DE2714387A1 - Trisphaerische schultergelenkprothese - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schulterprothese mit Lagerkugel und Fassung.

Der vollständige Austausch des Schultergelenks am Oberarmknochen erfordert eine Prothese mit einer Stabilität und einem Bewegungsbereich, die denen der menschlichen Schulter vergleichbar sind, verfügbare Vorrichtungen erfüllen diese Forderungen nicht vollständig. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vollersatzschulter mit einem Bewegungsbereich und einer Stabilität zu finden, die für menschliche Bedürfnisse ausreicht. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine solche Prothese zu schaffen, bei der Reparaturen und der Austausch von Verschleißteilen erleichtert sind.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Schultergelenkprothese in Kugelgelenkausführung mit einem kugeligen, die Kugel festhaltenden Element mit einem Paar biokompatibler ausgeschnittener Kunststoffhalbkugeln, die zwischen sich ein Paar gegenüberliegender sphärischer Lagerschalen teilen, wobei eine der Schalen einen Schulterteil aus biokompatiblem Metall mit einem Kugelkopf aufweist, die Halbkugeln durch eine Spanneinrichtung zusammengefügt sind, die die Kugelkopfteile drehbar in ihren Lagerschalen mit erheblichem Bewegungsbereich festhält, und weiterhin der Armknochen- und der Schulterteil mit Kugelkopf jeweils einen Schaft zur Befestigung derselben im Intermedullarkanal des Oberarmknochens bzw. im Schulterbereich der Schulter aufweisen und jeder Kugelkopfteil von seinem Schaft durch einen Flansch getrennt ist.

Die Flansche des Schulter- und des Armknochenteils sind vorzugsweise konkav vertieft und in solchem Abstand zu den jeweiligen Hälsen und Kugeln angeordnet, dass die Außenflächen der Halbkugeln jeweils an den konkaven Flächen der

Flansche anliegen, um die Eingriffsbewegung der Teile zu begrenzen, so dass eine scharfe Berührung zwischen der Kante der Halbkugeln und den Hälsen der Teile vermieden ist.

Eine Prothese nach der vorliegenden Erfindung erlaubt einen erheblichen Bewegungsbereich für die Schulter, in die sie eingepflanzt wird, ohne die Stabilität des Gelenks zu opfern. Weiterhin lassen sich Verschleißteile leicht reparieren und austauschen.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.

Fig. 1 ist ein Seitenriß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen der Schulter und dem Oberarm;

Fig. 2 ist eine teilweise weggebrochene Enddraufsicht des mittigen, kugeligen, eine Kugel festhaltenden Teiles der Ausführungsform der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt auf der Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung auf der Linie 4-4 der Fig. 1;

Fig. 5 ist eine Draufsicht des Kugelkopfelements der Fig. 1;

Fig. 6 ist eine Endansicht des Kugelkopfelements der Fig. 1 und 5 für das Schulterblatt vom Kugelende her gesehen;

Fig. 7 ist eine Endansicht des Schulterelements der Fig. 1 auf das Kugelende gesehen;

Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung auf der Linie 8-8 der Fig. 1;

Fig. 9 ist eine Teilansicht der in Fig. 1 in einer angewinkelten Stellung gezeigten Prothese;

Fig. 10 ist eine Teilansicht ähnlich der Fig. 9 in einer weiteren angewinkelten Stellung;

Fig. 11 ist ein Aufriß und zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zwischen einer Schulter und dem Oberarm;

Fig. 12 ist eine Teilansicht de in Fig. 11 angewinkelt dargestellten Prothese;

Fig. 13 ist eine Schnittansicht auf der Linie 13-13 der Fig. 12;

Fig. 14 ist eine Schnittdarstellung auf der Linie 14-14 der Fig. 11;

Fig. 15 ist eine äußere Draufsicht eines der halbkugelförmigen Kunststoffeinsätze in der Ausführungsform der Fig. 11 bis 14, wobei der andere Einsatz dem dargestellten spiegelbildlich entspricht;

Fig. 16 ist ein äußerer Aufriß des Einsatzes der Fig. 15;

Fig. 17 ist eine innere Draufsicht der mit Gewinde versehenen Halteschale in der Ausführungsform der Fig. 11 bis 14, wobei die Schale ohne Gewinde im wesentlichen spiegelbildlich ausgeführt ist;

Fig. 18 ist eine Schnittansicht auf der Linie 18-18 der Fig. 17;

Fig. 19 ist ein Vorderriß des in der Ausführungsform der Fig. 11 bis 14 gezeigten Armknochenteils der Prothese.

