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DE60118818T2 - Zementhülse für einen zementierten künstlichen Gelenkschaft und künstliches Gelenk mit der Zementhülse - Google Patents

Zementhülse für einen zementierten künstlichen Gelenkschaft und künstliches Gelenk mit der Zementhülse Download PDF

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DE60118818T2
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DE
Germany
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cement
sleeve
shaft
artificial joint
cement sleeve
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Yong-San Yusong-gu Yoon
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Original Assignee
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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    • A61F2250/0097—Visible markings, e.g. indicia
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zementhülse für einen zementierten künstlichen Gelenkschaft, wobei die Hülse an den Knochen in einer solchen Weise befestigt wird, dass der künstliche Gelenkschaft in Bezug auf den Knochen und die die Oberfläche des künstlichen Gelenkschaftes einschließenden Hülse gleiten kann.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Im Allgemeinen besteht ein künstliches Hüftgelenk aus einem Hüftgelenkspfannenteil und einem Femoral- oder Oberschenkelteil, wobei die Hüftgelenkspfannen- und Oberschenkelteile unabhängige, entweder aus Metall, Kunststoff oder Keramik bestehen. Der menschliche Oberschenkel besteht aus einem Rindenknochen, der ein weiches Mark enthält. Daher wird zum Einsetzen eines künstlichen Gelenkes in den menschlichen Körpern eine Operation in der Weise ausgeführt, dass der Knochenkanal ausgeräumt wird, der Schaft des künstlichen Gelenkes eingeführt und schließlich eine Verankerung durch Verwendung von Zement (zementiert) oder eines mechanisches Passsitzes (zementlos) durchgeführt wird.
  • In dem zementierten System hat der für die Fixierung des künstlichen Gelenkschaftes an dem menschlichen Schenkel verwendete Zement keine chemische Bindungs- oder Haftfestigkeit, sondern nur eine physikalische Bindefestigkeit. Die Technik für die chirurgische Operation auf der Basis des künstlichen Gelenks gemäß vorstehender Beschreibung ist in der koreanischen Patentveröffentlichung 1814/1985 den vorliegenden Anmeldern als Patentinhabern mit dem Titel "Torsion resistent artificial hip joint" offenbart.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 wird die Technik kurz betrachtet.
  • Das künstliche Gelenk 1 besteht in einem Stück aus einem Kopf 2, einem Hals 3, einem Bund 4 und einem Schaft 5, beginnend von oben. Das vordere Ende des Bundes 4 ist gekrümmt, um eng anliegend in der inneren Oberkante der Rinde des Oberschenkels befestigt zu werden. Der Schaft 5 liegt in einer gekrümmten Säule vor, wobei der obere Querschnitt eine Ellipse bildet, welche sich allmählich zu einem Kreis an der Unterseite verändert. Eine derartige Form des Schaftes 5 ist zum Schutz gegen Drehung aufgrund der vertikal von der Oberseite des Gelenkes aufgebrachten Druckkraft und der in senkrechter Richtung auf den Schaft des Gelenkes aufgebrachten Seitenkraft gewünscht.
  • Ferner ist auf der oberen Außenoberfläche eines derartigen Schaftes 5 ein Flügel 7 mit einer geeigneten Dicke in Längsrichtung hervorstehend vorgesehen, um zu verhindern, dass sich das Gelenk in dem Oberschenkel selbst in dem Falle eines Drehmomentes dreht, dass in einer beliebigen Richtung nach dem chirurgischen Eingriff erzeugt wird, wobei ein Fixierungsloch 8 in der Mitte des Flügels 7 ausgebildet ist.
  • Auf der Innenseite des Flügels 7 ist der Schaft 5 mit einer Anzahl seitlicher Nuten in bestimmten Längsintervallen ausgebildet, in welchen Eisendrähte 9 in Kettenform in einer dem Schaft umwickelnden Weise eingeführt sind. Auf der Oberfläche des Schaftes 5 einschließlich der Oberfläche mit den kettenartigen Drähten 9 wird Zement 6 bis zu einer bestimmten Dicke aufgetragen. Ein derartiger Prozess einer Vorbeschichtung mit Zement 6 dient dazu, die Haftung mit dem in der chirurgischen Operation verwendeten Zement zu verbessern und die während der Härtungsperiode erzeugte Wärme durch die verringerte Nutzung von Zement zu verkürzen.
