DE2545821A1 - ARTIFICIAL KNEE JOINT - Google Patents
ARTIFICIAL KNEE JOINTInfo
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- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
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- A61F2/38—Joints for elbows or knees
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- A61F2/385—Special connection between upper and lower leg, e.g. constrained hinged, i.e. with transverse axle restricting the movement also provided with condylar bearing surfaces
Description
DR. BERG DIPL-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWAPE DK. DR. SANDMAIRDR. BERG DIPL-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWAPE DK. DR. SANDMAIR
8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45 2545821 8 MUNICH 86, POST BOX 86 02 45 2545821
Anwaltsakte 26 ^O 13. Oktober 1975Lawyer File 26 ^ O 13 . October 1975
United Kingdom Atomic Energy Authority London S.W.l. / EnglandUnited Kingdom Atomic Energy Authority London S.W.l. / England
Künstliches KniegelenkArtificial knee joint
Die Erfindung bezieht sich auf ein künstliches Kniegelenk, eine sogenannte Kniegelenkprothese.The invention relates to an artificial knee joint, a so-called knee joint prosthesis.
Eine bekannte Art von Gelenkprothesen weist ein Paar über ein einfaches Gelenk oder Scharnier miteinander verbundener Stifte oder Schäfte auf. Me Schäfte werden mittels Knochen-One known type of joint prosthesis has a pair connected to one another by a simple joint or hinge Pins or shafts on. Me shafts are made using bone
«· (089> 98 «272 8 Müncheit 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank Mönchen 453100«· (089> 98« 272 8 Müncheit 80, Mauerkircherstraße 45 Banks: Bayerische Vereinsbank Mönchen 453100
987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 389 2623987043 Telegrams: BERGSTAPFPATENT Munich Hypo-Bank Munich 389 2623
983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck Munich 65343-808
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zement in vorbereiteten Bohrungen im Oberschenkelknochen bzw. im Schienbein befestigt, so daß die Gelenkachse möglichst nahe an der natürlichen Lage des Gelenkachse des Knies zu liegen kommt. Eine derartige Prothese ermöglicht im Unterschied zum natürlichen Knie keine relative Verdrehung zwischen dem Oberschenkelknochen und dem Schienbein.cement in prepared holes in the thigh bone or in the shin, so that the joint axis as possible comes close to the natural position of the joint axis of the knee. Such a prosthesis makes it possible In contrast to the natural knee, there is no relative rotation between the thigh bone and the shin bone.
Andere bekannte Prothesen haben tragende Flächen von sphärischer Form. Diese sind jedoch sehr schwierig herstellbar und geben Anlaß zu Schwierigkeiten in bezug auf Stabilität und Ausrichtung.Other known prostheses have bearing surfaces of spherical shape. However, these are very difficult to manufacture and give rise to stability and alignment difficulties.
Die geametrischen Funktionen von künstlichen Gelenken müssen denen natürlicher Gelenke möglichst ähnlich sein, damit Sehnen und Bänder nicht übermäßig beansprucht werden. Außerdem sind verschiedene Andere Faktoren zu berücksichtigen, darunter die Verteilung der auf das Gelenk einwirkenden Kräfte, die Verträglichkeit der für das Gelenk verwendeten Werkstoffe mit dem menschlichen Gewebe und die Forderung, daß sich das Gelenk möglichst leicht in den Körper einsetzen läßt.The overall functions of artificial joints must be as similar as possible to those of natural joints, so that tendons and ligaments are not excessively stressed. There are also several other factors to consider, including the distribution of the forces acting on the joint, the compatibility of the materials used for the joint with the human tissue and the requirement that the joint insert itself into the body as easily as possible leaves.
Die Erfindung schafft ein künstliches Kniegelenk, welches die Bewegungen eines natürlichen Gelenks möglichst genau nachahmen kann und sich ohne übermäßig starken Abtrag von Knochenmasse einsetzen läßt.The invention creates an artificial knee joint, which the movements of a natural joint as precisely as possible can imitate and can be used without excessive removal of bone mass.
Ein erfindungsgemäßes künstliches Kniegelenk hat ein Oberschenkelteil, ein Unterschenkelteil und ein drehbar auf demAn artificial knee joint according to the invention has a thigh part, one lower leg part and one rotatable on the
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Unterschenkelteil angeordnetes Lagerteil. Das Oberschenkelteil und das Lagerteil haben einander komplementär geformte Flächen, welche ein gleichmäßiges Beugen des Gelenks in einem dem eines natürlichen Kniegelenk entsprechenden Winkelbereich ermöglichen.Lower leg part arranged bearing part. The thigh part and the bearing part have mutually complementary shaped surfaces, which a uniform flexion of the joint in one allow the angular range corresponding to a natural knee joint.
