DE60203787T2

DE60203787T2 - Handgelenkprothese

Info

Publication number: DE60203787T2
Application number: DE60203787T
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Guerard; Leopold Pflug; Daniel Egloff
Original assignee: Clinique Chirurgicale Et Permanence De Longeraie Sa Lausanne; CLINIQUE CHIRURGICALE ET PERMA; CLINIQUE CHIRURGICALE ET PERMANENCE DE LONGERAIE SA; GUERARD JEAN LOUIS
Current assignee: Clinique Chirurgicale Et Permanence De Longeraie S; Guerard Jean-Louis St Sulpice Ch; Pflug Leopold Lavigny Ch
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: ATE293408T1; EP1363564B1; EP1363564A1; US7563287B2; WO2002069853A1; DE60203787D1; US20040073316A1; EP1363564B8

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Handgelenkprothese, die mehrere starre Stangen aufweist, von denen eine zentrale Stange dazu bestimmt ist, an dem Radius verankert zu werden, und zwei seitliche Stangen dazu bestimmt sind, an dem Metacarpus verankert zu werden, und mit einem Gelenkmechanismus, der diese Stangen verbindet. Prothesen dieser Art sind bereits beschrieben worden, insbesondere in den veröffentlichten französischen Patentanmeldungen Nrn. 2681240 und 2669214, in denen die Funktionen, die der Gelenkmechanismus erfüllen muss, erklärt sind. In dem technischen Bereich der Handgelenkprothesen versucht man natürlich, der Medizinwissenschaft Vorrichtungen anzubieten, die es den Patienten ermöglichen, mit dem Handgelenk und den Fingern Bewegungen so bequem und vielfältig wie möglich mit einem ausreichenden Komfort auszuführen.
Die Handgelenkprothesen, die bislang bekannt sind, haben entweder zu weiche oder zu starre Strukturen und sind oftmals für Abnutzungen anfällig. Infolge dessen muss man sie generell in sehr kurzen Zeitspannen ersetzen.
Eine Handgelenkprothese gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist in der EP-A-0 214 773 beschrieben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Handgelenkprothese anzugeben, die es erlaubt, auf der einen Seite die Nachteile der bekannten Prothesen zu überwinden und auf der anderen Seite die natürlichen Bewegungen des Handgelenkes mit einem größeren Komfort besser auszuführen.
Hierzu betrifft die vorliegende Erfindung eine Handgelenkprothese mit mehreren starren Stangen, von denen eine zentrale Stange dazu bestimmt ist, an dem Radius verankert zu werden, und zwei seitliche Stangen dazu bestimmt sind, am Metacarpus verankert zu werden, und mit einem Gelenkmechanismus, der die Stangen miteinander verbindet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gelenkmechanismus drei Elemente aufweist, die mit den seitlichen Stangen beziehungsweise der zentralen Stange fest verbunden und elastisch zusammengefügt sind, derart, dass Versetzungen der seitlichen Stangen in Bezug zu der zentralen Stange und relative Versetzungen der seitlichen Stangen in Bezug zueinander erlaubt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Handgelenkprothese weist der Gelenkmechanismus einen Sitz aus einem starren Material mit zwei Stirnseiten und eine Achse aus einem elastisch deformierbaren und dehnbaren Material auf, die in eine zentrale Öffnung des Sitzes eingreift, wobei jede der seitlichen Stangen eine Basis mit einer transversalen Passage aufweist und diese Basen Stirnflächen mit einer den Stirnseiten des Sitzes zugeordneten Form aufweisen, wobei die Achse in Dehnung durch eine Verriegelung ihrer Enden in den transversalen Passagen der Basen durch Riegel gehalten ist, derart, dass die Stirnflächen der Basen gegen die Stirnseiten des Sitzes gepresst werden, um Gelenkbewegungen nach Art eines Kugelgelenkes zu ermöglichen, um begrenzte relative Versetzungen der seitlichen Stangen im Bezug zu dem Sitz zu erlauben.
