DE69009509T2

DE69009509T2 - Modulares Knieprothesensystem.

Info

Publication number: DE69009509T2
Application number: DE69009509T
Authority: DE
Inventors: Alan M Lombardo; Donald E Mcnulty; Christopher G Sidebotham
Original assignee: Osteonics Corp
Current assignee: Osteonics Corp
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2010-01-24
Also published as: JP3028370B2; AU4883590A; EP0381352B1; EP0381352A1; JPH0315460A; CA2006273C; CA2006273A1; US5007933A; DE69009509D1; AU640119B2

Description

Die Erfindung betrifft Prothesenimplantate, die natürliche Gelenke im Körper ersetzen. Sie betrifft insbesondere ein Knieprothesensystem, bei dem das natürliche Kniegelenk durch eine Knieprothese ersetzt wird.
Aufgrund der Weiterentwicklung von Prothesenimplantaten, die das natürliche Kniegelenk ersetzen, zeigt die stabilisierte Knieprothese wünschenswerte Eigenschaften: die Bewegungen, die das natürliche Knie erlaubt, lassen sich nachahmen, während gleichzeitig der Vorteil besteht, die Bewegung zusätzlich kontrollieren zu können und ungewollten Verschiebungen oder gar Verlagerungen zu widerstehen. Dies ist insbesondere dort wichtig, wo die an der Implantationsstelle vorhandenen Sehnen und Bänder die erforderliche Stabilität nicht mehr gewährleisten. Allgemein erhält man Stabilität dadurch, daß Struktureigenschaften eingebracht werden, die die freie Beweglichkeit einschränken, welche man benötigt, um natürliche Bewegungen nachzuahmen. Stabilisierte Knieprothesen stellen daher einen Kompromiß dar zwischen zwei Möglichkeiten: Zum einen, die normale Funktion des Knies vollständig wiederherzustellen, zum anderen, eine Kniegelenksprothese zu bieten, die stark genug ist, die bei der Nutzung auftretenden Belastungen auszuhalten, und die Stabilität besitzt, einer Verlagerung der Prothesenbestandteile unter den Nutzungsbedingungen zu widerstehen.
DE-A-35 28 204 beschreibt eine Struktur einer Knieprothese und die in der Präambel von Anspruch 1 enthaltenen Eigenschaften. Diese Vorrichtung nach herkömmlichem Stand der Technik besitzt eine Unterschenkelkomponente mit einem Schalenelement, das ein Lagerelement trägt. Dieses ist so ausgelegt, daß es zwei seitlich beabstandete Kondylarelemente stützt, die an der Oberschenkelkomponente der Prothese angebracht sind. Ein Höcker ragt zwischen den beiden seitlich beabstandeten Kondylarelementen hervor. Auf dem Höcker ist eine Nockenfläche vorgesehen, die mit der Oberfläche eines Folgestabs zusammenwirkt. Dies erlaubt eine kontrollierte Bewegung der Kondylarelemente während der Beugung.
Die in dieser herkömmlichen Vorrichtung gezeigte Struktur erlaubt jedoch eine Beugung der Prothese nur zwischen 0º und 90º. Nocke und Folgestab sind während der Drehung dauernd in Kontakt, es gibt keine weiteren Eigenschaften, die weitere Beugung oder Überstreckung ermöglichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Knieprothesensystem vorgesehen, umfassend eine Unterschenkelkomponente mit einem Schalenelement, eine Oberschenkelkomponente mit seitlich beabstandeten Kondylarelementen, sowie ein Lagerelement, das vom Schalenelement der Unterschenkelkomponente getragen wird und die Kondylarelemente der Oberschenkelkomponente stützt und dadurch die Funktion der Knieprothese, einschließlich Beugung der Knieprothese, ermöglicht. Das Lagerelement besitzt dabei einen eingegossenen Höcker, der von einem unteren Ende nahe der Unterschenkelkomponente oberseits längs und aufwärts zu einem weiter von der Unterschenkelkomponente entfernen oberen Ende vorsteht. Dieser Vorsprung greift zwischen die Kondylarelemente der Oberschenkelkomponente ein und gewährleistet kontrollierten Widerstand gegen übermäßige Relativbewegung zwischen der Oberschenkelkomponente und der Unterschenkelkomponente. Vorwärts- und rückwärtsgerichtete Anteile der Relativbewegung werden dabei durch eine auf dem Höcker befindliche Nockenoberfläche und einen an der Oberschenkelkomponente angebrachten Folgestab ermöglicht. Das Knieprothesensystem ist weiter versehen mit:
einem Stabilisierungspfeiler, beinhaltend einen Stabilisierungsteil, der oberseits von der Unterschenkelkomponente in Richtung der Oberschenkelkomponente vorsteht; und
eine Aussparung im oberen Ende des Höckers, umfassend einen zum Stabilisierungsteil des Stabilisierungspfeilers komplementären Aussparungsteil. Dabei befindet sich der Stabilisierungsteil des Stabilisierungspfeilers im Aussparungsteil der Aussparung, wenn das Lagerelement auf dem Schalenelement der Unterschenkelkomponente angebracht ist, und stabilisiert dadürch den Höcker gegen die während der Benutzung der Knieprothese auf den Vorsprung ausgeübten Kräfte.
Der Vorsprung ist vorzugsweise hinten um einen verhältnismäßig kleinen Winkel gegen die Längsrichtung abgeschrägt, so daß der Höcker während der Beugung der Knieprothese weniger der Kniescheibe ausgesetzt ist.
Vorzugsweise ist zumindest der Stabilisierungsteil des Stabilisierungspfeilers hinten um einen verhältnismäßig kleinen Winkel gegen die Längsrichtung abgeschrägt.
Der verhältnismäßig kleine Winkel des Stablisierungsteils ist vorzugsweise im wesentlichen der gleiche wie der verhältnismäßig kleine Winkel des Höckers.
