DE112004001893T5

DE112004001893T5 - Kegelförmige Gelenksprothese

Info

Publication number: DE112004001893T5
Application number: DE112004001893T
Authority: DE
Inventors: George B. Duxbury Cipolletti; Edward J. Duxbury Cheal
Original assignee: Apex Surgical LLC
Current assignee: Omni Life Science Inc
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2024-10-09
Also published as: JP2007508063A; AU2004280263A1; AU2004280263B2; DE112004001893B4; WO2005034817A1; US7572297B2; US20070043447A1; JP4608497B2

Abstract

Gelenksprothese, umfassend:
ein Kopfelement, das so groß ist und so geformt ist, dass es mit einer Gelenkspfanne gelenkig verbunden werden kann, wobei das Kopfelement eine Kopfbohrung definiert;
ein proximales Körperelement, das
eine Basis;
einen Stopfen, der von der Basis vorgewölbt ist und so groß und so geformt ist, dass er in der Kopfbohrung aufgenommen werden kann; und
einen Zapfen umfasst, der von der Basis vorgewölbt ist, wobei der Zapfen ein Verriegelungsband umfasst, dessen Querschnittsgeometrie quer zur Achse des Zapfens einheitlich ist; und
ein Schaftelement, das umfasst:
einen proximalen Abschnitt, der eine Schaftbohrung definiert, die so groß ist und so geformt ist, dass sie den Zapfen aufnehmen kann, und die einen Aufnahmeabschnitt umfasst, dessen Querschnittsgeometrie quer zur Achse der Bohrung einheitlich ist und kleiner ist als die Querschnittsgeometrie des Verriegelungsbands, zum In-Eingriff-Nehmen des Verriegelungsbands des Zapfens durch eine reibschlüssige Presspassung, wenn das proximale...

Description

Hintergrund
Künstliche Hüftgelenksprothesen werden heute verbreitet verwendet und stellen die Mobilität von Patienten wieder her, die durch verschiedene Zustände beeinträchtigt werden, insbesondere durch Arthritis. Die zufrieden stellende Leistung dieser Vorrichtungen kann nicht nur durch die Gestaltung der Komponente selbst, sondern auch durch die Endanordnung und -geometrie der implantierten Komponente und durch die Langzeitfixierung der Vorrichtung beeinflusst werden. Eine ungeeignete Anordnung oder Positionierung der Vorrichtung oder eine ungeeignete Anpassung an die Anatomie eines Patienten kann das Ziel der zufrieden stellenden Wiederherstellung der klinischen Biomechanik und die Funktion des Gelenks nachteilig beeinflussen.
Die primäre Rolle der künstlichen Hüftprothesen besteht darin, die normale Funktion des erkrankten und/oder beschädigten Gelenks wiederherzustellen. Diese Funktion verursacht signifikante Kräfte, wie z.B. axiale Kräfte, Biegekräfte und Drehkräfte, die auf die Vorrichtung ausgeübt werden. Die Komponente muss innerhalb der Markhöhle angemessen fixiert bleiben, während sie diesen Kräften widersteht, da eine angemessene Fixierung der Komponente erforderlich ist, um ein angemessenes Funktionieren und eine lange Gebrauchsdauer für die künstliche Hüftkomponente sicherzustellen. Frühe Gestaltungen künstlicher Hüftkomponenten beruhten in erster Linie auf eine zementierte Fixierung. Diese Zemente, wie z.B. Polymethylmethacrylat, wurden dadurch zur Verankerung der Komponente innerhalb der Markhöhle verwendet, dass sie als Einzementierungsmittel zwischen der Komponente und der endostalen (inneren) Oberfläche des Knochens wirken. Während dieses Fixierverfahren durch einen Zement eine sofortige Fixierung und Beständigkeit gegen die auftretenden Kräfte bereitstellt und es dem Chirurgen erlaubt, die Vorrichtung vor dem Härten des Zements effektiv zu positionieren, ist es nicht frei von Problemen. Im Zeitverlauf verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften und die Hafteigenschaften des Knochenzements. Schließlich überwinden die Kräfte den Zement und führen dazu, dass sich die Komponenten aufgrund eines Versagens an der Zement/Knochen- oder Zement/Schaft-Grenzfläche lockern.
Alternative Ansätze zur Lösung des Problems eines Zementversagens umfassen sowohl biologisch einwachsende Schäfte als auch Presspassungsschäfte separat und in einer Kom bination. Schäfte, die für das biologische Einwachsen gestaltet sind, beruhen typischerweise auf dem Knochen selbst, der in eine speziell präparierte Oberfläche der Komponente einwächst. Durch diesen Ansatz wird die Vorrichtung fest innerhalb der Markhöhle verankert, jedoch führt dies nicht zu einer sofortigen Fixierung der Komponente, da der Knochen Zeit benötigt, um in die speziell präparierte Oberfläche einzuwachsen. Presspassungsschäfte können speziell präparierte Oberflächen aufweisen oder nicht und beruhen typischerweise auf einem gewissen Grad eines Presssitzes der Komponente innerhalb der Markhöhle des Knochens, um eine stabile Fixierung zu erreichen. Eine spezielle Art eines Presspassungsschafts ist in einer oder mehreren Ebene(n) kegelförmig, so dass der Grad der Presspassung des Schafts in der Markhöhle zunimmt, wenn der Schaft tiefer in der Höhle sitzt. Während eine kegelförmige Schaftgestaltung den Vorteil hat, dass sie zuverlässig einen stabilen Presspassungszustand in dem Knochen erzeugt, mit der Maßgabe, dass der Schaft für den jeweiligen Knochen eine geeignete Größe aufweist, wird die Endposition des Schafts von einer Anzahl von Variablen abhängen, einschließlich der Knochengeometrie, der Knochenqualität, der Schaftgeometrie und der chirurgischen Technik.