Die Stirnseiten des Sitzes können eine konkave Form und die Stirnflächen der Basen die Form sphärischer Kalotten aufweisen. Gemäß einer Variante können die Stirnseiten des Sitzes eine konvexe Form und die Stirnflächen der Basen eine konkave Form aufweisen.
Die zentrale Stange kann mit einem Ende in eine transversale, in der Mitte der Länge des Sitzes angeordnete Bohrung eingreifen und an diesem Ende einen Schlitz aufweisen, der den zentralen Teil der Achse nach Art einer Gabel umgreift; der zentrale Teil der Achse und der Schlitz der zentralen Stange können hierbei korrespondierende Profile aufweisen, die eingerichtet sind, um die Fixierung dieser Stange in Bezug zu der Achse sicher zu stellen.
Der Sitz kann eine zylindrische Form haben, die zentrale Stange gerade sein und radial in Bezug zu der Achse des Sitzes angeordnet sein, und die seitlichen Stangen können einen geraden Stab aufweisen, der fest mit der Basis verbunden und in Bezug zu der Achse der Basis versetzt ist.
Die Basen der seitlichen Stangen können die Form eines Ringes mit einer zentralen Passage aufweisen, die mit einer internen Schulter versehen ist, die zum Halten einer Verriegelungseinrichtung dient, welche in der Basis eines der Enden der Achse fixiert, indem dieses mit Zug gehalten wird.
Jede Verriegelungseinrichtung kann durch zwei Halbriegel gebildet werden, die durch ihre gegenseitige Anlage in dieser zentralen Passage eingeklemmt gehalten und in Anlage gegen die Schulter durch den Zug der Achse festgehalten werden; die Verriegelungseinrichtungen können gegen jede Drehbewegung in Bezug zu der sie aufnehmenden Basis durch einen Stift blockiert werden, der die Basis und einen der Halbriegel durchdringt.
Im Folgenden wird beispielhaft eine Ausführungsform der Handgelenkprothese gemäß der Erfindung in Bezug zu der beigefügten Zeichnung beschrieben, wobei:
1 eine Schnittansicht einer seitlichen Stange der Prothese ist,
2 eine Aufsicht in Richtung des Pfeiles A der Stange in 1 ist,
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der verschiedenen Komponenten der Prothese ist,
4 eine Ansicht der Anordnung der Prothese in zusammengesetztem Zustand ist,
5 eine Aufsicht der Prothese gemäß der 4 ist,
6 eine Schnittansicht gemäß der Linie 6-6 in 5 ist, die alle Komponenten der Prothese zeigt, und
7 eine Perspektivansicht der Prothese in zusammengesetztem Zustand ist.
Die Prothese ist im Wesentlichen aus drei starren Stangen zusammengesetzt, nämlich zwei seitlichen Stangen 1 und 2 und einer zentralen Stange 9, die so angeordnet sind, dass sie gegeneinander beweglich sind. Die 1 und 2 zeigen die seitliche Stange 1, die symmetrisch zu der Stange 2 ist und aus einem einzigen Metallteil oder einem Kunststoffteil gebildet ist, die durch Spritzen oder spanabhebende Bearbeitung geformt wurden. Dieses Teil weist einen geraden Stab 3 mit rechteckigem Querschnitt auf (oder jeder anderen adäquaten Form, zum Beispiel einer polygonalen, kreisförmigen oder ovalen Form), die ausgehend von einer Basis 4 ein leicht sich verjüngendes Profil aufweist. Dieser Teil 4 der Stange 1 ist in einer Aufsicht von ringförmiger Form (2) und in einer Schnittansicht (1) eiförmig. Insbesondere ist die Stirnseite 5, die der in 2 sichtbaren Seite gegenüber gelegen ist, ein Teil einer Kugeloberfläche, die so behandelt ist, dass sie perfekt regelmäßig und glatt ist. Die Basis jeder der seitlichen Stangen spielt jeweils die Rolle eines Kugelgelenkes. Die zentrale Öffnung der ringförmigen Basis 4 ist eine zylindrische Passage 6, die eine interne Schulter 7 aufweist, wobei der rückwärtige Teil der Passage 6 einen Durchmesser aufweist, der geringfügig größer als der des vorderen Teiles ist. Eine Bohrung 8, deren Durchmesser gleich der Breite der Schulter 7 ist, ist entlang der oberen Mantelfläche der Passage 6 in der vorderen Zone mit einem kleineren Durchmesser versehen.