Da das Lagerteil verdrehbar auf dem Unterschenkelteil angeordnet ist, kann der Oberschenkelknochen relativ zum Schienbein um seine anatomische Achse verdreht werden. Dies ermöglicht nicht nur die beim Beugen eines natürlichen Kniegelenks auftretende Verdrehung zwischen Ober- und Unterschenkel, sondern bedeutet darüber hinaus, daß das Oberschenkelteil und das Unterschenkelteil nicht übermäßig genau in ihrer Drehstellung zur anatomischen Achse ausgerichtet zu sein brauchen, wodurch das Einsetzen des Gelenks einfacher vonstatten geht.Since the bearing part is rotatably arranged on the lower leg part, the thigh bone can relative to the shin be rotated around its anatomical axis. This not only makes it possible when bending a natural knee joint occurring torsion between thigh and lower leg, but also means that the thigh part and the lower leg part is not excessively precisely aligned in its rotational position to the anatomical axis need to be, which makes the insertion of the joint easier.
Die Teile des Gelenks sind vorzugsweise aus Werkstoffen, welche mit dem menschlichen Gewebe verträglich sind und keine elektrolytischen Ströme bzw. Spannungen erzeugen. Bestimmte Arten von rostfreiem Stahl, Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen sowie Polyäthylen hoher Dichte sind als Werkstoffe geeignet, wobei die Auswahl jedoch nicht auf die genannten Stofe beschränkt bleiben muß.The parts of the joint are preferably made of materials that are compatible with human tissue and do not generate any electrolytic currents or voltages. Certain types of stainless steel, cobalt-chromium-tungsten alloys and high-density polyethylene are suitable as materials, but the selection does not depend on the mentioned substances must remain limited.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. Show it:
Pig. 1 ein in einem Bein eingesetztes und um etwa 6 überPig. 1 one inserted into one leg and about 6 across
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die gestreckte Haltung hinaus durchgedrücktesthe stretched posture outwardly depressed
künstliches Kniegelenk gemäß der Erfindung, Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte künstliche Kniegelenk in einer gegenüber Fig. 1 um etwa 65° angewinkeltenartificial knee joint according to the invention, FIG. 2 shows the artificial knee joint shown in FIG. 1 in one compared to FIG. 1 angled by about 65 °
Haltung,
Fig. 3 das Kniegelenk in einer gegenüber Fig. 1 um etwaAttitude,
Fig. 3 shows the knee joint in a relation to FIG. 1 by about
125° angewinkelten Haltung,
Fig. 4- das Kniegelenk in einer gegenüber Fig. 1 um125 ° angled posture,
Fig. 4- The knee joint in a relative to Fig. 1 around
etwa 165° angewinkelten Endstellung, Fig. 5 eine Schrägansicht eines Lagerteils des künstlichenapproximately 165 ° angled end position, FIG. 5 is an oblique view of a bearing part of the artificial
Kniegelenks,
Fig. 6 eine Schrägansicht eines Unterschenkelteils desKnee joint,
6 is an oblique view of a lower leg part of the
künstlichen Kniegelenks und
Fig. 7 eine nicht maßstabsgetreue Schrägansicht von Teilen des Kniegelenks beim Zusammenbau.artificial knee joint and
7 shows an oblique view, not to scale, of parts of the knee joint during assembly.
Ein in der Zeichnung dargestelltes künstliches Kniegelenk setzt sich aus drei Hauptteilen zusammen, nämlich einem Oberschenkelteil 1, einem Lagerteil 2 und einem Unterschenkelteil 3· Das Oberschenkelteil 1 wird stoffschlüssig am Oberschenkelknochen 4- befestigt, während das Unterschenkelteil 3 einen Schaft 5 aufweist, mit welchem es in eine Bohrung 6 im Schienbein 7 eingesetzt wird. Das Lagerteil 2 bildet einen Sitz 8 für das Oberschenkelteil und hat einen Schaft 9» mittels welchem es verdrehbar in eine Blindbohrung im Schaft 5 des Unterschenkelteils 3 eingesetzt ist.An artificial knee joint shown in the drawing is composed of three main parts, namely a thigh part 1, a bearing part 2 and a lower leg part 3 · The thigh part 1 is firmly bonded to the thighbone 4- attached, while the lower leg part 3 has a shaft 5 with which it is in a bore 6 is used in the shin 7. The bearing part 2 forms a seat 8 for the thigh part and has a shaft 9 »by means of which it is inserted rotatably into a blind bore in the shaft 5 of the lower leg part 3.