Die Fig. 1 zeigt eine trisphärische Schultergelenkprothese 10 mit einem Armknochenteil 12 sowie einem Schulterteil 14 mit der Armknochenkugel 16 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser wie etwa 12,5 mm (1/2 in.) bzw. einer Schulterblattkugel 18 etwa des gleichen Durchmessers. Die Kugel 16 und die

Kugel 18 sind in einem mittigen kugeligen Teil 20 drehbar festgehalten, dessen Durchmesser etwa 28,5 mm (1 - 1/8 in.) beträgt. Die spährischen Lagerfassungen 22 und 24 im Mittelteil 20 umfassen drehbar etwas mehr als die Hälfte der spährischen Köpfe der Kugeln 16, 18, um diese drehbar, aber sicher festzuhalten. Der Armknochenteil 12 weist weiterhin einen Hals 26 auf, der die Kugel 16 mit dem Flansch 28 verbindet, der im wesentlichen elliptisch bzw. oval gestaltet ist (vergl. Fig. 7). Die Kugel 16 und der Hals 26 sind etwa an einem der Brennpunkte des elliptischen Flansches 28 exzentrisch angeordnet. Der Schaft 30 ist an die andere Seite des Flansches 28 angebracht und sein leicht verjüngtes Ende 32 liegt unter einem Winkel von etwa 30° zum Flansch 28. Der Hals 26 und die Kugel 16 sind im wesentlichen rechtwinklig zur anderen Seite des Flansches 28 angeordnet. Das angebrachte Ende 34 des Schaftes 30 ist leicht radial gekrümmt in Ebenen, die parallel zur Hauptachse 36 des Flansches 28 verlaufen, und grenzt mit seiner konvexen Fläche 38 im wesentlichen unmittelbar an die Außenkante 40 des näher liegenden Endes des Flansches 28. Das andere Ende 42 des Flansches 28 verläuft eine erhebliche Entfernung von der konkaven Fläche 44 des gekrümmten Schaftteiles 34 nach außen.

Der Armknochenteil 12 und der Schulterteil 14 bestehen aus biokompatiblem Metall wie beispielsweise Vitallium. "Vitallium" ist ein Warenzeichen der Fa. Howmedica, Inc. für eine spezielle Cobalt-Chromlegierung, die für gegossene Teil- und Vollgebisse und für interne Anwendungen durch Chirurgen entwickelt wurde und verwendet wird. Cobalt und Chrom machen über 90% der Zusammensetzung aus. Vitallium ist gekennzeichnet durch ein spezifisches Gewicht von 8,29, einer Zugfestigkeit von minimal 6680 kg/cm[hoch]2 (95.000 lbs./sq. in.), einer Streckgrenze für 2% Versatz ("offset") von minimal 4570 kg/ cm[hoch]2 (65.000 lbs./sq.in.), einer Flächenreduktion von minimal 8%, einer Dehnung von min.

<NichtLesbar>
einem Elastizitätsmodul von 2,11 bis 2,225 x 10[hoch]6 kg/cm[hoch]2 (30.000.000 bis 32.000.000 lbs.sq. in.). Wenn poliert, ist es äußerst glatt und dauerhaft glänzend. Seine hervorragenden Eigenschaften sind eine klinische Inertheit gegenüber lebendem Gewebe sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit.

Der Schulterteil 14 ist mit einem Hals 46 versehen, der die Kugel 18 mit im wesentlichen dem Mittelpunkt des elliptischen Flansches 48 verbindet, wie die Fig. 6 zeigt, und zwar in im wesentlichen rechtwinkliger gegenseitiger Anordnung. Der T-förmige Befestigungsschaft 50 ist an die andere Seite des Flansches 48 im wesentlichen in einer Linie mit der Hauptachse 52 angefügt. Der Schaft 50 weist einen im wesentlichen schmalen Steg 54 auf, der die längliche Basis 56 mit dem Flansch 48 verbindet. Der Steg 54 ist an einem Ende länger als am anderen und hält also die Basis 56 unter einem spitzen Winkel relativ zum Flansch 48 - beispielsweise etwa 15°. Der Schulterschaft 50 und der Armschaft 30 werden mit einem geeigneten Knochenzement - beispielsweise Methylmethacrylat - in der Sollage festgeklebt.