In 2 ist ersichtlich, dass der Stab 3 in einer Position platziert ist, die gegenüber einer vertikalen Achse, die durch das Zentrum der Basis 4 läuft, leicht versetzt ist. Für die seitliche Stange 2, die die gleiche Form und die gleiche allgemeine Ausbildung wie die Stange 1 aufweist, ist dieser Versatz des Stabes symmetrisch in Bezug zu dem in 2 gezeigten, wie später noch ausgeführt wird.
Die zwei Stangen 1 und 2 sind in der 3 in Positionen analog der Position gezeigt, die sie bei der montierten Prothese einnehmen, und man sieht, dass sie sich gegenüber liegen, wobei die Stirnseite 5 des Teiles 1 in 3 sichtbar ist, während diese Stirnseite 5 bei dem Teil 2 verborgen ist.
Die dritte Stange 9 ist ebenfalls sichtbar in der 3. Sie weist einen Stab 10 mit rechteckigem Querschnitt auf, der sich gegen das untere Ende verjüngt und am oberen Ende durch einen zylindrischen Zapfen 11 verlängert ist, in den ein Schlitz 12 mit parallelen Flanken gefräst ist, die etwa in der Mitte durch eine transversale Nut 13 unterbrochen sind.
Die mechanischen Einrichtungen, um die Einzelteile zusammenzusetzen und gegenüber den anderen drei Stangen 1, 2 und 9 auszurichten, weisen einen Sitz 14 auf, eine Achse 15, zwei Paare von Halbriegeln 16, 17, 18 und 19 und zwei Stifte 20 und 21, die jeweils einem der Halbriegel eines jeden Paares zugeordnet sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Zeichnung der 3 mit Hilfe eines Zeichenprogrammes erstellt wurde, das nur schlecht für die Darstellung von Kurven geeignet ist, die in Form von polygonalen Linien dargestellt sind. In Wirklichkeit ist die äußere Form der Teile 17, 19, 4, 27, 15, 28, 26, 14, 16 und 18 kreisförmig, ebenso die der sie durchquerenden Passagen.
Der Sitz 14 ist ein Teil mit äußerer zylindrischer Form mit zwei äußeren Stirnseiten 22, 23 mit konkaven sphärischen Oberflächen, die exakt so eingerichtet sind, um jeweils die Stirnseite 5 einer der Stangen 1 oder 2 aufzunehmen. Er ist entlang seiner Achse von einer zylindrischen Passage 24 durchdrungen und weist eine Blindbohrung 25 (6) auf, die ihn von unten nach oben vertikal bis in die Nähe seiner äußeren peripheren Oberfläche durchdringt. Der Durchmesser dieser Bohrung ist ausreichend, dass der Zapfen 11 der zentralen Stange 9 eingeführt werden kann, wobei die Nut 13 im Zentrum der zylindrischen Passage 24 platziert ist.
Der Sitz kann aus einem Kunststoffmaterial realisiert werden, zum Beispiel aus implantierbarem Polyethylen mit einer gut gleitenden Oberfläche.
Gemäß einer Variante kann der Sitz mit äußeren konvexen Stirnseiten 22, 23 realisiert werden. In diesem Falle werden die Basen 4 der Stangen 1 und 2 mit konkaven Stirnflächen 5 realisiert, die mit den konvexen Oberflächen der äußeren Flächen des Sitzes in der Form korrespondieren, um eine Gelenkbewegung nach Art eines Kugelgelenkes zu erlauben.
