FREI, Rudolf (Talackerstrasse 13, Baar, CH-6340, CH)
FREI, Rudolf (Talackerstrasse 13, Baar, CH-6340, CH)
PATENTANSPRüCHE
1. Verankerungselement (1) zur Verankerung einer Endoprothese in einem Röhrenknochen, gekennzeichnet durch eine mit einem Prothesenkopf (2) der Endoprothese verbundene flexible Hülle zur Aufnahme einer die Hülle nach aussen, gegen den Röhrenknochen drückenden Füllung (4) .
2. Verankerungselement (1) nach Anspruch 1, wobei die Hülle Verankerungsdrähte (Ia) beinhaltet.
3. Verankerungselement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verankerungsdrähte (Ia) im Prothesenkopf (2) lösbar fixiert sind.
4. Verankerungselement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Fixation durch ein Zusammenwirken eines Prothesenkopfinnenteils (2a) mit einem Prothesenkopfaussenteil (2b) entsteht, wobei der Prothesenkopfinnenteil (2a) die Verankerungsdrähte (Ia) gegen den Prothesenkopfaussenteil (2b) presst.
5. Verankerungselement (1) nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass Verankerungsdrähte (Ia) an ihren vom Prothesenkopf (2) abgewandten Enden von einem Prothesenendteil (3) zusammengehalten werden.
6. Verankerungselement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Verankerungsdrähte (Ia) im Prothesenendteil (3) verschlungen sind.
7. Verankerungselement (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Verankerungsdrähte (Ia) eine Schlaufe im Markraum bilden, ohne das Prothesenendteil (3) zu berühren.
8. Verankerungselement (1) nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsdrähte (Ia) teilweise untereinander verflochten sind.
9. Verankerungselement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsdrähte (Ia) teilweise miteinander unlösbar verbunden sind.
10. Verankerungselement nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsdrähte (Ia) verdrillt sind, so dass sich die Hülle beim Lösen der Verdrillung ausweitet.
11. Verankerungselement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung
(4) eine Vielzahl von festen Füllkörpern beinhaltet, wobei das Volumen eines einzelnen Füllkörpers wesentlich kleiner ist als das von der Hülle umschlossene Volumen im implantierten Zustand.
12. Verankerungselement (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper Verankerungskugeln (4) sind.
13. Verankerungselement (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Verankerungskugeln (4) zu einer Kette verbunden sind.
14. Verankerungselement (1) nach einem der Ansprüche 11- 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Prothesenkopfinnenteil (2a) eine Druckschraube (5) für das Hineinpressen der Füllkörper (4) vorgesehen ist.
15. Verankerungselement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle und/oder die Füllung (4) aus mindestens einem biokompatiblen Metall hergestellt sind.
16. Endoprothese zum Einsatz in einem Röhrenknochen, mit einem Prothesenkopf (2) und einem mit dem
Prothesenkopf (2) verbundenen Verankerungselement (1) , dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (1) ein Verankerungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.
17. Verfahren zur Verankerung einer Endoprothese nach Anspruch 16 in einem Röhrenknochen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle ohne Füllung in eine dafür vorgesehene öffnung im Röhrenknochen eingeführt und nach der Einführung mit der Füllung (4) gefüllt wird, so dass sie von der Füllung (4) nach aussen, gegen den Röhrenknochen gedrückt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (1) zusätzlich mit einem Zementmaterial am Röhrenknochen fixiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Zementmaterial vor und/oder während des Füllens mit oder ohne Füllung appliziert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17-19, wobei eine unabhängige Verankerungskugelsperre und/oder Zementsperre inseriert wird, bevor das Verankerungselement (1) in den Röhrenknochen eingebracht wird. |
VERäNKERUNGSELEMENT FüR ENDOPROTHESEN IN RöHRENKNOCHEN
FACHGEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf die Verankerung von Endoprothesen in Röhrenknochen. Sie betrifft ein Verankerungselement, eine Endoprothese mit einem derartigen Verankerungselement und ein Verfahren zur Verankerung einer derartigen Endoprothese, gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
STAND DER TECHNIK
Um den Stand der Technik zu beschreiben, betrachten wir die Verankerungstechnik von proximalen Femurprothesen. Folgende Prothesentypen sind bekannt und im Einsatz: die Schaftprothese, die Kurzschaftprothese, die Kappenprothese und die Druckscheibenprothese.
