DE69319204T2

DE69319204T2 - Verankerungselement zum Halten von Gelenksprothesen für ein wiederhergestelltes Gelenk

Info

Publication number: DE69319204T2
Application number: DE69319204T
Authority: DE
Inventors: Per-Ingvar Branemark
Original assignee: Medevelop AB
Current assignee: Medevelop AB
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-28
Also published as: JP3737135B2; SE9203181L; TW340042B; US5725581A; CZ284323B6; EP0595782A2; PL172572B1; DK0595782T3; NO933875L; NO300444B1; ATE167382T1; FI111330B; SE510158C2; EP0595782A3; JPH06189991A; FI934779L; CN1088423A; BR9304406A; EP0595782B1; AU5035493A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verankerungselement zur Abstützung von Prothesen, wobei das genannte Verankerungselement im wesentlichen die Form einer Schraube hat, sein äußeres Ende mit der genannten Prothese verbunden wird und sein gegenüberliegendes inneres Ende in das Knochengewebe eingesenkt und dort verankert wird.
Die Erfindung kann auch als Abstützung für einen Gelenkmechanismus dienen, wird jedoch vorzugsweise für Rekonstruktionen nach Amputationen und bei anderen Defekten verwendet.

Stand der Technik

Das Verankern von Prothesen im Knochengewebe mittels generell schraubenförmiger Verankerungselemente ist in der Technik bekannt. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden hinsichtlich der Osseointegration solcher Implantatelemente und ihrer Funktionserhaltung bei Dentalprothesen mit im Kieferknochen verankerten Implantaten nach einer von Professor Brånemark und seinen Mitarbeitern entwickelten Methode erzielt. In diesem Zusammenhang waren neben dem Implantat- entwurf auch die nichttraumatische Qperationstechnik und die Eigenschaften des Implantatmaterials sowie seine Oberfläche von Bedeutung.
Zur Gelenkrekonstruktion wird in US 5,171,284 ein rotationssymmetrisches zumindest teilweise hohles Verankerungs element vorgeschlagen, insbesondere zur Rekonstruktion von Fingergelenken. Dieses bekannte Verankerungselement hat eine im wesentlichen rotationssymmetrische Form und ist auf dem größten Teil seiner Außenseite mit einem Außengewinde ausgestattet; an seinem äußeren Ende kann es mit der genannten Prothese oder Teilen der Prothese verbunden werden, sein gegenüberliegendes inneres Ende kann in das Knochengewebe eingelassen und verankert werden, wobei mindestens ein Schlitz mit Schneidkanten vom inneren Ende des Verankerungselements in Richtung des äußeren Elementendes verläuft. Die Manteloberfläche des bekannten Verankerungselements kann Löcher aufweisen, die vorteilhafterweise wie Schneidkanten geformt sind. Durch diese Merkmale kann das Implantat verankert werden, ohne daß in das Knochengewebe ein Gewindeloch gebohrt werden muß, d.h., das Implantat ist selbstschneidend. Die Implantation kann hierdurch weitgehend untraumatisch erfolgen und die Integration durch den Heilungsprozeß wird gefördert. Das während des Gewindeschneidvorganges durch Ablation abgetragene Knochenmaterial wird von den genannten Schlitzen oder Hohlräumen aufgenommen und nach und nach wieder aufgebaut oder resorbiert.
Dieses bekannte Verankerungselement wurde jedoch zur Verankerung kleiner Gelenke, insbesondere Fingergelenke, konzipiert; hierbei liegt die Bohrung zur Aufnahme des Implantats in einer in Längsrichtung des Knochens verlaufenden Vertiefung. Die durch das Schneiden des Gewindes abgetragene Menge an Knochenmaterial ist vergleichsweise klein.
Die Selbstschneide-Eigenschaften eines solchen Implantats können jedoch noch weiter verbessert werden, insbesondere, wenn das Implantat für größere Gelenke, für das Selbstschneiden in dichtem Knochengewebe oder bei einer größeren Fixierungstiefe verwendet werden soll; in diesen Fällen ist die Menge des abgetragenen Knochenmatenais größer und es muß hierfür in Hohlräumen oder Schlitzen des Implantats genügend Platz vorhanden sein.