Vorzugsweise ist der bzw. jeder verhältnismäßg kleine Winkel ungefähr 3º.
Der Beugungsbereich erstreckt sich vorzugsweise von einer überstreckten Lage bis zu einer voll angewinkelten Lage. Nockenfläche und Folgestab sind so angeordnet, daß der Folgestab die Nockenfläche im Teilbereich von der überstreckten Lage bis etwa 30º Beugung nicht berührt, dann aber von etwa 30º Beugung bis zur voll angewinkelten Lage die Nockenfläche berührt.
Der Beugungsbereich erstreckt sich vorzugsweise von etwa 15º Überstreckung bis etwa 120º voller Beugung.
Der Folgestab berührt die Nockenfläche vorzugsweise näher am unteren als am oberen Ende des Höckers.
Der Höcker besitzt vorzugsweise Seitenflächen, die teilweise leicht gegen von vorne nach hinten verlaufende Ebenen gewinkelt sind. Dies ermöglicht innerhalb eines begrenzten Teilbereichs der Beugung eine begrenzte Relativdrehung zwischen Unterschenkelkomponente und Oberschenkelkomponente .
Die begrenzte Drehung ist vorzugsweise minimal in der überstreckten Lage und liegt im Bereich von 8º Drehung in beide Richtungen bei etwa 10º Beugung bis etwa 11º Drehung in beide Richtungen bei etwa 90º Beugung.
Das Knieprothesensystem besitzt vorzugsweise eine örtliche Befestigungsvorrichtung mit komplementären Befestigungselementen an der Unterschenkelkomponente und dem Lagerelement, die die örtliche Befestigung des Lagerelements an der Unterschenkelkomponente während einer einzigen chirurgischen Operation ermöglichen.
Die örtliche Befestigungsvorrichtung schließt bevorzugt einen einrückbaren Arretierungsdraht auf dem Lagerelement und einen entsprechenden Sicherungsdorn auf der Schale der Unterschenkelkomponente ein. Dabei ist der einrückbare Arretierungsdraht so angeordnet, daß er unter den Sicherungsdorn greift, wenn das Lagerelement auf die Schale gesetzt wird.
Das Knieprothesensystem umfaßt vorzugsweise auch eine Befestigungsvorrichtung mit komplementären örtlichen Befestigungselementen auf dem Stabilisierungspfeiler und der Unterschenkelkomponente, die es ermöglichen, während einer einzigen chirurgischen Operation den Stabilisierungspfeiler an der Unterschenkelkomponente zu befestigen. Dabei steht der Stabilsierungspfeiler von der Unterschenkelkomponente nach oben in Richtung der Oberschenkelkomponente ab. Nachdem der Stabilisierungspfeiler an der Unterschenkelkomponente befestigt ist und das Lagerelement auf das Schalenelement der Unterschenkelkomponente aufgesetzt ist, greift der Stabilisierungsteil des Stabilisierungspfeilers in den Aussparungsteil der Aussparung ein und verstärkt und stabilisiert den Höcker gegen die während des Gebrauchs der Knieprothese auf den Höcker ausgeübten Kräfte.
Die Unterschenkelkomponente weist vorzugsweise einen unten angebrachten Schaft auf und der Stabilisierungsfuß erstreckt sich unterseits in den Schaft der Unterschenkelkomponente.
Vorzugsweise umfassen die entsprechenden örtlichen Befestigungselemente an dem Stabilisierungspfeiler und an der Unterschenkelkomponente einen Stiftteil nahe dem untern Ende des Stabilisierungspfeilers sowie eine Buchse in der Unterschenkelkomponente. Dabei sind die jeweiligen Abmessungen von Buchse und Stift derart, daß der Stiftteil während einer einzigen chirurgischen Operation mit solcher Passung in die Buchse eigesetzt werden kann, daß der Stabilisierungspfeiler sicher an der Unterschenkelkomponente befestigt bleibt.
Die Unterschenkelkomponente weist vorzugsweise einen unterseits angebrachten Schaft auf, und der Bolzenteil des Stabilisierungspfeilers und die Basis der Unterschenkelkomponente erstrecken sich nach unten in den Schaft.
Die vorliegende Erfindung zielt ab auf eine Knieprothese des Typs, der durch strukturelle Eigenschaften der Prothesenimplantat-Bestandteile stabilisiert wird, und sieht ein Knieprothesensystem mit verschiedenen Zielen und Vorteilen vor. Einige davon lassen sich wie folgt zusammenfassen: Freie Beweglichkeit, so daß für das körpereigene Kniegelenk mögliche Bewegungen nachgeahmt werden können und die natürliche Funktion des Knies umfassender wiederhergestellt werden kann, während gleichzeitig die Stabilität geboten wird, die notwendig ist, ungewollte Bewegungen und Verlagerungen zu verhindern. Die nötige Stärke, bei der Benutzung auftretende Belastungen ohne übermäßige Abnutzung oder plötzliches Versagen auszuhalten. Das System erleichtert den Implantationsvorgang und alle eventuell notwendigen späteren Nachbesserungen der Knieprothese durch einen modularen Aufbau, der es ermöglicht, Passung und Spannungsgrad einzustellen, indem während einer einzigen chirurgischen Operation ein passendes Unterschenkel-Lagerelement ausgewählt und eingesetzt wird, unabhängig von der Implantation der Ober- und Unterschenkelkomponente des Prothesenimplantats. Es erfordert minimale Knochenresektion und erreicht in Verbindung damit, daß Eingriffe in den körpereigenen Knochens vermindert werden. Es ist weniger auf genaue Passung angewiesen, wodurch der Implantationsvorgang vereinfacht wird. Es verträgt eine gewisse Versetzung der Prothesenbestandteile, ohne daß dadurch die Funktion beeinträchtigt würde. Schließlich bietet es außerordentliche Leistung über eine verlängerte Nutzungsdauer.
Anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die durch die beiliegenden Abbildungen veranschaulicht wird, läßt sich die Erfindung besser verstehen, und weitere Gesichtspunkte und Vorteile werden zutage treten. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Knieprothese;
Fig. 2 einen seitlichen Aufriß der Oberschenkelkomponente der Knieprothese;
Fig. 3 einen frontalen Aufriß der Oberschenkelkomponente;
Fig. 4 eine Aufsicht von unten auf die Oberschenkelkomponente;
Fig. 5 eine Aufsicht von oben auf ein Unterschenkel- Lagerelement des erfindungsgemäßen Knieprothesensystems;
Fig. 6 einen seitlichen Aufriß, teilweise geschnitten, der das an der Unterschenkelkomponente der Knieprothese befestigte Unterschenkel-Lagerelement darstellt;
Fig. 7 einen unvollständigen Längsschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6 zusammen mit der Oberschenkelkomponente; und
Fig. 8 bis 17 etwas schematisierte unvollständige Querschnitte entlang der Linie 8-8 in Fig. 7, die die Beugung der Knieprothese veranschaulichen.
Nun soll Bezug auf die Abbildungen genommen werden. In Fig. 1 ist unter 20 eine erfindungsgemäße Knieprothese dargestellt, die einem Unterschenkelkomponente 22 und eine Oberschenkelkomponente 24 umfaßt. Die Unterschenkelkomponente 22 besitzt ein Schalenelement 26 und einen Schaft 28, der mit dem Schalenelement 26 eine Einheit bildet und nach unten in Längsrichtung von ihm absteht. Der Schaft wird am natürlichen Schienbein (nicht gezeigt) befestigt, wie es heute bei der Implantation von Gelenkprothesen üblich ist. Die Oberschenkelkomponente 24 weist ein Paar seitlich beabstandeter Kondylarelemente 30 und einen damit verbundenen Schaft 32 auf, der nach oben in Längsrichtung absteht. Der Schaft wird am natürlichen Oberschenkelknochen (nicht gezeigt) in der üblichen Weise befestigt. Aus einer Anzahl verschiedener Unterschenkel-Lagerelemente, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System zur Verfügung gestellt werden, wird ein Unterschenkel-Lagerelement 40 ausgewählt und zwischen der Unterschenkelkomponente 22 und der Oberschenkelkomponente 24 eingesetzt. Es wird von dem Schalenelement 26 getragen und soll die Kondylarelemente 30 der Oberschenkelkomponente 24 stützen, wie nachfolgend genauer beschrieben.
Das Lagerelement 40 weist ein Paar Gelenkflächen 42 auf, auf denen die Kondylarelemente 30 bei der implantierten Knieprothese 20 angeordnet sind. Das Lagerelement 40 besteht aus einem geeigneten biokompatiblen Lagermaterial, z.B. HD-Polyethylen, und wird vorzugsweise in einem Stück hergestellt. Dabei schließt es eine Basis 44 und einen Schienbeinhöcker in Form eines Vorsprungs 46 ein, der von der Basis 44 in Längsrichtung und nach oben in Richtung der Oberschenkelkomponente verläuft. Eine Aussparung in Form einer Eohrung 48 verläuft durch den Vorsprung 46. Ihr Durchmesser ist passend zum äußeren Durchmesser eines Stabilisierungspfeilers 50, dessen Funktion unten beschrieben wird.
Die Oberschenkelkomponente 24 (besonders deutlich in Fig. 2 bis 4, sowie in Fig. 1 dargestellt) ist als eine Einheit gefertigt, vorzugsweise aus einer biokompatiblen hochfesten Legierung, z.B. einer Kobalt-Chrom-Legierung. Sie umfaßt Gelenkflächen 52 auf den Kondylarelementen 30, die sich auf den Gelenkflächen 42 des Lagerelements 40 bewegen. Eine kästchenartige Schalungskonstruktion 54 liegt zwischen den Kondylarelementen 30 und ist nach unten in Richtung der Unterschenkelkomponente 22 offen. Die kästchenartige Schalungskonstruktion 54 schließt eine obere Deckelwand 56, seitlich voneinander beabstandete Seitenwände 58, eine Vorderwand 60 sowie eine Rückwand 62 ein.
Auch die Unterschenkelkomponente 22 (Fig. 5 bis 7 und Fig. 1) ist aus einem Stück gefertigt vorzugsweise aus derselben biokompatiblen hochfesten Legierung wie die Oberschenkelkomponente 24. Das Schalenelement 26 beinhaltet eine Plattform 64 und eine Lippe 66, die entlang des Umfangs von Plattform 64 verläuft. Die Basis 44 des Lagerelements 40 weist an ihrem Umfang eine Rille 68 auf, die eine Basisfläche 70 und eine umlaufende Schulter 72 erzeugt. Wenn die Basis 44 auf das Schalenelement 26 gesetzt wird, ruht infolgedessen die Basisfläche 70 auf der Plattform 64, und die Schulter 72 liegt auf der Lippe 66. Die Lippe 66 ist bei 74, nahe dem hinteren Abschnitt 76 des Schalenelements 26, unterschnitten. Dadurch ergeben sich an diesen Stellen die Kerben 78 unter der Lippe 66. Die Basisfläche 70 ist ebenfalls unterschnitten, bei 80, nahe den entsprechenden hinteren Abschnitten 82 des Lagerelements 40. Dadurch ergeben sich die Zungen 84, die nach hinten herausragen. Im vorderen Abschnitt 88 der Basisfläche 70 ist ein Arretierungsdraht 86 angeordnet, der eine Anzahl vorderer Kerben 90 in der Basisfläche 70 überspannt. Die Dorne 92 auf den entsprechenden vorderen Abschnitten der Lippe 66 ragen nach hinten. Dadurch kann das Lagerelement 40 am Schalenelement 26 der Unterschenkelkomponente 22 örtlich mit Befestigungsvorrichtungen von der oben beschriebenen Struktur wie folgt befestigt werden: