DE2306552B2

DE2306552B2 - Gelenkendoprothese

Info

Publication number: DE2306552B2
Application number: DE19732306552
Authority: DE
Inventors: P. Dr. Med. 6831 Plankstadt Griss; Guenther Dipl.-Phys. Dr. 6800 Mannheim Heimke
Original assignee: Friedrichsfeld GmbH Steinzeug und Kunststoffwerke
Current assignee: Friatec AG
Priority date: 1973-02-10
Filing date: 1973-02-10
Publication date: 1975-07-03
Also published as: DE2306552A1; CH561055A5; GB1451283A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Stahi bestehende Gelenkendoprothese zur zementfreien Implantation. ZO

Gelenkendoprolhesen besitzen zwangläufig Teile, die unterschiedlicher mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind. Die aufeinander gleitenden Gelenkleile sind vorwiegend auf Reibung und die Teile, die der Verankerung im Knochen dienen, vorwiegend auf Biegung und oder auf Druck beansprucht. Weiterhin müssen die Verankerungsteile aus gewebeverträglichem Material bestehen.

Bei einer bekannten Hüftgelenkendoprothese (deutsche Offenlegungsschrift 2 134 316) in Metallverbundausführung bestehen die in den Hüftgelenkknochen zu implantierende Pfanne und der in ihr gleitende Kopf aus polierter Al₂O₃-Keramik, wobei der Kopf mittels eines in ihn hineinragenden Zapfens auf einem Metallschaft befestigt ist. der seinerseits in dem Oberschenkelknochen verankert ist. Bei die ser bekannten Konstruktion werden zwar die günstigen Eigenschaften der Al₂O₃-Kerar,nk bezüglich der Reibbeanspruchung ausgenutzt, jedoch sind die Festigkeiten und das Zeitstandverhalten der mit Rücksicht auf die Gewebeverträglichkeit in Frage kommenden Legierungen unbefriedigend. Die Wahl des Metalls ist in der deutschen ÖfTenlegungsschrift 2 134 316 offengelassen. Es ist jedoch allgemein bekannt, daß Stähle in biologischer Umgebung korrosionsanfällig sind. Daher wurden bekanntlich spezielle Co-Cr-Mo-Legierungen entwickelt, deren Korrosionsverhallen günstiger ist. Hingegen erreichen diese Legierungen nicht die mechanischen Eigenschaften der hochfesten Stähle, besonders nicht bezüglich der Dauerstandfestigkeit.

Weiterhin ist eine Zweistoffendoprothese bekannt (deutsche Patentschrift 923 383). bei der als Verankerungs- und Basismaterial Kunststoff und als Armierung für die abriebbeanspruchten Gelenkflächen korrosionsfreies, abriebfestes Metall, z. B. Chrom-Molybdän-Wolfram, oder mineralische Stoffe wie Quarz oder Porzellan benutzt werden. Eine Reibbeanspruchung von Metall auf Metall in biologischer Umgebung ist möglichst zu vermeiden, weil der dabei immer entstehende Metallabrieb zu Gewebeschäden tiihrt. Auch bei der Kombination Kunststoff - mineralischer Stoff ist die Gewebeverträglichkeit nicht voll gewährleistet, weil der Kunststoff keine ausreichende Körperverträglichkeit besitzt. Außerdem weist er nicht die Festigkeit von z. B. Stahl auf. Die Kombination ist auch wegen des stark unterschiedlichen Elastizitätsmoduls ungünstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkendoprothese so zu gestalten, daß für die der Verankerung im Knochengewebe dienenden Teile ein Metall verwendbar ist, das unabhängig von seiner Gewebeverträglichkeit gewählt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht dann, daß erfindungsgemäß die Prothese in ihrer Gesamtheit mit einer keramischen Schicht bedeckt ist, wobei die der Gleitreibung ausgesetzten Flächen aus dichter Aluminiumoxidkeramik bestehen und die Verankerungsflächen mit Glaskeramik beschichtet sind.