Aufgaben der Erfindung

Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verankerungselements des in der Einleitung beschriebenen Typs, das diese Nachteile nicht hat und das, u.a., so beschaffen ist, daß es eine Verbindung und ein Durchwachsen von Gefäßen, Knochenmark etc. zuläßt, um die Gefahr einer Knochenatrophie, d.h. eines Knochenabbaus, auszuschließen.

Zusammenfassung der Erfindung

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verankerungselement definiert, das eine durchgehende zentrierte Bohrung und ein oder mehrere Schlitze aufweist, die spiralförmig um die Längsachse des Verankerungselementes angeordnet sind und über den größten Teil des mit einem Außengewinde versehenen Außenteils verlaufen, wobei die Chiralität des Schlitzes derjenigen des Außengewindes entspricht.
Entsprechend einem bevorzugten Aspekt der Erfindung nimmt die Wanddicke des Verankerungselementes progressiv auf einem Abschnitt am inneren Ende und zum inneren Ende hin ab.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zwischen den Schlitzwänden und entlang einem Schlitzabschnitt, der von dem geschlossenen Ende des Schlitzes ausgeht, eine Materialbrücke angeordnet, wobei sich in der genannten Materialbrücke mindestens ein Loch befindet, die Innenwand der genannten Brücke durch die zentrierte Bohrung begrenzt wird und die Dicke der Brücke in radialer Richtung im wesentlichen geringer ist, als die radiale Wanddicke desjenigen Teils des Elements, der an den mit Brücken versehenen Teil des Schlitzes angrenzt.
Vorzugsweise sollen die Seitenwände der Schlitze zueinander planparallel sein, das Loch oder die Löcher, die sich in der Materialbrücke befinden, soll(en) vorzugsweise kreisförmig sein, der Durchmesser der genannten Löcher soll im wesentlichen der Schlitzbreite entsprechen.
Nach einem anderen vorteilhaften Aspekt der Erfindung weitet sich die zentrierte Bohrung zum inneren Ende des Elements. Vorzugsweise ist die Aufweitung der Bohrung im wesentlichen konisch. Bei dem Verankerungselement sollen Brücken, die die spiralförmigen Schlitze in dem zum inneren Ende des Elements weiter werdenden Teil überbrücken, nicht vorhanden sein.
Entsprechend einem dritten vorteilhaften Aspekt der Erfindung hat das innere Ende des Elements die Form einer eingeschnittenen ringförmigen Kante, deren Radius im wesentlichen dem Innendurchmesser des Außengewindes entspricht.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl der spiralförmigen Schlitze zwei oder drei oder ein Vielfaches von zwei; ist die Anzähl zwei oder ein Vielfaches von zwei, sind die Schlitze eines jeden Paares, bezogen auf die Achse der Zentralbohrung, einander gegenüberliegend angeordnet; in allen sich schneidenden Ebenen senkrecht zu der genannten Achse weisen die benachbarten Schlitze zueinander den gleichen Abstand auf. In diesem Zusammenhang ist es von Vorzug, wenn die von Schlitzen belegte Fläche in dem genannten, mit Schlitzen ausgestatteten Teil des Verankerungselements, zwischen 15 und 50% ausmacht. Das Verhältnis zwischen der Steigung des Außengewindes und der Steigung eines jeden spiralförmigen Schlitzes liegt zwischen 20:1 und 500:1, vorzugsweise bei etwa 100:1.