Die Zungen 84 an den hinteren Abschnitten 82 des Lagerelements 40 werden in die entsprechenden Kerben 78 unter der Lippe 66 in den hinteren Abschnitten 76 des Schalenelementes 26 eingefügt, die vorderen Kerben 90 genau zwischen die Dorne 92. Das Lagerelement 40 wird in Richtung des Schalenelementes 26 gedrückt, bis der Arretierungsdraht 86 über die Dorne 92 schnappt. Er wird unter den Dornen 92 festgehalten und befestigt damit das Lagerelement 40 an seinem Platz auf dem Schalenelement 26. Damit dient die Spannkraft des Arretierungsdrahts 86 in Verbindung mit der Anordnung der Kerben 90 und der Dorne 92 als Arretierungsvorrichtung zur örtlichen Befestigung des Lagerelements 40 an der Unterschenkelkomponente 22. Das Lagerelement 40 läßt sich so leicht an der Unterschenkelkomponente 22 anbringen, daß der Arzt ein Lagerelement 40 von geeigneter Größe auswählen und es interoperativ an den bereits implantierten Unterschenkel- und Oberschenkelkomponenten 22 bzw. 24 anbringen kann, ohne die implantierten Komponenten zu stören. Der Implantationsvorgang wird vereinfacht und erleichtert dadurch, daß zuerst Unterschenkel- und Oberschenkelkomponenten standardisierter Größe und Anordnung implantiert werden können. Die Anforderungen des jeweiligen Patienten an die Größe der Komponenten werden durch interoperative Vorversuche berücksichtigt, so daß schließlich ein Lagerelement mit geeigneten Gelenkdimensionen gefunden werden kann, das bestmögliche Paßform und Funktion gewährleistet. Insbesondere erlaubt die beschriebene Anordnung, einen größeren Bereich von Paßformen mit einer geringeren Anzahl verschiedener Größen der Oberschenkelkomponente 24 abzudecken.
Wenn das Lagerelement 40 auf dem Schalenelement 26 der Unterschenkelkomponente 22 angebracht und befestigt ist, werden die Gelenkflächen der Kondylarelemente 30 der Oberschenkelkomponente 24 in die entsprechenden Gelenkflächen 42 des Lagerelements 40 eingepaßt (Fig. 7). Der Schienbeinhöcker 46 paßt in die kästchenartige Schalungskonstruktion 54. Dadurch ergibt sich ein kontrollierter Widerstand gegen übermäßige Relativbewegungen zwischen Oberschenkelkomponente 24 und Unterschenkelkomponente 22, einschließlich Lateral- und Medial-, Varus- und Valgus-, sowie Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen. Die Knieprothese 20 ermöglicht somit Bewegungen, die denen des natürlichen Knies entsprechen und macht die natürliche Kniefunktion in höherem Maße wieder verfügbar, während ungewollte Verschiebungen und Verlagerungen vermieden werden. Was die Lateral- und Medial- sowie Varus- und Valgusbewegungen betrifft, konvergieren die Seitenwände 58 der Schalungskonstruktion 54 leicht nach oben oder in Längs-Aufwärts-Richtung, wie durch den Winkel S dargestellt, und die entsprechenden Seitenwände 100 des Vorsprungs 46 verlaufen im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden 58 der Schalungskonstruktion 54. Zwischen den entsprechenden Seitenwänden 58 und 100 ist ein kleiner Spielraum vorgesehen, der leichte laterale und mediale Relativbewegungen sowie, mit kontrollierten Einschränkungen, gewisse Varus- und Valgusbewegungen erlaubt. Der Winkel S beträgt vorzugsweise 3º.
Im Rückgriff auf Fig. 5 sind die Seitenwände 100 des Vorsprungs 46 mit seitlichen Oberflächenabschnitten 102 vesehen, die dem Vorderabschnitt des Vorsprungs 46 benachbart sind, und seitliche Oberflächenabschnitte 104, die dem rückwärtigen Abschnitt des Vorsprungs 46 benachbart sind. Alle diese seitlichen Oberflächenabschnitte 102 und 104 sind leicht gewinkelt bezüglich von vorne nach hinten verlaufender Ebenen, wie der Ebene AP. Dadurch ermöglichen sie eine begrenzte Relativdrehung der Oberschenkelkomponente 24 gegen die Unterschenkelkomponente 22 um die Längsrichtung. Die Größe der erlaubten Drehung verändert sich mit der unten beschriebenen Beugung der Knieprothese 20. Die erlaubte Drehung ist minimal bei Überstreckung. Bei einer Beugung von etwa 10º ist sie auf 8º Drehung in beiden Richtungen, bei etwa 90º Beugung auf 11º Drehung in beiden Richtungen begrenzt. Diese begrenzte Drehung macht die Knieprothese 20 weniger empfindlich, was die genaue Ausrichtung von Unterschenkel- und Oberschenkelkomponente 22 bzw. 24 während der Implantation angeht. Sie verträgt sogar einen gewissen Versatz, ohne daß dadurch die Funktionalität beeinträchtigt würde, und erleichtert somit den Implantationsvorgang. Die dynamische Funktionalität der implantierten Knieprothese 20 wird also dadurch erhöht, daß eine gewisse Verschiebung der Prothesenkomponenten gegeneinander möglich ist, wie beschrieben, und gleichzeitig kontrollierter Widerstand gegen übermäßige Relativbewegungen besteht.