  • Um ein derartiges künstliches Gelenk in einem langen menschlichen Knochen einzuführen, wird eine Ausräumung an dem Knochenkanal durchgeführt, bevor ein derartiges künstliches Gelenk 1 mit dem Schaft 5 eingeführt werden kann, nachdem eine geeignete Menge an Zement darin injiziert wurde. Anschließend wird der Schaft 5 in dem mit Zement injizierten Bereich eingeführt, so dass dieser Zement auf der vorbeschichteten Zementschicht 6 auf der Oberfläche des Schaftes 5 mit der Folge anhaften kann, dass der Schaft 5 sicher in dem Oberschenkel befestigt werden kann.
  • Wie vorstehend angedeutet, fällt, während der Nutzung des in dem menschlichen Körper implantierten künstlichen Gelenks die für die Fixierung des Schaftes des künstlichen Gelenks verwendete Zementschicht häufig von dem Schenkel ab, was einen Spalt zwischen dem Schenkel und dem Schaft bewirkt.
  • Zusätzlich neigt der Schaft des gemäß der herkömmlichen Technik verwendeten künstlichen Gelenkes zu einer Anhaftung an der während einer Operation oder Herstellung ausgebildeten Zementschicht. Eine derartige Zementschicht kann zu der Ausbildung einer Fasergewebemembrane auf dem Oberschenkel aufgrund der Wirkung der Scherungskraft an der Grenzfläche zwischen dem Oberschenkel und dem Schaft führen, die durch die vertikale Kraft indiziert wird, die auf den Kopf des Schaftes wirkt, so dass ein effektiver Verbindungsspalt ausgebildet wird. Dann können die durch die Gleitwirkung zwischen der Hüftgelenkspfanne und dem Schenkelkopf erzeugten Verschleißpartikel in den Spalt oder effektiven Gelenkraum eindringen, der zwischen dem Knochen und dem Schaft ausgebildet ist, und eine Osteolyse des Knochens als ernsthafter Nachteil ausbilden.
  • Ferner wird bei einem künstlichen Gelenk gemäß der herkömmlichen Technik ein erheblicher Teil der Vertikalkraft auf die untere Seite übertragen und daher an der oberen Seite eines Oberschenkelknochen die Belastung verringert und somit mit dem Mangel einer Schwächung aufgrund von Belastungsabschirmung in Verbindung gebracht.
  • Ferner zeigt die während einer Operation für ein zementiertes Implantat, wie zum Beispiel einen Exeter-Schaft, erzeugte Zementschicht eine schlechte mechanische Eigenschaft (beispielsweise beträgt die Zugfestigkeit weniger als die Hälfte des normalen Wertes) und hat somit das Risiko eines leichten Bruches. Zusätzlich besteht ein Risiko eines wechselseitigen Kontaktes des Schaftes und des Knochens aufgrund der Schwierigkeit der Sicherstellung einer gleichmäßigen Zementdicke, was einen Durchtritt von Verschleißpartikeln aus der Hüftgelenkspfanne in die Oberschenkelknochenzementschnittstelle erzeugen und eine Osteolyse an dieser Stelle hervorrufen kann. Es besteht auch eine Bruchmöglichkeit an dem Spitzenabschnitt des Schaftes, wenn der Schaft unter einer Vertikalbelastung einsinkt.
  • Einige der vorstehenden Probleme werden durch WO-A-96 299 58 angegangen, welche den am nächsten liegenden Stand der Technik für die vorliegende Erfindung darstellt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das Problem mit der herkömmlichen Technik gemäß vorstehender Beschreibung zu lösen und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Zementhülse für einen zementierten künstlichen Gelenkschaft, wobei die für die Betriebslebensdauer eines künstlichen Gelenkes negative Scherkraft erheblich reduziert und ein Belastungsabschirmungsphänomen ebenfalls erheblich aufgrund der Konstruktion der Hülse verringert werden kann, welche an dem Knochenkanal (zum Beispiel dem Oberschenkelkanal) befestigt werden kann und die Oberfläche des Schaftes so einschließen kann, dass sie es ermöglicht, dass der zementierte künstliche Gelenkschaft vertikal in Bezug auf die Knochen gleitet, und wobei eine Osteolyse eines Knochens aufgrund der Infiltration von Verschleißpartikeln minimiert werden kann, indem eine Spaltausbildung zwischen dem Knochen und dem Schaft unterdrückt wird.