Weiterhin soll der an das innere Ende angrenzende Außenwandabschnitt vorzugsweise kein Gewinde aufweisen, sondern vielmehr in einer Drehmaschine entsprechend grob bearbeitet werden; der innere Abschnitt des Verankerungselements soll in radialer Richtung leicht nachgeben. Vorzugsweise umfaßt das Befestigungsmittel für eine Prothese oder einen Prothesenteil ein Innengewinde und/oder einen am äußeren Ende des Verankerungselements angeordneten hexagonalen Abschnitt.
Außerdem wird bevorzugt, daß das Element in seinem äußeren Ende eine Bohrung aufweist, wobei die genannte Bohrung, bezogen auf die zentrale Achse, um einen Winkel β zwischen 25 und 65º geneigt ist, um den Durchtritt eines Nervs oder eines Unterfütterungsmittels oder einer Sehne zu ermöglichen oder für eine Verbindung nach außen.
Zumindest der bei der Implantation mit Gewebe in Berührung kommende Teil des Verankerungselements besteht vorzugsweise aus Titan oder einem anderen gewebefreundlichen Material; er ist zumindest auf seiner bei der Implantation mit Gewebe in Kontakt kommenden Oberfläche mit Mikropits ausgestattet;
der Pit-Durchmesser liegt zwischen 10 und 1000 nm, vorzugsweise zwischen 10 - 300 nm.
Das erfindungsgemäße Verankerungselement wurde zur Halterung von Prothesen oder Prothesenteilen im Knochengewebe konzipiert oder zur externen Kommunikation oder Übertragung biologischer und physikalischer Parameter.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, die sich auf ein bevorzugtes, nicht jedoch einschränkendes Ausführungsbeispiel beziehen, ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßees Verankerungselement, als Schräg-Seitenansicht und perspektivisch.
Figur 2 zeigt eine Sicht auf ein Ende des Objekts in Fig. 1, in Richtung des inneren Ende.
Figur 3 zeigt eine Sicht auf ein Ende des Objekts in Fig. 1, in Richtung des äußeren Endes und
Figur 4 zeigt Skizzen einer Reihe von Schnitten A - H, senkrecht zur Rotationsachse des Verankerungselements, die verschiedene Querschnitte des Objekts in Fig. 1 erläutern.
Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht und hinsichtlich der Maßbeziehungen nur annähernd.
Das in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Verankerungselement 1 besteht aus reinem, in einer Drehmaschine bearbeitetem Titan und hat ungefähr die Form einer zylindrischen Hülse mit einer symmetrisch zentrierten durchgehenden Bohrung 2. Auf seiner Außenseite ist der Mantel der zylindrischen Hülse mit dem Gewinde 20 ausgestattet, das im Anschluß an das eine, innere, Ende 7 beginnt und in Richtung des anderen, äußeren, Endes 8 verläuft, wobei das genannte Gewinde den größten Teil des Mantels bedeckt, mit Ausnahme einer schmalen Zone 9, die eine Breite von etwa einer Gewindesteigung aufweist, und einer vergleichsweise breiteren Zone 10 angrenzend an das äußere Ende 8. Der mit dem Außengewinde ausgestattete Abschnitt des Zylindermantels umfaßt zwei Abschnitte, einen nicht segmentierten Abschnitt 12 (in Fig. 4C gezeigt), der an die breitere Zone 10 am äußeren Ende angrenzt, und einen Abschnitt 11, der in Elementlängsrichtung in vier Segmente unterteilt ist (die in den Figs. 4D bis 4H gezeigt werden), die zwischen dem nicht segmentierten Abschnitt 12 und der schmalen Zone 9 am inneren Ende verlaufen, die in derselben Weise wie Abschnitt 11 segmentiert ist.
