DE19701536A1 - Gelenkprothese - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkprothese
mit einem pfannenförmigen Trägerteil, in dem ein kera
mischer Einsatz mittels konischer Klemmung festsitzend
angeordnet ist.
Bekannt sind Gelenkprothesen, die ein metallisches Trä
gerteil und einen darin enthaltenen Einsatz aufweisen.
Das metallische Trägerteil wird im Knochen des Patien
ten verankert. Der Einsatz bildet eine verschleißfeste
Gleitfläche, gegen die die Gelenkkugel des Knochens
oder einer anderen Gelenkprothese drückt. Bei den soge
nannten harten Gleitpaarungen besteht zumindestens ein
Teil der Gelenkverbindung, zum Beispiel der Einsatz aus
Metall. Die Befestigung des metallischen Einsatzes in
dem ebenfalls aus Metall bestehenden Trägerteil erfolgt
mit Hilfe einer Polyethylen-Kupplung. Die Polyethylen-Kupplung
ist durch Mikrorelativbewegungen zum Einsatz
hin Verschleiß unterworfen. Dieser Verschleiß ist zwar
nicht so gravierend wie Reibungsverschleiß, dennoch
wird der Sitz des Einsatzes gelockert und der Abrieb
gelangt in das Gewebe und die Gelenkschale.
In US 5 282 864 ist eine Gelenkprothese beschrieben,
bei der ein metallischer Einsatz mit Hilfe von Schrau
ben in einem metallischen Trägerteil verankert ist. Der
Einsatz besteht aus einer Kobalt-Chrom-Legierung, wäh
rend das Trägerteil aus einer Titan-Legierung besteht.
Bedingt durch diesen Aufbau der Gelenkprothese besteht
die Gefahr von Reibkorrosion und galvanischer Korro
sion. Bei Korrosion geben die Metalle toxische Ionen
ab, die den Patienten schädigen können.
Um diese Nachteile zu vermeiden, werden keramische Ein
sätze in die metallischen Trägerteile eingesetzt. Da
keramische Werkstoffe nur schwer zu verarbeiten sind,
werden sie meist mittels konischer Klemmung in dem Trä
gerteil befestigt. Ein Beispiel hierfür ist in
EP 0 649 641 A2 beschrieben.
Bei der konischen Klemmung treten in bestimmten Zonen
des Einsatzes erhebliche Zugspannungen auf, da die
Krafteinleitung nicht kontrollierbar ist. Keramische
Werkstoffe sind zwar sehr hart und druckfest, können
aber nur begrenzt Zugkräfte aufnehmen. Dies führt dazu,
daß insbesondere dünnwandige Keramikeinsätze technisch
nicht realisiert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbin
dung zwischen dem Trägerteil und dem Einsatz so zu ge
stalten, daß eine sichere reproduzierbare Verbindung
erreicht wird und gleichzeitig das Herauslösen des Ein
satzes möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Gelenkprothese wird der kera
mische Einsatz mittels konischer Klemmung in dem pfan
nenförmigen Trägerteil befestigt. Der Winkel der
Klemmfläche des Einsatzes hat einen anderen Wert als
der Winkel der Klemmfläche des Trägerteils, so daß der
Einsatz nur über einen relativ kleinen Bereich mit dem
Trägerteil verbunden ist. Dies ermöglicht eine kontrol
lierte Kraftübertragung von dem Einsatz auf das Träger
teil. Die axial wirkende Gelenkkraft wird in hohem Maß
in umfänglich wirkende Druckspannungen eingesetzt,
wobei das Entstehen von Zugspannungen im Einsatz mini
miert wird.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die
Verbindung zwischen Trägerteil und Einsatz im Bereich
der Öffnungsseite der Gelenkprothese realisiert. An dem
der Öffnungsseite abgewandten Ende berühren sich die
Klemmflächen nicht. Dies hat den Vorteil, daß die von
der Gelenkprothese aufzunehmende Kraft gleichmäßig über
den Umfang verteilt in einem bestimmten Bereich ein
geleitet wird.
Die lasttragende Oberfläche des Trägerteils kann auf
gerauht werden, so daß zum Beispiel eine Rauhigkeit von
20 µm entsteht. So können Unregelmäßigkeiten in der
Kraftübertragung, die zum Beispiel durch Formab
weichungen im Mikrobereich entstehen, vermieden werden.
Zur Verbesserung der Reibungseigenschaften kann die
Klemmfläche des Trägerteils feinstgedreht oder ge
schliffen sein, so daß die Oberfläche eine Rauhigkeit
von 0 bis 4 µm aufweist.