Die Verankerung von Schaftprothesen erfolgt durch einem Metallschaft, welcher entweder zementiert oder zementfrei in den Markraum eingebracht wird. Bei der zementfreien Insertion wird der Markraum so bearbeitet, dass das Implantat möglichst kraftschlüssig eingebracht werden kann. Bei der zementierten Schaftprothese wird der Markraum mit Knochenzement aufgefüllt, um die Prothese formschlüssig zu verankern. In beiden Fällen geht dadurch die natürliche Elastizität des Knochens im Bereich der Verankerung verloren, und der unerwünschte Effekt des
„stress shielding" (Lastabschirmung) kommt zum tragen. Die Belastungsabschirmung des Knochengewebes im Bereich der Verankerung und der daraus resultierende Knochenabbau
führen zu Lockerungen des Implantats. Im Weiteren wirken sich die Belastungen des Implantats verstärkt auf das Prothesenende aus. Dadurch wird das Frakturrisko am Prothesenende deutlich erhöht.
Bei einer Kurzschaftprothese handelt es sich um eine zementfreie Hüftprothese, die im Vergleich zu einer klassischen Schaftprothese einen um ca. 2/3 verkürzten Prothesenschaft aufweist. Die Nachteile der Kurzschaftprothese liegen wie bei der Schaftprothese im „stress-shielding" und der daraus folgenden Knochenatrophie. Auch bei der Kurzschaftprothese kommt es oftmals zu Frakturen am Prothesenende oder zur Knochenperforation .
Bei der Kappenprothese werden die geschädigten Gelenkflächen passgerecht zugefräst, so dass die Kappe in Verbindung mit einem Knochenzement auf dem Knochen verankert werden kann. Der mit dem Zentrum der Kappe verbundene Dorn wird in den Schenkelhals eingeführt und sorgt für zusätzliche Stabilität. Dieser Prothesentyp eignet sich ausschliesslich für jüngere, aktive Patienten.
Bei der Druckscheibenprothese erfolgt die Verankerung durch einen Schraubbolzen, der durch den Oberschenkelhals geführt wird und die proximale Druckscheibe mit einer lateral am Femur anliegenden Druckplatte verspannt. Dieser Prothesentyp ist wie die Kappenprothese auf eine gute Knochenqualität des proximalen Femurs angewiesen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verankerung für Endoprothesen in Röhrenknochen zu schaffen, welche die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist. Die Verankerung soll insbesondere knochenschonend inseriert werden, kraft- oder formschlüssig inseriert werden, den Prothesenkopf primärstabil verankern, gute Bedingungen für die Osseointegration gewährleisten, das Frakturrisiko am Prothesenende vermindern und unabhängig von der Knochenqualität anwendbar sein.
Diese und andere Aufgaben werden durch das erfindungsgemässe Verankerungselement, wie es im ersten Patentanspruch definiert ist, gelöst. Ein weiterer Patentanspruch definiert eine Endoprothese mit dem erfindungsgemässen Verankerungselement . Ferner wird auch ein Verfahren zur Verankerung der erfindungsgemässen Endprothese angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht auf der Idee, ein flexibles Verankerungselement zu schaffen, welches zur Einführung in die vorgesehene öffnung im Röhrenknochen möglichst kleine Querdimensionen hat. Nach der Einführung wird das Verankerungselement durch Aufbau eines Innendrucks ausgeweitet, so dass es sich möglichst an die Innenwände der öffnung anschmiegt. Durch den Innendruck entstehen grosse Radialkräfte zwischen dem Verankerungselement und den Innenwänden der öffnung, die zu einer hohen Haftreibung führen. Diese Haftreibung fixiert das Verankerungselement kraftschlüssig in der öffnung. Je nach
Ausführungsform ist zusätzlich zur kraftschlüssigen eine formschlüssige Verbindung möglich.
Somit weist das erfindungsgemässe Verankerungselement zur Verankerung einer Endoprothese in einem Röhrenknochen eine mit einem Prothesenkopf der Endoprothese verbundene flexible Hülle zur Aufnahme einer die Hülle nach aussen, gegen den Röhrenknochen drückenden Füllung auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Hülle Verankerungsdrähte. Die Füllung beinhaltet vorzugsweise eine Vielzahl von festen Füllkörpern, wobei das Volumen eines einzelnen Füllkörpers wesentlich kleiner ist als das von der Hülle umschlossene Volumen im implantierten Zustand. Die Füllkörper können z. B. als
Verankerungskugeln mit gleichen oder unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt sein.