Der Drehpunkt des Hüftkopfs wird von der Kopfposition bestimmt, da typische Hüftköpfe kugelförmig sind. In den meisten Vorrichtungen wird die Kopfposition durch die Schaftposition bestimmt, da die beiden durch einen integralen Hals verbunden sind. Viele vorhandene Vorrichtungen nutzen modulate Hüftköpfe, um die Halslänge zu erhöhen oder zu vermindern, was sowohl die Kopfhöhe als auch die Kopfversetzung proportional und gleichzeitig verändert. Der Halsabschnitt der Vorrichtung, der an dem Schaft angebracht ist, nimmt die modularen Köpfe auf. Dies führt dazu, dass die Kopfposition integral mit dem Schaftabschnitt verbunden und folglich ausgerichtet und von dem Schaftabschnitt bestimmt wird. Mehrere Positionen der Köpfe werden durch die Verwendung von Hüftköpfen mit verschiedenen Bohrungsabmessungen und verlängerten oder verkürzten Versetzungen oder Rändern erreicht, welche die Positionierung des Kopfs zu der gewinkelten Halsachse begrenzen. In vielen Fällen kann dies ungeeignet sein, da gegebenenfalls nur die Versetzung erhöht werden soll, während die Kopfhöhe aufrechterhalten werden soll (oder umgekehrt), was mit den Vorrichtungen des modularen Kopftyps, die bisher beschrieben worden sind, nicht erreicht werden kann. Darüber hinaus konnte die Vorwärtsneigung des Halses in der beschriebenen Vorrichtung nicht berücksichtigt werden. Das Ausmaß der Vorwärtsneigung wird von der Winkeldifferenz zwischen der Schaft-Achse/Hals-Achse-Ebene und der Frontalebene bestimmt. Da die Kopfposition direkt mit der Schaftposition zusammenhängt, kann eine Vorwärtsneigung nur durch Aufgabe der Schaftposition durch Drehen des Schafts erreicht werden.
Einige Vorrichtungen umfassen modulare Komponenten, wie z.B. modulare Schäfte mit modularen Hülsen, oder modularen proximalen und distalen Abschnitten des Schafts, um einen gewissen Grad an Einstellbarkeit für die Geometrie des fertigen Schafts bereitzustellen. Diese Einstellbarkeit kann eine laterale Versetzung, die Beinlänge und/oder die Vorwärtsneigung umfassen oder nicht, und zwar abhängig von den speziellen Merkmalen der Gestaltung und den verfügbaren Komponenten. Bei solchen Vorrichtungen wurden zwei Basiseinrichtungen zur Verbindung, nämlich Kegel und Gewinde allein oder in einer Kombination eingesetzt. Kegelverbindungen weisen den Nachteil auf, dass die axiale Endposition der beiden Komponenten relativ zueinander von der genauen Geometrie der Kegel abhängt. Abweichungen der Geometrie innerhalb der Toleranzen, die für die Herstellung zulässig sind, führen zu Abweichungen bei der axialen Endposition der modularen Komponente mit der kegelförmigen Verbindung. Die Festigkeit der Kopplung zwischen den Komponenten mit der kegelförmigen Verbindung hängt auch zum Teil von dem Ausmaß der Kraft ab, die zum Zusammenbau der Komponenten eingesetzt wird. Entsprechend weisen Gewindeverbindungen den Nachteil auf, dass die Festigkeit der Verbindung zum Teil von der Größe der Torsion abhängt, die während des Zusammenbaus auf den mit einem Gewinde versehenen Kopplungsmechanismus ausgeübt wird. Eine unzureichende Druckkraft für kegelförmige Verbindungen und/oder eine unzureichende Torsion für Gewindeverbindungen, die während des Zusammenbaus ausgeübt wird bzw. werden, kann bzw. können bei der zusammengebauten Komponente das Risiko eines Lösens während der funktionellen Gebrauchsdauer der Vorrichtung verursachen. Ein unbeabsichtigtes Lösen implantierter Komponenten ist eine schwerwiegende Komplikation, die im Allgemeinen einen medizinischen Eingriff erfordert, der bezüglich der Schwere von einer geschlossenen Manipulation bis zu einer chirurgischen Überprüfung reicht. Dies kann ein signifikantes Risiko für kegelförmige und/oder mit Gewinde versehene Kopplungseinrichtungen sein, und zwar insbesondere wenn berücksichtigt wird, dass der Zusammenbau im Operationssaal erfolgt und nicht unter kontrollierteren Bedingungen, wie z.B. in einer Fabrik, um den vollen Vorteil der Modularität zu nutzen. Folglich wäre eine Gestaltung, die eine Kopplungseinrichtung für die modularen Komponenten bereitstellt, die eine besser reproduzierbare Endgeometrie und eine besser reproduzierbare Verbindungsfestigkeit bereitstellt, und die weniger vom Chirurgen, dem Operationssaalpersonal oder anderen Personen abhängig ist, die außerhalb des Herstellungsorts handeln, von einem signifikanten Nutzen.