Bevorzugterweise weist der Einsatz an dem der Öffnungs
seite abgewandten Ende der Klemmfläche einen Radius
oder eine leichte zusätzliche Schräge auf. Dadurch wird
ein Verkanten des Einsatzes beim Einführen oder beim
Setzen unter Last verhindert werden. Dies kann auch
dadurch erreicht werden, daß sich an dem der Öffnungs
seite abgewandten Ende der Klemmfläche des Trägerteils
ein Freistich anschließt.
Bei Verschleiß des Einsatzes muß dieser ausgewechselt
werden. Um die Belastung für den Patienten zu mini
mieren, wird der Einsatz in situ aus dem Trägerteil
entfernt, während dieses am Knochen verbleibt. Um den
Einsatz leicht entfernen zu können, ist in einer beson
deren Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine Aus
nehmung vorgesehen, die von der Öffnungsseite an der
Grenzfläche zwischen Einsatz und Trägerteil entlang bis
zu dem der Öffnungsseite abgewandten Ende der beiden
Klemmflächen verläuft. An dem inneren, der Öffnungssei
te abgewandten Ende der Ausnehmung befindet sich ein
Kipphebel, der die Klemmfläche des Einsatzes hinter
greift. Mit einem Werkzeug, wie zum Beispiel einem
Keil, kann das in der Ausnehmung befindliche Ende des
Kipphebels gegen den Einsatz gedrückt werden, wodurch
dieser aus dem Trägerteil entfernt wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Gelenkprothese mit
Trägerteil und einem darin festsitzenden Ein
satz,
Fig. 2 eine Detaildarstellung der konischen Klemmung,
Fig. 3 eine Detaildarstellung des innengelegenen Endes
der Klemmfläche des Einsatzes,
Fig. 4 eine Detaildarstellung des innengelegenen Endes
der Klemmfläche des Trägerteils,
Fig. 5 eine Detaildarstellung der Gelenkprothese mit
einer Ausnehmung und einem darin befindlichen
Kipphebel zum Herauslösen des Einsatzes, und
Fig. 6 eine Detaildarstellung der Gelenkprothese mit
einem den Kipphebel aktivierenden Werkzeug.
Fig. 1 zeigt eine Gelenkprothese 1 bestehend aus einem
pfannenförmigen metallischen Trägerteil 2 und einem die
künstliche Gelenkschale bildenden keramischen Einsatz
3. Der Einsatz 3 ist in einem Innenraum 4 des Träger
teils 2 angeordnet. Die Innenfläche des Einsatzes 3 ist
als Kugelpfanne ausgebildet, die an der Öffnungsseite 5
das Gegenstück des Gelenkes aufnimmt. Der Einsatz 3
wird mittels konischer Klemmung in dem Trägerteil 2
festgehalten.
Die Klemmfläche 6 des Einsatzes 3 verläuft unter einem
Winkel α zu der Klemmfläche 7 des Trägerteiles 2 (Fig.
2). Der Winkel, unter dem die Einsatz-Klemmfläche 6 zu
der Gelenkachse 8 der Gelenkprothese verläuft, ist
größer als der Winkel der Trägerteil-Klemmfläche 7.
Dies bewirkt, daß der Einsatz 3 nur in einem relativ
kleinen Kontaktbereich 9, der sich an der Öffnungsseite
5 befindet, an das Trägerteil 2 gepreßt wird. Die Größe
des Kontaktbereiches 9 kann durch Änderung des Winkels
α verändert werden. Je kleiner der Winkel α ist, desto
größer wird der Kontaktbereich 9. Der Winkel α kann
auch negativ sein. In diesem Fall liegt die Kontakt
fläche 9 im unteren Bereich der Klemmflächen 6 und 7.
Der zwischen den beiden Kontaktflächen 6 und 7 befind
liche Spalt öffnet sich also zur Öffnungsseite 5 hin.
Die Klemmfläche 7 des Trägerteiles 2 weist eine
Rauhigkeit von etwa 20 µm auf. Dadurch werden Formab
weichungen des Einsatzes 3 ausgeglichen.
In den Fig. 3 und 4 sind die Klemmflächen 6 und 7
parallel zueinander und nicht aufgerauht dargestellt,
um die Übersichtlichkeit zu verbessern. Tatsächlich
erfolgt die Verbindung zwischen dem Einsatz 3 und dem
Trägerteil 2 jedoch wie in Fig. 2 dargestellt. In Fig.