Der durch den Vorsprung 46 gebildete Höcker kontrolliert die Relativbewegung zwischen Unterschenkelkomponente 22 und Oberschenkelkomponente 24 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung wie folgt (siehe Fig. 8 bis 17): Fig. 8 veranschaulicht schematisch die Knieprothese 20 an einem Ende des Beugungsbereichs, nämlich bei 15º Überstreckung. Dabei ist die Achse F der Oberschenkelkomponente 24 unter 15º gegenüber der Achse T der Unterschenkelkomponente 22 orientiert. In der gezeigten überstreckten Lage wird weitere Überstreckung dadurch verhindert, daß die Vorderwand 60 der Schalungskonstruktion 54 an der entsprechenden Vorderfläche 106 des Vorsprungs 46 anstößt, wie bei 108 gezeigt. Die Gelenkflächen 52 der Kondylarelemente 30 der Oberschenkelkomponente 24 berühren die Vorderabschnitte der Gelenkflächen 42 des Lagerelements 40. Wenn die Knieprothese 20 von der 15º-Überstreckung in Fig. 8 weggebeugt wird, berührt der Vorsprung 46 nicht die Schalungskonstruktion 54, und es besteht eine gewisse Freiheit für relative Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen. Dabei veranschaulicht Fig. 9 die Komponenten bei 0º, Fig. 10 bei 15º Beugung. Sobald jedoch 30º Beugung erreicht werden (Fig. 11), läuft ein Folgestab 112, der an der Hinterwand 62 der Schalungskonstruktion 54 angebracht ist, an einer Nockenfläche 110 an der Rückseite des Vorsprungs 46 entlang. Damit wird die relative Vorwärts- und Rückwärtsbewegung durch den Umriß der Nockenfläche 110 kontrolliert. Bei weiterer Beugung folgt der Folgestab 112 der Nockenfläche 110 und sorgt damit für eine kontrollierte relative Vorwärts- und Rückwärtsbewegung. Wie in Fig. 12 bis 17 gezeigt, bleibt der Folgestab 112 in Kontakt mit der Nockenfläche 110, während die Beugung 45º (Fig. 12), 60º (Fig. 13), 75º (Fig. 14), 90º (Fig. 15), 105º (Fig. 16) und schließlich 120º (Fig. 17) durchläuft. Damit ist der gesamte Beugungsbereich zwischen etwa -15º und 120º vollständig abgedeckt. Im Beugungsabschnitt zwischen 30º und 120º läuft der Folgestab 112 entlang der Nockenfläche 110 und berührt dabei den Vorsprung 46 näher am unteren Ende 114 als am oberen Ende 116 des Vorsprungs 46. Dadurch bleibt die Belastung minimal, die am unteren Ende 114 auf den Vorsprung 46 durch das auf den Vorsprung 46 wirkende Moment ausgeübt wird.
Der Beginn der kontrollierten Bewegung und der damit verbundenen Begrenzung durch die Führung des Folgestabs 112 auf der Nockenfläche 110 ab etwa 30º Beugung ist vorteilhaft: In solch kritischen Situationen wie dem Treppensteigen, dem Aufstehen aus einer sitzenden Lage oder beim Aufwärts- oder Abwärtsbeschreiten einer flachen Steigung wird eine Stabilisierung der Knieprothese 20 erreicht. Dadurch werden unerwünschte Verschiebungen und die Möglichkeit einer Verlagerung bei diesen kritischen Bewegungen vermindert. Die gewünschte kontrollierte Bewegung und die damit verbundene Begrenzung kommt nahezu bei jeder Abweichung vom ebenen Gehen ins Spiel und trägt dazu bei, bei Abweichung vom ebenen Gehen einen angemessenen Schrittablauf beizubehaltend zum Beispiel, wenn eine Steigung zu überwinden ist.
Das Material, aus dem das Lagerelement 40 besteht, wird nach seinen Gleiteigenschaften ausgewählt und besitzt nicht die Hochfestigkeit, die die Materialien der Unterschenkelkomponente 22 und der Oberschenkelkomponente 24 aufweisen. Infolgedessen neigt der Vorsprung 46 dazu, sich aufgrund der von ihm auszuhaltenden Belastungen zu verbiegen. Dies unterbricht aber die zweckmäßige Funktion des Vorsprungs 46 und bewirkt in Folge eine Instabilität in der Wirkungsweise der Knieprothese 20. Deformation des Materials des Vorsprungs 46 kann darüberhinaus vollständiges und plötzliches Versagen des Vorsprungs 46 zur Folge haben. Um den Vorsprung 46 zu stabilisieren und gleichzeitig das Material des Vorsprungs 46 zu verstärken, so daß kein Versagen infolge der bei der Nutzung auf den Vorsprung wirkenden Belastungen auftritt, wird der Stabilisierungspfeiler 50 in der Bohrung 48 im Vorsprung 46 angebracht. Der Stabilisierungspfeiler 50 ist vorzugsweise aus derselben hochfesten Legierung wie Unter- und Öberschenkelkomponente 22 bzw. 24. Er beinhaltet nahe seinem oberen Ende 121 einen Stabilisierungsabschnitt 120, der nach oben aus dem Schalenelement 26 der Unterschenkelkomponente 22 vorsteht und in die Bohrung 48 im Vorsprung 46 paßt. Dadurch erstreckt er sich in den Vorsprung 46 und stabilisiert diesen gegenüber den Kräften, die infolge der oben beschriebenen Funktionsweise des Vorsprungs 46 auf diesen ausgeübt werden. Der Stabilisierungspfeiler 50 wird an der Unterschenkelkomponente 22 mit einer Befestigungsvorrichtung befestigt, die aus einem Stiftteil 122 am unteren Ende des Stabilisierungspfeilers 50 und einer entsprechenden Buchse 124 in der Unterschenkelkomponente 22 besteht. Die jeweiligen Abmessungen des Stiftteils 122 und der Buchse 124 sind derart, daß der Stiftteil 122 so in die Buchse 124 paßt, daß der Stabilisisierungspfeiler 50 sicher an der Unterschenkelkomponente 22 befestigt bleibt. Eine Abschrägung 126 am unteren Ende des Stabilisierungspfeilers 50 erleichtert das Einsetzen des Stabilisierungspfeilers 50 in die Bohrung 48 und in die Buchse 124. Eine Anzahl Rippen 128 ist entlang des Stabilisierungsteils 120 des Stabilisierungspfeilers 50 nahe an dessen oberem Ende 121 voneinander beabstandet angeordnet. Sie greifen in das Material des Lagerelements 40 ein und tragen dazu bei, das Lagerelement 40 sicher auf dem Schalenelement 26 zu befestigen. Der modulare Aufbau mit getrenntem Lagerelement 40 und Stabilisierungspfeiler 50 erlaubt dem Chirurgen, während des Implantationsvorgangs interoperativ ein geeignetes Lagerelement 40 sowie den dazu passenden Stabilisierungspfeiler auszuwählen und einzusetzen.