Das Oberschenkelteil 1 hat eine Kappe 10, welche ein im wesentlichen U-förmiges Profil aufweist und mit ihrer Unter-The thigh part 1 has a cap 10, which has a substantially U-shaped profile and with its lower
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seite auf dem Lagerteil 2 ruht. Die Kappe 10 hat zwei einander gegenüberstehende Schenkel 21, 22, welche an entsprechend abgetragenen Flächen an der Vorder- bzw. Rückseite des Oberschenkelknochens anliegen. Der vordere Schenkel hat eine der Innenseite der Kaiescheibe 12 komplementär geformte Außenfläche 11, auf welcher die Kniescheibe beim Beugen des Gelenks entlang gleiten kann. Zwischen den beiden Schenkeln 21 und 22 erstreckt sich ein Mittelsteg 13. Dieser findet Aufnahme in einer zwischen den Gelenkhöckern des Oberschenkelknochens gebildeten Nut und dient dazu, das Oberschenkelteil in ausgerichteter Stellung am Oberschenkelknochen festzuhalten. Das Oberschenkelteil hat in der Mitte einen Schlitz für die Aufnahme einer mit dem Lagerteil 2 einstückigen Lasche 14. Das Oberschenkelteil 1 ist vorzugsweise einstückig aus Kunststoff geformt, beispielsweise aus Polyäthylen hoher Dichte.side on the bearing part 2 rests. The cap 10 has two each other opposing legs 21, 22, which on correspondingly removed surfaces on the front and back of the thighbone. The front leg has one of the inside of the quay disk 12 complementary shaped outer surface 11 on which the kneecap at Flexing the joint can slide along. A central web 13 extends between the two legs 21 and 22. This is received in a groove formed between the articular cusps of the femur and is used to hold the thigh section in an aligned position on the thighbone. The thigh part has in the middle a slot for receiving a tab 14 that is integral with the bearing part 2. The thigh part 1 is preferably molded in one piece from plastic, such as high density polyethylene.
Die Lasche 14 greift in den Schlitz des Oberschenkelteils und sichert die Teile des Gelenks gegen seitliche Verschiebung. Der Umriß der Lasche 14 sowie der des damit zusammenwirkenden Schlitzes im Oberschenkelteil 1 sind in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Ebenso sind die Umrisse der Lasche 14 und des Schlitzes in Fig. 2 gestrichelt gezeichnet. Die Ränder der Lasche und des Schlitzes haben sich hier voneinander getrennt und die Kappe hat sich um einen Winkel von etwa 65° auf dem Lagerteil verdreht.The tab 14 engages in the slot of the thigh part and secures the parts of the joint against lateral displacement. The outline of the tab 14 and that of the cooperating slot in the thigh part 1 are shown in FIG. 1 shown in dashed lines. Likewise, the outlines of the tab 14 and the slot in Fig. 2 are shown in dashed lines. the Edges of the tab and the slot have separated from each other here and the cap has turned at an angle of rotated about 65 ° on the bearing part.
Das Lagerteil 2 ist vorzugsweise aus einem rostfreien StahlThe bearing part 2 is preferably made of a stainless steel
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geformt. Wie man in Fig. 5 erkennt, hat das Lagerteil 2 beiderseits der Lasche 14- jeweils ein gleichmäßig gekrümmtes Oberflächenprofil 15, welches ein Gleitlager für das einen entsprechenden Radius aufweisende hintere Teil des Oberschenkelteils bildet. Der mit dem Lagerteil einstückige Schaft 9 erstreckt sich im wesentlichen koaxial mit der anatomischen Achse des Schienbeins in die Blindbohrung des Unterschenkelteils 3·shaped. As can be seen in FIG. 5, the bearing part has 2 on both sides of the tab 14 each have a uniformly curved surface profile 15, which is a plain bearing for the forms a rear part of the thigh part having a corresponding radius. The one-piece with the bearing part Shank 9 extends essentially coaxially with the anatomical axis of the tibia into the blind bore of the Lower leg part 3
Das Uhterschenkelteil 3 ist vorzugsweise aus Kunststoff, etwa aus Polyäthylen hoher Dichte geformt. Wie man in Fig. erkennt, hat das Unterschenkelteil 3 am oberen Ende des Schafts 5 eine damit einstückige Platte 23 als Auflager für das Lagerteil 2. Der Schaft 5 hat an seinem oberen Teil Aussparungen 24 oder ist auf andere Weise derart geformt, daß er sich unter Verwendung eines Khochenzements sicher im Schienbein befestigen läßt, wobei um den Schaft herum noch genügend Knochenmasse vorhanden ist, um ihm einen sicheren Halt zu geben.The lower leg part 3 is preferably made of plastic, molded from high density polyethylene, for example. As can be seen in Fig., Has the lower leg part 3 at the upper end of the Shaft 5 has a plate 23 integral therewith as a support for the bearing part 2. The shaft 5 has on its upper part Recesses 24 or is otherwise shaped to be secured using a hot cement can be attached in the shin, with enough bone mass around the shaft to make it secure To give support.
