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Zementfrei zu verankernde Endoprothese
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Die Erfindung betrifft eine zementfrei an einem Knochen zu verankernde
Endoprothese, insbesondere eine Hüftprothese, deren nach der Implantation mit Knochengewebe
in Eingriff stehende Oberfläche an wenigstens einem Verankerungsabschnitt mit einer
reliefartigen Profilierung versehen ist, die aus einer Vielzahl von her die Oberfläche
ihres Basiskörpers nach außen vorstehenden FrofIfflelementen besteht.
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Wenn vor- oder nachstehend von einer Endoprothese die Rede ist, so
muß es sich hierbei nicht notwendigerweise um eine einteilige Prothese handeln.
Bei einer
die aus zzei cder mehr Teilen besteht, die nicht sämtlichst
mit Xnocher.geTJebe in Berührung kommen bzw.
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nicht sämtlichst einer Verankerung dienen, ist vor-und nachstehend
unter dem Begriff "Endoprothese" mithin alch ein Prothesenteil zu verstehen.
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Unter dem Begriff des "Basiskörpers" der Prothese (bzw.
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des Prothe-senreils) ist vor- und nachstehend diejenige geometrische
Form zu verstehen, die verbleibt, wenn man sich die reliefartige Profilierung wegdenkt.
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Knocnen-Endoprothesen können bekanntlich entweder mit einem üblicherweise
als Knochenzement bezeichneten Bindemittel bzw. Kleber oder aber aufgrund bestimmter
getroffener Maßnahmen zementfrei im Knochengewebe verankert werden.
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Insbesondere in den vergangenen Jahren ist man mehr und mehr bemüht,
möglichst zementfrei zu implantieren, um die mit einer Verwendung von Knochenzement
verbundenen Nachteile möglichst von vornherein vermeiden zu können.
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Diese liegen bekanntlich u.a. darin, daß insbesondere verhältnismäßig
dicke Schichten aus Knochenzement im Verlaufe der Zeit brechen (bröckeln) können,
so daß es dann zu einer Lockerung der betreffenden Endoprothese kommt. Auch wird
Knochenzement nicht in allen Anwendungsfällen von dem Gewebe so gut angenommen,
wie dieses wünschenswert wäre. Es kommt hinzu, daß evtl. Infektionen bei einer Verwendung
von Knochenzement häufig schwieriger zu bekämpfen sind als bei zementfrei implantierten
Prothesen etc..
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Wenn man auf die Bindewirkung des Knochenelementes zichten will, ist
es selbstverständlich eford"rjichr bestimmte Maßnahmen zu trefen, die bei Verwendung
on Knochenzement nicht oder zumindest nicht in demselben Ausmaße notwendig sind.
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Diese Maßnahmen sind grundsätzlich zunächst eirimal darauf gerichtet,
wenigstens im Verlaufe der Zeit einen Formschluß zwischen Prothesenoberfläche einerseits
und angrenzendem Knochengewebe andererseits zu schaffen.
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Abgesehen hiervon muß es für eine zementfreie implantierung ersichtlich
das Bestreben sein, die aufgrund der Geometrie der Endoprothese vorgegebene Prothesenoberfläche
möglichst zu vergrößern, ohne daß hierfür die Prothesenabmessungen beachtlich vergrößert
werden.
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Letzteres ergibt sich aus dem Bestreben, im allgemeinen möglichst
wenig natürliches Knochengewebe zu resizieren, also - umgekehrt ausgedrückt - möglichst
viel Knochengewebe zu erhalten.
