Bone implant, for inserting in bones as artificial limbs, has actuator operated externally for altering implant's external shape

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Implantat zum Einsetzen in Knochen, wie Prothesen,Hüftgelenks-, Kniegelenksprothesen, Marknägel oder Distraktionsvorrichtungen mit zumindest einemAktuator, welcher von aussen betätigbar ist.

Stand der Technik


[0002] Derartige Impantate, Transplantate, Prothesen, Hüftgelenksprothesen, Kniegelenksprothesen, Marknägel od.dgl. sind in vielfältiger Form und Ausführung auf dem Markt bekannt und gebräuchlich. Bei herkömmlichen Implantaten,insbesondere bei herkömmlichen Prothesen besteht die Gefahr der Lockerung des Prothesenschaftes,zumeist dann, wenn die Prothese über einen längeren Zeitraum implantiert wird. Beispielsweisemüssen Hüftgelenksprothesen nach ca. zwölf Jahren ausgetauscht oder ersetzt werden. Die Ursachehierfür liegt im sogenannten Stressshielding, d.h. einem Kraftnebenschluss durch das Implantat,weshalb der Knochen keine Belastung mehr erfährt und sich zurückbildet. Der Zusammenhang zwischender Belastung des Knochens und einem Remoddeling ist über das Wolff'sche Gesetz beschrieben.
[0003] Das herkömmliche Einbringen eines Implantates, insbesondere einer Prothese in einen Knochenerfolgt durch Einzementieren oder Einschlagen. Dabei wird beim Zementieren kalt oder warm aushärtenderZement verwendet, wobei dieses Einzementieren hinsichtlich der Hygiene und der Sauberkeit nichtunproblematisch ist. Häufig führt eine schlecht vorbereitete oder ausgeführte Zementverbindungdes Implantates im Knochen zu einer vorzeitigen Lockerung, was unerwünscht ist.
[0004] Ferner wird das Knochengewebe bei schnell bindenden Kunstharzen durch entstehende Hitzeund durch die entstehenden Dämpfe geschädigt.
[0005] Insbesondere ist nachteilig bei herkömmlichen Implantaten, insbesondere Prothesen, dassbei der Implantation eine resultierende Länge des Knochen-Implantatverbundes schwer bei derOperation einzustellen ist. Hierdurch kann es beispielsweise zu zwei verschieden langen Beinen kommen,was zu weiteren Folgeschäden oder weiteren Operationen führen kann.
[0006] Bei der Implantation durch Einschlagen oder Einzementieren ist die Länge ebenfalls nurschwer exakt einzustellen und eine späteren Korrektur ist nicht mehr möglich.
[0007] Müssen derartige einzementierte Implantate bzw. Prothesen ausgetauscht oder ausgewechselt werden,so müssen bei der Operation verbleibende Zementrückstände am Knochen aufwendig entfernt werden,was einen Verlust und Schwund von Knochenmaterial zur Folge hat. Hierdurch kann eine Revisionbzw. ein Austausch von Implantaten nur begrenzt oft durchgeführt werden.
[0008] Ferner sind sogenannte Prothesen bekannt, die eine rein mechanische Verriegelung gewährleisten, indem diese in den proximalen Teil des Femur des Knochens eingeschraubt werden. Auch hier istnachteilig, dass diese sich mit der Zeit lockern können.

