| 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
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| 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
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| 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.
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| Beschreibung[de] |
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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.
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| Anspruch[de] |
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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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Patent Zeichnungen (PDF)
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