DE3909545C2 - Knochenimplantat - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Knochenimplantat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus der EP 0 190 422 A1 bekannt ist.
Derartige Knochenimplantate sind
bei chirurgischen Eingriffen zur Wiederherstellung von Skelettverformun
gen, insbesondere bei der Hüft- und Kniearthroplastik zur Wiederherstel
lung von Gelenken sowie bei Verletzungen zum Aneinanderbefestigen von
gebrochenen Knochen eingesetzt worden.
Zur Herstellung von derartigen Knochenimplantaten sind diverse Metalle
vorgeschlagen worden. Beispielsweise sind Titan und Kobaltchrom aufgrund
ihrer Biokompatibilität mit Knochengewebe und ihrer Festigkeitseigen
schaften zur Aufnahme von Belastungen, denen das Skelett nach der Implan
tation ausgesetzt ist, weit verbreitet. Zusammen mit einem derartigen
metallischen Knochenimplantat ist in den US-PS'en 36 05 123 und 39 06 550
desweiteren eine poröse metallische Oberfläche vorgeschlagen worden, um die
Fixierung des Implantates mit einem abgetrennten Knochen am Intramedular
kanal zu verbessern. Diese Metalle sind zwar fester als Knochenmaterial;
jedoch ist das Knochenmaterial etwas flexibel, so daß die steifen Metalle
nicht genau an die Flexibilität des Knochens angepaßt werden können.
Folglich ist in zahllosen neueren Veröffentlichungen und Patenten die
Verwendung von zusammengesetzten Materialien oder nichtmetallischen
Materialien für die Herstellung von Knochenimplantaten vorgeschlagen
worden, um das Implantat mit einem Modul zu versehen, der im wesentlichen
dem des Knochenmateriales entspricht.
In der US-PS 46 62 887 ist ein Polyätherätherketon, das üblicherweise die
Kurzbezeichnung PEEK besitzt, zur Verwendung als orthopädische Vorrichtung
vorgeschlagen worden. Bei diesem PEEK-Polymer handelt es sich um ein Ma
terial, das in seiner Endform biokompatibel und ausreichend flexibel ist,
so daß eine Anpassung an die anatomische Elastizität von Knochen erreicht
wird. In der US-PS 38 93 196 ist ein zusammengesetzten Hüftimplantat
beschrieben, das mit einem Kern aus Graphitfaser, einer äußeren Schicht
aus Graphitfaser, die den Kern umschreibt, und einer Kunststoffhaut
versehen ist, die die gesamte Faser umgibt und eine poröse Kunststoff
oberfläche vorsieht, mittels der eine Vereinigung mit dem Knochen her
gestellt werden kann. In Fortführung der Lehre der vorstehend genannten
Veröffentlichung ist in der US-PS 41 64 794 ein poröses Verbundmaterial
beschrieben, das auf der Oberfläche einer Hüftprothese vorgesehen ist, um
die Fixierung am Knochen zu verbessern.
Wenn man das Metallimplantat mit dem Verbundimplantat vergleicht, sind
Vorteile und Nachteile augenscheinlich. Bei dem Metallimplantat führen die
Festigkeitseigenschaften der Metalle zu einem steifen Implantat, das die
Schutzbereiche des Knochens unter Spannung setzen kann.
Aus EP 0 190 422, von der im Oberbegriff ausgegangen wurde, ist ein Kno
chenimplantat mit einem Kunststoffkern bekannt, an dem eine poröse, me
tallische Komponente in Form eines Drahtgewebes befestigt ist, das in den
Kunststoffkern eingebettet wird. Diese Einbettung erfolgt durch Einpres
sen in den durch erhöhte Temperatur erweichten Kunststoffkern. Dabei ist
die Tiefe des Einpressens und damit der Teil des Drahtgewebes, der für
das Einwachsen des Knochens verbleibt, vom Preßdruck und vom Erweichungs
grad abhängig.
DE-OS 21 54 272 beschreibt ein Prothesenteil für die Implantation, das
aus einer porösen Schicht um einen tragenden Kern herum besteht, welcher
durch eine isolierende Schicht von Körperflüssigkeiten isoliert ist.