Die erfindungsgemässe Endoprothese zum Einsatz in einem Röhrenknochen, weist einen Prothesenkopf und einen mit dem Prothesenkopf verbundenes Verankerungselement auf. Das Verankerungselement ist ein erfindungsgemässes Verankerungselement .
Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren zur Verankerung einer erfindungsgemässen Endoprothese in einem Röhrenknochen wird die Hülle ohne Füllung in eine dafür vorgesehene öffnung im Röhrenknochen eingeführt und nach der Einführung mit der Füllung gefüllt, so dass sie von der Füllung nach aussen, gegen die Kortikalis (Knochenwand) gedrückt wird.
Das erfindungsgemässe Verankerungselement ist zum Einsatz ohne Zementmaterial geeignet. Je nach Anwendung kann es aber vorteilhaft sein, das Verankerungselement zusätzlich mit einem Zementmaterial am Röhrenknochen zu fixieren.
Mit dem erfindungsgemässen Verankerungselement wird eine hervorragende und sofortige Primärstabilität des Implantats erreicht. Die Struktur aus Verankerungsdrähten und Verankerungskugeln, welche an die Kortikalis drücken, bildet die ideale Voraussetzung für die Osseointegration. Mit dem erfindungsgemässen Verankerungselement wird die Lasteinleitung nahe dem Gelenkzentrum möglich. Somit findet nur ein geringfügiger Umbau der Knochensubstanz statt, und es gibt keine Lockerung des Implantats. Die erfindungsgemässe Endoprothese ist knochenanatomieunabhängig und dadurch sehr -vielseitig einsetzbar. Das erfindungsgemässe Verankerungselement ist in verschiedenen Längen ausführbar, bspw. mittels der Länge der Verankerungsdrähte.
Die Anatomie von Röhrenknochen ist für ein erfindungsgemässes Verankerungselement irrelevant, weil sich die Hülle an der Kortikalis anpasst. Ausweitungen oder Krümmungen am Knochen wirken sich für die Stabilität vorteilhaft aus, weil sich dadurch die potenzielle Kontaktfläche zwischen der Hülle und dem Knochen vergrössert .
Die Operationstechnik für die Implantation einer erfindungsgemässen Endoprothese ist sicher und reproduzierbar. Die Operation ist knochenschonend und bietet Rückzugsmöglichkeiten. Für die Operation werden nur wenige standardisierte Instrumente benötigt.
Die erfindungsgemässe Endoprothese kann auch zementiert implantiert werden. Dabei wird vor und/oder während des Einfüllens der Füllung Knochenzement beigemischt, oder der Zement wird ohne Füllung in den Markraum eingebracht, so dass die Hülle die Funktion einer Armierung übernimmt.
AUFZäHLUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen schematisch erläutert.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Humerusprothese im implantierten Zustand (a) in einer Seitenansicht und (b) in einer Frontalansicht .
Figur 2 zeigt die Humerusprothese von Fig. 1 vor der Implantation (a) in einer Seitenansicht, (b) in einem Längsschnitt, (c) in einer perspektivischen Ansicht und (d) in einer perspektivischen, teilweise längs aufgeschnittenen Ansicht,
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Humerusprothese vor der Implantation (a) in einer Seitenansicht und (b) in einem Längsschnitt .
Figuren 4 und 5 zeigen Innenansichten von Teilen zweier äusführungsformen des erfindungsgemässen Verankerungselementes .
Figur 6 zeigt eine erfindungsgemässe Femurprothese (a) in einer Seitenansicht
und (b) in einer teilweisen Explosionsansicht .
AUSFüHRUNG DER ERFINDUNG
Figur 1 veranschaulicht die Erfindung anhand einer zementfrei implantierten distalen Humerusprothese mit Drahtverankerung im implantierten Zustand. Ein Röhrenknochen ist gestrichelt angedeutet. Figur 2 zeigt dieselbe Ausführungsform der erfindungsgemässen Humerusprothese vor der Implantation. Die erfindungsgemässe Endoprothese beinhaltet ein Verankerungselement 1 und einen mit dem Verankerungselement 1 verbundenen Prothesenkopf 2 als Verbindungsglied zwischen dem Verankerungselement 1 und einem (nicht dargestellten) Gelenkgegenstück. Das Verankerungselement 1 weist eine mit dem Prothesenkopf 2 verbundene flexible Hülle zur Aufnahme einer die Hülle nach aussen, gegen den Röhrenknochen drückenden Füllung auf.
