DE2404214B2

DE2404214B2 - Knochenprothese und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2404214B2
Application number: DE19742404214
Authority: DE
Inventors: Roger Surenes Lacroix (Frankreich)
Original assignee: Comptoir Lyon-Alemand - Louyot, Paris
Priority date: 1973-01-31
Filing date: 1974-01-29
Publication date: 1977-11-24
Also published as: US3905777A; DE2404214C3; CH575753A5; FR2215927B1; DE2404214A1; FR2215927A1; GB1465501A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Knochenprothese der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art sowie auf ein Verfahren zu deren Herstellung. Eine derartige Knochenprothese ist aus der US-PS 37 07 006 bekannt.

Knochenprothesen der vorliegenden Art können bekanntlich zementfrei implantiert werden, wofür erforderlich ist, daß lebendes Knochengewebe in poröse Teile der Prothese hineinwächst und auf diese Weise die Prothese verankert.

Bei einer bekannten Ausführungsform einer derartigen Prothese (US-PS 36 05 123) besteht der zu implantierende, poröse Abschnitt aus einem dichten, festen Metallkern und einem aufgesinterten, porösen Mantel aus Metallpulver des Kernmaterials. Die Poren so sind zum überwiegenden Teil offen, so daß die Knochensubstanz in die Poren hineinwächst. Bei dieser bekannten Prothese ist jedoch der poröse Mantel verhältnismäßig dünn, so daß die von der Knochensubstanz durchwachsene Porenfläche gering ist, mit der Folge, daß nur eine geringe Festigkeit der biologischen Verbindung Knochen — Metall erwartet werden kann.

Eine Vergrößerung der dem Knochengewebe zur Verfugung stehenden Porenfläche wird bei einer weiteren bekannten Knochenprothese (US-PS W 37 07 006) dadurch erzielt, daß auf einen Metallkern zunächst mehrere Lagen eines Metallgewebes aufgewickelt werden und erst anschließend auf die Wicklung eine Auflage aus pyrolytischem Kohlenstoff niedergeschlagen wird. Da das Knochengewebe die Metallgewe- t>5 belagen vornehmlich an deren Berührungsflächen in axialer Richtung der Wicklung durchwächst, eignet sich die bekannte Knochenprothese in erster Linie für die Verbindung zweier Knochenstücke, da hierbei im wesentlichen nur Belastungen in Axialrichtung der Prothese bzw. der durchwachsenen Wicklung auftreien. Des weiteren ist die Verwendung von pyrolytischem Kohlenstoff problematisch, da zur Gewährleistung einer aus! eichenden Haftung des pyrolytischen Kohlenstoffs die Metallwicklung aus einem Material bestehen muß, dessen Schmelztemperatur höher ist als die erforderliche Temperatur zum Aufbringen des pyrolytischen Kohlenstoffs. Ferner dürfen während des Aufbringen keine chemischen Reaktionen zwischen dem Metailgewebe und dem pyrolytischen Kohlenstoff stattfinden, da ansonsten die metallurgischen bzw. mechanischen Eigenschaften des Metallgewebes geändert würden. Aus diesen Gründen können für die Metallgewebewicklung eine Reihe von Werkstoffen, wie z. B. Titan, Edelstahl oder Vitaiüum, nicht verwendet werden, obschon derartige Werkstoffe aufgrund ihrer biologischen Verträglichkeit, mechanischen Fertigkeit, geringen Kosten und leichten Bearbeitbarkeit in hohem Maße für Knochenprothesen geeignet wären. Die für die bekannte Knochenprothese verwendbaren Metallgewebe sind auf Werkstoffe wie Wolfram, Tantal oder Molybdän beschränkt, welche entweder sehr teuer (Tantal) oder sehr schwer sind (Wolfram, Tantal) oder bei der Verarbeitungstemperatur von pyrolytischem Kohlenstoff in der Nähe von 1350°C rekristallisieren und brüchig werden (Molybdän).

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Knochenprothese der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche keinen Einschränkungen hinsichtlich ihrer Anwendungsmöglichkeiten unterworfen ist und bei befriedigenden Festigkeitseigenschaften mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird' erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein Verfahren zur Herstellung der Knochenprothese nach Anspruch 1 ergibt sich aus dem Anspruch 3.

Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt besteht vor allem darin, für alle Einsatzfälle Knochenprothesen zur Verfügung zu haben, welche aufgrund ihrer großen Porenfläche außerordentlich feste und dauerhafte biologische Metall-Knochenverbindungen ermöglichen und gleichzeitig die Verwendung von leicht verarbeitbaren Werkstoffen, wie z. B. Titan mit seinen Legierungen oder Vitallium, gestatten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. la bis If Darstellungen einer Knochenprothese für die Anwendung von Tieren,

Fig. 2a und 2b eine perspektivische Ansicht bzw. ein Schnittbild einer Oberschenkelhalsprothese mit den erfindungsgemäßen Merkmalen und

F i g. 3a und 3b eine perspektivische Ansicht bzw. ein Schnittbild einer Hüftgelenkpfannenprothese mit den erfindungsgemäßen Merkmalen.

In den Fig. la bis If ist die Herstellung einer nachstehend als Implantat bezeichneten Knochenprothese aus Titan zu Versuchen mit Tieren erläutert.

Wie aus Fig. la hervorgeht, besteht das Implantat aus einem Gewindeschaft 7 mit einem von einem porösen Mantel 8 bedeckten Schaftabschnitt. Der poröse Mantel 8 besteht aus Streckmetall, von dem Fig. Ib eine vergrößerte Ansicht und Fig. Ic einen Schnitt längs der Schnittlinie χ — yzeigt.

Bei der Herstellung wird von einem Gewindeschaft 7 aus Titan mit einem Durchmesser von z. B. 3 mm

ausgegangen, auf welchen ein als Streckmetall ausgeführtes Titanblech aufgewickelt wird. Vor dem Strecken besitzt das Titanblech eine Dicke von 0,1 mm. Nach dem Strecken weisen die Maschen eine Rautenform auf, wobei die längere Diagonale 1,45 mm miß¹.. Die Breite des Steges beträgt 0,12 mm. Die optische Transparenz beträgt 52%. Die gesamte Dicke des Bleches nach dem Streckvorgang, der eine gewisse Torsion der Stege hervorruft, beträgt 0,2 mm.

Zur Herstellung der als Implantat dienenden Knochenprothese werden der Gewindeschaft 7 und das Streckmetall zunächst sorgfältig entfettet. Das gestreckte Titanblech wird zu einem Band 9 von 12,7 mm Breite geschnitten. Der Gewindeschaft 7 wird in das Futter einer Spindel 6 eingespannt, wie in Fig. Id veranschaulicht ist, wonach ein Ende 10 des Titanbandes 9 längs einer Erzeugenden des zylindrischen Mantels des Gewindeschaftes 7 angeschweißt wird. Danach wird die Spindel 6 von Hand langsam weitergedreht, wobei auf das Streckmetallband 9, welches sich auf den Gewindeschaft 7 aufwickelt, eine Zugkraft ausgeübt wird. An benachbarten Linien werden Schweißstellen 11 angebracht, wie dies Fig. Ie veranschaulicht. Wenn die gewünschte Dicke erreicht und die Schweißstellen in der letzten Wicklungslage fertiggestellt sind (Fig. If), wird der so gebildete Rohling von der Spindel 6 abgenommen und mit seinem von der festen Bandwicklung bzw. Zwischenlage gebildeten Teil in eine Suspension aus pulverförmigem Titanhydrid der folgen den Zusammensetzung getaucht:

Titanhydrid

Äthylzellulose in 4%iger
TerpineoUösung
Monoäthyläther des
Glykols

30 Gewichtsteile
30 Gewichtsteile
10 Gewichtsteile

30

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Der Rohling wird aus der Suspension herausgenommen und die überschüssige Suspension abgeklopft, wonach der Rohling getrocknet und während 2 Stunden bei 1100⁰C und Unterdruck von 15· 10-" mm Hg behandelt wird, wodurch eine gesinterte Auflage auf der Bandwicklung bzw. Zwischenlage entsteht. Zum Schluß wird der Gewindoschaft 7 auf die gewünschte Abmessung zurechtgeschnitten.