Zusammenfassung
Die beschriebenen Komponenten ermöglichen eine überlegene Größengestaltung und Positionierung von Gelenksprothesekomponenten. In einer Ausführungsform umfasst eine Gelenksprothese ein modulares Kopfelement, ein modulares Körperelement und ein Schaftelement. Das Schaftelement ist derart kegelförmig, dass es durch eine kegelförmige Presspassung in der Markhöhle eines Knochens in Eingriff genommen werden kann. Das Körperelement kann in dem Schaftelement durch eine reibschlüssige Presspassung an einer Zone eines diametralen Pressitzes in Eingriff genommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Gelenksprothese.
2 ist eine Längsquerschnittsansicht einer zusammengebauten Gelenksprothese.
2A zeigt ein Detail von 2.
3 ist eine Ansicht eines proximalen Körpers einer Gelenksprothese.
4 ist eine Ansicht einer Schaftkomponente einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer Gelenksprothese.
5 ist ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 in der 4.
6 ist ein Querschnitt entlang der Linie 6-6 in der 4.
7 ist eine Ansicht einer Schaftkomponente einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer Gelenksprothese.
8 ist ein Querschnitt entlang der Linie 8-8 in der 7.
9 ist eine Ansicht einer Schaftkomponente einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer Gelenksprothese.
10 ist ein Querschnitt entlang der Linie 10-10 in der 9.
11 ist eine Ansicht einer Schaftkomponente einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer Gelenksprothese.
12 ist ein Querschnitt entlang der Linie 12-12 in der 11.
Detaillierte Beschreibung
Der vorliegende Gegenstand wird unter Bezugnahme auf die Femurkomponente einer künstlichen Hüftprothese sowohl für zementierte als auch für zementfreie Anwendungen beschrieben. Die beschriebenen Vorrichtungen sind jedoch auch auf andere implantierbare Prothesen anwendbar, wie z.B. auf Knie, Ellenbogen und Schultern, die alle einen Schaftabschnitt zum Einsetzen in eine Knochenhöhle umfassen können. Der vorliegende Gegenstand ist dadurch besonders vorteilhaft, dass er eine optimale Anordnung und eine sichere Befestigung zur Verwendung in einer künstlichen Hüfte ermöglicht, so dass sich diese Beschreibung auf eine Hüftprothese bezieht.
Die Positionierung der prothetischen Vorrichtung, einschließlich der Stelle des Kopfzentrums relativ zu dem Markschaft beeinflusst die Biomechanik des Gelenks. Eine bessere Positionierung führt zu einem effizienteren Gelenk und vermindert folglich die Kräfte auf die Vorrichtung. Die beschriebenen Komponenten können die Positionierung des Schafts von der Endpositionierung des Kopfzentrums entkoppeln, so dass eine optimale Positionierung und ein sicherer Eingriff unabhängig voneinander erreicht werden.
Die Kombination aus einem kegelförmigen Schaft mit einem modularen Körper kann spezielle Vorteile bereitstellen: Der kegelförmige Schaft ermöglicht einen sicheren Sitz im Knochen, während die Modularität des Körpers eine feine Kontrolle der Prothesengesamtlänge ermöglicht. Die kegelförmige Schaftkomponente kann durch eine Kegelpresspassung in eine Markhöhle eingesetzt werden. Die Qualität der Kegelpresspassung hängt davon ab, wie tief der Schaft in die Höhle gedrückt wird und davon, wie viel Kraft zum Drücken ausgeübt wird. Als Folge davon gibt es eine beträchtliche Variabilität bei der Tiefe der Schaftkomponente, die vor der Implantierung nicht einfach vorhergesagt werden kann. Diese Variabilität kann Beinlängenprobleme verstärken (d.h. die Länge einer Extremität, welche die Prothese aufnimmt, wird von der Tiefe des Schaftsitzes abhängen). Dieses Problem kann durch die Bereitstel lung eines modularen Körperelements, das mit der Schaftkomponente verbunden wird, abgeschwächt werden. Da das Körperelement modular ist, kann ein Bereich von Größen bereitgestellt werden, so dass die geeignete Größe ausgewählt werden kann, um die beste Gesamtgröße der Prothese zu erreichen. Dies wiederum vermindert die Variabilität der Beinlänge. Das bezüglich der Größe am Besten geeignete Körperelement kann auf einer fallspezifischen Basis ausgewählt werden, um die Variabilität der Sitztiefe des kegelförmigen Schafts zu kompensieren.
Die beschriebenen Komponenten können eine Halsgeometrie und eine Halsdrehpositionierung ermöglichen, die von dem Eingriff/der Positionierung des Schafts, nach dem das vollständige Einsetzen des Schafts erreicht worden ist, unabhängig sind. Als Ergebnis können sie eine variable Positionierung des Hüftdrehpunkts unabhängig von der Schaftposition sowie unabhängig von sowohl der Kopfversetzung als auch der Kopfhöhe erreichen. Darüber hinaus können sie auch die Schaftanordnung unabhängig von der Halsachsenanordnung erleichtern, um die gewünschte Vorwärtsneigung zu erreichen.
Verschiedene und spezielle modulare proximale Körper können verwendet werden, um verschiedene Verhältnisse der Kopfversetzung zu der Kopfhöhe zu erreichen, wenn sie mit ausgewählten modularen Hüftköpfen kombiniert werden. Durch die Auswahl des proximalen Körpers nach dem Einsetzen des Schafts in die Markhöhle kann auch ein Grad an mangelnder Vorhersagbarkeit bei der Anordnung und Einpassung des Schafts berücksichtigt werden. Separate proximale Abschnitte haben den zusätzlichen Nutzen, dass sie die Vorwärtsneigung der Kopfposition unabhängig von der Schaftanordnung berücksichtigen können. Der Zusammenbau der Komponenten kann entweder vor der Implantierung, wie z.B. auf dem Vorbereitungstisch während der Chirurgie, erreicht werden, oder alternativ kann der Zusammenbau in einer aufeinander folgenden Weise erreicht werden, wobei jeder Abschnitt unabhängig während der Implantierung zusammengebaut wird, um den Nutzen einer unabhängigen Positionierung der einzelnen Teilkomponenten der Vorrichtung innerhalb des Knochens zu maximieren.
