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Dokumentenidentifikation DE102005045070A1 05.04.2007
Titel Knochenimplantat, insbesondere Oberschenkelhalsprothese
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
DE-Anmeldedatum 21.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005045070
Offenlegungstag 05.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.04.2007
IPC-Hauptklasse A61F 2/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61F 2/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A61F 2/48(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Knochenimplantat, insbesondere Oberschenkelhalsprothese, mit einem länglichen Schaft mit einem oder mehreren, seitlich davon abstehenden Vorsprüngen zur Erwirkung einer kraftschlüssigen Verbindung zum anliegenden Knochen, wobei der oder die Vorsprünge (5, 18, 29) relativ zum Schaft (3, 21, 32) verschiebbar und mit wenigstens einem im Schaft (3, 21, 32) bewegbar aufgenommenen magnetischen Element (6, 14, 24), das über ein mit ihm wechselwirkendes externes Magnetfeld (H) bewegbar ist, bewegungsgekoppelt sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Knochenimplantat, insbesondere eine Oberschenkelhalsprothese, mit einem länglichen Schaft mit einem oder mehreren, seitlich davon abstehenden Vorsprüngen zur Erwirkung einer kraftschlüssigen Verbindung zum anliegenden Knochen.

Sehr häufig werden Hüftgelenksprothesen, insbesondere bei älteren Personen, die häufig an Osteoporose erkrankt sind und es öfter zu Oberschenkelhalsfrakturen kommt, implantiert. Auch Arthrosen des Hüftgelenks sind infolge übermäßigen Verschleisses oder genetisch bedingter Fehlstellungen des Hüftknochens eine häufige Indikation zur Implantation einer Hüftgelenksprothese bzw. einer Oberschenkelhalsprothese. Bei der Implantation wird der Oberschenkelhals mit dem Kugelgelenk vom Oberschenkelknochen abgetrennt. In den verbleibenden Oberschenkelknochen wird ein konisches Sackloch gefräst, dessen Kontur der Form des Schaftes der einzusetzenden Prothese entspricht. Diese ersetzt außerhalb des Oberschenkelknochens den Oberschenkelhals mit dem Kugelgelenk. Der Schaft des Implantats wird mit Knochenzement beschichtet, damit ein kraftschlüssiger Kontakt zwischen der Prothese und dem Knochen entsteht. Zur Unterstützung der Kraftschlüssigkeit und damit der Fixierung der Prothese am bzw. im Knochen ist der Schaft mit mehreren seitlich davon abstehenden, z. B. noppenartigen Vorsprüngen bestückt, so dass sich eine unregelmäßige, strukturierte Oberfläche ergibt, die einen besseren Halt bietet.

Eine häufige Komplikation ist das Lösen der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Prothesenschaft und Knochen, insbesondere im Falle einer Osteoporoseerkrankung. In einem solchen Fall wird bisher die Prothese operativ entweder erneut fixiert oder ausgetauscht.

Auch bei Knochenfrakturen kommen häufig Knochenimplantate zum Einsatz, die zwei gebrochene Knochen miteinander verbinden, das heißt, auch hier ist das Implantat im Knochen angeordnet und mit diesem verankert. Auch solche Implantate werden vornehmlich bei älteren Personen eingesetzt, wobei hier das Problem besteht, dass der Heilungsprozess relativ langsam vonstatten geht und infolgedessen eine konsequente Ruhigstellung erforderlich ist. Auch hier besteht das Problem, dass sich das Implantat vom Knochen lösen kann.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Knochenimplantat anzugeben, das ohne zusätzlichen Eingriff im Bedarfsfall erneut mit dem Knochen verankert werden kann.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Knochenimplantat der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der oder die Vorsprünge relativ zum Schaft verschiebbar und mit wenigstens einem im Schaft bewegbar aufgenommenen magnetischen Element, das über ein mit ihm wechselwirkendes externes Magnetfeld bewegbar ist, bewegungsgekoppelt ist.

Anders als bei allen bekannten Implantaten sind beim erfindungsgemäßen Knochenimplantat die seitlich hervorstehenden, üblicherweise noppenartigen Vorsprünge radial bewegbar, können also radial ausgefahren werden. Diese Bewegung wird über ein magnetisches Element gesteuert, das mit dem oder den radial verschiebbar gelagerten Vorsprüngen bewegungsgekoppelt ist. Dieses magnetische Element wirkt zum Verschieben der Vorsprünge mit einem externen Magnetfeld zusammen, das zum Bewegen des magnetischen Elements entsprechend variiert wird, so dass das magnetische Element der Feldbewegung bzw. Feldvariation folgt. Aus dieser Bewegung des magnetischen Elements resultiert infolge der Bewegungskopplung desselben zu den Vorsprüngen deren Bewegung.