Die Unterteilung der am inneren Ende liegenden Zone 9 und des daran angrenzenden Abschnitts 11 in vier Segmente 33, 44, 55, 66 mit ungefähr kreisförmigem Querschnitt erfolgt durch vier Schlitze 3, 4, 5, 6, welche die Zylinderwand unterteilen und mit der zentralen Bohrung 2 in Verbindung stehen. Die Schlitze 3, 4, 5, 6 sind spiralförmig und in Bezug zu der zentralen Achse 13 der Zylinderbohrung symmetrisch angeordnet und haben parallele Seitenwände 41, 42 und offene, mit dem inneren Ende 7 des Elements sich deckende Enden. An ihrem anderen Ende sind die Schlitze 3, 4, 5, 6 geschlossen; dieses Ende wird definiert durch die Grenze zwischen dem segmentierten Abschnitt 11 und dem nicht segmentierten Abschnitt 12. Das Verhältnis der Steigung der Schlitze 3, 4, 5, 6 zur Steigung des Außengewindes 20 beträgt etwa 100:1, wobei jeder der Schlitze 3, 4, 5, 6 einem Viertel eines vollen Gewindeganges entspricht (Gewindesegment von 90º; Rotationswinkel α in Fig. 4). Die Drehung der Schlitze 3, 4, 5, 6 und damit der Segmente 33, 44, 55, 66 wird somit einfach aus den Abschnitten in Fig. 4D 4H deutlich.
Die Segmentierung des Verankerungselements 1 ist nur in einem Abschnitt vollständig ausgeführt, der vom inneren Ende 7 in Richtung des äußeren Endes 8 verläuft und an einen teilweise segmentierten Abschnitt 16 angrenzt (in Fig. 4D, 4E, 4F gezeigt), der den übrigen Teil des segmentierten Abschnitts umfaßt. Die teilweise Segmentierung beruht auf den Materialbrücken 23 (ein Schnitt durch eine solche Brücke ist in Fig. 4E dargestellt), welche die Segmente 33, 44, 55, 66 miteinander verbinden, und die, bezogen auf die zentrale Achse 13, in radialer Richtung von der Bohrung 2 nach außen verlaufen und in dieser Richtung eine Dicke von etwa einem Viertel der radialen Dicke der mit einem Gewinde versehenen Zylinderwand des Verankerungselements 1 an den Brücken 23 aufweisen. Jede Brücke 23 wird von kreisförmigen Löchern segmentiert (die im Schnitt in Fig. 4D, 4F gezeigt werden), mit einem Durchmesser, der der Breite der Schlitze 3, 4, 5, 6 entspricht. Alternativ können die Löcher eine andere Form haben, beispielsweise oval.
Die Schlitzabschnitte mit den Brücken 23 nehmen dadurch die Form spiralförmiger Kerben oder Rillen an. Gruppen von vier Löchern 24, für jeden Schlitz 3, 4, 5, 6 ein Loch, sind in derselben Ebene senkrecht zu der zentralen Achse 13 angeordnet. Der Einfachheit halber ist nur die Materialbrücke 23, welche die Segmente 33 und 66 miteinander verbindet, in Fig. 1 dargestellt.
Die Bohrung 2 der Verankerungshülse 1 erweitert sich konisch (im Schnitt in Fig. 4G, 4H gezeigt) zum inneren Ende 7, unter Bildung dreieckiger kegelförmiger Mantelsegmente 27, 28, 29, 30, deren Basis sich mit einer segmen tierten kreisförmigen am inneren Ende liegenden Kante 31 deckt, die durch Einschneiden des Kegels durch die Außenwand des Zylindermantels gebildet wird. Auf einem Abschnitt am inneren Ende 7 verjüngt sich der Außenmantel, so daß die axiale Breite des Außengewindes 20 zum inneren Ende 7 nach und nach abnimmt; der genannte Abschnitt umfaßt die 0. a. schmale Zone 9 am inneren Ende 7 und einige weitere Außengewinde 20.