Es ist an sich bekannt, künstliche Ersatzteile mit einer Glasur zu überziehen (deutsche Patentschrift 583 589). Im bekannten Falle bestehen die Ersatzteile jedoch aus einer Al₂O₃-Keramik, die bereits für sich bioinert ist, so daß die Glasur allein zur Erzielung eines hochglänzenden Erzeugnisses aufgebracht wird.

Es ist weiterhin bekannt, daß Glaskeramik bio- \ erträglich ist (Biomed. Mater. Res. [1972] Vol. 6. S. 451 bis 464).

Mau hat diese Eigenschaft genutzt in Form eigener Körper aus Glaskeramik, z. B. für Distan/stücke. Solche Distanzstücke werden als Knocheneinsätze nur auf Druck belastet. Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Biegebruchfestigkeit, gestatten jedoch nicht die Konstruktion ganzer Gelenkteile au? Glaskeramik.

Die erfindungsgemäße Kombination benutzt für die der Gleitreibung ausgesetzten Gelenkfliichen abrieb teste, dichte Al₂O₃-keramik und stellt vorteilhaft bei allein auf die gewünschte Festigkeit abzustimmender Materialwahl für die Verankerungsieile die geforderte Gewebeverträglichkeit sicher, weil ein glaskeramischer Überzug vorgesehen ist. Für letztere Teile kann folglich hochfester Stahl mit großer Zeitstandfestigkeit verwendet werden

Zur Verbesserung der Verankerung des anwachsenden Gewebes ist es vorteilhaft, eine poröse Schicht aus AI₂O₃-Keramik auf den dichten glaskeramischen Übemig zusätzlich aufzubringen. Die wesentliche Verbesserung gegenüber bisher bekannten porösen Grenzflächen (deutsche Offenlegungsschrift 2 134 316) besteht dann, daß die glaskeramische Unterschicht jede Berührung des Gewebes mit dem Metall sicher ausschließt und damit auch jede Lösung der Metallionen im Gewebe. Die zweite, poröse Schicht dient, wie bekannt, der besseren Verankerung der Prothese im Gewebe.

Die Erfindung wird am Beispiel einer in den Zeichnungen dargestellten Hüftgelenkendoprothese und einer Ellbogenendoprothese näher erläutert. Es zeigt F1 g. 1 eine Hüftgelenkendoprothese,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Gelenkpfanne für die Prothese nach Fig. 1.

F i g. 3 eine Seitenansicht einer Ellbogenendoprothese und

F i g. 4 ein Schnittbild der Ellbogenendoprothese nach F i g. 3.

In den Fig. 1, 2 bezeichnet 1 den Schaft des Oberschenkelteils der Prothese. Dieser Schaft steckt bis zu seinem Kragen 2 im Oberschenkelknochen und stützt sich mit diesem Kragen 2 teilweise auf dem Knochen ab. Der Schaft besteht aus hochfestem Stahl großer Zeitstandfestigkeit und ist auf allen Oberflächen, mit Ausnahme der Grenzflächen, zum kugelförmigen Gelenkkopf 3 mit einem glaskeramischen Überzug verseilen. Der Schaft trägt an seinem

oberen Ende einen Zapfen 4 mit einer als Verdrehungsschutz dienenden Abflachung, der in eine entsprechende Ausnehmung des Gelenkkopfs 3 paßt. Die Grenzfläche 5 zwischen dem Gelenkkopf 3 und dem Schaft 1 ist eben, z. B. geschliffen. — Der Gelenkkopf 3 besteht aus AI₂O₃-Ke jmik. Er wird im aligemeinen nach der Implantation des Schafts im Oberschenkelknochen mit einem geeigneten Kleber Kings der Oberflächen des Zapfens 4 auf dem Schaft befestigt. Die äußere Oberfläche des Gelenkkopfs 3 aus Al₂O₃ Keramik ist poliert. — Die Innenfläche der Gelenkpfanne 6 aus AhCVKeramik ist zur Ober-■äche des Gelenkkopfs 3 passend poliert. Die Gelenkpfanne 6 trä.3t auf ihrer Rückseite 7 verschiedene Nuten, durch die eine direkte Verankerung im Hüftknochen erfolgt. Eine polierte Oberfläche einerseits und Verankerungsriefen auf der Pfanne andererseits sind bekannt (deutsche Offenlegunüsschrift 2 134 316).