Aufgabenstellung


[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Implantat der eingangs genanntenArt zu schaffen, welches die genannten Nachteile beseitigt und mit welchem auf einfache undkostengünstige Weise der Halt des Implantates im Knochen verbessert, das Implantat im Knochen ggf.ein Leben lang verbleiben kann, das Implantat, insbesondere die Prothese im Knochen einen besserenHalt gewährleistet und den Knochen, sowie die Knochenhaut zur besseren Einbindung des Implantatesim Knochen stimuliert.
[0010] Zur Lösung dieser Aufgabe führten die Merkmale der Kennzeichen der Patentansprüche 1und 2.
[0011] Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, aktiv, drahtlosoder drahtgebunden von aussen ein Implantat anzusteuern, um die Form des Implantates in wählbaren Schritten,in wählbaren Zeiteinheiten mit wählbarer Vorspannkraft zu verändern. Insbesondere kann ein äusserer Querschnittdes Implantates regelbar, ansteuerbar auch hinsichtlich seiner Vorspannkraft innen an den Knochenangelegt werden. Hierdurch kann beispielsweise das Implantat sofort während der Operation inden Knochen eingeschoben und dort durch Querschnittserweiterung nach aussen fixiert werden.[0012] Hierdurch wird kein Knochengewebe beschädigt und der Patient wird wieder schneller beikürzerer Liegezeit mobilisiert.
[0013] Zudem kann beispielsweise eine Beinlängendifferenz durch Lösen des Prothesenschaftesdurch Verringern des Querschnittes wieder gelöst werden und die Prothese bzw. das Implantatrepositioniert werden. Dies erfolgt drahtlos und auch ggf. nach längerer Zeit nach dem Einsetzen desImplantates im Knochen erfolgen.
[0014] Ferner ist möglich, dass beispielsweise durch Induktion von aussen sich die Form des Implantatesauch zu jeder späteren Zeit nach vielen Jahren verändern lässt, um eine Lockerung des Implantatesbzw. der Prothese im Knochen auszugleichen und wieder anzuspannen.
[0015] Dies ist auch von Vorteil bei Kindern, die sich noch im Wachstum befinden, so dass dasImplantat durch permanente Querschnittsvergrösserung sich an den wachsenden Knochen anpassenkann.
[0016] Zudem lässt sich auch eine Vorspannkraft regelbar und steuerbar von aussen drahtlos einstellen,um einen gewünschten Halt des Implantates im Knochen einzustellen.
[0017] Mit einem derartigen Implantat lässt sich, dessen äussere Form auch derart ändern, dassdurch alternierende Schellenbelastung hinsichtlich der Vorspannkraft, beispielsweise in Ruhephasenoder während des Schlafens, das Knochengewebe und der Knochen zu einer Knochenstimulation bzw.Knochenverstärkung anreget wird, so dass auf lange Sicht gesehen das Implantat im Knochen verstärktgehalten und der Knochen selbst hierdurch gestärkt wird.
[0018] Dabei können unterschiedlichste Implantate unterschiedlichster Bauweise und Funktion vorgesehensein, um eine äussere Form, eine äussere Kontur zumindest teilweise einem äusseren Querschnittdes Implantates zu verändern.
[0019] Hierzu können beliebige Aktuatoren, wie bspw. elektromechanischer, hydraulischer, mechanischerArt im Implantat eingesetzt sein. Derartige Aktuatoren können auch in Form von Formgedächtnislegierungen, Federelementen,Piezoaktuatoren od. dgl. Anwendung finden.
[0020] Wichtig ist, dass von aussen sehr einfach zugänglich drahtlos eine Stimulation des Knochensdurch eine sich ändernde Querschnittsverengung in einem wählbaren Bereich mit regelbarer Vorspannkrafterfolgen kann, um den Knochen zu stimulieren.
[0021] Auch beim Austauschen des Implantates ist ein Ausbau bzw. ein Wechsel sehr leicht möglich, ohneden Knochen zu beschädigen, indem sein Durchmesser verringert wird.
[0022] Ferner soll auch daran gedacht sein, dass beispielsweise teilweise radiale Laschen, Stifteod. dgl. radiale Verformungen des Aussenbereiches des Implantates in oben beschriebener Weiseermöglichen, um eine äussere Kontur bzw. eine äussere Form, insbesondere einen äusseren Querschnittdes Implantates aktiv regelbar und steuerbar berührungslos von aussen zu verändern.
[0023] Über entsprechende Kraftmesseinrichtung, Kraftsensoren können Biegemomente, Belastungen inder Frühphase, nach der Implantation ermittelt werden und ggf. vor Überlastung sogar warnen.
[0024] Auch ist denkbar, dass über die Kraftsensoren unterschiedliche Belastungen während unterschiedlichenAktivitäten ermittelt und entsprechende grössere Vorspannkräfte bzw. Verriegelungskräfte zwischenImplantat und Knochen angelegt werden können. Somit wird eine zusätzliche Stimulation des umgebendenKnochens erreicht.
[0025] Auch soll daran gedacht sein, entsprechende Temperatursensoren im Implantat einzusetzen,um beispielsweise Gelenkstemperaturen zu ermitteln und nach aussen drahtlos weiterzugeben. Hierdurchkann auch die Gelenksbelastung und der Zustand des Gelenkes ermittelt werden.
[0026] Ferner soll daran gedacht sein, dass Sensoren vorgesehen sind, die einen Verschleissgradder Prothese selbst ermitteln und über die Schnittstelle drahtlos ausgegeben werden können.Hierdurch kann eine Revision bzw. ein Austausch beispielsweise von Gelenksbelägen besser kalkuliertund eingeplant werden.[0027] Ebenfalls kann eine Oberfläche des Implantates bzw. der Prothese, insbesondere im Bereichdes sich ändernden Querschnittes aufgeraut sein, um ein Einwachsen des Gewebes zu erleichtern.

