DE2305329A1

DE2305329A1 - Implantate mittels schraubverbindungen

Info

Publication number: DE2305329A1
Application number: DE19732305329
Authority: DE
Inventors: Helmut Locke
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 1973-02-03
Filing date: 1973-02-03
Publication date: 1974-08-08
Also published as: CH561057A5; FR2215928A1; DE2305329B2; JPS5733056B2; JPS49106188A; DE2305329C3; SE402401B; FR2215928B3; GB1454134A

Description

ROSENTHAL STEMAG

Technische reramik AG Selb, den 2.2.1973

Re/li

St. P. 1293

Implantate mittels Schraubverbindungen

Die Erfindung, betrifft eine dauerhafte, gegenseitige Verankerung von Resektionsenden bzw. eines Gelenkteils durch ein Implantat in Röhrenknochen.

Es ist bekannt, implantierbare Prothesen aus Metallen, wie Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen, und/oder Kunststoffen, wie das Kunstharz Palacos, oder technischer Keramik wie Aluminiumoxid, herzustellen. Aber bei Resektionsdefekten durch Unfälle oder Krankheiten schreitet man heute immer noch zur Amputation. Beim Knochenersatz durch chirurgische Eingriffe sind die Kompatibilitätsprobleme mit den mechanischen Anforderungen sehr eng verknüpft, da der Knochen auf mechanisch und chemisch andersartige Materialien mehr oder minder empfindlich durch Degeneration reagiert. Außerdem werden von den Knochenersatzstoffen Mindest-Eigenschaften hinsichtlich Elastizität, Ermüdungs- und Bruchverhalten bei gleichzeitig niedrigem Gewicht verlangt. Im ungünstigsten Fall führen Abwehrreaktionen des Körpers zu unspezifischen Kalkabiageruncen, zu Knochenrückbildungen, Entzündungen und sogar zum Bruch des Knochens.

Kunststoffe oder Kleber sind selbst in Form sehr stabiler Polymere im Körpermilieu nicht sehr beständig. Sie haben im allgemeinen keine besonders hohe mechanische Widerstandsfähigkeit und sind nicht genügend volumenbeständig. Außerdem sind sie biologisch nicht different genug. So entstehen z. B. bei d&r Verwendung des bekannten "bone cement" für den Knochenersatz oft durch die auftretende Reaktionswärme Temperaturen bis zu 120 C. Dadurch kann das Eiweiß des Gewe-

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bes denaturiert werden und die feste Haftung des Implantats ist nicht gewährleistet. Außerdem ist eine gewisse Schwindung bei den Kunststoffen und'Klebern festzustellen. So hat man bereits nach Operationen mit Hilfe der P.öntgendiagnostik festgestellt, daß zwischen dem eingebrachten "bone cement" und der Knochensubstanzen sich bereits ein Spalt ausgebildet hat. Bei den Metallen bzw. Metalllegierungen als Knochenersatz kann es, aufgrund der Nichtverträglichkeit dieses Ferkstoffes, zu chronischen abakteriellen Entzündungen, zur Abkapselung der Fremdkörper und zu bakteriellen Eiterungen kommen, so daß die Implantate wieder aus dem Körper entfernt werden müssen.

Es ist ferner auch bekannt, Implantate und Prothesen aus Keramik herzustellen. Ein solches Material besitzt gegenüber den anderen Werkstoffen einen stabilen Oxidationszustand und zeigt wesentlich günstigere Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und Gewebeverträ-glichkeit als Metalle und Kunststoffe. Trotzdem sind die von der Medizin gestellten Anforderungen an Implantate bis heute noch nicht voll erfüllt. Die Entwicklung von Endoprothesen als auch sonstiger Implantate stellt den Fachleuten zu-, nehmend die Aufgabe, Grenzflächenprobleme zwischen lebendem Organismus und inerten Implantaten zu lösen.

Eine Teillösung dieses Problems kann durch den nachfolgenden erfinderischen Gedanken erbracht werden. Um die obengenannten Nachteile zu vermeiden, soll durch die Erfindung eine implantierbare Prothese, insbesondere eine Schraubverbindung zwischen zwei Knochenstümpfen geschaffen werden, die eine dauerhafte Verankerung mit Hilfe von keramischen Werkstoffen bzw. Verbundwerkstoffen ermöglicht, die vom Organismus angenommen wird und auch eine genügend hohe Festigkeit sowie Elastizität des Knochenersatzes bietet.