Durch die Einbettung des Stabilisierungspfeilers 50 läßt sich das Material des Lagerelements 40 besser handhaben, insbesondere das Material des Höckers, der durch den Vorsprung 46 gebildet wird. Der Vorsprung 46 ist hinten abgewinkelt (Fig. 15), veranschaulicht durch den kleinen Winkel P zwischen der Achse PP des Vorsprungs 46 und der Vertikalen, d.h. der von oben nach unten verlaufenden Richtung, verkörpert durch die Achse T. Aufgrunddessen ist der Vorsprung 46 der Kniescheibe (unter 130 angedeutet) minimal ausgesetzt, während die Knieprothese 20 von 90º bis etwa 120º gebeugt wird (vgl. Fig. 15 bis 17). Dabei ist ein Aufprall der Kniescheibe auf den Vorsprung 46 ausgeschlossen. Auf diese Art und Weise kann die Kniescheibe frei auf den Kondylarelementen 30 der Oberschenkelkomponente 24 laufen und wird nicht von dem durch den Vorsprung 46 gebildeten Höcker gesperrt. Dadurch wird das natürliche Knie genauer in seiner Funktion nachgebildet. Für das erwünschte Ergebnis sollte der Winkel P etwa 3º betragen. Bei sorgfältiger Verarbeitung des Materials von Vorsprung 46 wird die Verstärkung durch den Stabilisierungspfeiler 50 erhöht, wenn der Stabilisierungspfeiler 50 im gleichen Winkel P relativ zur Vertikalen abgewinkelt wird, so daß er sich abwärts in den Schaft 28 der Unterschenkelkomponente erstrecken kann. Die obenliegende Fläche 132 des Vorsprungs 46 liegt im wesentlichen senkrecht zur Achse PP. Das zugehörige obere Ende 121 des Stabilisierungspfeilers 50 ist bündig mit der Oberfläche 132 des Vorsprungs 46. Dadurch, daß der Winkel P vorgesehen ist und infolgedessen die Kniescheibe nicht an den Vorsprung 46 anstoßen kann, wird die Kniescheibe über einen weiten Lagebereich auf der Gelenklinie geeignet geführt. Die Knieprothese 20 ist daher weniger darauf angewiesen, daß die Unterschenkelkomponente 22 und die Oberschenkelkomponente 24 relativ zueinander in der Vertikalen, d.h. von oben nach unten verlaufenden Richtung, genau eingepaßt werden. Daher ist eine gewisse Variation der Lage bezüglich der natürlichen Gelenklinie gegeben und der Chirurg erhält größeren Spielraum während des Implantationsvorgangs. Darüberhinaus ermöglicht es die Gegenwart der Abschrägung P, die oberen Abschnitte der Vorderwand 62 der Schalungskonstruktion 54 in ähnlicher Weise abzuschrägen, so daß sie bei Überstreckung und geringeren Beugungswinkeln nicht an den Vorsprung 46 anstoßen (siehe Fig. 8 und 9). Die Resektion des Oberschenkelknochens, der in der Nähe von 136 liegt, wird dadurch minimiert und Oberschenkelknochengewebe für die Implantation der Oberschenkelkomponente 24 bewahrt.
Das Lagerelement 40 steht nicht nur in verschiedenen Größen und Abmessungen zur Verfügung, wodurch die Anforderungen an Paßform und Gelenkfunktion des jeweiligen Patienten berücksichtigt werden können, sondern ermöglicht auch aufgrund unterschiedlicher Abmessungen, insbesondere der Höhe des durch den Vorsprung 46 gebildeten Höckers, unterschiedlich starke Kontrolle der Relativbewegungen. Der Chirurg kann also den erwünschten Grad an Kontrolle durch die Auswahl eines geeigneten Lagerelements 40 bestimmen. Darüberhinaus kann der Chirurg das Lagerelement 40 ohne Störung der implantierten Unter- oder Oberschenkelkomponente 22 bzw. 24 ersetzen, wenn nach ausgedehnter Nutzung die Knieprothese nachgebessert werden muß, weil sich die Stützwirkung der am Knie verfügbaren natürlichen weichen Gewebe mit der Zeit verschlechtert hat. Dadurch erleichtert das erfindungsgemäße System nicht nur bei der urspünglichen Implantation die Wahl des Kontrollgrades, sondern vereinfacht es bei der Nachbesserung, spätere Veränderungen der Bedingungen an der Implantationsstelle zu korrigieren.
Die Erfindung gewährleistet die Bewegungsfreiheit, die notwendig ist, um die mit einem natürlichen Kniegelenk verfügbaren Bewegungen nachzuahmen und die natürliche Funktion des Kniegelenks vollständiger wiederherzustellen. Gleichzeitig besitzt sie die notwendige Stabilität, ungewollten Bewegungen und Verlagerungen zu widerstehen. Sie weist die Festigkeit auf, die erforderlich ist, die während der Nutzung auftretenden Belastungen ohne übermäßige Abnutzung oder plötzliches Versagen auszuhalten. Sie erleichtert den Implantationsvorgang wie auch eventuell notwendig werdende spätere Nachbesserungen der Knieprothese, indem sie ein modulares System vorsieht, das Auswahl und interoperatives Einsetzen eines geeigneten Unterschenkel-Lagerelements unabhängig von der Implantation der Ober- und Unterschenkelkomponente des Prothesenimplantats ermöglicht. Sie erfordert nur minimale Knochenresektion und erreicht in Verbindung damit, daß der Eingriff in den natürlichen Knochen vermindert wird. Sie ist weniger angewiesen auf genaue Passung und erleichtert dadurch den Implantationsvorgang. Sie duldet einen gewissen Versatz der Prothesenkomponenten ohne Beeinträchtigung der Funktionalität. Schließlich bietet sie außerordentliche Leistung während einer verlängerten Nutzungsdauer.