In der Ausführungsform von Figur 1 besteht die flexible Hülle des Verankerungselementes 1 aus einer Vielzahl von Verankerungsdrähten Ia, die im Prothesenkopf 2 lösbar fixiert sind. Die Verankerungsdrähte Ia sind vorzugsweise aus einem biokompatiblen Metall hergestellt. Sie können im Querschnitt rund, eckig gewalzt oder gerändelt sein oder eine beliebige andere Querschnittform aufweisen. Der Operateur kann die optimale Länge der Verankerung aufgrund mehrerer vorgegebener Drahtlängen wählen. Die Längen einer Primär- bzw. einer Revisionsprothese unterscheiden sich wesentlich. Die Fixierung der Verankerungsdrähte Ia erfolgt, indem ein keilförmiger (konusförmiger)
Prothesenkopfinnenteil 2a gegen die Verankerungsdrähte Ia und letztlich gegen einen Prothesenkopfaussenteil 2b gepresst wird. Die Innenform des Prothesenkopfaussenteils 2b entspricht dabei der Keilform (Konusform) des Prothesenkopfinnenteils 2a.
Die vom Prothesenkopf 2 abgewandten Enden der Verankerungsdrähte Ia werden von einem Prothesenendteil 3 zusammengehalten. Im Ausführungsbeispiel von Figur 1 sind mindestens zwei Verankerungsdrähte Ia im Prothesenendteil 3 verschlungen. Alle weiteren Verankerungsdrähte Ia sind entweder im Prothesenendteil 3 geführt, bilden eine Schlaufe ohne den Prothesenendteil 3 zu berühren oder befinden sich lose im Markraum ohne den Prothesenendteil 3 zu berühren. Dementsprechend weist der Prothesenendteil 3 Bohrungen zur Führung von Verankerungsdrähten Ia und/oder Mittel für das Verschlingen von mindestens zwei Verankerungsdrähten Ia auf.
Der Hohlraum innerhalb der Verankerungsdrähte Ia, zwischen dem Prothesenkopf 2 und dem Prothesenendteil 3, wird während der Operation mit Verankerungskugeln 4 aufgefüllt. Dies geschieht vorzugsweise über die Zentrumsbohrung im Prothesenkopfinnenteil 2a. Eine Druckschraube 5 im Prothesenkopfinnenteil 2a dient dem Hineinpressen der- Verankerungskugeln 4 sowie dem Verschluss des Markraums auf der Gelenkseite. Die Druckschraube 5 wird im Prothesenkopfinnenteil 2a lösbar fixiert. Sie kann z. B. aus einer Kobalt-Chrom-Legierung hergestellt sein. Zwei Sicherungsschrauben 6 sind bspw. im
Prothesenkopfaussenteil 2b eingeschraubt und verhindern ein Lösen des Prothesenkopfinnenteils 2a. Das Prothesenendteil 3 bildet den Abschluss der
Drahtverankerung und verhindert, dass die Verankerungskugeln 4 weiter in den offenen Markraum vordringen. Je nach Prothesentyp kann es notwendig sein, vor der Implantation der Endoprothese eine unabhängige Kugel- oder Zementsperre im Markraum zu platzieren.
Durch das Hineinpressen der Verankerungskugeln 4 dehnt sich die Drahthülle des Verankerungselementes 1 aus, und es entsteht eine starke Haftreibung zwischen der Verankerung und der Kortikalis. Dies führt zu einer hervorragenden und sofortigen Primärstabilität des Implantats .
Die Verankerungskugeln 4 können aus einem biokompatiblen Metall mit gehärteten und/oder polierten Oberflächen bestehen. Bei den Verankerungskugeln 4 kann es sich um lose Kugeln mit gleichen oder verschiedenen Durchmessern handeln oder um Kugelketten, die aus mindestens zwei miteinander verbundenen Kugeln bestehen. Der Einfachheit halber werden wir nachstehend nur von Verankerungskugeln 4 sprechen. Der Prothesenkopf 2 und das Prothesenendteil 3 unterscheiden sich wesentlich zwischen den verschiedenen Prothesen.