Die in Anlage am Oberschenkelknochen kommenden Flächen der Oberschenkelteils können mit Vertiefungen oder Rillen für die Befestigung des Teils mittels eines Knochenzements versehen sein. Außerdem kann das Oberschenkelteil einen in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Schaft 16 haben, mit welchem es in einer entsprechenden Bohrung im Oberschenkelknochen befestigt wird.The surfaces of the thigh part that come into contact with the thigh bone can be provided with indentations or grooves for the attachment of the part is provided by means of a bone cement be. In addition, the thigh part can have a shaft 16, shown in dashed lines in FIG. 1, with which it is fastened in a corresponding hole in the thigh bone.
Fig. 7 zeigt den Zusammenbau des Oberschenkelteils 1 mitFig. 7 shows the assembly of the thigh part 1 with
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dem Lagerteil 2. Das Oberschenkelteil 1 hat in seinem Drehmittelpunkt eine in Richtung der Drehachse verlaufende Bohrung 25» welche mit einer entsprechenden Bohrung 26 in der Lasche 14 des Lagerteils zusammenwirkt, ein In die Bohrungen 25 und 26 eingeführter Stift 17 verhindert das Abheben des Oberschenkelteils vom Lagerteil. Die Passung des vorzugsweise aus rostfreiem Stahl geformten Stifts 17 ist wahlweise abhängig vom Zustand der Sehnen und Bänder, insbesondere der Kniescheibenbänder.the bearing part 2. The thigh part 1 has its center of rotation a bore 25 running in the direction of the axis of rotation which is connected to a corresponding bore 26 in the Tab 14 of the bearing part cooperates, an In the holes 25 and 26 inserted pin 17 prevents lifting of the thigh part from the bearing part. The fit of the preferably stainless steel molded pin 17 is optional depending on the condition of the tendons and ligaments, in particular the kneecap ligaments.
Der eingesetzte Stift 17 wird zweckmäßig von zwei Anschlägen 18 festgehalten, von denen jeder an einem Ende des Stifts angreift. Jeder Anschlag 18 hat einen im wesentlichen rechtwinklig zu seiner Achse hervorstehenden Haltestift 19, welcher in einer entsprechenden Bohrung 20 im Oberschenkelteil Aufnahme findet. Die Anschläge 18 sind vorzugsweise aus einem Kunststoff, etwa Polyäthylen hoher Dichte.The inserted pin 17 is expediently held in place by two stops 18, each of which is at one end of the pin attacks. Each stop 18 has a substantially perpendicular to its axis protruding retaining pin 19, which takes place in a corresponding bore 20 in the thigh part. The stops 18 are preferably made of one Plastic, such as high density polyethylene.
In Fig. 1 bis 4 sind verschiedene Haltungen des Kniegelenks gezeigt. In Fig. 1 ist das Gelenk um ca. 6° über die gestreckte Haltung hinaus durchgedrückt, wie dies beim Stehen der Fall sein kann. Fig. 2 zeigt die größte normalerweise beim Gehen auftretende Beugung des Knies. In Fig. 3 ist das Knie in dem beim Treppensteigen oder im Sitzen üblichen Maße angewinkelt. Fig. 4 schließlich zeigt die größtmögliche Beugung des Knies in einem Winkel von ca. 165° gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Haltung.In Fig. 1 to 4 different postures of the knee joint are shown. In Fig. 1, the joint is about 6 ° over the stretched Posture pushed through, as can be the case when standing. Fig. 2 shows the largest normally when walking occurring flexion of the knee. In Fig. 3 the knee is angled to the extent customary when climbing stairs or when sitting. Finally, FIG. 4 shows the greatest possible flexion of the knee at an angle of approximately 165 ° with respect to that shown in FIG Attitude.
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