Der Mittelteil 20 weist ein Paar ausgeschnittener Halbkugeln aus biokompatiblem Kunststoff 58 auf, wie in den Fig. 2,3 und 4 gezeigt, die die sphärischen Lagerschalen 22 und 24 mit etwas größerer als der radialen Tiefe untereinander teilen, um die Kugeln 16 und 18 festzuhalten. Die Halbkugeln 58 sind beispielsweise aus hochdichtem oder ultradichtem Polyäthylen hergestellt. Sie sind sicher über den Kugeln 16, 18 durch einen u-förmigen Kragen 60 und Flachkopfschrauben 62 zusammengefügt, die in den Arm 64 eingeschraubt sind und durch den Arm 66 des Kragens 60 verlaufen. Der Kragen 60 und die Schrauben

62 sind beispielsweise ebenfalls aus Vitallium hergestellt. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Schraubenlöcher in den Kunststoff-Halbkugeln 62 geringfügig kleiner als der Hauptdurchmesser der Schrauben 62, um sie reibschlüssig festzulegen.

Die Fig. 1, 9 und 10 zeigen verschiedene angelegte Stellungen der Schulterprothese 10. In der Fig. 1 liegen der Armknochenteil 12 und der Arm 68 im wesentlichen in einer abwärts verlaufenden Lage, wobei die Einwärtsbewegung des Armknochenteils 12 durch das Anliegen des Halses 26 an der unteren Kante der Lagerfassung 22 begrenzt ist.

Die Fig. 9 zeigt die Prothese 10 leicht angehoben, wobei die Lagerfassung 24 des Mittelteils 20 sich um die Kugel 18 aufwärts gedreht hat, bis die Außenkante der Fassung 24 auf dem Hals 26 aufliegt. Die Aufwärtsbewegung der Lagerschale 24 um die Kugel 18 liegt etwa 40° aufwärts von der in Fig. 1 gezeigten im wesentlichen waagerechten Lage. In der Fig. 9 nimmt der Armknochenteil 12 die gleiche Lage relativ zum Mittelteil 20 an, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.

Die Fig. 10 zeigt den Armknochenteil 12 in seiner Lagerschale 22 aufwärts gedreht, bis die andere Seite des Halses 26 auf der Kante der Fassung 22 aufliegt. Diese Bewegungsweite des Armknochenteils 12 aus der in Fig. 9 gezeigten Lage bis in die Lage der Fig. 10 beträgt etwa 75°. Die gesamte Aufwärts-Winkelbewegung in der dargestellten Bewegungsebene der Schulterprothese 10 beträgt daher etwa 115°.

Die Prothesevorrichtung 10 hat daher die folgenden Besonderheiten und Vorteile:

1. Sie zeigt einen sehr weiten Bewegungsbereich, ohne an Stabilität zu opfern, und stellt ein stabiles versperrtes Gelenk mit einem weiten Bereich der Gelenkverbindung dar, der größer ist als bei derzeit verfügbaren Gelenkprothesen.

2. Die Vorrichtung stellt einen Ersatz für den Oberarmknochenkopf und/oder -schaft und/oder einen Teil der Gelenkgrube dar. Der Armknochen- und der Schulterteil werden mit Methylmethacrylat befestigt. Beim Eingriff muß über den Deltapectoralbereich vorgegangen, die Kapsel ausgebogen und die Vorrichtung eingesetzt werden. Die Kapsel wird, wenn indiziert, mit Beibehaltung der Muskel- und Sehnenstruktur gehaltert.

3. Die Überlappung entlang der Äquatorlinie ist gesteuert, um einen sehr weiten Bewegungsbereich und Stabilität der über drei Kugeln verlaufenden Verbindung herzustellen und gleichzeitig die Verrenkkräfte unter denjenigen zu halten, bei denen Schaden an der Grenzfläche zwischen dem Kleber und der Gelenkgrube an der Prothese auftritt.

4. Infolge der gespaltenen Kunststoffkonstruktion ist keine Schnappanordnung erforderlich, wie sie bei vielen Einrichtungen des Standes der Technik vorliegt und örtliche Verformungen der Kunststoffoberflächen ergibt.

