DE2733826A1

DE2733826A1 - Verankerung einer endoprothese in oder an einem knochen

Info

Publication number: DE2733826A1
Application number: DE19772733826
Authority: DE
Inventors: Martin Wilhelm Dr Rer N Happel; Klaus Dr Med Mueller; Albrecht Prof Dr Med Schmidt
Original assignee: CARBONE AG; Deutsche Carbone AG
Current assignee: CARBONE AG; Deutsche Carbone AG
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1979-02-01
Also published as: CH628802A5; DE2733826B2; FR2398490B1; DE2733826C3; FR2398490A1

Description

PATE ISTANWÄLTE

Dipl.-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dipl.-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

281134 GR ESCHENHEIMER STR.

TELEFON: C061U _{60Q0 FRANKFURT}

26. Juli 1977

Gu/ki Fall III

Deutsche Carbone AG Talstraße 112

6000 Frankfurt/Main

Verankerung einer Endoprothese in oder an einem Knochen

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Beschreibimg

Die Erfindung betrifft eine Verankerung einer Endoprothese in oder an einem Knochen.

Herkömmlicherweise werden Endoprothesen in oder an einen Knochen mit Knochenzement verankert. Bei der Polymerisation des Knochenzements entstehen relativ hohe Temperaturen, die bei der Operation Kühlmaßnahmen fordern und sogar das umliegende Gewebe zerstören können. Die bei Belastung auftretenden Lastspitzen werdan bei herkömmlichen Endoprothesen durch die großen Unterschiede der Elastizitätsmoduli zwischen Knochen und Metall nicht gedämpft, d.h. bei unphysiologischer Belastung, z. B. Punktbelastung, treten Knochenresorptionen auf. Schließlich bildet der kapillare Spalt zwischen Knochenzement und Knochen einen guten Nährboden für Keine, die nach Buchholz für die sekundären Tiefeninfektionen verantwortlich zu machen sind.

In Erkenntnis dieser Nachteile gibt es neuere Bestrebungen,' die eine zementfreie direkte Knochen- und Implantat-Verbindung zum Ziel haben. In diesem Zusammenhang sei auf die Aluminiumoxydkeramik hingewiesen und auf Versuche, durch Vergrößerung und entsprechende Formgebung der Prothesenoberflächen und Tragrippen-Prothesen nach Mittelmeier eine zementfreie Primär- und Dauerfixation zu erreichen.

Bei der Tragrippenprothese aus Metall kann es in bestimmten Fällen zu Resorptionszonen im Bereich der Lastspitzen kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verankerung einer Endoprothese an oder in einem Knochen vorzuschlagen, die die beschriebenen Nachteile nicht mehr besitzt. Insbesondere soll die Verankerung ohne den herkömmlichen Knochenzement aiskommen können und sich sowohl

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als Primär- wie auch als Dauerfixation bewähren. Die Verankerung soll im Körpermilieu chemisch beständig sein. Sie soll biologisch kompatibel sein. Sie soll fernerhin biomechanisch den physiologischen Bedingungen entsprechend sowohl im Bewegungsablauf als auch in der Belastbarkeit fest und dauerhaft am Skelett verankerbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in Bohrungen in der Endoprothese Stifte eingesetzt sind, die in ihrer jeweiligen Bohrung verschiebbar sind, wobei die Bohrungen einerseits in die Außenwand der Endoprothese einmünden und andererseits mit einer von außen zugänglichen Zentralbohrung verbunden sind.

Sobald die entsprechend ausgerüstete Endoprothese an den « Knochen angelegt oder in den Knochen eingesetzt ist -

den jeweiligen Verhältnissen angepaßt - wird Druck über die Zentralbohrung und die mit der Zentralbohrung verbundenen Bohrungen auf die inneren Enden der Stifte ausgeübt, welcher Druck die Stifte aus ihren Bohrungen nach außen in die umgebende Knochensubstanz eintreibt. Dadurch ergibt sich eine vollständig befriedigende und hoch belastbare Verankerung ohne die Verwendung von Knochenzement. Versuche haben dies bestätigt. Die Stifte sollen so angeordnet sein, daß sie vornehmlich auf Druck beansprucht werden.

Um die notwendige Kraft zum Eintreiben der Stifte in das Knochengewebe aufzubringen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Bevorzugt wird es, wenn hierzu in die Zentralbohrung eine selbsttätig aushärtbare Kunststoffmasse unter Druck eingegeben wird. Diese zunächst noch viskose Kunststoffmasse treibt die Stifte aus ihren Bohrungen in das umgebende Knochengewebe ein, wobei über den hydraulischen Druck die Eindringtiefe der Stifte In das Knochengewebe sich nach den jeweiligen

lokalen Verhältnissen am Vorderende der Stifte richtet. Dies ist ein erwünschter hydraulischer Effekt. Das flüssige Kunststoffmaterial erhärtet nach dem Austreiben der Stifte aus ihren Bohrungen und hält diese in ihrer Position. Es kann als ein solches Kunststoffraaterial herkömmlicher Knochenzement verwendet werden, weil der Knochenzement in der Endoprothese zurückgehalten wird, also nicht mit dem Knochen selbst in Berührung kommt. Die bein Aushärten des Knochenzements auftretende Wärme führt wegen des wesentlich geringeren Volumens an Knochenzement Weniger als 5 % der herkömmlichen Fienße) und der Wärmsdämmung durch die sie umgebende Endeprothese im Knochengewebe zu keiner physiologisch unzuträglichen Erwärmung.