Die zylindrische Presspassungskopplung zwischen dem proximalen Körper und dem Schaft einiger Ausführungsformen stellt eine reproduzierbare Festigkeit und Geometrie der Anordnung zwischen den beiden Abschnitten bereit. Diese Kopplungseinrichtung erfordert nur eine axiale Verschiebung des proximalen Körpers in den Schaft, wobei ein vollständiger Zusammenbau durch das Einpassen des proximalen Körpers in den Schaft definiert ist, was durch die Verwendung einer kegelförmigen Kopplungseinrichtung nicht erreicht werden konnte. Mit der Maßgabe, dass die beiden Abschnitte vollständig zusammengebaut sind, hängen die resultierende Festigkeit der Anordnung und die axiale Position des proximalen Körpers relativ zu dem Schaft anders als bei kegelförmigen und/oder mit einem Gewinde versehenen Kopplungseinrichtungen von den Gestaltungs- und Herstellungstoleranzen ab und nicht von der Größe der Kraft, die während des Zusammenbaus ausgeübt wird.
Der Schaft und die proximalen Körper können dadurch entkoppelt werden, dass sie als zwei getrennte Teile bereitgestellt werden. Der modulare proximale Körper kann mit dem modularen Schaft kombiniert werden, um eine zusätzliche Drehausrichtung und -positionierung des proximalen Körpers unabhängig von und relativ zu dem Schaft zu ermöglichen. Dadurch wird eine zusätzliche variable Positionierung unabhängig von der Positionierung erreicht, die nach dem Einsetzen des Schafts erreicht wird. In einigen Ausführungsformen kann der modulare proximale Körper in einer von mehreren Positionen mit dem Schaft verriegelt werden, um das gewünschte Ausmaß an Drehausrichtung zu erreichen. Durch Variieren der Konfigurationen des proximalen Körpers können verschiedenen klinische Anforderungen und Situationen berücksichtigt werden, wie z.B. Vorrichtungen des Kalkersatztyps, oder es kann das Erfordernis bezüglich extrem versetzter Hälse berücksichtigt werden, ohne ein völlig neues Schaftsystem zu erfordern. Viele weitere klinische Situationen können einfach durch die Verwendung einer geeigneten Konfiguration des proximalen Körpers berücksichtigt werden, die für diesen Zweck gestaltet ist.
Der Schaft nutzt eine kegelförmige äußere Geometrie für einen Presssitz mit dem aufnehmenden Knochen, so dass eine Presspassung des Schafts erreicht wird, wenn der Schaft in die vorbereitete Markhöhle eingesetzt wird. Vor dem Einsetzen des Schafts kann die Höhle unter Verwendung von einem oder mehreren von Räumahlen, Stecheisen, Raspeln oder ähnlichen Geräten vorbereitet werden, um den geeigneten Hohlraum in dem aufnehmenden Knochen zu erzeugen. Nach der Vorbereitung des Knochens wird der Schaft unter Krafteinwirkung in den vorbereiteten Hohlraum eingesetzt, bis die geeignete Drehposition und eine ausreichende Einsetztiefe und eine ausreichende Presspassungsstabilisierung erreicht sind. Durch die Verfügbarkeit einer Auswahl proximaler Körper mit verschiedenen Geometrien und Drehpositionen können verschiedene Schaftpositionen nach dem Einsetzen berücksichtigt werden, während nach wie vor die geeignete Endgeometrie der Implantatanordnung erreicht wird.
Zusätzliche Positionierungsoptionen bestehen beim Hinzufügen modularer Köpfe, die mit einem der mehreren proximalen Körper zusammengebaut werden, die vorgesehen sind, um unabhängige Kopfversetzungs- und Kopfhöhenoptionen zu erreichen. Aufgrund des Ausmaßes der verfügbaren Optionen und dem Wunsch nach einem Systemansatz, der viele verschiedene klinische Situationen mit beschränkten Komponenten berücksichtigt, wird die Verbindungseinrichtung zwischen den Komponenten vereinfacht und unter den Komponenten vereinheitlicht, was zu einer zuverlässigen, kosteneffektiveren und anwenderfreundlicheren Einrichtung zur Befestigung der Komponenten entweder vor, unmittelbar vor oder während der Implantierung führt.
Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst die veranschaulichte Ausführungsform einen länglichen Schaft 1, der in die Markhöhle des Knochens eingesetzt werden soll. Der Schaft erstreckt sich von dem proximalen Abschnitt 12 zur distalen Spitze 13. Der Schaft 1 ist mit einem separaten proximalen Körper 2 mit verschiedenen Befestigungs/Verriegelungsmechanismen verbunden, die in der 2 gezeigt sind. Ein modularer Hüftkopf 3 kann an dem Hals 16 des proximalen Körpers befestigt werden, um die Vorrichtung zu vervollständigen. Der Zusammenbau der Vorrichtung ist zeitlich nicht begrenzt. Der Zusammenbau kann vor der Chirurgie, unmittelbar vor der Implantierung oder während der Implantierung stattfinden. Die nachstehend beschriebenen Befestigungsmechanismen ermöglichen einen einfachen Zusammenbau bei beschränktem Zugang.