Die Achse 15 ist der wesentliche Teil des Mechanismus der Anordnung. Dieses Teil ist aus einem Elastomer oder einem anderen weichen Kunststoffmaterial mit gewünschter Stabilität und Elastizität. Ihre generelle Form ist zylindrisch mit zwei Wellenabschnitten 26, 27 an ihren Enden, wobei zwischen diesen Wellenabschnitten ein zentraler zylindrischer Teil 28 gelegen ist, dessen Durchmesser so ist, dass er in die zylindrische Passage 24 des Sitzes 14 eingreifen kann und der zwei parallele Aussparungen 29 und 30 mit flachen Böden und einen Wulst 31 aufweist, der sich in der Mitte längs jedes Bodens einer Aussparung erstreckt. Der Abstand zwischen den parallelen Böden der Aussparungen ist gleich der Breite des Schlitzes 12, wobei sich die Wülste 31 entsprechend der Nut 13 erstrecken. Man sieht in der 3, dass der Zapfen 11 der Stange 9 bei einem Eingriff in den zentralen Teil der Achse 15 in die Wülste 31 einschnappt und durch die Elastizität des Materiales der Achse 15 gehalten wird.
Die Elastizität dieses Materiales sichert gleichzeitig die Verriegelung der sphärischen Flächen 5 der Stangen 1 und 2 gegenüber den konkaven Flächen 22 und 23 des Sitzes 14. Hierzu dienen die Wellenabschnitte 26 und 27 als Zugeinrichtungen, um eine Zugbeanspruchung auf den zylindrischen Teil 28 der Achse 15 so auszuüben, um die Paare der Halbriegel 16, 18 und 17, 19 am Platz zu halten.
Die Halbriegel 16, 18, und 17, 19 sind Teile mit zylindrischen Oberflächen, die durch eine ebene Fläche 32 begrenzt sind, sodass jeweils zwei homologe Halbriegel (zum Beispiel 16, 18) mit ihren ebenen Flächen 32 in Kontakt liegen und einen zylindrischen Körper mit zwei abgestuften unterschiedlichen Durchmessern bilden, die durch eine Schulter 33 voneinander getrennt sind. Jede Anordnung der beiden homologen Halbriegel bildet eine zylindrische Schale 34 mit einer profilierten Öffnung 35 in ihrem Boden, deren Dimensionen dem Profil des zentralen ausgesparten Teiles der Achse 15 entsprechen. Insbesondere sind in jedem Halbriegel die Winkel zwischen der ebenen Fläche 32 und den Rändern der rechteckigen Aussparung 35 abgeschrägt, sodass sie mit dem Wulst 31 der Achse 15 korrespondieren. Schließlich bilden die beiden Halbriegel 16 und 17 in ihrer äußeren seitlichen Fläche im oberen Teil eine Nut 36 parallel zu der Achse, deren Durchmesser demjenigen der Stifte 20 und 21 entspricht.
Die 4, 5, 6 und 7 zeigen, wie sich die Prothese in dem zusammengesetzten Zustand darstellt. Die Elastizität der Achse 15 hält die beiden seitlichen Stangen 1 und 2 und die zentrale Stange 9 mit dem Sitz 14 verbunden, erlaubt ihnen jedoch verschiedene Bewegungen. Wenn die Achse 15 unter Zugbeanspruchung steht, werden die äußeren Flanken der Aussparungen 29 und 30 an den Rändern der Aussparungen 35 der Nuten 34 der Riegel 16/18 und 17/19 eingehakt, die ihrerseits in die Passagen 6 der Basen 4 der Stangen 1 und 2 eingreifen. Die sphärischen Flächen 5 der Basen 4 werden damit gegen die konkaven Flächen 22 und 23 des Sitzes gedrückt gehalten, während der Zapfen 11 der zentralen Stange 9 in die Blindbohrung 25 des Sitzes eingreift, wobei der zentrale Teil der zylindrischen Zone 28 der Achse 15 sich in den Schlitz 12 erstreckt und die Wülste 31 in die Nuten 13 eingreifen. Die Stifte 20 und 21 sichern die Riegel 16/18 und 17/19 mit der jeweiligen seitlichen Stange 1 oder 2, der sie jeweils zugeordnet sind, gegen Verdrehung.