Die Struktur aus Verankerungsdrähten 1 und
Verankerungskugeln 4 bildet die ideale Voraussetzung für die Osseointegration und somit zur Sekundärstabilität des Implantats. Dies verstärkt den Röhrenknochen im Bereich des Verankerungselementes 1 zusätzlich. Selbstschneidende Verankerungsrippen am Prothesenkopf 2 und/oder
Kortikalisschrauben 10 die den Prothesenkopf 2 am Knochen fixieren sorgen für eine verbesserte Primärstabilität.
Die zweite Ausführungsform gemäss Figur 3 ist der ersten Ausführungsform der Figuren 1 und 2 ähnlich. Analoge Elemente sind mit denselben Bezugszeichen wie in Figuren 1 und 2 bezeichnet und werden hier nicht mehr erläutert. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die
Verankerungsdrähte Ia vor der Implantation miteinander verdrillt sind. Dank der Verdrillung ist das Verankerungselement 1 besonders kompakt und schlank, was die Implantation erleichtert. Während oder nach der Implantation wird die Verdrillung gelöst, wodurch sich die Drahthülle des Verankerungselementes 1 ausweitet. Die Ausweitung wird durch das Befüllen mit den Verankerungskugeln 4 unterstützt und verstärkt.
Im Ausführungsbeispiel von Figur 4 sind die
Verankerungsdrähte 1 teilweise durch Klammern 7 miteinander verbunden. Im Ausführungsbeispiel von Figur 5 sind die Verankerungsdrähte Ia teilweise miteinander verflochten. Die Klammern 7 bzw. die teilweise Verflechtung der Verankerungsdrähte Ia sorgen für eine gewünschte, vorzugsweise gleichmässige Verteilung der Verankerungsdrähte Ia entlang des Umfangs des Verankerungselementes 1. Sie verleihen dem Verankerungselement 1 eine erhöhte Stabilität und verhindern, dass sich die Verankerungsdrähte Ia an bestimmten Stellen entlang des Umfangs anhäufen, während andere Stellen mit nur wenigen oder gar keinen Verankerungsdrähte Ia versehen sind.
Eine erfindungsgemässe Femurprothese ist in Figur 6 dargestellt. Viele Elemente dieser Femurprothese sind analog zu Elementen der anlässlich der Figuren 1-3 diskutierten Humerusprothesen. Sie werden mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet und brauchen hier nicht erneut erläutert zu werden. Die Femurprothese beinhaltet eine Femurplatte 9. Diese drückt im implantierten Zustand auf die Knochenfläche beim entfernten Schenkelhals des proximalen Femurs und bildet so den Abschluss des
Markraums. Ferner drückt die Femurplatte 9 gegen den Prothesenkopfinnenteil 2a. Drei Sicherungsschrauben 6 verhindern, dass sich der Prothesenkopfinnenteil 2a lösen kann, indem sie durch die Femurplatte 9 hindurch in den Prothesenkopfaussenteil 2b geschraubt werden. Mindestens eine Kortikalisschraube 10 verbindet die Femurplatte 9 mit dem Femur. Die Kortikalisschrauben 10 tragen wesentlich zur Primärstabilität des Prothesenkopfs 2 bei.
Die Hülle des Verankerungselementes 1 ist in der Ausführungsform von Figur 6 aus zwei Schichten von Verankerungsdrähten Ia aufgebaut, die von einem Verbindungselement 8, aufgeteilt und/oder geführt werden.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die oben diskutierten Ausführungsformen. Die diskutierten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden. Als Hülle für das erfindungsgemässe Verankerungselement 1 kommen auch weitere flexible Gebilde wie Gewebe, Geflechte, Netze oder Folien in Frage. Die Füllung kann alternativ zu den oben diskutierten festen Füllkörpern aus einem im Wesentlichen homogenen Material bestehen, oder eine Kombination von homogenem Material und festen Füllkörpern sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Verankerungselement
Ia Verankerungsdrähte
2 Prothesenkopf
2a Prothesenkopfinnenteil
2b Prothesenkopfaussenteil
3 Prothesenendteil
4 Verankerungskugeln
5 Druckschraube β Sicherungsschrauben
7 Klammer
8 Verbindungselement
9 Femurplatte
10 Kortikal!sschrauben
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