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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Prothese geschaffen wird, die als Ersatz für rnochenstücke dienen kann. Das Implantat ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Knochenstumpf mit einem verrundetem Innengewinde versehen ist, in das eine Implantat-Schraube mit ebenfalls stark verrundeten Gewindeg£ngen eingebracht ist, und daß eine gemeinsame fixierende Halterung vorgesehen ist.

Auf den Zeichnungen ist dieser Erfindungsgedanke beispielsweise dargestellt und zwar zeigen
Fig. 1: einen teilweisen Längsschnitt der Vorrichtung in

Röhrenknochen und
Fig. 2; einen Querschnitt durch den selbstschneidenden Teil der Schraube.

Die Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

1 zeigt den wesentlichen Teil der Vorrichtung, die je nach Verwendungszweck als Endoprothesenteil oder Muffenverbindung aus ein bzw. zwei Schrauben _3 mit stark verrundeten Gewindegengen besteht. Bei einer Verbindung von zwei Eesektionsenden ist eine fixierende Halterung notwendig, die-als Muffe 21 ausgebildet ist und an den Knochenstümpfen Übersteht.

Die Schraube 3 ist entweder durch eine Vorbohrung 2_, die stark abgerundete GewindegSnge aufweist, in den Knochen. 1_ eingepaßt, oder sie ist durch einen selbstschneidenden Gewindeteil 4_ direkt in den Röhrenknochen hineingedreht. Bei dem Kundgewinde handelt es sich, in Ausführungsforn und Konfiguration, wie in Fig. 2 dargestellt, vorzugsweise um ein sinusförmiges Gewinde, da Kerbspannungen im Inneren des Röhrenknochens vermieden werden sollen. Der Durchmesser der Vorbohrung bzw. der Schraube ist von der zu übertragenden

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Kraft des Implantates und von der Wolff'sehen Transformationsgleichung abhangig. Beide Beziehungen sind insofern wichtig, da sie mithelfen, einen möglichst festen Sitz im Röhrenknochen zu garantieren.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung besteht das Konstruktionselement Schraube aus einem selbstschneidenden Gewindeteil 4, einem tragendem Gewindeteil Jj und einem glattwandigem profilierten Kopfteil.

Bei der beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung in Fig. 1 besteht der Kopf (S der einen Schraube außer der Angriffsfläche T_ -^r einen Prehmonenten-Schlüssel und einem profilierten, mit mindestens einer Ringnut j? versehenen Vollzylinder, wohingegen das Kopfteil 9. ^er anderen Schraube ein hierzu eng toleriertes Gegenstück in Form eines profilierten Hohlzylindertopfes darstellt, der ebenfalls mindestens eine Innenringnute 10 trägt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung besteht bei einer Muffenverbindung das andere Konstruktionselement aus einer Muffe 11 mit ebenfalls einer Ringnute 1_£, die beidseitig innen zylindrisch oder schwach konisch ausgebildet ist. Teil 11 ist jeweils Über die entsprechenden abzutragenden Knochenstumpfenden J[4 aufgezogen.

In der Wand der Muffe befinden sich außerdem Injektionsund Entlüftungskanäle T2. ^ⁿ der Höhe der Ringnuten. Hierdurch ist es möglich, daß nach dem Zusammenfügen der einzelnen Implantatsteile durch Hineinpressen eines Zementes in die Ringnuten eine gegenseitige Verankerung erfolgt, ohne daß der Zement an den Knochen bzw. an den Organismus

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kommt. Ein Dichtungsring J_6 aus Kunststoff verhindert, daß die zementartige Paste an die Knochensubstanzen gelangt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ergibt sich daraus, daß unterschiedliche Distanzstücke JJ3, beispielsweise zwischen den beiden gleichachsig aufeinanderstehenden Schrauben, eingebracht sind, um nicht nur Implantate für einen bestimmten Invidualfall sondern auch eine gewisse Serienfertigung nach dem Baukastensystem zu ermöglichen.

Die Schraube 3 im Röhrenknochen kann auch als Schaftteil bei einer Endoprothese benutzt werden, indem auf dem Kopf 6 der Schraube ein Femurkopf fest angebracht wird.