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Verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten gattungsinäFiger Prothesen
bzw. Prothesenteile - genauer gesagt also reliefartiger Oberflächenprofilierungen
für derartige Endoprothesen bzw. -teile - sind beispielsweise in der DE-PS 83 72
94 dargestellt und beschrieben. Diese bekannte Prothese weist eine Vielzahl von
aus ihrem Basiskörper vorspringenden Profilelementen oder/und eine entsprechende
Anzahl von in den Basiskörper eingebrachten Ausnehmungen auf, um auf diese Weise
eine hinreichend gute mechanische Verbindung zwischen der Prothese und dem Knochengewebe
zu schaffen. Es hat sich indes gezeigt, daß die zuletzt erwähnten Ausnehmungen -
insbesondere, wenn sie durch spanabhebende Bearbeitung am Prothesenrohling - in
die Prothese eingebracht
werden, Haarrisse iiervorrufen können,
die im çer'aste der Zeit aufgrund der im allgemeinen vorhandenen Wecllslbearlspruchunqen
zu Einrissen und schließlich Brüchen derartiger Prothesen führen können. Aber auch
die bei dIeser bekannten Prothese vorgesehenen, über die Oberfläche des Basiskörpersnach
außen vorstehenden Profilelemente, die in der Art hütchenförmiger Kegelnoppen, rechtwinkliger
Rasterprofilelemente oder um den betreffenden Prothesenschaft herum verlaufender
Ringe vorgesehen sind, lösen die an eine derartige reliefartige Profilierung zu
stellenden Anforderungen noch nicht in optimaler Weise. Zunächst ist einmal festzustellen,
daß der gegenseitige Abstand der Profilelemente bei der bekannten Prothese verhältnismäßig
groß ist und bei der oben erwähnten Ausgestaltung mit kegelförmigen Noppen ein mehrfaches
des größten Profilelementendurchmessers beträgt, so daß mithin an dem überwiegenden
Teil der Prothesenaußenseite die glatte Oberfläche des Basiskörpers frei liegt und
mit dem entweder bereits vorhandenen oder sich im Verlaufe der Zeit bildenden Knochengewebes
in Berührung kommt.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung ist die Gefahr eines Ausreißens
bei Belastung noch zu groß, und zwar insbesondere gegenüber verhältnismäßig starken
Stoßbeanspruchungen und Torsionsbeanspruchungen.
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Das gilt auch für die aus der o.g. Druckschrift bekannte Ausgestaltung,
bei welcher die Profilelemente als in der Draufsicht rechtwinklige Noppen ausgebildet
sind, wobei bezüglich dieser Ausgestaltung vor allem hinzukommt, daß die zahlreichen
relativ scharfen Kanten der Profilelemente bei Belastung eine Art Schneidwirkung
auf das Knochengewebe ausüben können, so daß es insbesondere dann, wenn es zu einem
gewissen sog. "Sintern",
also einem Nachrutschen eines Prothesenschaftes
o.dgl.
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unter Belastung kommt, zu einem regerechten Absc-eren der gleichsam
zäpfchenrcJmig an die Prothesenoberfläche heranwachsenden Osteozyten kommen kann,
welche bei:artlioh nach der Ausheilung die tragende Spongiosa b r.
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sollen.
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in dem Bestreben, die vorstehend beschriebener Prothesen zu verbessern,
hat man gemäß der DE-PS 27 30 004 eine gattungsmäßige Endoprothese geschaffen, bei
welcher zwischen zwei einander benachbarten, vorzugsweise kuqelförmig ausgebildeten
Profilelementen jeweils mindestens eine Engstelle vorhanden ist, die sicr zwischen
der Oberfläche des Basiskörpers und der äußersten Erstreckung der Profilelemente
befindet, damit das sich rekonstituierende Knöchengewebe in die auf diese Weise
geschaffenen Hinterschneidungsräume unmittelbar oberhalb der Oberfläche des Basiskörpers
hineinwachsen und sich entsprechend vernetzen kann. Abgesehen davon, daß sich eine
Herstellung derartiger Prothesen als außerordentlich schwierig und damit entsprechend
aufwendig herausgestellt hat, besitzt diese bekannte Prothesenprofilierung den Nachteil,
daß die ProfiZelemente relativ groß ausgebildet werden müssen1 wenn man den erstrebten
Effekt erzielen will Dieses hat aber zur Folge, daß eine derartige Prothese erst
nach entsprechend langer Heilungszeit belastbar ist, da anderenfalls aufgrund der
beschriebenen Ausgestaltung und der damit zwangsläufig verbundenen entsprechend
geringeren Anfangsfestigkeit nach Implantation Relativbewegungen zum Knochengewebe
auftreten können. Im übrigen ist eine derartige Oberflächenprofilierung für nicht
selten notwendig werdende Reoperationen nachteilig, da in derartigen Fällen das
Knochengewebe beim Herausnehmen der Prothese verhältnis-
,, ßig
stark beschädigt werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, die bekannten
Endoprothesen der eingangs beschriebenen Gattung unter Vermeidung ihrer Nachteile
zu Verbessern, und eine derartige Prothese (bzw. eine reliefartige Oberflächenprofilierung
für eine Prothese) zu schaffen, die u.a. aufgrund ihrer großen Oberfläche schon
relativ schnell nach der Implantation zu einer guten mechanischen Verbindung und
damit zu entsprechender Belastbarkeit führt, wobei darüber hinaus sichergestellt
sein soll, daß die Profilierung selbst im Falle eines anfänglichen gewissen Nachrutschens
keine Kerb- oder gar &chneidwirkungen auf das Knochengewebe ausüben kann. Darüber
hinaus soll trotz der angestrebten möglichst großen Oberflächenvergrößerung (in
Relation zur oberfläche des Basiskörpers) von Anfang an eine gute mechanische Verbindung
zwischen Prothese und verbliebenem Gewebe gegeben sein, d.h. die Kontaktoberfläche
zwischen Prothesenprofilierung und unmittelbar nach der Operation verbliebenem Gewebe
soll bereits möglichst groß sein.