Der distale Abschnitt 9 des Schafts kann verschiedene Querschnittsformen aufweisen, wie z.B. kreisförmig, abgerundet, elliptisch oder rechteckig, oder einige Kombinationen dieser Formen. Der Schaft ist so kegelförmig gestaltet, dass dessen Querschnittsfläche von dessen proximalem Ende zu dessen distalem Ende abnimmt. Die Kegelform kann kontinuierlich sein, d.h. sie kann sich sanft verjüngen, um einen Eingriff der kegelförmigen Oberfläche in eine Markhöhle zu erleichtern.
Die Kegelform kann in einigen Ausführungsformen auf einen oder mehrere Abschnitt(e) des Schafts beschränkt sein, wie z.B. auf den proximalen Abschnitt 11, den mittleren Schaftabschnitt 10 und den distalen Schaftabschnitt 9. Die Kegelform kann lediglich in der mediallateralen Abmessung vorliegen oder sie kann sowohl in der medial-lateralen Abmessung als auch in der anterior-posterioren Abmessung vorliegen. Der distale Abschnitt 9, der mittlere Schaftabschnitt 10 und/oder der proximale Abschnitt 11 kann bzw. können Rillen, Schlitze oder Längsstege mit dazwischen liegenden Rinnen umfassen, um bei der Positionierung des Schafts zu unterstützen und eine erhöhte Drehstabilität des Schafts in dem Knochen bereitzustellen. Diese Rillen, Schlitze, Stege und/oder Rinnen können sich in Richtung des distalen Endes des Schafts oder in die Nähe des distalen Endes des Schafts erstrecken, oder sie können auf den mittleren Schaftabschnitt des Schafts beschränkt sein. Der mittlere Schaftabschnitt 10 geht in den relativ größeren proximalen Abschnitt 11 des Schafts über. Der proximale Abschnitt kann sich an die Knochenhöhlenkontur anpassen, die an der medialen Seite der Vorrichtung größer ist.
An dem proximalen Ende 12 des Schafts befindet sich eine Bohrung 14, die mit der Schaftlängsachse ausgerichtet sein kann oder in einem Winkel dazu orientiert sein kann. Die Bohrung 14 kann zylindrisch sein. Die Bohrung 14 kann an deren Basis ein Blindloch 8 umfassen. Dieses Loch kann ein Gewinde oder andere Merkmale zum In-Eingriff-Nehmen einer Schraube, eines Bolzens oder eines Stabs umfassen, wodurch es lösbar an dem Schaft 1 befestigt wird. Eine solche Schraube, ein solcher Bolzen oder ein solcher Stab kann als Teil einer Zusammenbauvorrichtung verwendet werden, um den Schaft und den proximalen Körper durch gleichzeitiges Ausüben geeigneter Kräfte auf den Schaft und den Körper aneinander zu befestigen. Das Loch 8 kann auch als Eingriffsmöglichkeit für ein Gerät zur Entfernung der Prothese aus dem Knochen, in den sie implantiert ist, dienen.
In einigen Ausführungsformen kann die proximale Oberfläche des Schafts 12 einen Keil, eine Lasche oder einen Stift 18 für eine Drehausrichtung des proximalen Körpers umfassen. Dieses Ausrichtungsmerkmal 18 kann auch zur Torsionsfestigkeit der modularen Verbindung beitragen.
Es würde typischerweise ein Inventar von Hüftprotheseschäften mit einem Größenbereich von 8 bis 20 mm (gemessen in der medial-lateralen Abmessung und festgelegt etwa bei dem Übergang von dem distalen Schaft 9 zu dem mittleren Schaft 10; im Fall eines runden Schafts ist die Abmessung der Durchmesser) vorrätig gehalten werden, wobei dieser Bereich für den größten Teil der Bevölkerung geeignet ist. Patienten, die kleinere oder größere Größen benötigen, würden typischerweise speziell gefertigte Vorrichtungen erhalten.
Der proximale Körper 2, der auch in der 3 gezeigt ist, ist ursprünglich von dem Schaft 1 getrennt und wird typischerweise durch den implantierenden Chirurgen oder dessen Assistenten mit dem Schaft verbunden. Diese Modularität stellt für den Anwender eine zusätzliche Flexibilität bei der Endanordnung des Schafts bereit. Das Entkoppeln der Schaftanordnung von der Anordnung des proximalen Körpers ergibt eine wesentlich größere Flexibilität und stellt das Vermögen zur Berücksichtigung einer Vorwärtsneigung bereit. Eine optimale Positionierung kann durch Auswählen des geeigneten proximalen Körpers erreicht werden, der mit dem ausgewählten Schaft verwendet werden soll. Beispielsweise hat der Chirurg für einen gegebenen Schaft durch Auswählen zwischen neun speziellen proximalen Körpern und modularen Köpfen mit vier verschiedenen Versetzungen die Auswahl zwischen 36 lateralen Versetzungen/Beinlängenpositionen.
Darüber hinaus kann jede dieser 36 Positionen durch Drehen des proximalen Körpers bezüglich des Schafts vor dem Endeinpassen des proximalen Körpers weiter eingestellt werden, was zur gewünschten Kombination aus Vorwärtsneigung, lateraler Versetzung und Beinlänge führt. Die primäre Positionierung wird durch Drehen des mit einem Keil versehenen Abschnitts 18 des Schafts 1 zu dem Abschnitt mit dem Aufnahmeschlitz oder den Aufnahmelöchern 17 des proximalen Körpers 2 erhalten. Die Anzahl der Aufnahmelöcher kann variieren. Drei bis sechs diskrete Positionen stellen für die meisten Anwendungen eine ausreichende Variation bereit, obwohl auch nur ein (für ein einfaches Verriegeln) oder zwei Aufnahmelöcher vorliegen können. Mehr als zwölf Positionen sind, obwohl diese theoretisch möglich sind, gegebenenfalls unnötig.