Dies bedeutet, dass im Falle eines Lösens der kraftschlüssigen Verbindung beispielsweise des Oberschenkelhalsimplantats zum Knochen die Vorsprünge etwas weiter radial nach außen bewegt und wieder in bzw. an den Knochen geschoben werden, mithin also die Prothese wieder verankert wird. Bevorzugt sind dabei mehrere Vorsprünge vorgesehen, die einander gegenüber liegen, so dass sich die Prothese im Knochen wieder gut verspreizt.

Das erfindungsgemäße Knochenimplantat kann also allein durch Wechselwirkung des magnetischen Elements mit dem externen Magnetfeld erneut verankert werden, ein etwaiger wie bisher üblicher operativer Eingriff ist hier vorteilhaft nicht mehr vonnöten. Der Patient wird lediglich einem sich verändernden, bewegenden Magnetfeld ausgesetzt, über das die Bewegung der Vorsprünge gesteuert wird.

Hinsichtlich der Bewegungskopplung des oder der Vorsprünge sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar. Der oder die Vorsprünge können mit einem drehbar gelagerten Stellelement bewegungsgekoppelt sein, das seinerseits mit dem magnetischen Element bewegungsgekoppelt ist. Hier wird also durch eine Drehbewegung des Stellelements die Verschiebung der Vorsprünge realisiert, wobei diese Drehbewegung des Stellelements über das externe Magnetfeld in Verbindung mit dem magnetischen Element hervorgerufen wird. Alternativ ist es denkbar, ein linear verschiebbares Stellelement vorzusehen, mit dem die Vorsprünge gekoppelt sind, wobei auch dieses linear verschiebbare Stellelement mit dem magnetischen Element bewegungsgekoppelt ist und über das externe Magnetfeld linear bewegt werden kann.

Im Falle eines drehbar gelagerten Stellelements weist dieses zumindest im Bereich der Bewegungskopplung zu dem oder den Vorsprüngen einen unrunden Abschnitt auf. Der Durchmesser oder die Breite des drehbar gelagerten Stellelements variiert also, mithin werden also auch die Vorsprünge mehr oder weniger weit aus dem Schaft herausbewegt, je nachdem, wie die Stellung des unrunden Stellelements ist. Das unrunde Stellelement ist dabei bevorzugt als längliche Stange ausgeführt, die querschnittlich zumindest abschnittsweise unrund ist, oder an der ein radial hervorstehender unrunder Ansatz vorgesehen ist, der beispielsweise als Scheibe oder dergleichen ausgeführt ist. „Unrund" bedeutet in diesem Fall beispielsweise einen ovalen Querschnitt oder einen Querschnitt mit einer im Wesentlichen „G"-Form. Denkbar ist aber jede Querschnittsform, die bei einer Rotation aufgrund der unrunden Form die erfindungsgemäße Vorsprungsbewegung erlaubt.

Ein linear verschiebbares Stellelement kann einen sich zumindest im Bereich der Bewegungskopplung zu dem oder den Vorsprüngen in seiner Form konisch erweiternden Abschnitt aufweisen. Hier ändert sich also der Durchmesser oder die Form des Stellelements im Wesentlichen kegelartig, so dass mithin auch in Abhängigkeit der Stellung des konischen Stellelements bezüglich der hinsichtlich der linearen Stellelementbewegung positionsfesten Vorsprünge diese mehr oder weniger weit herausgeschoben werden können. Dabei kann das Stellelement als längliche, zumindest abschnittsweise konische Stange ausgeführt sein, denkbar ist aber auch eine Ausführung als drehbare Gewindestange mit einer auf dieser laufenden konischen Stellmutter oder Stellhülse. Generell kann also jede Ausführung verwendet werden, bei der eine Linearbewegung des konischen Abschnitts zur erfindungsgemäßen Vorsprungsbewegung führt.