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Schließlich wird mit der erfindungsgemäßen Prothese angestrebt, daß
trotz der angestrebten guteW mechanischen Verbindung zwischen Prothese und Knochengewebe
im Falle von Reoperationen eine weitgehend gewebeschonende Entfernung der Prothese
möglich ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemä-B dadurch gekennzeichnet,
daß einander benachbarte PrGfilelemente einerseits unmittelbar aneinander anliegen
und andererseits dabei eine Form aufweisen, daß zwischen mehreren einander benachbarten
Profilelementen-jëweils ein - bis zur Oberfläche des Basiskörpers verlaufender-
Zwischenraum
vorhanden ist.
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Um die angestrebte Oberflächenvergrö£erung noch in besonders wirkungsvoller
Weise beachtlich weiter zu erhöhen, ist in Ausgestaltung der Erfindung -uztcesehen,
daß die Profilelemente jeweils eine im wesentlichen mittige Ausnehmung aufweisen,
die sich im wesErtiic1.en bis zur Oberfläche des Basiskörpers erstreckt.
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Eine besonders geeignete und daher bevorzugte Ausgestaltung besteht
erfindungsgemäß darin, daß die Profilelemente im wesentlichen ringförmig ausgebildet
sindy wobei sie Indes nicht wie bei einer Ausgestaltung gemäß der oben behandelten
DE-PS 837 294, etwa als Ringe um den betreffenden Prothesenschaft o.dgl. herumlaufen,
und mithin an einer Ringmantelfläche mit dem Basiskörper in Verbindung stehen, sondern
wobei die Unter-Seite der nachstehend auch kurz als Ringe bezeichneten ringförmigen
Profilelemente an die Oberfläche des Basiskörpers (unter integraler Ausgestaltung
oder nach entsprechender Befestigung) angrenzt und die ringförmigen Profilelemente
relativ kleine Dimensionen aufweisen, so daß beispielsweise am Schaft einer Hüft-Endoprothese
etwa 1.500 bis 3.00Q derartiger Profilelemente vorhanden sind.
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Um irgendwelche Kerb- oder gar Schneidwirkungen unter Belastung mit
Sicherheit auszuschließen und darüber hinaus geeignete Widerlager für das Knochengewebe
bei Belastung zu schaffen, sind die der Oberfläche des Basiskörpers abgekehrten
Ränder der ringförmigen ProfileZemer,t vorzugsweise abgerundet, und zwar bei einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung mit einem Radius, der cxieic} der Hälfte der
radialen Ringbreite ist, so daß die ringförmigen
t?rofilelerente
in einem radialen Querschnitt mithin jeeXils an ihrer Außenseite gleichsam halbkugelförmig
ausgebildet sind.
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Um Hlnterschneiduncsräume ganz bewußt zu vermeiden, die zwar ggf.
zu einer relativ guten mechanischen Verbindung führen können, jedoch - abgesehen
von den beträchtlichen Rerstellungsschwierigkeiten - insbesondere bei Reoperationen
als sehr ungünstig anzusehen sind, ist der Außendurchmesser ringförmig ausgebildeter
Profilelemente bevorzugt derart, daß er von der Oberfläche des Basiskörpers aus
nach außen nicht zunimmt. Bevorzugt ist er in. wesentlichen konstant, könnte jedoch
ggf. auch zumindest geringfügig abnehmen.
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Der Außendurchmesser der erfindungsgemäßen Profilelemente beträgt
vorzugsweise ca. 3 bis 6 mm bei einem Ausnehmungsdurchmesser von etwa O,5 bis 2
mm, vorzugsweise ca. 1 mm, und die von der Oberfläche des Basiskörpers aus gemessene
Höhe des Profilelementes ist vorzugsweise verhältnismäßig gering und kann etwa 0,5
bis 2,5 mm, vorzugsweise ca.
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1 mm betragen.
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Wie bereits angedeutet worden ist, können die Profilelemente beispielsweise
durch Schmieden oder sonstige flerstellungsverfahren integral mit dem Basiskörper
ausgebildet sein. Sie können jedoch in Ausgestaltung auch als Einzelelemente ausgebildet
sein, die mit dem Basiskörper durch Schweißen, Löten, Kleben o.dgl. verbunden sind.