Der Hals 16 (1) des proximalen Körpers 2 ist an der Basis des Körpers befestigt oder mit dieser integral und ist davon nach außen mit einem Winkel typischerweise im Bereich von etwa 40° bis etwa 50° relativ zu der Längsachse des Schafts nach außen vorgewölbt. In einer Ausführungsform ist der Hals mit 45° vorgewölbt. Die Querschnittsgeometrie des Halses ist typischerweise rund. Flache Ausschnitte (23) auf dem Hals können einbezogen werden, um den Bewegungsbereich zu maximieren, bevor das Auftreffen auf dem umgebenden Knochen (wie z.B. der Hüftgelenkspfanne im Fall einer Hüftgelenksprothese) stattfindet. Ein Ende des Halses geht in die Basis des proximalen Körpers über, während das gegenüber liegende Ende einen Stopfen 6 bildet, wie z.B. den abgebildeten, sich konisch verjüngenden Stopfen. Der Stopfen nimmt einen modularen Kopf 3 auf, der eine entsprechende Bohrung aufweist, wie z.B. die kegelförmige Bohrung in dem abgebildeten modularen Hüftkopf. Der Kopf kann an dem Halsstopfen mit vielen verschiedenen Mechanismen befestigt werden, wie z.B. mittels Zement, einer Presspassung und/oder damit zusammenpassenden Schrauben. Die modularen Köpfe 3 sind so groß und so geformt, dass sie in eine entsprechende Aufnahmekomponente (nicht gezeigt) passen, wie z.B. eine Hüftgelenkspfannenkomponente im Fall einer Hüftprothese. Als modulare Köpfe können vorhandene Metall- oder Keramikköpfe ver wendet werden, die üblicherweise in implantierbaren Prothesen eingesetzt werden, so lange sie eine geeignete Bohrung aufweisen oder mit einer solchen ausgestattet werden, die mit dem Stopfen am Ende des Halses zusammenpasst.
In einigen Ausführungsformen kann der proximale Körper 2 ein Bohrungsloch 7 (2) durch den Zapfen 15 umfassen. Dieses Bohrungsloch kann ein Gewinde oder andere Merkmale zum lösbaren In-Eingriff-Nehmen eines Bolzens, eines Stabs oder eines Stopfens umfassen. Der Bolzen oder der Stab könnte für verschiedene Anwendungen einbezogen werden, wie z.B. zur Entfernung des Halses vom Schaft oder zur Entfernung der zusammengebauten Konstruktion aus dem Knochen. Der Stopfen könnte auch verwendet werden, um das Loch zu verschließen und die Innenflächen sauber zu halten. Das Bohrungsloch könnte auch verwendet werden, um zu ermöglichen, dass ein Stab durch den proximalen Körper hindurchtritt, wobei der Stab den Schaft 1 an dem Schaftbohrungsloch 8 lösbar in Eingriff nimmt, und zwar als Teil einer Vorrichtung, um den proximalen Körper unter Krafteinwirkung mit dem Schaft zusammenzubauen.
Wie es vorstehend diskutiert worden ist, ermöglicht die Modularität des proximalen Körpers 2 die Verwendung verschiedener Halskonfigurationen 16 mit dem gleichen Schaft 1. Die proximalen Körper können z.B. bezüglich der Halswinkel und der Halslängen variiert werden, wodurch eine Flexibilität bei der Prothesengesamtlänge und der Kopfpositionierung erzeugt wird. Wenn modulate Köpfe 3 an diese variierenden proximalen Körper angebracht werden, vervielfachen sich die Konfigurationsoptionen mit einer sehr geringen Zunahme der Anzahl individueller Teilkomponenten, wie z.B. modularen Köpfen und proximalen Körpern, signifikant.
Der Schaft 1, der proximale Körper 2 und die Kopfabschnitte 3 einer Prothese können aus vielen verschiedenen biologisch verträglichen Materialien hergestellt werden. Geeignete Beispiele umfassen Titanlegierungen, Kobaltlegierungen und Edelstahllegierungen. In bestimmten Ausführungsformen kann Ti-6Al-4V für den Schaft und/oder proximale Körper verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen können für einen Kopfabschnitt Co-Cr-Legierungen verwendet werden.
Das Endverriegeln des proximalen Körpers 2 mit dem Schaft 1 wird durch Presspassen eines männlichen Zapfens 15 des proximalen Körpers 2 in eine entsprechende Bohrung 14 des Schafts erhalten. Die Länge des Zapfens ist nicht kritisch. Er sollte jedoch lang genug sein, um eine geeignete Verriegelungsoberfläche und einen angemessenen axialen Eingriff bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Länge von etwa 0,8" (etwa 20 mm) für die Femurkomponente eines Hüftersatzes geeignet sein.