Durch das Unterteilen der Schlitze 3, 4, 5, 6 durch das Außengewinde 20 werden scharfe Kanten oder Ränder 25 gebildet, die eine Ablation von Knochenspänen während des Einschraubens bewirken. Das durch Ablation abgetragene Material wird in dem Hohlraum aufgenommen, der durch die konische Aufweitung am inneren Ende 7 und durch die Schlitze 3, 4, 5, 6 gebildet wird. Da die Schlitze 3, 4, 5, 6 denselben Spiral-Drehsinn - Chiralität - wie die Außengewinde 20 aufweisen, werden die Knochenspäne in den Schlitzen 3, 4, 5, 6 beim Einschrauben des Verankerungselements zum äußeren Ende 8 des Elements 1 transportiert. Hierdurch wird eine Kornpression des Gewebes und eine lokale Anhäufung von Material vermieden. Weil die Wanddicke am inneren Ende 7 vergleichsweise gering ist, wird in radialer Richtung eine gewisse Federwirkung erzielt; hierdurch wird das Einschrauben erleichtert und gleichzeitig die Belastung am inneren Ende gemindert, insbesondere bei funktionaler Belastung. Die Brücken 23 wirken einer Verformung der Segmente 33, 44, 55, 66 des Verankerungselements 1 in tangentialer Richtung entgegen und schützen dadurch ihre Selbstschneidefunktion, während gleichzeitig die Löcher 24 zwischen den Brücken für eine Verbindung zwischen der Bohrung 2 und den Schlitzen 3, 4, 5, 6 sorgen, die der freien Knochenwand gegenüberliegen.
Diese Verbindung ist von großer Wichtigkeit, wenn es zum Beispiel um Faktoren wie das Einwachsen des Gewebes oder das Einbringen von Antibiotika vom äußeren Ende durch die Bohrung 2 nach der Implantation geht. Neben einem Verbindungskanal für das Knochenmark und das verankernde Knochengewebe wird auch eine Verankerung nach Integration durch den Heilungsprozeß hierdurch begünstigt.
Die breite Zone 10 des Verankerungselements 1, die keine Gewinde aufweist und angrenzend an das äußere Ende 3 des Elements 1 angeordnet ist, hat einen ringförmigen Flansch 37 (in Fig. 48 im Schnitt dargestellt), der an den mit Gewinde versehenen, jedoch nicht segmentierten Mantelteil 12 angrenzt, und einen Endabschnitt 38 (im Schnitt in Fig. 4A dargestellt) mit einem angrenzenden Ringflansch 37 mit reduziertem Durchmesser. In einem Abschnitt, der vom äußeren Ende 8 in Richtung des inneren Endes 7 verläuft, ist die Bohrung 2 mit einem Innengewinde 39 zur Befestigung einer Prothese oder eines Prothesenteils ausgestattet. Ein Schlitz 30 in der Wand 40 des außenliegenden Endes dient zum Aufschrauben auf das Verankerungselement 1 und als Gegenführung, wenn eine Prothese oder ein Prothesenteil auf dem Element 1 befestigt werden soll, beispielsweise durch Einschrauben einer Schraubvorrichtung an der Prothese oder dem Prothesenteil in das Innengewinde 39. Im übrigen ist das äußere Ende des Verankerungselements hinsichtlich einer optimalen Fixierung der Prothese oder des Prothesenteils in traditioneller Weise ausgeführt.
Schlitze mit kreisförmiger Geometrie, die somit tief in das Material eingeschnitten sind, sind im Innenteil des Implantats entsprechend angeordnet, je weiter nach außen man kommt (wenn eine höhere Steifigkeit gewünscht wird), da die Kreise zur Peripherie hin bewegt werden können.

