen Fläche 7 des Meniskuselements 3 und der Krümmungsradius der Gleitfläche 8 des Tibiaimplantats 4 dargestellt. Dabei bezeichnet der Vektor R3 den medial-lateralen Krümmungsradius des Meniskuselements 3, während der Vektor R4 den medial- lateralen Krümmungsradius des Tibiaimplantats 4 bezeichnet. Auch in diesem Fall gilt, daß die Krümmungsradien der Flächen 7 und 8 gleich sind.
  • In Fig. 2A ist das Meniskuselement 3 im Gegensatz zu dem in den Fig. 1A bis 1D beschriebenen Ausführungsbeispiel an der dem Femurimplantat 2 zugewandten proximalen Fläche 6 konkav und an der dem Tibiaimplantat 4 zugewandten distalen Fläche 7 ebenfalls konkav gewölbt. Fig. 2B zeigt in der Seitenansicht nochmals den entsprechenden Schnitt. Dabei sind mit den Pfeilen die Krümmungsradien R1 und R2 der distalen Fläche 7 des Meniskuselements 3 sowie der Gleitfläche 8 des Tibiaimplantats 4, auf welcher das Meniskuselement 3 aufliegt, bezeichnet. Wie im vorigen Ausführungsbeispiel bezeichnet der Vektor R1 den ventral- dorsalen Krümmungsradius des Meniskuselements 3, während der Vektor R2 den ventral-dorsalen Krümmungsradius des Tibiaimplantats 4 bezeichnet. Der ventral-dorsale Krümmungsradius der distalen Fläche 7 des Meniskuselements 3 entspricht dabei dem dorsal-ventralen Krümmungsradius der Gleitfläche 8 des Tibiaimplantats 4.
  • Fig. 2C zeigt einen senkrecht zu dem in Fig. 2A dargestellten Schnitt in medial-lateraler Richtung geführten Schnitt. In Fig. 2D ist die entsprechende Schnittrichtung aus dorsaler Perspektive dargestellt. Wiederum wird durch die Pfeile der Krümmungsradius der distalen Fläche 7 des Meniskuselements 3 und der Krümmungsradius der Gleitfläche 8 des Tibiaimplantats 4 dargestellt. Dabei bezeichnet der Vektor R3 den medial-lateralen Krümmungsradius des Meniskuselements 3, während der Vektor R4 den mediallateralen Krümmungsradius des Tibiaimplantats 4 bezeichnet. Auch in diesem Fall gilt, daß die Krümmungsradien der Flächen 7 und 8 gleich sind.
  • Aus den beschriebenen Maßnahmen geht hervor, daß die Krümmungsradien R1, R2 in dorsal-ventraler Richtung ungleich den Krümmungsradien R3, R4 in medial-lateraler Richtung sind. Dadurch ergibt sich nicht eine sphärische, sondern eine teiltorusförmige Berührungsfläche zwischen dem Meniskuselement 3 und dem Tibiaimplantat 4. Folglich ist die Berührungsfläche zwischen den Implantatteilen 3 und 4 nicht auf Punkte oder Linien beschränkt, sondern bleibt auch bei Bewegung des Kniegelenks flächig, so daß eine verbesserte Führung, eine höhere Stabilität und eine verbesserte Fähigkeit zur Selbstzentrierung erreicht werden. Daraus resultiert eine längere Lebensdauer der Implantate 2 und 4, des Meniskuselements 3 und ein höherer Komfort für den prothetisch versorgten Patienten.
  • Die Krümmungsradien R1, R2, R3 und R4 liegen bevorzugt im Bereich zwischen 80 mm und 250 mm, besonders bevorzugt zwischen 100 mm und 200 mm. Der Krümmungsradius R3 unterscheidet sich vom Krümmungsradius R1 bevorzugt um mindestens 5%, weiter bevorzugt um mehr als 10%, besonders bevorzugt um mehr als 20%.