Ausführungsbeispiel


[0028] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgendenBeschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
[0029] Fig. 1 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch ein Implantat, insbesondere durcheine Prothese;
[0030] Fig. 2 einen schematisch dargestellten Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einesweiteren Implantates, eingesetzt in einen Knochen;
[0031] Fig. 3 einen schematisch dargestellten Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einesweiteren Implantates gemäss den Fig. 1 und Fig. 2;
[0032] Fig. 4 einen schematisch dargestellten Teillängsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einesweiteren Implantates gemäss Fig. 3.
[0033] Gemäss Fig. 1 weist ein Implantat R₁ einen Schaft 1 auf, der vorzugsweiseeine zylindrische, leicht konische Form besitzt. Im Anschluss an den Schaft 1 schliesst beispielsweiseeine Gelenkkugel 3 oder ein beliebiges Anschlussteil 4, wie Gelenkpfannen od. dgl. an. Hieraufsei die Erfindung nicht beschränkt. Dabei wird, wie es insbesondere bei einem Implantat R₂gemäss Fig. 2 dargestellt ist, der Schaft 1 in einen Knochen 2 vorzugsweise stirnseitig eingesetzt.
[0034] Um das Einsetzen des Implantates R₁, insbesondere des Schaftes 1 in den Knochen2 zu erleichtern, hat es sich bei der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, zumindestteilweise eine äussere Form, insbesondere einen äusseren Querschnitt Q zu verändern.
[0035] Hierzu wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 beim Implantat R₁ einAktuator 5 elektromechanisch, vorzugsweise drahtlos ansteuerbar angetrieben, der beispielsweise eineSpindel 6 rotativ antreibt. Auf der Spindel 6, die auch als Gewindestange ausgebildet sein kann,sitzt zumindest ein konusartiges Spannelement 7 auf, welches durch rotatives Bewegen 6 der Spindelin dargestellter Doppelpfeilrichtung X hin- und herbewegbar ist.
[0036] Dabei sitzen vorzugsweise mehrer konusartige Element zueinander beabstandet der Spindel6 bzw. Gewindestange auf.
[0037] In einem Wandbereich 8 liegt das konusartige Spannelement 7 innen im Schaft 1 des ImplantatesR₁ an einer entsprechend ausgebildeten konusartigen Fläche 9 an.
[0038] Durch entsprechendes rotatives Antreiben des Aktuators 5 bzw. der Spindel 6 lässt sicheine äussere Form des Schaftes 1 bzw. des Implantates 1 und somit ein äusserer Querschnitt Qdes Implantates 1 steuerbar und regelbar verändern.
[0039] Zudem weist das Implantat R₁ zumindest ein Kraftmesssystem 10 auf, über welches eineVorspannkraft, insbesondere bei Anliegen des äusseren Wandbereiches 8 innen am Knochen 2 ermittelbar, einstellbarund regelbar ist. Dabei erfolgt die Ansteuerung des Aktuators 5 über zumindest eine Schnittstelle11 drahtlos von aussen, vorzugsweise induktiv, wobei über die Schnittstelle 11 Daten und/oderEnergie bidirektional von aussen berührungslos auf das Implantat R₁ übertragen werdenkönnen.
[0040] Auf diese Weise lässt sich berührungslos von aussen zumindest teilweise eine Form bzw.zumindest teilweise ein Querschnitt Q des Implantates R₁, insbesondere des Schaftes1 regelbar und steuerbar von aussen verändern.
[0041] Dabei hat sich bei der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, dass beispielsweisevor dem Einsetzen des Implantates R₁ während der Operation das Implantat R₁bzw. die Prothese in den Knochen 2 stirnseitig einsetzt und durch entsprechende Erweiterungdes äusseren Querschnittes Q im Knochen 2 fixiert werden kann.[0042] Hierdurch wird kein Knochengewebe beschädigt und eine Liegezeit des Patienten ist damitreduziert.
[0043] Ferner ist von Vorteil bei der vorliegenden Erfindung, dass beispielsweise bei sich ergebendenBeinlängendifferenzen sich ohne operativen Eingriff, beispielsweise bei einer Hüftgelenksprothese durchLösen des Schaftes des Implantates R₁ berührungslos und durch entsprechendes Justierendes Knochens durch Herausziehen oder Einschieben in das Implantat sich eine Beinlänge verändernlässt und nach dem Einstellen bzw. Justieren das Implantat R₁ wieder berührungslos miteiner gewünschten regelbaren Vorspannkraft innen an den Knochen durch Veränderung der Form wiederfestgelegt wird.