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Bei einer solchen Ausgestaltung ist es keineswegs obligatorisch, daß
die Profilelemente einzeln aufgebracht werden müssen. Vielmehr ist in Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß die zunächst nicht mit dem Basiskörper
verbundenen Profilkörper an ihren
enander zugekehrten Seitenfa'chen
jeweils miteinnnuer verbunden sind, so daß sie insgesamt gleichsam eine Profilelementmatte
bilden, die mittels geeigneter bekannter Befestigungsverfahren ihrerseits abscr.nittsweise
oder insgesamt mit dem Basiskörper verbunden sein kann, wobei die Profilelemente
bevorznyt aus demselben oder zumindest einem sehr ähnlichen Material bestehen wie
der Basiskörper selbst, um irgendwelche nachteiligen Wirkungen zu vermeiden, die
aufgrund unterschIedlicher Materialien in bekannter Weise anderenfalls gcç auttreten
könnten.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung weiter erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Endoprothese mit reliefartiger Profilierung in (10-Each) vergrößerter
Darstellung, und zwar in Richtung des Pfeiles 1 in Fig. 2 gesehen; Fig. 2 einen
Schnitt durch die Darstellung gema"f: Fig. 1 in Richtung der Schnittlinie II-I gesehen;
und Fig. 3 eine Variante einer reliefartigen Oberflächenprofilierung einer Endoprothese
in einer Darstellung gemäß Fig. 1.
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Die Eig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen in einer Draufsicht (Fig. 1)
bzw. in einem Schnitt (Fig. 2) einen etwa zehn ach vergrößerten Oberflächenabschnitt
des Schaftes einer Hüftgelenk-Endoprothese, die zementfrei in einem Femurknochen
-wzrankert werden soll, wobei an dieser Stelle darauf hingewiesen sei, daß zementfrei
zu verankerende Prothesen selbstverständlich auch stets mit Knochenzement verankert
werden können, so daß die vor-und nachstehenden Hinweise auf eine zementfreie Implantation
keinerlei Beschränkung für den Schutzumfang bedeuten sollen.
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Im Falle einer Hüftgelenk-Endoprothese stellt mithin der Schaft den
Verankerungsabschnitt dar, wobei bei dem hier in Rede stehenden Ausführungsbeispiel
im wesentlichen die gesamte Schaftoberfläche mit einer reliefartigen Profilierung
versehen ist, die sich von der oberfläche 1 des Basiskörpers aus nach außen erstreckt
und aus einer Vielzahl (nämlich ca. 2.500)Profilelementen 2 besteht, die profilartig
nach außen vorstehen.
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Die Profilelemente 2 sind als Ringe ausgebildet und liegen jeweils
an ihrer Seiten- bzw. Mantelfläche an benachbarten Profilelementen unmittelbar an.
Aufgrund der Ringform ist zwischen mehreren einander benachbarten Profilelementen
2 jeweils ein Zwischenraum 3 vorhanden, der sich bis zur Oberfläche 1 des Basiskörpers
erstreckt.
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Die als Ringe ausgebildeten Profilelemente -g weisen jeweils eine
mittige bzw. zentrische Bohrung bzw. Ausnehmung 4 auf, die sich bis zur Oberfläche
1 erstreckt.
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Die der Oberfläche 1 abgekehrten Ränder der ringiörmigen Profilelemente
2 sind jeweils abgerundet, und zwar derart,
daß die dem Basiskörper
6 abgekehrte Stirnseite der Ringe 2 mit einem Radius r abgerundet ist, der gleich
der Hfllfte ihrer radialen Breite d ist, so dar mithin die ringförmigen Profilelemente
2 an ihrer freiniecer.nen Außenseite in einem radialen Querschnitt gleichsam albkugelförmig
ausgebildet sind.
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Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, ist der Außendurchmesser D der ringförmigen
Profilelemente 2 konstant, d.h. er nimmt von der Oberfläche 1 des Basiskörpers 6
aus nach außen nicht zu, und beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 3
mm. Der Durchmesser d der Ausnehlung;~n 4 beträgt ebenso wie die Höhe h der ringförmigen
Profilelemente 2 über der Oberfläche 1 des Basiskörpers 6 einen Millimeter.
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Die ringförmigen Profilelemente 2 können integral mit dem Basiskörper
6 verbunden sein, wie dieses im rechten Teil der Fig. 2 anhand der dort dargestellten
drei Pro elemente 2' dargestellt ist. Die Profilelemente 2 können jedoch auch zunächst
von dem Basiskörper 6 gesondert gefertigt werden, wie dieses in Fig. 2 ganz links
anhand des Profilkörpers 2" dargestellt worden ist, und sodann je nach Material
etc. in geeigneter Weise mit dem Basiskörper 6 verbunden werden.