Eine andere Möglichkeit zum Austreiben der Stifte aus ihren Bohrungen besteht darin, daß in die Zentralbohrung ein Stab mit einer profilierten Außenwand eingesetzt ist. Bei einer Verschiebung dieses Stabes drücken die Profilierungen die Stifte aus ihren Bohrungen heraus. Der Stab kann auch elastisch verformbar sein, d.h., daß sein Material die Stifte federnd anpreßt. Sofern die Zentralbohrung gekrümmt verläuft, sollte der Stab biegsam sein bzw. Bohrung und Kreisradius müssen den gleichen konstanten Krümmungsradius aufweisen.

Die Stifte müssen in ihrer Verankerungsstellung mit ihrem rückwärtigen Ende in der Bohrung verbleiben. Ua dies mit Sicherheit zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn die Stifte eine Verankerung in ihrer Bohrung aufweisen.

Eine Ausführungsform einer solchen Verankerung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte einen elastischen Bund haben, der sich an eine Rastschulter der jeweiligen Bohrung anlegt.

Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte eine Rastfeder haben, die sich an eine Rastschulter der jeweiligen Bohrung anlegt.

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Beiden AusfÜhrungsfornien ist geneinsam, daß sich die Stifte von außen in ihre Bohrungen einsetzen lassen.

Wenn die Stifte durch hydraulischen Druck aus ihren Bohrungen herausgedrückt werden, soll die Zentralbohrung eine Entlüftungsöffnung aufweisen, über die Luft aus der Zentralbohrung und den Bohrungen austreten kann. Diese Entlüftungsöffnung soll einen sehr kleinen Durchmesser haben, damit dort eindringender Knochenzement konsistenzbedingt die Entlüftungsöffnung verschließt. Diese Entlüftungsöffnung kann sich an der Stelle der Zentralbohrung befinden, die vom flüssigen Knochenzement zuletzt erreicht wird. Es können auch Entlüftungsöffnungen in den Stiften selbst vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführung3- « beispielen nähsr erläutert, au3 denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eine3 Schaftes einer Endoprothese für Hüftgelenkersatz, eingesetzt in eine Bohrung des umgebenden Knochens;

Fig. 2 vergrößert das Detail X von Fig. 1;

Fig. 3 ebenfalls vergrößert eine Schnittansicht entsprechend Fig. 2, wobei die Stifte mittels eines profilierten biegsamen Stabes herausgedrückt werden;

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Stiftes; Fig. 5 eine Ansicht von Fig. 4 in Pfeilrichtung A;

Fig. 6 schematisch einen Schnitt durch ein weiteres Anwendungsbeispiel der neuartigen Verankerung, nämlich bei der Pfanne einer Hüftgelenkprothese.

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Fig. 1 zeigt einen Schaft einer Küftgelenkendoprothese, der aus einem neuartigen Werkstoff besteht, nämlich einem faser-, verstärkten Kunststoff material, vorzugsweise einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial und/oder glasfaser- bzw. kunststoff aser-, z. B. aramidfaserverstärkten Kunst stoff material. Der neuartige Schaft 1 hat

eine Zentralbohrung 2, die sich etwa längs seiner Mittellinie erstreckt. Die Zentralbohrung ist frei zugänglich, nämlich am oberen Ende 3 des Schaftes oder am Kragen 24. . Dort ist ein aus Keramik oder anderem harten Material bestehender Hüftkopf A angedeutet, der abnehmbar ist. Am unteren Ende der Zentralbohrung befindet sich eine Entlüftungsöffnung 5. Der. Schaft kann auch eine geringere Biegung haben als zeichnerisch dargestellt, und am Unifang radial verlaufende Vertiefungen zur Vergrößerung der Oberfläche aufweisen, in die Knochensubstanz einv/achsen kann. In dar Wandung des Schaftes 1 sind über seine Länge und seinen. Umfang verteilt eine Reihe von Bohrungen 6 vorgesehen, die sämtlich mit der Zentralbohrung 2 in Verbindung stehen. In die Bohrungen 6 sind Stifte 7 eingesetzt (vgl. auch Fig. 3 bis 5).