[0044] Ferner ist von Vorteil bei der vorliegenden Erfindung, dass sollte sich ggf. das Implantatlockern, im Knochen automatisch oder in wählbaren Zeitabständen sich über den Aktuator die äussere Formbzw. der äussere Querschnitt erweitern lässt und das Implantat R₁ wieder mit einerwählbaren Vorspannkraft an den Knochen 2 innen angelegt werden kann.
[0045] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch eine regelbare und ansteuerbareÄnderung der äusseren Form, insbesondere des äusseren Querschnittes des Implantates durch einealternierende Schwellbelastung, durch Erweitern und Verringern in alternierenden wählbaren Schritteneine Knochenverstärkung, eine Knochenbelebung, eine Belebung des Knochengewebes, sowie eine Knochenstimulationdurchgeführt werden kann, was dem Knochenaufbau und damit der Stärkung und einer verstärkten Einbindungdes Implantates R₁ im Knochen 2 dient.
[0046] Hierdurch werden ebenfalls in oben beschriebener weise drahtlos Energie und/oder Datenbidirektional dem Implantat zugeführt, so dass eine entsprechende Knochenstimulation durch eineSchwellbelastung, durch eine sich ändernde Form erzielt werden kann.
[0047] Das in Fig. 1 aufgezeigte Implantat R₁, welches elektromechanischer Art ist,ist rein beispielhafter Natur, es können auch andere mechanische, hydraulische, pneumatische,piezoelektrische Elemente im Implantat, insbesondere im Schaft 1 integriert sein, um eine äussere Formbzw. ein äusserer Querschnitt oder ggf. auch eine Länge des Implantates zu oben beschriebenemZweck zu verändern.
[0048] Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist das Implantat R₂ schematisch dargestellt, beiwelchem zumindest ein Kniehebelelement 12 entsprechend oben beschriebener Weise durch rotativesVerdrehen der Spindel 6 mittels des Aktuators 5 gegen einen Wandbereich 8 zur Veränderung deräusseren Form des Schaftes 1 bzw. des Querschnittes Q anlegbar ist.
[0049] Dabei kann das Kniehebelelement 12 über ein flächiges Element 13 Kraft auf einen grösseren Wandbereich12 zumindest teilweise übertragen, um zumindest teilweise radial, nahezu voll umlaufend eineäussere Form, insbesondere einen äusseren Querschnitt des Schaftes 1 des Implantates R₂zu erweitern.
[0050] Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist ein Implantat R₃ aufgezeigt, welchesvorzugsweise im stirnseitigen Bereich einen Aktuator 5 aufweist, der hydraulischer Art ist.Dabei ist der Schaft 1 in einzelne Kammern 14, 15 und 16 unterteilt, welche vorzugsweise einzelnüber den Aktuator 5 ansteuerbar sind und hydraulisch oder pneumatisch mit Druck beaufschlagbarsind, um der äusseren Form des Implantates R₃, insbesondere eines äusseren QuerschnittQ des Schaftes 1 zu verändern.
[0051] Dabei können die jeweiligen einzelnen Kammern 14, 15, 16 einzeln individuell mit Druckbeaufschlagt werden, um in ganz bestimmten gezielten axialen Bereichen gleiche oder unterschiedlichwählbare Vorspannkräfte F₁, F₂, F₃ zum Anlegen des ImplantatesR₃ an einem nicht näher dargestellten Knochen 2, zu gewährleisten.
[0052] Anstelle eines hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Aktuators 5 kann auch ein entsprechendelektrisch, piezoelektrisch od. dgl. betriebener Aktuator 5 jeweils in die Kammern 14, 15, 16eingesetzte Aktuatoren, bestehend aus Formgedächtnislegierungen (FGL) einzeln, gemeinsam oderseparat ansteuern, um gleiche oder unterschiedliche wählbare Vorspannkräfte F1, F2, F3 durchVeränderung der äusseren Form bzw. des äusseren Querschnittes zu erhalten. Dies soll ebenfallsim Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.
[0053] Im letzten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Fig. 4 ist ein ImplantatR₄ aufgezeigt, bei welchem im Schaft ein Aktuator 5 eingesetzt ist, welcher hydraulisch einenDruck erzeugt, der einen Ringraum 17 im Bereich des Wandbereiches 8 des Schaftes 1 mit Druckbeaufschlagt, um den Wandbereich 8 querschnittlich zu erweitern. Auch der Aktuator 5 kann über dieSchnittstelle 11 drahtlos von aussen in oben beschriebener Weise angesteuert werden.
[0054] Auch hier ist ein Kraftmesssystem 10 vorgesehen, welches beispielsweise zumindest einenDrucksensor enthält, um eine Vorspannung des äusseren Wandbereiches 8 beim Anliegen innen amKnochen zu ermitteln, zu regeln und zu steuern.