  • Ferner besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines künstlichen Gelenkes, in welchem der Schaft durch eine Zementhülse für einen zementierten künstlichen Schaft abgedeckt ist.
  • Zur Lösung der ersten Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Zementhülse für den zementierten künstlichen Gelenkschaft gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Zur Lösung der vorstehend beschriebenen zweiten Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein künstliches Gelenk mit einer Zementhülse gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Im Falle der Verwendung eines mit einer Zementhülse für den Schaft gemäß der Erfindung ausgestatteten künstlichen Gelenks kommt vorherrschend eine Druckkraft zwischen dem Knochen und der Zementhülse zur Wirkung, um die Ausbildung einer Fasergewebemembrane zu unterdrücken, um den Knochen zu aktivieren oder zu stärken, und um die für den Knochen an der Grenzfläche zwischen den Knochen und der Zementhül se schädliche Scherungsbeanspruchung zu verringern und die Scherungsbelastung in eine für den Knochen nützliche Druckkraft umzuwandeln. Eine derartig gesteigerte Druckkraft verfestigt den Knochen und bewirkt eine Minimierung der Osteolyse des Knochens aufgrund der Infiltration von Verschleißpartikeln durch die Vermeidung der Ausbildung eines Spaltes zwischen dem Knochen und dem Zementmantel. Es ist außerdem bekannt, dass die Scherungsbelastung an der Zement/Knochen-Grenzfläche eine Mikrobewegung an dieser Grenzfläche hervorruft und möglicherweise eine Weichgewebemembrane an dieser Grenzfläche entwickelt, welche für die Fixierung des Schaftes schädlich ist. Die besagte Hülse reduziert definitiv diese Art einer unerwünschten Scherungsbelastung an der Knochen-/Zement-Grenzfläche durch die Erhöhung der Druckspannung, welche wie vorstehend erwähnt nützlich ist.
  • Ferner wird in dem Falle der Verwendung eines mit einer Zementhülse für einen Schaft gemäß der Erfindung ausgestatteten künstlichen Gelenks die vertikale Kraft in eine Knochenringspannung übertragen, welche eine Zugbelastung induziert, die groß genug ist, um physiologisch den Oberschenkel selbst an dem proximalen Bereich des Oberschenkelknochens zu aktivieren (Wolfe'-sches Gesetz), was das Phänomen der Belastungsabschirmung drastisch vermindert.
  • Ferner hat die Zementhülse für einen künstlichen Gelenkschaft den Vorteil, dass die Erzeugung von Verschleißpartikeln aus dem Reibungskontakt mit dem Schaft minimiert werden kann, indem ein Film aus verschleißbeständigem Kunststoff (Plastik), bevorzugt ein Polyethylenfilm auf die Innenoberfläche der Hülse aufgebracht wird.
  • Ferner hat die Zementhülse gemäß der Erfindung den Vorteil, dass ein direkter Kontakt zwischen dem Oberschenkel und dem Schaft verhindert wird, indem eine starke und gleichmäßige Zementschicht bereitgestellt wird, und dass ein Bruch einer Hülse aufgrund einer vertikalen Absenkung eines Schaftes durch die Sicherstellung eines Raumes zwischen dem Ende der Hülse und dem Ende des Schaftes verhindert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt die perspektivische Ansicht eines künstlichen Gelenkes gemäß einer herkömmlichen Technik zur Veranschaulichung der Bestandsteilkomponenten dar,
  • 2 stellt die perspektivische Ansicht einer Zementhülse für einen zementierten künstlichen Gelenkschaft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Veranschaulichung der Bestandsteilkomponenten dar,
  • 3 stellt den Querschnitt entlang der Linie A-A der Zementhülse für den in 2 dargestellten ein zementierten künstlichen Gelenkschaft dar,
  • 4 stellt den Querschnitt entlang der Linie B-B der Zementhülse für den in 2 dargestellten zementierten künstlichen Gelenkschaft dar,
  • 5 stellt einen zementierten künstlichen Gelenkschaft in die in 2 dargestellte Hülse eingeführt dar, und
  • 6 stellt ein in 5 dargestelltes künstliches Gelenk in den Knochen (beispielsweise den Oberschenkelknochen) eines menschlichen Körpers eingeführt dar.
  • BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Eine bevorzugte Ausführungsform einer Zementhülse für einen zementierten Schaft eines künstlichen Gelenkes und ein mit dieser zementierten Hülse ausgestattetes künstliches Gelenk wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Wie man in den 2 bis 4 sehen kann, liegt die Zementhülse 10 für einen zementierten Schaft des künstlichen Gelenkes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Form vor, die für einen Einschluss des Schaftes angepasst ist, wenn der Schaft eingeführt ist, oder in der Form eines Beutels, bevorzugt mit einem dichten Passsitz zwischen der Hülse und dem Schaft, so dass eine kleine vertikale Gleitbewegung des Schaftes zugelassen werden kann, während eine seitliche Bewegung des Schaftes innerhalb der Hülse 10 verhindert wird.
  • Die Zementhülse 10 ist ein bisschen länger als der Schaft ausgebildet, so dass ein vorbestimmter Raum zwischen dem unteren Ende des Schaftes und dem unteren Ende der Hülse verbleibt, um zu verhindern, dass die untere Spitze des Schaftes das untere Ende der Hülse berührt, wenn die Spitze in der Hülse platziert ist. Die Ausbildung eines derartig vorgeschriebenen Raums dient dazu, eine Beschädigung an der Zementhülse 10 zu verhindern, wenn der Schaft absinkt.
  • Ferner besteht die Zementhülse 10 im Allgemeinen aus demselben Zement wie dem, der zum Fixieren des Schaftes eines künstlichen Gelenkes an dem Knochen verwendet wird, wobei die Innenoberfläche der Zementhülse, um mit dem Schaft in Kontakt zu stehen mit einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht oder einer äquivalenten Kunststoffschicht 12 ausgebildet ist, um einen Abrieb aufgrund einer vertikalen Gleitbewegung des Schaftes innerhalb der Zementhülse zu minimieren. Ferner kann die Innenseite der Zementhülse 10 mit Drähten oder Fasern verstärkt sein. Die entsprechende Dicke der Zementschicht 11 und der einen Bestandteil der Zementhülse bildenden Kunststoffschicht 12 können nach Bedarf variiert werden.
  • Die Außenoberfläche einer Zementhülse 10 ist mit Austragspfaden 13 ausgebildet, durch welche bereits in dem Knochenkanal injizierter Zement entlang der Oberfläche der Zementhülse 10 ausgegeben werden kann, wenn die Zementhülse 10 mit dem Schaft in den Knochenkanal in einem menschlichen Körper eingeführt wird. Die Austragspfade 13 in der Form sägezahnförmiger Nuten sind parallel in der Längsrichtung der Zementhülse 10 angelegt. In der in 2 dargestellten Ausführungsform sind vier Sätze von Austragspfaden, welche jeweils bestimmte Erhebungen und Täler enthalten, in begrenzten Intervallen über den Umfang der Zementhülse verteilt. Die Austragspfade 13 können über die gesamte Oberfläche der Zementhülse 10 verteilt sein oder es können mehr oder weniger als vier Sätze verwendet werden. Die Ausbildung derartiger Austragspfade 13 hat die Auswirkung einer Vergrößerung des Flächennmaßes der für die Zementhülse 10 freiliegenden Oberfläche, was dazu beiträgt, den Austritt überschüssiger Zementpaste während der Operation zu ermöglichen und die verbesserte Verbindungsfestigkeit zwischen dem an der Operationsstelle gehärteten Zementmantel und der Hülse sicherzustellen.
  • Nun wird die Prozedur der Einsetzung eines künstlichen Gelenkes unter Verwendung der so aufgebauten Zementhülse gemäß der Erfindung beschrieben.