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Im vorliegenden Falle bestehen sowohl die Profilelemente 2 als auch
der Basiskörper 6 aus Schmiedetitan, wobei die Profilelemente 2 mit dem Basiskörper
6 durch ein geeignetest bekanntes Schweißverfahren verbunden sind (wenn.sie nicht
integral mit dem Basiskörper 6 ausgebildet sind) und zwar mittels eines gewebe-
bzw.
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körpervertraglichen Edelmetallotes.
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Aufgrund der erfindungsgemäß ausgestalteten Profilierung ergibt sich
ersichtlich eine ggü. der Oberfläche 1 des Basiskörpers 6 ganz erheblich vergrößerte
Oberfläche, was zwecks inniger mechanischer Verbindung des Knochengewebes mit der
Prothese angestrebt ist Diese innige Verbindung kommt insbesondere dadurch zustande,
daß die Osteozyten der tragenden Spongiosa, die, wie bereits erwähnt, etwa zäpfchenförmig
in Richtung auf die Prothese wachsen und in diesem Zustand einen Durchmesser von
etwa 0,5 bis 1 mm aufweisen, in die Ausnehmungen 4 und die Zwischenräume 3 hineinwachsen,
wobei die mit dem Knochengewebe zusammenwirkenden Flächen der Profilelemente bei
jeder Beanspruchungsart (Zug, Druck, Torsion) hervorragend geeignete Widerlager
ergeben und es auch bei stärkerer Belastung und selbst bei einem gewissen Nachrutschen
der Prothese nach Implantation nicht zu Einkerbungen oder gar Schneidwirkungen der
Profilierung auf das Gewebe kommt. Trotz dieser Vorzüge ergibt sich bereits praktisch
von Anfang an regelmäßig ein relativ fester Sitz der Prothese in dem nach der Resektion
verbliebenen Knochengewebe, da die Kontaktfläche der mit der erEindungSgEmäBen Profilierung
versehenen Prothese zu diesem Gewebe hin sehr groß ist.
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Weiterhin ist es für Fälle von Reoperationeü äußerst vorteilhaft,
daß sich eine derartig ausgestaltete Prothese trotz der einerseits verhältnismäßig
schnell und andererseits auf Dauer regelmäßig erzielbaren guten mechanischen Verbindung
zwischen Prothese und Knochengewebe die Prothese normalerweise, falls notwendig,
entfernen läßt, ohne so starke Gewebeschadigungen zu verursachen, wie dieses bei
den bisher bekannten gattungsmäßigen Prothesen der Fall istb
Fig.
3 zeigt eine Variante, bei welcher die in der Zeichnu vertikal bzw. horizontal verlaufenden
Nittellinien 7 bw.
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einander benachbarter Profilelemente 2 nicht zueinander fluchten,
sondern daß dieses jeweils lediglich hinsiohtlich jeder zweiten (bzw dr übernächsten)
Profilelementenreihe der Fall ist, während jeweils einander benachbarte Profilelemente
2 hinsichtlich ihrer Mittellinie um den halben Außendurchmesser D halbe zueinander
versetzt sind, so daß die Zwischenräume 3' entsprechend kleiner sind und jeweils
nur von drei Profilelementen 2 gebildet werden, während sie bei der Ausgestaltung
arnäß den Fig 1 und 2 jeweils von vier Profilelen'ent'en 2 gebildet werden Es ist
erkennbar, daß bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 die Zwischenräume 3' etwa die
gleiche Oberfläche aufweisen, wie die Ausnehmungen 4, während sie bei der Ausgestaltung
gemäß den Fig. 1 und 2 beachtlich größer sind Darüber hinaus hat eine Anordnung
der Profilelemente 2 gemäß Fig.3 ersichtlich zur Folge, daß je Flächeneinheit noch
mehr Profilelemente 2 untergebracht werden können, und daß demgemäß die Oberflächenvergrößerung
noch größer ist als dieses bei der Ausgestaltung gemäß den Fig. 1 und 2 ohnehin
bereits der Fall ist.
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BEZUGSZEICHENLISTE (LIST OF REFERENCE NUMERALS) Oberfläche 1 3 Profilelemente
(Ringe) 2 3, 3' Zwischenraum 3 4 Ausnehmung (von 2) 4 5 - 5 6 Basiskörper 6 C vertikale
Mittellinien 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 1 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19
20 20 21 21 22 22 23 23 24 24 25 26 27 28 28 29 29 30 30