Die Ellbogengeienkproifiese in den Fig. 2 und 3 besteht aus zwei Schäften 8 und 9 aus hochfestem Stahl großer Zeitstandfestigkeit und zu ei gegeneinander beweglichen Teilen 10 und 11 aus Al₂O₃-Keramik. Die Schäfte 8 und 9 sind auf allen Oberdächen, mit Ausnahme der Grenzflächen, mit denen sie die Teile 10 und 11 aus Al₂O._rKeramik berühren, mit einem glaskeramischen Überzug versehen. Die Teile 10 und 11 werden im allgemeinen nach der Implantation der Schäfte 8 und 9 mit einem geeigneten Kleber längs der Zapfen 12 und 13, die auch eiiici; Verdrehungsschutz aufweisen, in entsprechende Ausnehmungen in den Al₂O₃-Keramikteilen 10 und II eingepaßt und befestigt. Die Grenzflächen 14 und 15 zwischen den Schäften 8 und 9 und den Al₂O₃-Keramikteilen 10 und 11 sind eben. z. B. geschliffen.

Die aufeinander gleitenden Flächen der Teile 10 und 11 aus Al₂O₃-Keranük sind passend poliert.

Als hochfester Stahl kommen alle Stähle hoher Zugfestigkeit in Frage, die bei der Körpertemperatur diese hohe Festigkeit auch nach eine.- großen Zahl von Lastwechseln behalten oder nahezL behalten. Für die genaue Dimensionierung muß de nach einer «rußen Zahl von Lastwechseln · erbleibende Festigkeit zugrunde gelegt werden. Außerdem muß dieser

ίο Stahl die zum Aufbringen des glaskeramischen Überzues notwendige Wärmebehandlung möglichst ohne Festigkeitsverlust durchlaufen, bzw. es müssen für die Dimensionierung die nach dieser Wärmebehandlung gültigen Festigkeitswerte benutzt werden. — Wird der glaskeramische Überzug nach ein im der allgemein bekannten Flammspritzverfahreri oder durch eine andere, nur die Oberfläche des Stahls beeinflussende Methode, aufgebracht, so ist die Festigkeitsa'nderung des Stahlteils meist gering.

so Unter A!₂O₃-Keramik wird eine dichte, das heißt, keine offene Porosität aufweisende Oxidkeramik mit mehr als 85 Gewichtsprozent Al₂Oj verstanden. An« günstigsten ist eine Oxidkeramik mit mehr als 95 Gewichtsprozent AloO_:i.

Die Glaskeramik soll fest auf dem Stahl der Schäfte haften, gegebenenfalls vermittels metallischen ζ. Β. galvanisch aufgebrachter Zwischenschichten. Die Verfahren zum Aufbringen solcher Schichten sind allgemein bekannt.

Die chemische Zusammensetzung dieser Überzüge und der Grad der Entglasung bei den Glaskeramiken wird durch ihre Gewebeverträglichkeit bestimmt. Günstige Zusammensetzungen, die diese Bedingungen erfüllen, sind bei Glaskeramikkörpern bereits bekannt (s. oben Biomed . . .).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aus Stahl bestehende Gelenkendoprothese zur zementfreien Implantation, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrer Gesamtheit mit einer keramischen Schicht bedeckt ist, wobei die gleitender Reibung ausgesetzten Flächen aus dichter Aluminiumoxidkeramik bestehen und die Verankerungsflächen mit Glaskeramik beschichtet sind.

2. Gelenkendoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Glaskeramikschicht zusätzlich mit einer porösen Keramik beschichtet ist.