Eine solche Anordnung erlaubt Drehbewegungen der Stangen 1 und 2 in Bezug zu dem Sitz 14 um dessen Achse und ebenso gewisse Schwenkbewegungen der Stangen 1 und 2 um Achsen senkrecht zu der des Sitzes. Diese Anordnung erlaubt ebenfalls Drehbewegungen der zentralen Stange 9 um seine eigene Achse, da die Aussparungen 29 und 30 eine Länge aufweisen, die größer als der Durchmesser des Zapfens 11 ist (siehe 6).
In den 3, 5 und 6 ist nochmals die Achse 15 mit den Wellenabschnitten 26 und 27 dargestellt, jedoch sei darauf hingewiesen, dass diese Elemente nur eine Hilfsfunktion bei der Montage der Prothese erfüllen und nach der Montage abgeschnitten werden.
Um das Verfahren zur Montage mit den beschriebenen Elementen zu realisieren, werden eines der Paare der Halbriegel, die seitliche Stange, der Sitz und die Achse zusammengesetzt, wobei die beiden Halbriegel gegeneinander gedrückt werden, sodass sie zwischen sich die korrespondierende äußere Fläche des zentralen Teiles 28 der Achse 15 einschließen. Anschließend wird die zweite seitliche Stange platziert, wobei die sphärische Oberfläche 5 ihrer Basis in Kontakt mit der korrespondierenden konkaven Fläche des Sitzes gebracht wird. Die Achse 15 wird anschließend durch Zugbeanspruchung auf die Wellenabschnitte 26 und 27 gedehnt, sodass das andere zylindrische Ende des zentralen Teiles 28 der Achse über den äußeren Rand der Passage 6 der zweiten seitlichen Stange reicht, wobei der zweite Teil der Halbriegel teilweise in den vorspringenden Teil der Achse eingreift und verriegelt wird, sodass dann in der Nut 34 das andere Ende des zentralen Teiles 28 der Achse 15 verriegelt wird. Es ist anschließend ausreichend, die Zugbeanspruchung auf die Wellenabschnitte 26/27 zu verringern, damit die gesamte Anordnung vollendet ist. Die zentrale Stange 9 kann in die transversale Bohrung 25 des Sitzes 14 eingreifen, wobei der Zapfen 11 durch die Nut 13 in Eingriff mit dem Wulst 31 der Achse fixiert wird.
Sobald diese Verfahren ausgeführt sind, sind die Wellenabschnitte 26 nicht mehr notwendig und können abgetrennt werden.
Die Prothese gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt es, die Beweglichkeit der Knochen zueinander besser zu reproduzie ren als dieses bei bekannten Prothesen der Fall ist, insbesondere Dank ihrer Weichheit, die verschiedene Freiheitsgrade erlaubt, die in Kombination mit den elastischen Eigenschaften ihrer Achse 15 gegeben sind, wobei für jeden Freiheitsgrad eine entsprechende Rückstellkraft assoziiert ist.
Die wesentlichen Freiheitsgrade, die die Prothese gemäß der Erfindung auszeichnen, sind die folgenden:

– Rotation der Stangen 1 und 2 um die Achse 15
– seitliche Verschwenkung der Stangen 1 und 2 mit einer möglichen Abhebung ihrer Basen 4 in Bezug zu dem Sitz 14 im Falle einer extremen Bewegung
– longitudinale axiale Bewegung der Stange 9.