Das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 2a und 2b veranschaulicht eine Oberschenkelhalsprothese, wobei F i g. 2a eine Ansicht der fertigen Prothese und F i g. 2b einen Schnitt längs der Schnittlinie A-A zeigt.

Wie aus Fig. 2a und 2b ersichtlich ist, ist der geschmiedete Kern 12 aus Titan bedeckt mit einer porösen Zwischenlage 13. Die poröse Zwischenlage 13 ist durch Zuschnitte aus Titanblech gebildet, für das Streckmetall mit den folgenden Eigenschaften vorgesehen werden kann:

Längsdiagonale des Basismus'.er? 0,75 mm

Stegbreite 0,12 mm

Anfangsdicke des Bleches 0,10 mm

Enddicke des Streckmetalls 0,20 mm

Transparenz 40%

Es werden Titanbänder zurechtgeschnitten und auf den keulenförmigen Tragkörper oder Kern 12 aufgeschweißt. Die Verwendung von acht Schichten führt zu einer Dicke der Zwischenlage 13 von insgesamt 1,5 mm. Die Oberfläche des mit den porösen Schichten oder der porösen Zwischenlage 13 bedeckten Kernes 12 beträgt insgesamt etwa 40 cm².

Das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3a und 3b veranschaulicht eine Hüftgelenkpfannenprothese, wobei Fig. 3a eine perspektivische Ansicht der Prothese und Fig. 3b einen Schnitt längs der Schnittlinie A-A zeigt.

Wie aus den Fig. 3a und 3b ersichtlich ist, ist der halbkugelförmige Kern 14 mit einer porösen Zwischenlage 15 bedeckt. In F i g. 3a ist gestrichelt eine Oberschenkelhalsprothese eingezeichnet. Es wird dasselbe Streckmetall aus Titanblech wie beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 2a und 2b verwendet. Aus dem Streckmetall werden kreisförmige Zuschnitte hergestellt, die in Halbkugelform gepreßt werden. Die Halbkugeln werden auf der konvexen Außenfläche des Kerns 14 übereinandergelegt und Punkt für Punkt angeschweißt. Danach wird der so gebildete Rohling in einer Suspension aus Titanhydrid getränkt, welche folgende Zusammensetzung hat:

Titanhydrid

Äthylzellulose in 4%iger
Terpinedlösung
Monoäthyläther des
Glykols

30 Gewichtsteile

10 Gewichtsteile

Dieses Gemenge wird gemahlen, bis die Titanhydridkörner einen Durchmesser von höchstens 10 Mikrometern aufweisen.

Auf das Trocknen folgt die Behandlung bei einem Unterdruck von 15 · 10~^b mm Hg und bei 1100⁰C.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

15 Patentansprüche:

1. Knochenprothese mit einem dichten festen Metailkern, einer auf dem Metallkern aufgebrach- ^b ten, für Knochenzellen durchlässigen mehr htigen Metallblechzwischenlage und einer ti Zwischenlage überdeckenden porösen Auflage, d a durch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (3, 8, 13, 15) aus einer Mehrzahl auteinanderliegender Schichten aus gelochtem Walzblech besteht, die sowohl untereinander als auch mit dem Metallkern (2, 12, 14) verschweißt sind und daß die Auflage aus einem aufgesinterten Metallpulver besteht.

2. Knochenprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Walzblech Streckmetall vorgesehen ist.

3. Verfahren zum Herstellen einer Knochenprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gelochte Walzbleche auf den Metallkern und übereinander aufgeschweißt werden und daß der so gebildete Rohling in eine Suspension aus Äthylzellulose, Monoäthyläther des Glykols und Partikeln von Metallhydrid mit einem Durchmesser von höchstens 10 Mikrometern getaucht wird, daß der Rohling aus der Suspension herausgezogen wird und die überschüssigen Partikeln entfernt werden und daß der Rohling während 2 Stunden einer erhöhten Temperatur unter einem Unterdruck nahe 15 · 10"⁶ mm Quecksilbersäure ausgesetzt wird.