Das Verriegeln wird durch eine oder mehrere Zone(n) mit einem diametralen Presssitz zwischen dem Zapfen und der Bohrung erreicht. Die 2A zeigt ein Detail der 2 und zeigt eine Ausführungsform eines Verriegelungssystems, das zwei Zonen mit einem diametralen Presssitz 4 und 5 umfasst. Die Zonen des diametralen Presssitzes an dem Zapfen (als „Verriegelungsbänder" bezeichnet) und die entsprechenden Zonen des diametralen Presssitzes in der Bohrung (als „Aufnahmeabschnitte" bezeichnet) sind geometrisch ähnlich (d.h. sie weisen die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Form auf). In der abgebildeten Ausführungsform ist jede Zone zylindrisch (d.h. ein kreisförmiger Querschnitt mit einheitlicher Geometrie quer zur Achse des Zapfens), jedoch können ein Verriegelungsband und dessen entsprechender Aufnahmeabschnitt ansonsten so geformt sein, dass sie entlang ihrer Längen einheitliche Querschnittsgeometrien aufweisen. Um den Presssitz zwischen dem Zapfen und der Bohrung an den Zonen 4 und 5 zu erhalten, sollten die Außenabmessungen des Zapfens die Innenabmessung der Bohrung übersteigen. Beispielsweise wenn die Zonen zylindrisch sind, sollte jeder Außendurchmesser der Zapfenzonen die Innendurchmesser der entsprechenden Zonen der Bohrung übersteigen. Wenn die Zonen andere Formen aufweisen, sollten die Abmessungen der Zapfenzonen die jeweiligen Abmessungen der Bohrung übersteigen. Der Abmessungsunterschied zwischen dem Zapfen und der Bohrung kann im Bereich von etwa 0,0005" bis etwa 0,0035" (etwa 10 μm bis etwa 100 μm) liegen. Die zwei Zonen müssen nicht die gleichen Abmessungsunterschiede aufweisen. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die Zone 4 einen Abmessungsunterschied von etwa 0,0020" (etwa 50 μm) und die Zone 5 einen Abmessungsunterschied von etwa 0,0010" (etwa 25 μm) aufweisen. Die Länge einer Zone mit diametralem Presssitz (d.h. deren Ausmaß entlang der Achse des Zapfens) kann in Bezug auf das gewünschte Ausmaß des Drehwiderstands variiert werden. In einigen Ausführungsformen kann jede Zonenlänge im Bereich von etwa 0,020" bis etwa 0,080" (etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm) liegen, um genügend Presssitzoberfläche bereitzustellen, um einen angemessenen Drehwiderstand des proximalen Körpers innerhalb des Schafts sicherzustellen, während vernünftige Zusammenbaukräfte durch Einstellen des Ausmaßes des Pressitzes, der Länge der Zone und der axialen Position der Zone(n) beibehalten werden können.
Einer oder beide des Zapfens und der Bohrung können an den Oberflächen, die in die Zonen des diametralen Presssitzes führen, kegelförmige und/oder gerundete Abschnitte aufweisen, um einen Abrieb einer oder mehrere Oberflächen während des Zusammenbaus zu vermeiden und folglich den Zusammenbau des proximalen Körpers mit dem Schaft zu erleichtern. In der in der 2A gezeigten Ausführungsform weist der Zapfen eine Kegelform 5b auf und die Bohrung weist eine Kegelform 4a auf.
Die 4 bis 12 veranschaulichen verschiedene Merkmale einer Anzahl alternativer Ausführungsformen. Die 4 zeigt eine Schaftkomponente 1, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der in der 4 gezeigte Schaft verjüngt sich auch in der medial-lateralen Abmessung, jedoch nicht in der antero-posterioren Richtung. Dies ist in den 5 und 6 ersichtlich, bei denen es sich um Querschnitte des in der 4 gezeigten Schafts bei den Schnittlinien handelt, die in dem mittleren Schaft bzw. dem distalen Schaft angegeben sind. Die 7 zeigt eine Ausführungsform eines Schafts, der Rillen 19 umfasst. Der in der 8 gezeigte Querschnitt zeigt die Rillen deutlicher. Die 9 zeigt einen Schaft, der einen Schlitz 20 definiert. Die 10 zeigt einen Querschnitt des distalen Schafts und zeigt den beispielhaften Schlitz deutlicher. Der Schlitz teilt den distalen Abschnitt des Schafts in Zinken. Der Schaft kann Schlitze bei anderen Winkeln und/oder zusätzliche Schlitze definieren, welche den Schaft in mehrere Zinken teilen. Andere Zinkenkonfigurationen sind z.B. im US-Patent Nr. 6,702,854 (Cheal et al.) beschrieben. Die 11 beschreibt einen beispielhaften Schaft, der Stege 21 und Rinnen 22 umfasst. Die 12 zeigt einen Querschnitt des distalen Schafts und zeigt die Stege und Rinnen deutlicher. Die 12 zeigt auch eine im Wesentlichen oktagonale Querschnittsform für den Schaft.
Zusammenfassung
Eine Gelenksprothese kann ein modulares Kopfelement, ein modulares Körperelement und ein Schaftelement umfassen. Das Schaftelement kann so kegelförmig sein, dass es durch eine Kegelpresspassung in der Markhöhle eines Knochens in Eingriff genommen werden kann. Das Körperelement kann in dem Schaftelement durch eine reibschlüssige Presspassung an einer Zone eines diametralen Presssitzes in Eingriff genommen werden.