Claims

1. Knieprothesensystem, umfassend eine Unterschenkelkomponente (22) mit einem Schalenelement (26),

eine Oberschenkelkomponente (24) mit seitlich beabstandeten Kondylarelementen (30) sowie

ein wählbares Lagerelement (40), das vom Schalenelement (26) der Unterschenkelkomponente (22) getragen wird, die Kondylarelemente (30) der Oberschenkelkomponente (24) stützt und dadurch die Funktion der Knieprothese einschließlich Beugung der Knieprothese ermöglicht;

das Lagerelement besitzt dabei einen Höcker (46), der von einem unteren Ende nahe der Unterschenkelkomponente (22) oberseits und in Längsrichtung aufwärts zu einem weiter von der Unterschenkelkomponente (22) entfernten oberen Ende vorsteht und in die Kondylarelemente (30) der Oberschenkelkomponente (24) eingreift, wodurch kontrollierter Widerstand gegen übermäßige Relativbewegung zwischen der Oberschenkelkomponente (24) und der Unterschenkelkomponente (22) gewährleistet ist, während eine auf dem Höcker (46) befindliche Nockenfläche (110) und ein an der Oberschenkelkomponente (24) angebrachter Folgestab (112), der auf der Nockenfläche (110) läuft, die vorwärts und rückwärts gerichteten Anteile der Relativbewegung kontrollieren;

weiter besitzt das Kniesystem einen Stabilisierungspfeiler (50) mit einem Stabilisierungsteil (120), der oberseits von der Unterschenkelkomponente (22) in Richtung der Oberschenkelkomponente (24) vorsteht;

dadurch gekennzeichnet, daß der Höcker (46) eine Einheit mit dem Lagerelement (40) bildet;

daß weiter eine Aussparung (48) vorgesehen ist im oberen Ende (116) des Höckers mit einem zum Stabilisierungsteil (120) des Stabilisierungspfeilers (50) passenden Aussparungsteil, wobei sich der Stabilisierungsteil (120) des Stabilisierungspfeilers (50) im Aussparungsteil der Aussparung (48) befindet, wenn das Lagerelement (40) auf das Schalenelement (26) der Unterschenkelkomponente (22) aufgesetzt ist, und dadurch den Höcker gegen die während der Nutzung der Knieprothese auf den Höcker (46) ausgeübten Kräfte verstärkt und stabilisiert.