Der oder die Vorsprünge sind bevorzugt mit einem Führungssteg in jeweils einer sich im Wesentlichen radial zur Schaftlängsachse erstreckenden Führungsbohrung geführt und über das Stegende bevorzugt direkt mit dem Stellelement bewegungsgekoppelt. Eine Bewegung des Stellelements resultiert also unmittelbar in einer Vorsprungsbewegung.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das ein drehbares Stellelement antreibende magnetische Element über das externe Magnetfeld drehbar und ein das linear verschiebbare Stellelement antreibende magnetische Element über das externe Magnetfeld linear verschiebbar gelagert ist. Die Bewegung des magnetischen Elements entspricht also der, die auch das Stellelement vornimmt. Ein drehbar gelagertes magnetisches Element wird folglich über ein sich drehendes externes Magnetfeld bewegt, während zur Bewegung des linear beweglichen magnetischen Elements das externe Magnetfeld linear verschoben wird. Das magnetische Element, das ein Permanentmagnet, vorzugsweise in Stabform, ist, folgt der Magnetfeldbewegung, die bei dieser Anwendung naturgemäß relativ langsam erfolgt.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn dem magnetischen Element ein mit diesem gekoppeltes Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet ist. Hierüber wird erreicht, dass eine Bewegung des magnetischen Elements, hervorgerufen durch das variierende externe Magnetfeld, in eine verglichen mit dem Bewegungsweg des magnetischen Elements wesentlich kürzere Bewegung des Stellelements umgesetzt wird, wodurch auch ein entsprechend hohes Drehmoment erzielt werden kann. Im Falle eines drehbar gelagerten magnetischen Elements, das über das Übersetzungsgetriebe mit einer beispielsweise querschnittlich ovalen Stange gekoppelt ist, wird das magnetische Element mehrfach um 360° gedreht, um die ovale Stange zwischen ihren beiden Extremstellungen bezüglich der Vorsprünge bzw. Stege zu verdrehen, wobei die Anzahl an Drehungen des Elements vom Untersetzungsverhältnis abhängt.

Die Ausgestaltung wird selbstverständlich so getroffen, dass eine Verstellposition fixiert bzw. arretiert ist und beibehalten wird, und eine unbeabsichtigte Rückbewegung ausgeschlossen ist. Es wird also vermieden, dass, sollte der Patient aus irgendwelchen Gründen einem externen Magnetfeld ausgesetzt sein, dieses versehentlich die ausgefahrenen Vorsprünge wieder zurückbewegt, weshalb beispielsweise entsprechend hohe Feldstärken zur Elementbewegung erforderlich sind. Vermieden wird auch, dass die gegen den Knochen gedrückten Vorsprünge nach Beendigung der Verstellbewegung das Stellelement wieder etwas zurückschieben und so die feste kraftschlüssige Knochenanlage wieder etwas gelockert wird. Denkbar sind auch Arretiermechanismen, die beispielsweise über das externe Magnetfeld erst gelöst werden müssen, um eine erneute Verstellung vorzunehmen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Knochenimplantats in Form eines Oberschenkelhalsimplantats einer ersten Ausführungsform,

2A, 2B zwei mögliche Querschnittsformen des stangenartigen Stellelements,

3 das Knochenimplantat aus 1 mit weiter ausgefahrenen Vorsprüngen,

4 ein erfindungsgemäßes Knochenimplantat einer zweiten Ausführungsform mit eingezogenen Vorsprüngen,

5 das Knochenimplantat aus 4 mit herausgeschobenen Vorsprüngen,

6 ein erfindungsgemäßes Knochenimplantat einer dritten Ausführungsform mit eingezogenen Vorsprüngen, und

7 das Knochenimplantat aus 6 mit herausgeschobenen Vorsprüngen.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Knochenimplantat 1 in Form eines Oberschenkelhalsimplantats 2, der einen länglichen Schaft 3 aufweist, in den eine innere Aufnahme 4 für einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen seitlich hervorstehender Vorsprünge 5 vorgesehen ist. Das Knochenimplantat 1 ist zum Einsetzen dieser Bewegungseinrichtung bevorzugt zweiteilig ausgeführt, das heißt, die Aufnahme 4 kann geöffnet werden.

Die Bewegungseinrichtung umfasst ein magnetisches Element 6 in Form eines Permanentmagneten 7, der hier stabförmig ist, und zu dem seine beiden Pole N und S dargestellt sind. Dieser Permanentmagnet 7 ist mit einem Untersetzungsgetriebe 8 bewegungsgekoppelt, er selbst ist um die Vertikalachse V drehbar, wozu ein externes Magnetfeld H angelegt wird, das wie durch den Pfeil dargestellt ist ebenfalls entsprechend rotiert.