Claims

1. Im wesentlichen rotationssymmetrisches Verankerungselement (1) als Stütze für eine Prothese oder einen Prothesenteil, ausgestattet mit einem Außengewinde (20) auf dem größten Teil seiner Außenseite und so ausgeführt, daß es an seinem äußeren Ende (8) mit der genannten Prothese oder dem Prothesenteil verbunden werden kann, und mit seinem gegenüberliegenden inneren Ende (7) in das Knochengewebe eingelassen und verankert werden kann, bei dem mindestens ein Schlitz (3, 4, 5, 6) mit Schneidkanten vom inneren Ende (7) zum äußeren Ende (8) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungselernent (1) mit einer zentrierten 15 durchgehenden Bohrung (2) ausgestattet ist und daß der Schlitz (3, 4, 5, 6) spiralförmig um die Längsachse (13) des Verankerungselements angeordnet ist und zumin dest über den größten Teil (11) der Außenwand des Elements verläuft, wobei dieser genannte größte Teil mit dem Außengewinde (20) ausgestattet ist und die Chirahtät des Schlitzes derjenigen des Außengewindes (20) entspricht.

2. Verankerungselement nach Anspruch 1, bei dem die Wanddicke des Elements progressiv in einem Abschnitt am inneren Ende und in Richtung zum inneren Ende abnimmt.

3. Verankerungselernent nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Materialbrücke zwischen den Wänden des Schlitzes und entlang einem vorn geschlossenen Ende des Schlitzes ausgehenden Schlitzabschnitt angeordnet ist, wobei die genannte Materialbrücke mindestens ein Loch aufweist, die Innenwand der genannten Brücke begrenzt wird von der zentrierten Bohrung und die Dicke der Materialbrücke im wesentlichen geringer als die Wanddicke des Elementabschnitts ist, der von der Materialbrücke aus in radialer Richtung verläuft.

4. Verankerungselement nach Anspruch 1 oder 3, bei dem die Seitenwände des Schlitzes zueinander planparallel, das Loch oder die Löcher in der Materialbrücke vorzugsweise kreisförmig sind und der Durchmesser der genannten Löcher im wesentlichen der Schlitzbreite entspricht.

5. Verankerungselement nach Anspruch 4, bei dem das Loch oder die Löcher eine andere geeignete Form aufweisen, beispielsweise eine ovale Form.

6. Verankerungselement nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die zentrierte Bohrung des Elements sich zum inneren Ende des Elements 1 erweitert.

7. Verankerungselement nach Anspruch 6, bei dem die Aufweitung im wesentlichen konisch ist.

8. Verankerungselement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das Verankerungselement zwischen den spiralförmigen Schlitzen in dem sich zum inneren Ende des Elements erweiternden Abschnitt keine Brücken aufweist.

9. Verankerungselement nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das innere Ende des Elements die Form einer eingeschnittenen ringförmigen Kante hat, deren Radius im wesentlichen dem Innendurchmesser des Außengewindes entspricht

10. Verankerungselement nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 9, in dem eine Anzahl spiralförmiger Schlitze angeordnet ist.

11. Verankerungselement nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Anzahl der spiralförmigen Schlitze zwei oder drei oder ein Vielfaches von zwei ist, die Schlitze jedes Schlitzpaares, bezogen auf die Achse der zentralen Bohrung, einander gegenüberliegend angeordnet sind, und alle benachbarten Schlitze in allen sich schneidenden Ebenen senkrecht zu der genannten Achse den gleichen Abstand zueinander aufweisen.

12. Verankerungselement nach Anspruch 11, bei dem die von den Schlitzen in dem genannten, mit Schlitzen ausgestatteten Abschnitt des Verankerungselements eingenommene Fläche zwischen 15 und 50% ausmacht.

13. Verankerungselement nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der das innere Ende begrenzende äußere Wandabschnitt kein Außengewinde aufweist.

14. Verankerungselement nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 13, dessen innerer Endabschnitt in radialer Richtung leicht nachgibt.

15. Verankerungselement nach einem jeden vorangehenden Anspruch, bei dem das Befestigungsmittel für eine Prothese oder einen Prothesenteil ein Innengewinde umfaßt, das in der zentrierten Bohrung im äußeren Endabschnitt des Verankerungselements angeordnet ist.

16. Verankerungselement nach einem jeden vorangehenden Anspruch, bei dem das Element auch in seinem äußeren Endabschnitt eine Bohrung aufweist, wobei die genannte Bohrung, bezogen auf die zentrale Achse, um einen Winkel β zwischen 25 und 65º geneigt ist, um den Durchtritt eines Nervs oder eines Unterfütterungsmittels etc. zu ermöglichen.

17. Verankerungselement nach einem jeden vorangehenden Anspruch, bei dem das Verhältnis zwischen der Steigung des Außengewindes und der Steigung jeder Spirairille zwischen 20:1 und 500:1, vorzugsweise bei etwa 100:1 liegt.