5. Die Eigensperrung der Schrauben bewirkt eine Eigenhaltfähigkeit mit dem Kunststoff.

6. Die unterschnittene Oberfläche auf der Unterseite des Armknochenflansches hält den Kleber zurück, so dass die seitliche Stabilität und die Fixierung erheblich verbessert werden.

7. Der Gelenkgruben-Teil weist einen Schaft mit T-förmigem Abschnitt auf, der aufliegenden Zuglasten widersteht und daher die Fixierung der Prothese verbessert.

8. Der gespaltene Kragen erlaubt eine dauerhafte Befestigung beider Komponenten mit dem Gelenkmedium (Kunststoff), erlaubt einen leichten Zusammenbau und ein einfaches Auseinandernehmen; außerdem können die Kunststoffteile ohne Störung der an ihnen befestigten Metallkomponenten herausgenommen und ersetzt werden.

9. Eine Reibungsarme Bewegung über etwa 300° Kugelbewegung lässt sich erreichen.

10. Der die Kugel haltende sphärische Mittelteil aus hochdichtem Polyäthylen lässt sich leicht auswechseln.

Die Fig. 11 zeigt eine bevorzugte trispährische Schulterprothese nach der vorliegenden Erfindung, die der in Fig. 1 gezeigten ähnlich ist, wobei für beide Ausführungsformen identische Teile die gleichen Bezugszeichen tragen. Wie in den Fig. 11 - 14 gezeigt, sind die Polyäthylen-Halbkugeln 58 fest um die Kugeln 16, 18 herum mit einem Paar halbkugeliger Schalen 76, 77 sowie den Sechskant-Kopfschrauben 62 in den Gewindelöchern 78 in der Schale 77 festgelegt, die durch die glatte Fassung 80 in der Schale 76 verlaufen. Die Schalen 76, 77 sowie die Schrauben 62 können beispielsweise ebenfalls aus Vitallium hergestellt sein. Die Fassungen 78 und 80 sowie die Köpfe der Schrauben 62 sind in Vertiefungen 82 in den Schalen 76, 77 festgelegt. Die Vertiefungen 82 in den Schalen 76, 77 werden von zu ihnen passenden Vertiefungen 74 in den halbkugeligen Einsätzen 58 aufgenommen.

Die Fig. 11 und 12 zeigen unterschiedliche Gelenkstellungen der Schulterprothese der Fig. 10. In Fig. 11 sind der Armknochenteil 12 und der Arm 68 in im wesentlichen abwärts hängender vertikaler Lage dargestellt, wobei die Einwärtsbewegung des Armknochenteils 12 durch den Anschlag des Halses 26 auf die untere Kante der Fassung 22 begrenzt wird.

Die Fig. 12 zeigt die Prothese 10 in einer etwas angehobenen Lage, in der die Kugel 16 des Mittelteils 20 in der Fassung 22 etwa 30° aus der in Fg. 11 gezeigten Lage aufwärts gedreht ist.

Die Fig. 13 zeigt den schmalen Raum 70 zwischen den Schalen 76, 77, wenn diese aneinander befestigt sind. Dieser Raum stellt sicher, dass die Kunststoffeinsätze 58 fest um die Kugeln 16, 18 herumliegen. Infolge der Überlappung bzw. Verlängerung des Kunststoffs über die Äquatorlinie der Kugelköpfe hinaus (vergl. Fig. 11) werden die Kugelteile vollständig in den Kunststoffeinsätzen 58 festgehalten. Eine weitere vollständige Halterung der Teile erfolgt, weil die Öffnung in der Metallschale einen geringeren Durchmesser hat als die Kugelköpfe.

Am äußeren Ende der Bewegung berührt die Außenfläche 72 der Flansche 28 und 48 die Außenflächen der Metallschalen 76, 77. Auf diese Weise wird die Belastung über eine größere Fläche verteilt und werden Stoßspannungen verringert. Bei vielen derzeit angebotenen Konstruktionen kann die dünne Kante des Paßteils den Hals berühren, so dass die sich berührenden Flächen sich verformen, da an dieser Stelle sehr hohe Lagerspannungen auftreten.