Um eine gute Passung der Implantatsteile mit den Resektionsenden zu gewährleisten, werden einmal die Knochenstümpfe senkrecht zur Längsachse abgeschnitten und die Außenteile des Knochens schwach konisch oder planparallel bearbeitet. Diese Bearbeitung kann mit einem Ultra-· schallgerät erfolgen.

Um den Heilprozeß zu fördern, kann an geeigneter Stelle ein Pharmaka-Depot eingesetzt werden.

Als Implantatsmaterial können sowohl poröse oder dichte keramische Werkstoffe als auch poröse oder dichte Verbundwerkstoffe eingesetzt werden.

Die Nachteile der Keramik- oder Verbundwerkstoffe, wie Sprödigkeit und Schlagempfindlichkeit, sind durch die

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spezielle Formgebung der Schrauben, die Verrundung der Gewindegänge und durch die präzise Anpassung der einzelnen Implantatsteile weitgehend vermieden. Außerdem ist es besonders vorteilhaft, daß Icein Zement oder Kleber direkt mit dem Organismus in Berührung kommt. Hierdurch vermeidet man die vorstehend bereits erwähnte Denaturierung des Eiweißes. Weiterhin ist durch diese Vorrichtung dem Chirurgen ein Mittel in die Hand gegeben, das ihn erlaubt, von den noch heute üblichen Amputationen nach Unfällen oder Krankheiten (wie Knochenkrebs) weitgehend abzugehen. Durch den Ersatz von Implantaten mittels Schraubverbindung könnten vielen Patienten die betreffenden Gliedmaßen erhaltan bleiben, vas heute in der Humanmedizin ein großes soziales Bedürfnis ist.

Patentansprüche - 7 -

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Claims

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Patentansprüche

f1.JEine dauerhafte, gegenseitige Verankerung von Resektionsenden bzw. eines Gelenkteiles durch ein Implantat in Röhrenknochen dadurch gekennzeichnet, daß jeder ICnochenstumpf (1) mit einem verrundeten Innengewinde (2) versehen ist, in das eine Implantat-Schraube (3) mit ebenfalls stark verrundeten Gewindegtngen eingebracht ist, und daß eine gemeinsame fixierende Halterung vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausbildung jeder der genannten Schrauben (3) als selbstschneidende (4) Schraube.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schraube im wesentlichen aus drei Teilen besteht; Selbstschneidendes Gewindeteil (4), tragendes Gewindeteil (5)_t glattwandiges, jedoch profiliertes-Kopfteil.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (6) der einen Schraube außer den Angriffsflächen (7) für einen Drehmomenten-Schlüssel einen profilierten, mit mindestens einer Ringnut (8), versehenen Vollzylinder darstellt, wohingegen das andere Kopfteil (9) ein hierzu eng toleriertes Gegenstück in Form eines profilierten Hohlzylindertopfes darstellt, der mindestens eine Ringnut (10) trügt.

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5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangennen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbestandteil der fixierenden Halterung eine Muffe (11) mit ebenfalls einer Singnute (15) ist, die beidseitig innen zylindrisch oder schwachkonisch ausgebildet ist und jeweils über die entsprechend abgefragten T?esektionsenden aufgezogen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zementartige Füllung in den genannten Ringnuträumen, eingebracht durch Injektions- und Entlüftungskanäle (12) in der Wand der Muffe (11) und des Hohlzylinder-Topfes (9)'.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausfließen der zementartigen Paste in den Röhrenknochen durch einen Dichtungsring (16) aus Kunststoff vermieden ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch auswechselbare Distanzstücke (13) zwischen den beiden gleichachsig aufeinanderstehenden Schrauben (3)
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis -3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (3) im Röhrenknochen auch als Schaftteil bei einer Endoprothese benutzt werden kann, indem auf dem Kopf (6) der Schraube ein Femurkopf fest angebracht wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus porösen oder dichten keramischen Werkstoffen bestehen.

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11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das Implantat ein dichter oder mindestens an den wichtigsten Oberflclchenteilen poröser Verbundwerkstoff, vorzugsweise ein keramischer Verbundwerkstoff, geweihIt ist.
12. Sin chirurgisches V7erkzeug für die in vorstehenden Ansprüchen gekennzeichneten Vorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung (vorzugsweise der Eesektionsenden) mittels Ultraschalls erfolgt.
13. Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennezichnet, daß ein Pharmaka-Depot an geeigneter Stelle angebracht ist.

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