Claims

Handgelenkprothese mit mehreren starren Stangen (1, 2, 9), von denen eine zentrale Stange (9) dazu bestimmt ist, an dem Radius verankert zu werden, und zwei seitliche Stangen dazu bestimmt sind, an dem Metacarpus verankert zu werden, und mit einem Gelenkmechanismus (4, 5, 14, 15, 11, 16, 17, 18, 19) , der die Stangen miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkmechanismus drei Elemente (4, 4, 11) aufweist, die mit den seitlichen Stangen (1, 2) bzw. der zentralen Stange (9) fest verbunden und elastisch zusammengefügt sind, derart, dass Versetzungen der seitlichen Stangen in Bezug zu der zentralen Stange und relative Versetzungen der seitlichen Stangen in Bezug zueinander erlaubt sind.
Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkmechanismus einen Sitz (14) aus einem starren Material mit zwei Stirnseiten (22, 23) und eine Achse (5) aus einem elastisch deformierbaren und dehnbaren Material aufweist, die in eine zentrale Öffnung des Sitzes eingreift, dass jede der seitlichen Stangen (1, 2) eine Basis (4) mit einer transversalen Passage (6) aufweist, wobei diese Basen Stirnflächen (5) mit einer den Stirnseiten (22, 23) des Sitzes zugeordneten Form aufweisen, und dass die Achse in Dehnung durch eine Verriegelung ihrer Enden in den transversalen Passagen (6) der Basen durch Riegel (16/18, 17/19) gehalten ist, derart, dass die Stirnflächen (5) der Basen (4) gegen die Stirnseiten (22, 23) des Sitzes gepresst werden, um Gelenkbewegungen nach Art eines Kugelgelenkes zu ermöglichen, um begrenzte relative Versetzungen der seitlichen Stangen in Bezug zu dem Sitz zu erlauben.
Prothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (22, 23) des Sitzes eine konkave Form und die Stirnflächen (5) der Basen die Form sphärischer Kalotten aufweisen.
Prothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (22, 23) des Sitzes eine konvexe Form und die Stirnflächen (5) der Basen eine konkave Form aufweisen.
Prothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Stange (9) mit einem Ende (11) in eine transversale, in der Mitte der Länge des Sitzes (14) angeordnete Bohrung (25) eingreift und an diesem Ende (11) einen Schlitz (12) aufweist, der den zentralen Teil (28) der Achse (15) nach Art einer Gabel umgreift.
Prothese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Teil (28) der Achse (15) und der Schlitz (12) der zentralen Stange (9) korrespondierende Profile aufweisen, die eingerichtet sind, um die Fixierung dieser Stange in Bezug zu der Achse sicher zu stellen.
Prothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz (14) eine zylindrische Form hat, die zentrale Stange (9) gerade ist und radial in Bezug zu der Achse des Sitzes angeordnet ist, und die seitlichen Stangen (1, 2) einen geraden Stab (3) aufweisen, der fest mit der Basis (4) verbunden und seitlich in Bezug zu der Achse der Basis versetzt ist.
Prothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basen (4) der seitlichen Stangen (1, 2) die Form eines Ringes mit einer zentralen Passage (6) aufweisen, die mit einer internen Schulter (7) versehen ist, die zum Halten einer Verriegelungseinrichtung (16–19) dient, welche in der Basis eines der Enden der Achse (15) fixiert, indem dieses in Dehnung gehalten wird.
Prothese nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verriegelungseinrichtung aus zwei Halbriegeln (16/18, 17/19) gebildet ist, die durch ihre gegenseitige Anlage in der zentralen Passage (6) eingeklemmt gehalten und in Anlage gegen die Schulter (7) durch den Zug der Achse (15) festgehalten sind.
Prothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtungen (16/18, 17/19) gegen jede Drehbewegung in Bezug zu der sie aufnehmenden Basis durch einen Stift (20, 21) blockiert sind, der die Basis und einen der Halbriegel durchdringt.