  • Die Fig. 3A und 3B zeigen schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Krümmungsradien R1 und R3 der Fläche 7. Die Anordnungsbereiche des Femurimplantats 2, des Meniskuselements 3 und des Tibiaimplantats 4 sind in den Fig. 3A und 3B im Vergleich zu den Fig. 1 und 2 auf dem Kopf stehend dargestellt, so daß die Fläche 7 in Fig. 3A und 3B oben liegt. Veranschaulicht ist, daß die Fläche 7 durch Überlagerung des medial-lateralen Krümmungsradius R1 sowie des dorsal-ventralen Krümmungsradius R3 zustande kommt, wobei die Fläche 7 eine Teilfläche eines virtuellen Torus 20 ist. Der Torus 20 hat entweder einen kreisförmigen Querschnitt oder, wie in den Fig. 3A und 3B dargestellt, einen elliptischen Querschnitt 21. Der Radius R3 ist dabei in den Fig. 3A und 3B in Richtung auf die Fläche 7 gerichtet. Der kreisförmige bzw. elliptische Teiltorus 20 kommt somit durch virtuelle Führung des Führungskreises bzw. der Führungsellipse 22 entlang des Radius R1 zustande. Auf diese Weise entsteht die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Fläche 7.

Claims (12)

1. Gelenkprothese, insbesondere Kniegelenk-Endoprothese, zum Ausbilden einer Gelenkverbindung zwischen einem ersten Knochen und einem zweiten Knochen, mit einer ersten Komponente (4), die zumindest mittelbar mit dem ersten Knochen verbunden ist, einer zweiten Komponente (2), die zumindest mittelbar mit dem zweiten Knochen verbunden ist, und mit einem zwischen der ersten Komponente (4) und der zweiten Komponente (2) beweglich gelagerten Zwischenelement (3), welches mit einer ersten Fläche (7) an der ersten Komponente (4) und mit einer zweiten Fläche (6) an der zweiten Komponente (2) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche (7) des Zwischenelements (3) eine nicht-sphärische Fläche ist, wobei ein erster Krümmungsradius (R1) der ersten Fläche (7) des Zwischenelements (3) in medial-lateraler Richtung und ein zweiter Krümmungsradius (R3) der ersten Fläche (7) des Zwischenelements (3) in ventral-dorsaler Richtung verschieden sind.
2. Gelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Krümmungsradius (R1) und der zweite Krümmungsradius (R3) im Bereich zwischen 80 mm bis 250 mm, bevorzugt zwischen 100 mm und 200 mm liegen.
3. Gelenkprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Krümmungsradius (R3) vom ersten Krümmungsradius (R1) um mindestens 5%, bevorzugt mehr als 10%, besonders bevorzugt um mehr als 20% unterscheidet.
4. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Knochen die Tibia und der zweite Knochen der Femur ist.
5. Gelenkprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (4) als zumindest eine Tibiakondyle ersetzendes Tibiaimplantat (4) ausgebildet ist.
6. Gelenkprothese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente (2) als zumindest eine Femurkondyle ersetzendes Femurimplantat (2) ausgebildet ist.
7. Gelenkprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der medial-laterale Krümmungsradius (R1) der ersten Fläche (7) des Zwischenelements (3) einem medial-lateralen Krümmungsradius (R2) einer proximalen Fläche (8) des Tibiaimplantats (4) entspricht.
8. Gelenkprothese nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dorsal-ventrale Krümmungsradius (R3) der ersten Fläche (7) des Zwischenelements (3) einem dorsal-ventralen Krümmungsradius (R4) der proximalen Fläche (8) des Tibiaimplantats (4) entspricht.
9. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tibiaimplantat (4) an einer medialen Seite (9) eine Erhöhung (10) aufweist.
10. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (3) als Meniskuselement (3) aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise Polyethylen, ausgestaltet ist.
11. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meniskuselement (3) als konkav-konvexes Meniskuselement (3) ausgebildet ist.
12. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meniskuselement (3) als bikonkaves Meniskuselement (3) ausgebildet ist.
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