  • Wie man aus 5 ersehen kann, wird der Schaft 21 eines herkömmlichen künstlichen Gelenkes 20, dessen Oberfläche poliert ist, zuerst in eine Zementhülse 10 gemäß der Erfindung eingeführt. Dann wird ein vorbestimmter Abstand zwischen dem unteren Ende des Schaftes 21 und dem unteren Ende einer Zementhülse so ausgebildet, dass der Schaft in Bezug auf die Hülse wie vorstehend erwähnt nach unten gleiten kann.
  • Nun ist das künstliche Gelenk 20, in welchem die Zementhülse 10 um einen Schaft 21 herum platziert ist, bereit zum Einsetzen in den Knochenkanal in einem menschlichen Körper. Zu diesem Zweck wird der Knochenkanal zuerst innerhalb des Knochens 15 vergrößert, um eine Öffnung auszubilden und eine geeignete Menge von Zementpaste 14 wird in diesen gegossen, so dass eine Zementhülse 10, in welcher der Schaft 21 des künstlichen Gelenkes 20 platziert ist, eingesetzt werden kann, wie es in 6 zu sehen ist. Anschließend wird die Zementhülse 10 in den Bereich eingesetzt, in welchen die Zementhülse 14 für die Verankerung mit dem Knochen in den Knochenkanal während der Operation eingegossen wurde, so dass überschüssige Zementpaste 14 entlang der auf der Oberfläche der Zementhülse 10 ausgebildeten Austragspfade 13 ausgegeben wird, was zu einer festen Verankerung des Schaftes 10 in der korrekten Position und Orientierung innerhalb des Knochenkanals führt. Demzufolge sind der Knochen 15 und die Zementhülse 10 starr verankert, während der Schaft 21 in Bezug auf die Hülse 10 auf und ab gleiten kann.
  • Die Zementhülse gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf alle Arten künstlicher Gelenke, einschließlich des Hüftgelenkes, des Kniegelenks, Schultergelenks und dergleichen angewendet werden. Es dürfte sich verstehen, dass, obwohl die Erfindung nur in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform einer Zementhülse für einen zementierten Schaft eines künstlichen Gelenkes und ein künstliches Gelenk mit derselben Hülse beschrieben wurde, die Erfindung keinesfalls auf diese Ausführungsform beschränkt ist, und dass eine Vielfalt von Modifikationen und Abänderung für den Fachmann auf diesem Gebiet durch Bezugnahme auf die hierin präsentierte Beschreibung oder Zeichnungen und innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, welcher nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein soll, möglich wären.

Claims (4)

  1. Zementhülse (10) für einen künstlichen Gelenkschaft (21), wobei die Zementhülse Folgendes umfasst: einen aus Zement hergestellten und zur Aufnahme und zum Umfassen wenigstens eines Teils eines Schafts eines sich darin befindenden künstlichen Gelenks angepassten Hohlkörper, ein ein Ende des Hohlkörpers bildendes geschlossenes unteres Ende ein ein entgegengesetztes Ende des Hohlkörpers bildendes offenes oberes Ende, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Folgendes umfasst: eine Plastikschicht (12) mit hoher Abriebfestigkeit, die eine innere Fläche des Hohlkörpers abdeckt, und Austragspfade (13) mit einer Sägezahnform in einer Querrichtung, die sich in einer Längsrichtung auf einer Außenfläche des Hohlkörpers erstrecken und darauf gebildet sind, so dass zuvor in einen Knochenkanal zu einem chirurgischen Zweck eingegossener Zement problemlos zum Zeitpunkt des Einfügens der Zementhülse nach oben ausgetragen werden kann, was zu einer verstärkten Verankerung einer neuen Zementschale mit der Zementhülse führt.
  2. Zementhülse nach Anspruch 1, in der eine innere Fläche der genannten Zementhülse mit Stahldrähten oder Fasern verstärkt wird.
  3. Zementhülse nach Anspruch 1 oder 2, in der die Austragspfade auf der Außenfläche der genannten Zementhülse in die Außenfläche geschnitten sind, so dass sie nicht aus der Außenfläche der Zementhülse nach außen hervorstehen.
  4. Ein künstliches Gelenk mit: einem künstlichen Gelenkschaft (21) bestehend aus einem einstückigen Kopf-, Hals- und Schaftabschnitt, und einer Zementhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
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