Über das Untersetzungsgetriebe 8 wird die Drehbewegung des Permanentmagneten 7 entsprechend umgewandelt, so dass sich eine wesentlich geringere Drehung des mit dem Übersetzungsgetriebe gekoppelten stangenförmigen Stellelements 9 ergibt. Das stangenförmige Stellelement 9 weist einen unrunden Querschnitt auf, dieser kann, siehe 2A, oval sein oder, siehe 2B, im Wesentlichen G-förmig sein.

Die Vorsprünge 5 weisen jeweils einen stangen- oder zapfenförmigen Steg 10 auf, über den sie in entsprechenden Bohrungen 11, die im Wesentlichen radial zur Schaftlängsachse verlaufen und bis in die Aufnahme 4 geführt sind, geführt sind. Sie liegen mit ihren Stegenden 12 bei diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar an der unrunden Außenseite des Stellelements 9 an.

Wird nun über das externe Magnetfeld H der Permanentmagnet 7 gedreht, so resultiert hieraus über das Untersetzungsgetriebe 8 gesteuert eine Drehbewegung des Stellelements 9. In 1 steht das Stellelement 9 beispielsweise, wie in 2A angedeutet ist, so, dass die Stegenden 12 an den Seiten mit geringem Durchmesser anliegen. Wird nun das Stellelement 9 um beispielsweise 90° gedreht, so werden infolge der ovalen oder generell unrunden Form die Stege 10 nach außen geschoben. Die Vorsprünge 5 werden also radial nach außen bewegt, wie in 3 gezeigt ist. Wie der in 3 gezeigten Schnittdarstellung durch das Stellelement 9 zu entnehmen ist, liegen in der in 3 gezeigten Endstellung nun die Stegenden 12 an den Bereichen des breitesten Durchmessers des Stellelements 9 an. Infolge der radialen Bewegung der Vorsprünge 5 nach außen können diese also, sollte sich der kraftschlüssige Verbund zum Knochen, der hier nicht näher gezeigt ist, gelöst haben, wieder in den Knochen hingeschoben werden. In dieser Verstellposition sind die Vorsprünge fixiert, eine unbeabsichtigte Rückdrehung bzw. Rückstellung ist ausgeschlossen. Die Prothese kann also erneut verankert werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Vorsprünge einander gegenüberliegen, so dass sie sich wechselseitig in den Knochen hineinspreizen.

4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Knochenimplantats 13, das ebenfalls ein magnetisches Element 14 in Form eines Permanentmagneten 15 aufweist, der mit einem Untersetzungsgetriebe 16 gekoppelt ist. Das Untersetzungsgetriebe 16 wiederum ist mit einem Stellelement 17 verbunden, das hier nach Art eines Kegels ausgeführt ist, das heißt, der Durchmesser verändert sich konisch. Auch hier sind die Vorsprünge 18 über entsprechende Führungstege 19 in entsprechenden Bohrungen 20 im Prothesenschaft 21, die bis in die Aufnahme 22 geführt sind, radial verschiebbar aufgenommen.

Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die radiale Ausschiebebewegung der Vorsprünge 18 durch eine über das externe Magnetfeld H erwirkte lineare Verschiebung des Stellelements 17. Anders als bei der Ausführungsform gemäß 1 wird hier der Permanentmagnet ebenfalls linear zum Übersetzungsgetriebe 16 hin verschoben. Die relativ kurze, über das externe Magnetfeld H gesteuerte lineare Magnetbewegung wird in eine entsprechend längere Stellbewegung umgesetzt, das heißt, der Stellweg des Stellelements 17 ist deutlich länger als der Bewegungsweg des Permanentmagneten 15.

Infolge der konischen Ausgestaltung des Stellelements 17 werden nun bei dieser Linearbewegung die Vorsprünge 18, die über die Stegenden 35, die direkt an der Oberfläche des konischen Stellelements 17, anliegen, nach außen geschoben. Hier kommt also eine Linearbewegung sowohl des Permanentmagneten als auch des Stellelements zum Einsatz.

Eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Knochenimplantats 23 zeigt 6. Das hier vorgesehene magnetische Element 24, auch hier ein Permanentmagnet 25, ist über das externe Magnetfeld H drehbar und mit einem Untersetzungsgetriebe 26 gekoppelt. Dieses wiederum ist mit einer Gewindestange 27 verbunden, auf der ein konisches Stellelement 28, das eine konische Stellmutter oder Stellhülse bildet, läuft. Bei Drehung der Gewindestange 27 wird das konische Stellelement 28 linear bewegt. Die Vorsprünge 29 sind über ihre Führungsstege 30, die auch hier in entsprechenden Bohrungen 31 im Prothesenschaft 32 geführt sind, unmittelbar mit dem konischen Stellelement 28 gekoppelt, das heißt, die Stegenden 33 liegen direkt an der Außenseite des konischen Stellelements 28 an. Die Gewindestange 27 ist (Entsprechendes gilt auch für das drehbare Stellelement 9 aus 1) mit ihrem unteren Ende beispielsweise über ein Gleitlager 34 aufgelagert.

Wird nun das externe Magnetfeld H etwas gedreht, resultiert hieraus eine Drehung des Permanentmagneten 25, die in einer vom Drehwinkel her gesehen deutlich größeren Drehbewegung der Gewindestange 27, definiert über das Untersetzungsgetriebe 26, resultiert. Infolge der Drehung der Gewindestange 27 wird das konische Stellelement 28 nach unten bewegt. Die Stegenden 33 laufen auf der Außenseite des konischen Stellelements 28, hieraus resultierend werden die Vorsprünge 29 auch hier radial nach außen geschoben.


Anspruch[de]
Knochenimplantat, insbesondere Oberschenkelhalsprothese, mit einem länglichen Schaft mit einem oder mehreren, seitlich davon abstehenden Vorsprüngen zur Erwirkung einer kraftschlüssigen Verbindung zum anliegenden Knochen, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Vorsprünge (5, 18, 29) relativ zum Schaft (3, 21, 32) verschiebbar und mit wenigstens einem im Schaft (3, 21, 32) bewegbar aufgenommenen magnetischen Element (6, 14, 24), das über ein mit ihm wechselwirkendes externes Magnetfeld (H) bewegbar ist, bewegungsgekoppelt sind. Knochenimplantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der oder die Vorsprünge (5, 18, 29) mit einem drehbar gelagerten oder linear verschiebbaren Stellelement (9, 17, 28) bewegungsgekoppelt sind, das seinerseits mit dem magnetischen Element (6, 14, 24) bewegungsgekoppelt ist. Knochenimplantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Stellelement (9) zumindest im Bereich der Bewegungskopplung zu dem oder den Vorsprüngen (5) einen unrunden Abschnitt aufweist. Knochenimplantat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (9) als längliche Stange aufgeführt ist, die querschnittlich zumindest abschnittsweise unrund ist, oder an der ein radial hervorstehender unrunder Ansatz vorgesehen ist. Knochenimplantat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das linear verschiebbare Stellelement (17, 28) einen sich zumindest im Bereich der Bewegungskopplung zu dem oder den Vorsprüngen (18, 29) in seiner Form konisch erweiternden Abschnitt aufweist. Knochenimplantat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (17) als längliche, zumindest abschnittsweise konische Stange, oder als auf einer drehbaren Gewindestange (27) laufende konische Stellmutter oder Stellhülse (28) aufgeführt ist. Knochenimplantat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Vorsprünge (5, 18, 29) mit einem Führungssteg (10, 19, 30) in jeweils einer sich im wesentlichen radial zur Schaftlängsachse erstreckenden Führungsbohrung (11, 20, 31) geführt und über das Stegende (12, 22, 33) mit dem Stellelement (9, 17, 28) bewegungsgekoppelt sind. Knochenimplantat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ein drehbares oder über eine drehbare Gewindestange linear verschiebbares Stellelement (9, 28) antreibende magnetische Element (6, 24) über das externe Magnetfeld (H) drehbar und ein das linear verschiebbare Stellelement (17) antreibende magnetische Element (14) über das externe Magnetfeld (H) linear verschiebbar gelagert ist. Knochenimplantat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem magnetischen Element (6, 14, 24) ein mit diesem gekoppeltes Untersetzungsgetriebe (8, 16, 26) nachgeschaltet ist. Knochenimplantat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das magnetische Element (6, 14, 24) ein vorzugsweise stabförmiger Permanentmagnet (7, 15, 25) ist.






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