Nachdem der Schaft 1 in eine vorher angelegte Bohrung 8 Im Knochen 9 eingesetzt ist, wird aushärtbarer Kunststoff unter Druck über die Einlaßöffnung 3 in die Zentralbohrung 2 eingegeben. Die Stifte befinden sich dabei in ihrer zurückgezogenen Stellung, in der ihre Vorderenden mit der Außenwand des Schaftes 1 abschließen. Durch den hydraulischen Druck werden die Stifte in ihrer Bohrung nach außen gepreßt und dringen dadurch in das Gewebe des Knochens 9 ein oder legen sich an die Innenwand der Kompacta. Dadurch ergibt sich eine einwandfreie Verankerung.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der verwendeten Stifte· Diese sind an ihrem rückwärtigen Ende gegabelt und haben dort einen Bund 10. Werden sie durch den hydraulischen Druck in Pfeilrichtung 11 nach außen gedrückt, so legt sich der Bund 10 aufgrund der federnd elastischen Eigenschaften des

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gegabelten Endes des Stiftes an eine Rastschulter 12 dar Bohrung 6 an. Dadurch wird der Stift in dieser Position im Schaft 1 am unbeabsichtigten Herausgleiten gehindert.

Der Bund 10 steigt von rückwärts nach vorne mit einem spitzen Winkel an, so daß bei der Herstellung der neuartigen Endoprothese die Stifte 7 in Gegenrichtung des Pfeiles 11 von außen in ihre Bohrung in die in Fig. 2 zeichnerisch dargestellte Lage eingesetzt werden können. Hierbei hilft eine sich konisch nach außen erweiternde Öffnung 25 der Bohrung

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform dieser Stifte, wobei das rückwärtige Ende der Stifte ebenfalls gegabelt ist. Ein Bolzen 13 verbindet die beiden Gabelenden und legt eine Feder 14 im Stift fest. Die Feder ist symmetrisch ausgebildet. Ihre Enden sind hakenförmig abgebogen. Die Feder ist um den Bolzen 13 in einem Schlitz 15 des Stiftes 7 gelagert. Die abgebogenen Enden der Feder Übernehmen die Funktion des Bundes 10 bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Die Bohrung 2 hat auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 eine Rastschulter, wie in Fig. 2 gezeigt. Es kann auch eine Feder mit nur einem federnden und hakenförmig abgebogenen Ende vorgesehen sein.

Fig. 3 zeigt einen biegsamen Stab 16 mit einer wellenförmig profilierten Außenfläche. In der zeichnerisch dargestellten Lage schließen die Stifte 7 mit ihrem vorderen Ende etwa mit der Außenwand 17 des Schaftes 1 ab. Wird der Stab 16 in seiner Längsrichtung (Pfeilrichtung 18) verschoben, so werden dadurch die Stifte 7 nach außen gedrückt (Pfeilrichtung 11 von Fig. 2). Dies erfolgt, weil die Stifte dann zur Anlage an die vorstehenden Profilierungen des Stabes 16 gelangen. Der Stab 16 ist in seiner Querrichtung vorzugsweise elastisch federnd, beispielsweise durch einen Gummiüberzug 21 oder

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indem der Stab als Hohlstab ausgebildet ist.

Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der neuartigen Verankerung anhand einer Pfanne einer Hüftgelenkendoprothese, Diese Pfanne besteht aus einer Stützschale 19 aus dem neuartigen faserverstärkten Kunststoffmaterial. Die Innenseite der Stützschale ist mit einer dünnen Lagerschicht 20 aus Polyäthylen ausgekleidet. Y/iederum ist ein zentraler Kanal 21 in der Stützschale 19 vorgesehen, der sämtliche Bohrungen 22 mit Druck versorgt, in die die Stifte 7 eingesetzt sind. Der Kanal 21 ist bei diesem Ausführungsbeispiel von der Auskleideschicht 20 her in Pfeilrichtung 23 mit Druck versorgbar. Auch hier ist die Entlüftungsbohrung 5 vorgesehen.

Der Patentanwalt

Dr. D. Gudel

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Claims

Patent- bzv.'. Schutzansprüche

/Verankerung einer Endoprothese in oder an einem Knochen, dadurch gekennzeichnet, daß in Bohrungen (6) in der Endoprothese (1; 19, 20) Stifte (7) eingesetzt sind, die in ihrer jeweiligen Bohrung verschiebbar sind, wobei die Bohrungen einerseits in die Außenwand (17) der Endoprothese einmünden und andererseits mit einer von außen zugänglichen Zentralbohrung (2) verbunden sind.
2. Verankerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralbohrung (2) mit Druck beaufschlagbar ist.
3. Verankerung nach Anspruch 1, · dadurch gekennzeichnet, daß in der Zentralbohrung (2) ein Stab (16) mit einer profilierten Außenwand verschiebbar ist.
4. Verankerung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (7) eine Verankerung in ihrer Bohrung (6) aufweisen.
5. Verankerung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (7) einen elastischen Bund (10) haben, der sich an eine Rastschulter (12) der jeweiligen Bohrung (6) anlegt.
6. Verankerung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (7) eine Rastfeder (14) haben, die sich an eine Rastschulter (12) der jeweiligen Bohrung (6) anlegt.

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7. Verankerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralbohrung (2) eine Entlüftungsöffnung (5) aufweist.

Der Patentanwalt

- Beschreibung -

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