3 schließt sich an den unteren Endbereich der Klemm
fläche 6 des Einsatzes 3 eine gekrümmte Fläche 10 mit
dem Radius R an. Bei dem Einführen des Einsatzes 3 in
das Trägerteil 2 wird durch diese Abrundung der unteren
Kante der Klemmfläche 6 ein Verkanten des Einsatzes 3
in dem Trägerteil 2 vermieden. Dies kann auch dadurch
erreicht werden, daß in dem Trägerteil 2 ein Freistich
11 vorgesehen ist, der im Bereich des unteren Endes der
Klemmfläche 6 des Trägerteils 3 angeordnet ist (Fig.
4).
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Gelenkprothese 1 dargestellt. Das Trägerteil 2 weist
eine längliche Ausnehmung 12 auf, die sich im Grenzbe
reich zwischen dem Trägerteil 2 und dem Einsatz 3 be
findet und parallel zu der Klemmfläche 6 des Einsatzes
3 verläuft. Die Ausnehmung 12 ist zur Öffnungsseite 5
der Gelenkprothese 1 offen. In dem unteren Ende der
Ausnehmung befindet sich ein Kipphebel 13, der aus zwei
Schenkeln 13a und 13b besteht, die unter einem flachen
Winkel zueinander angeordnet sind. Der Schenkel 13a
hintergreift die Klemmfläche 6 des Einsatzes 13 und
wird zwischen dem Einsatz 3 und dem Trägerteil 2 einge
klemmt. Der zweite Schenkel 13b ragt in die Ausnehmung
12 hinein. Der Winkel zwischen den beiden Schenkeln
13a, 13b ist so ausgelegt, daß der zweite Schenkel 13b
etwa parallel zu der Ausnehmung 12 verläuft.
In Fig. 6 ist gezeigt, wie mit Hilfe eines keilför
migen Werkzeuges 14 der Kipphebel 13 aktiviert wird.
Der Keil 14 wird in die Ausnehmung 12 geschoben, bis
die Keilspitze sich zwischen dem Trägerteil 2 und dem
zweiten Schenkel 13b des Kipphebels 13 befindet. Durch
weiteren Druck auf den Keil 14 wird der zweite Schenkel
13b in Richtung des Einsatzes 3 gedrückt. Dies verur
sacht auch eine Bewegung des ersten Schenkels 13a, der
den Einsatz 3 aus dem Trägerteil 2 herausdrückt.
Claims (10)
1. Gelenkprothese mit einem pfannenförmigen Träger
teil (2), in dessen Innenraum ein keramischer Ein
satz (3) mittels konischer Klemmung festsitzend
angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel der Klemmfläche (6) des Einsatzes
(3) verschieden ist von dem Winkel der Klemmfläche
(7) des Trägerteiles (2).
2. Gelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Klemmfläche (6) des Einsatzes
(7) unter einem Winkel (α) von 1 bis 20 Winkel
minuten, bezogen auf die Klemmfläche (7) des Trä
gerteiles (2), verläuft, vorzugsweise unter einem
Winkel (α) von 1 bis 5 Winkelminuten.
3. Gelenkprothese nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Klemmfläche (6) des Einsatzes
(3) im Bereich der Öffnungsseite (5) der Gelenk
prothese an der Klemmfläche (7) des Trägerteiles
(2) zur Erzeugung der konischen Klemmung anliegt.
4. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (7)
des Trägerteiles (2) strukturiert ist.
5. Gelenkprothese nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Klemmfläche (7) des Trägerteiles
(2) eine Rauhigkeit von 20 µm aufweist.
6. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (7)
des Trägerteiles (2) glatt ist.
7. Gelenkprothese nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Klemmfläche (7) des Trägerteiles
(2) eine Rauhigkeit von 0 bis 4 µm aufweist.
8. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (3) an dem
Endbereich der konischen Klemmfläche (6) mit dem
kleineren Durchmesser einen Radius (R) oder eine
leichte zusätzliche Schräge (10) aufweist, die ein
Verkanten beim Einsetzen des Einsatzes (3) in das
Trägerteil (2) verhindert.
9. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerteil (2) an
dem dem Innenraum (4) zugewandten Endbereich der
Klemmfläche (7) einen Freistich (11) aufweist.
10. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trägerteil (2)
auf der Klemmfläche (7) zumindestens eine Ausneh
mung (12) von der Öffnungsseite (5) zu dem Innen
raum (4) verläuft, daß am inneren Ende der Ausneh
mung (12) ein die Klemmfläche (6) des Einsatzes
(3) hintergreifender Kipphebel (13) angeordnet ist
und daß zum Lösen des Einsatzes (3) aus dem Trä
gerteil (2) der Kipphebel (13) mit einem Werkzeug
(14) umlegbar ist.
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