2. Kniesystem nach Anspruch 1, wobei der Höcker (46) hinten in einem verhältnismäßig kleinen Winkel (P) gegen die Längsrichtung abgeschrägt ist, so daß der Höcker (46) während der Beugung der Knieprothese weniger der Kniescheibe (130) ausgesetzt ist.

3. Kniesystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest der Stabilisierungsteil (120) des Stabilisierungspfeilers (50) hinten in einem verhältnismäßig kleinen Winkel gegen die Längsrichtung abgeschrägt ist.

4. Kniesystem nach Anspruch 3 sofern anhängig an Anspruch 2, wobei der verhältnismäßig kleine Winkel des Stabilisierungsteils (120) im wesentlichen der gleiche ist wie der verhältnismäßig kleine Winkel des Höckers (46).

5. Kniesystem nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der oder jeder verhältnismäßig kleine Winkel (P) etwa 3º beträgt.

6. Kniesystem nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei sich der Beugungsbereich von einer überstreckten Lage bis zu einer voll gebeugten Lage erstreckt und die Nockenfläche (110) und der Folgestab (112) derart angeordnet sind, daß der Folgestab (112) in dem Teilbereich zwischen überstreckter Lage und etwa 30º Beugung die Nockenfläche (110) nicht berührt und zwischen etwa 30º Beugung und voll gebeugter Lage die Nockenfläche (110) berührt.

7. Kniesystem nach Anspruch 6, wobei der Beugungsbereich sich von etwa 15º Überstreckung bis zu etwa 120º voller Beugung erstreckt.

8. Kniesystem nach Anspruch 6, wobei der Folgestab (112) die Nockenfläche (110) näher am unteren Ende (114) als am oberen Ende (116) des Höckers (46) berührt.

9. Kniesystem nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Höcker (46) Seitenflächen (100) einschließt und Abschnitte der Seitenflächen (102, 104) leicht bezüglich von vorne nach hinten verlaufender Ebenen (AP) gewinkelt sind, so daß sie in einem begrenzten Teilbereich der Beugung eine begrenzte Relativdrehung zwischen Unterschenkelkomponente (22) und Oberschenkelkomponente (24) erlauben.

10. Kniesystem nach Anspruch 9, wobei die begrenzte Drehung in der überstreckten Lage minimal ist und im Bereich von etwa 8º Drehung in beide Richtungen bei ungefähr 10º Beugung bis etwa 11º Drehung in beide Richtungen bei ungefähr 90º Beugung liegt.

11. Kniesystem nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, umfassend eine örtliche Befestigungsvorrichtung mit komplementären Befestigungselementen an der Unterschenkelkomponente und dem Lagerelement, die die örtliche Befestigung des Lagerelements (40) an der Unterschenkelkomponente (22) während einer einzigen chirurgischen Operation ermöglichen.

12. Kniesystem nach Anspruch 11, wobei die örtliche Befestigungsvorrichtung einen einrückbaren Arretierungsdraht (86) auf dem Lagerelement (40) und einen entsprechenden Sicherungsdorn (92) auf der Schale (26) der Unterschenkelkomponente einschließt; dabei ist der einrückbare Arretierungsdraht (86) so angeordnet, daß er unter den Sicherungsdorn (92) greift, wenn das Lagerelement (40) auf die Schale (26) gesetzt wird.

13. Kniesystem nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, weiter umfassend eine Befestigungsvorrichtung mit komplementären örtlichen Befestigungselementen (122, 124) auf dem Stabilisierungspfeiler (50) und der Unterschenkelkomponente (22), die es ermöglichen, während einer einzigen chirurgischen Operation den Stabilisierungspfeiler (50) an der Unterschenkelkomponente (22) zu befestigen; dabei steht der Stabilisierungsteil (120) des Stabilisierungspfeilers derart von der Unterschenkelkomponente (22) nach oben in Richtung der Oberschenkelkomponente (24) ab, daß - nach dem Befestigen des Stabilisierungspfeilers (50) an der Unterschenkelkomponente (22) und dem Aufsetzen des Lagerelements (40) auf das Schalenelement (26) der Unterschenkelkomponente - der Stabilisierungsteil (120) des Stabilisierungspfeilers (50) in den Aussparungsteil der Aussparung (48) eingreift und den Höcker (46) gegen die während der Nutzung der Knieprothese auf den Höcker ausgeübten Kräfte verstärkt und stabilisiert.

14. Kniesystem nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Unterschenkelkomponente einen unten angebrachten Schaft (28) aufweist und der Stabilisierungspfeiler (50) sich nach unten in den Schaft (28) der Unterschenkelkomponente (22) erstreckt.

15. Kniesystem nach Anspruch 13, wobei die komplementären örtlichen Befestigungselemente einen Stiftteil (122) nahe dem unteren Ende des Stabilisierungspfeilers (50) und eine Buchse (124) in der Unterschenkelkomponente (22) aufweisen und die jeweiligen Abmessungen von Buchse (124) und Stiftteil (122) derart sind, daß der Stiftteil (122) in einer einzigen chirurgischen Operation in die Buchse eingesetzt werden kann und eine Passung aufweist, die den Stabilisierungspfeiler (50) sicher an der Unterschenkelkomponente (22) befestigt hält.

16. Kniesystem nach Anspruch 15, wobei die Unterschenkelkomponente (22) einen unten angebrachten Schaft (28) aufweist und der Stiftteil (122) des Stabilisierungspfeilers (50) sowie die Buchse (124) in der Unterschenkelkomponente sich nach unten in den Schaft (28) erstrecken.