Zum Ende des erlaubten Bewegungsbereiches können die Teile sich nicht voneinander abwälzen. Beide einpflanzbaren Komponenten drehen um ihren Augenblicksmittelpunkt und erzeugen dabei einen Drehvektor, der in den Kunststoff und in die umgebende Metallschale hineingerichtet ist. Damit also das Gelenk sich öffnen kann, muß der Kugelkopf den Kunststoff verformen und die Schale örtlich aufdrücken - eine sehr unwahrscheinliche Möglichkeit

Claims (16)

1. Schultergelenkprothese mit Lagerkugel und -fassung, gekennzeichnet durch ein sphärisches, die Lagerkugeln festhaltendes Element mit einem paar ausgeschnittener Halbkugeln aus biokompatiblem Kunststoff, die zwischen sich ein Paar gegenüberliegender sphärischer Fassungen teilen, von denen die eine einen Armknochenteil aus biokompatiblem Metall mit Kugelkopf und die andere einen Schulterteil aus biokompatiblem Metall mit Kugelkopf aufnehmen, welche Halbkugeln durch eine Spannvorrichtung aneinandergefügt sind, die bewirkt, dass die mit Kugelkopf versehenen Teile drehbar in ihren jeweiligen Fassungen bei erheblichem Bewegungsfreiraum festgehalten werden, wobei der Armknochen - und der Schulterteil mit den Kugelköpfen auch Schäfte aufweisen, um diese in den Intermedullarkanal des Überarmknochens einer Schulter einerseits und in den Schulterblattbereich der Schulter andererseits einzubringen und jeder Kugelkopf-Teil von seinem Schaft durch einen Flansch getrennt ist.

2. Schultergelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Spanneinrichtung um einen im wesentlichen u-förmigen Kragen handelt, der ein Paar Arme sowie Befestigungsmittel aufweist, die die Arme miteinander verbinden und durch die Kugeln hindurch verlaufen.

3. Schultergelenkprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft des Armknochenteils mit Kugelkopf langgestreckt ist und sich verjüngt.

4. Schultergelenkprothese nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der

Armknochenschaft unter einem Winkel von etwa 30° zum Flansch angeordnet ist und der Kugelkopf des Armknochenteils an diesen Flansch über einen Hals angebracht ist, der in einem Winkel von etwa 90° zu diesem Flansch liegt.

5. Schultergelenkprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Schafts im Armknochenteil, an dem dieser in den zugehörigen Flansch übergeht, eine geringe radiale Krümmung aufweist.

6. Trisphärische Schultergelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft für den Schulterteil im wesentlichen T-förmig ist.

7. Schultergelenkprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der T-förmige Schaft eine flache Basis aufweist, die unter einem spitzen Winkel zum Flansch des Schulterteils liegt.

8. Schultergelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche am Armknochen- und am Schulterteil im wesentlichen oval sind.

9. Schultergelenkprothese nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf des Armknochenteils nahe einem Ende des ovalen Flansches befestigt ist.

10. Schultergelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein kurzer Hals jeden Kugelkopf mit seinem Flansch verbindet.

11. Schultergelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung ein Paar Metallschalen, die die Halbkugeln im wesentlichen umgeben und einschließen, sowie Befestigungsmittel aufweist, die die Metallschalen zusammenfügen.

12. Schultergelenkprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschalen Umfangsteile und Vertiefungen aufweisen, wobei die Vertiefungen Fassungen enthalten, um Befestigungsmittel in den Umfangsteilen aufzunehmen.

13. Schultergelenkprothese nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das kugelige, die Lagerkugeln festhaltende Element weitere Vertiefungen aufweist, die mit den Vertiefungen in den beiden Metallschalen versperrt sind, um das die Kugeln festhaltende Element und die Schalen zwangsweise miteinander zu versperren.

14. Schultergelenkprothese nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die kugeligen, die Lagerkugeln festhaltenden Elemente und die Schalen Übergangsflächen aufweisen, die gegeneinander versetzt sind.

15. Schultergelenkprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel Fassungen in den Schalen und in die Fassungen eingesetzte Kopfschrauben sind.

16. Schultergelenkprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelköpfe des Armknochen- und des Schulterteils mit den jeweiligen Flanschen über Hälse verbunden sind und die den Kugeln zugewandten Flanschober- flächen konkav gestaltet und so angeordnet sind, dass die Außenflächen der Schalen die konkaven Flächen in den Schalen berühren, um die Relativbewegung des Armknochens relativ zum Schulterteil zu begrenzen.