Claims

Gelenksprothese, umfassend: ein Kopfelement, das so groß ist und so geformt ist, dass es mit einer Gelenkspfanne gelenkig verbunden werden kann, wobei das Kopfelement eine Kopfbohrung definiert; ein proximales Körperelement, das eine Basis; einen Stopfen, der von der Basis vorgewölbt ist und so groß und so geformt ist, dass er in der Kopfbohrung aufgenommen werden kann; und einen Zapfen umfasst, der von der Basis vorgewölbt ist, wobei der Zapfen ein Verriegelungsband umfasst, dessen Querschnittsgeometrie quer zur Achse des Zapfens einheitlich ist; und ein Schaftelement, das umfasst: einen proximalen Abschnitt, der eine Schaftbohrung definiert, die so groß ist und so geformt ist, dass sie den Zapfen aufnehmen kann, und die einen Aufnahmeabschnitt umfasst, dessen Querschnittsgeometrie quer zur Achse der Bohrung einheitlich ist und kleiner ist als die Querschnittsgeometrie des Verriegelungsbands, zum In-Eingriff-Nehmen des Verriegelungsbands des Zapfens durch eine reibschlüssige Presspassung, wenn das proximale Körperelement vollständig auf dem Schaftelement sitzt; und einen Schaft, der sich von dem proximalen Abschnitt erstreckt, der so groß ist und so geformt ist, dass er in einer Höhle eines langen Knochens sitzen kann, und der einen mittleren Schaftabschnitt und einen distalen Abschnitt des Schaftelements umfasst, wobei mindestens ein Teil des mittleren Schaftabschnitts und/oder des distalen Abschnitts so kegelförmig ist, dass die Querschnittsfläche des Schafts in diesem Abschnitt von dessen proximalem Ende zu dessen distalem Ende kontinuierlich abnimmt.
Gelenksprothese nach Anspruch 1, bei der das Verriegelungsband und der Aufnahmeabschnitt im Wesentlichen zylindrisch sind.
Gelenksprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der Zapfen des proximalen Körperelements ferner ein zweites Verriegelungsband umfasst, dass sich von der Basis des proximalen Körpers weiter entfernt befindet als das erste Verriegelungsband, wobei das zweite Verriegelungsband eine Geometrie mit konstantem Querschnitt entlang der Länge des zweiten Verriegelungsbands aufweist, und eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner ist als der Aufnahmeabschnitt der Schaftbohrung für das erste Verriegelungsband.
Gelenksprothese nach Anspruch 3, bei der die Bohrung des Schaftelements einen Aufnahmeabschnitt mit einer Geometrie mit konstantem Querschnitt umfasst, der mit dem Querschnitt des zweiten Verriegelungsbands des Zapfens des proximalen Körperelements identisch oder kleiner als dieser ist, zum In-Eingriff-Nehmen des zweiten Verriegelungsbands des Zapfens, wenn das proximale Körperelement vollständig auf dem Schaftelement sitzt.
Gelenksprothese nach Anspruch 4, bei der das zweite Verriegelungsband und der Aufnahmeabschnitt für das zweite Verriegelungsband im Wesentlichen zylindrisch sind.
Gelenksprothese nach Anspruch 5, bei der beide Verriegelungsbänder des Zapfens des proximalen Körperelements und beide Aufnahmeabschnitte der Bohrung des Schaftelements im Wesentlichen zylindrisch sind.
Gelenksprothese nach Anspruch 6, bei der die Verriegelungsbänder des Zapfens des proximalen Körperelements koaxial sind.
Gelenksprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der distale Abschnitt des Schafts des Schaftelements einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist.
Gelenksprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der proximale Abschnitt des Schaftelements nur in der medial-lateralen Abmessung kegelförmig ist.
Gelenksprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der proximale Abschnitt des Schaftelements sowohl in der medial-lateralen Richtung als auch in der anterior-posterioren Richtung kegelförmig ist.
Gelenksprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Basis des proximalen Körperelements mindestens eine Aufnahme definiert.
Gelenksprothese nach Anspruch 11, bei der das Schaftelement ferner einen Keil umfasst, der von dem proximalen Ende vorgewölbt ist, wobei der Keil so positioniert ist, dass er in mindestens einer Aufnahme des proximalen Körperelements aufgenommen wird, wenn die Schaftbohrung den Zapfen aufnimmt.
Gelenksprothese nach Anspruch 12, bei der die Basis des proximalen Körperelements ferner eine Mehrzahl von Aufnahmen definiert und der Keil selektiv in einer der Mehrzahl von Aufnahmen positionierbar ist.
Gelenksprothese nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher der Keil des Schaftelements im Wesentlichen zylindrisch ist.
Gelenksprothese nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der mindestens eine Aufnahme des proximalen Körperelements im Wesentlichen zylindrisch ist.
Gelenksprothese nach Anspruch 12, bei der sich der Keil in dem proximalen Körperelement und die Mehrzahl von Aufnahmen in dem Schaftelement befinden.
Gelenksprothese nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das proximale Körperelement ein Loch definiert, das durch den Zapfen verläuft.
Gelenksprothese nach Anspruch 17, bei der das Schaftelement ein Loch an der Basis der Bohrung definiert.
Gelenksprothese nach Anspruch 18, bei der das Loch des Schaftelements so mit einem Gewinde versehen ist, dass es einen Gewindebolzen aufnehmen kann.
Gelenksprothese nach Anspruch 19, bei der das Loch des proximalen Körpers zu dem Loch des Schaftelements koaxial ist.
Gelenksprothese nach einem der Ansprüche 18 bis 20, die ferner einen Bolzen umfasst, der so durch das Loch des proximalen Körpers und das Loch des Schaftelements hindurchtritt, dass er das Schaftelement in Eingriff nimmt.
Gelenksprothese nach einem der Ansprüche 18 bis 21, die ferner einen Bolzen umfasst, der so durch das Loch des proximalen Körpers und das Loch des Schaftelements hindurchtritt, dass er das Schaftelement und das proximale Körperelement in Eingriff nimmt.