Aus US 4 714 467 ist ein Knochenimplantat für eine Hüftprothese aus fa
serverstärktem Kunststoff bekannt. Dieses Implantat besteht aus einem
Kern, dessen Fasern in Längsrichtung verlaufen, und einer Hülle, deren
Fasern quer dazu liegen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Knochenimplantat mit einem
nicht-metallischen Kern und einer porösen metallischen Komponente zu
schaffen, bei dem ein verbessertes Einwachsen sichergestellt ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein orthopädisches Implantat vor, das die
Vorteile von Metall- und Verbundmaterialien vereinigt. Die Erfindung nimmt
von einem völlig aus Verbundmaterial oder einem völlig aus Metall bestehen
den Implantat Abstand und schlägt stattdessen einen zusammengesetzten Kern,
der eng an die Flexibilität des Knochens angepaßt ist, und eine poröse
metallische Oberfläche vor, die am Verbundkern befestigt ist, so daß das
Knochenmaterial und/oder der Knochenzement rasch in die poröse metallische
Oberfläche eindringen und daran haften kann, so daß eine Langzeitfixierung
des orthopädischen Implantates erreicht wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Verbund/Me
tall-Implantat an die Flexibilität des Knochens angepaßt ist und eine
poröse metallische Oberfläche vorsieht, die ohne weiteres mit dem Knochen
kompatibel ist, so daß ein ungehindertes Einwachsen von Knochenmaterial in
die poröse Oberfläche erreicht wird, wobei diese poröse metallische Ober
fläche ausreichend fest und haltbar ist, um eine Langzeitfixierung zu
ermöglichen. Darüberhinaus wird die poröse metallische Oberfläche durch ein
Metallfaserkissen geschaffen, das verschleißfest ist und sowohl während der
Implantation als auch nach der Implantation fest mit dem Verbundkern
integriert bleibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbin
dung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Femoralkomponente nach der Implanta
tion,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 einen Querschnitt durch das poröse Metallfaserkissen, das vom
Verbundschaft getrennt ist; und
Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, die eine weitere Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
Die Femoralkomponente 10 wird operativ in den Intramedularkanal 12 des
Fernur 14 implantiert. Der Intramedularkanal 12 wird durch Abtrennung des
anatomischen Femoralkopfes (nicht gezeigt) freigelegt. Ein Kopf 16 wird mit
einem Hals 18 der Femoralkomponente verbunden. Der Kopf 16 besitzt
Kugelform, so daß er in der Fassung 20 eines Acetabulum 22 gelenkig
gelagert ist.
Die Femoralkomponente 10 besitzt einen Kern 24 mit einer Vielzahl von
längsverlaufenden Fasern, eine Zwischenschicht 26, die eine geflochtene
Faserhülle aufweist, eine den Kern 24 und die Zwischenschicht 26 umgebende
Haut 28 und ein Paar von porösen Metallfaserkissen 30 und 31, die an der
Haut 28 befestigt sind. In der Zeichnung ist die Zwischenschicht 26 aus
Gründen einer besseren Darstellung mit einem größeren Faserquerschnitt
gezeigt als der Kern 24. Der Kern 24 und die Zwischenschicht 26 sind jedoch
aus den gleichen Fasern hergestellt.
Der Kern 24, die Zwischenschicht 26 und die Haut 28 erstrecken sich von
einem distalen Ende 33 bis zu einem proximalen Ende 32, das den Hals 18
bildet. Die porösen Metallfaserkissen 30 und 31 sind vorzugsweise benach
bart zum Hals 18 und auf beiden Seiten vor und hinter der Femoralkompo
nente angeordnet.
Die Vielzahl der den Kern 24 bildenden Fasern sowie die geflochtene Faser
hülle, die die Zwischenschicht 26 bildet, bestehen aus einem von der Firma
FIBERITE, einer Tochter von ICI, hergestelltem Fasermaterial APC-2 (siehe
FIBERITE Datenblatt 3a, Eigenschaftsdaten eines aromatischen Polymers
APC-2/Hercules Magnamite AS3$ Carbon Fibre). Dieses Material besitzt eine
kontinuierliche Kohlefaser, die mit PEEK imprägniert ist.
Die Haut 28 besteht aus Polyätherätherketon oder PEEK gemäß der Lehre der
US-PS 46 62 887. Dieses Material ist von der Firma ICI unter der Spezifi
kation Victrex 45 0 G Polyätherätherketon (PEEK) naturfarbiges Gießharz
granulat erhältlich.
Die Fasermetallkissen 30 und 31 sind in der US-PS 39 06 550 als kurze
Titandrähte offenbart, die in einem sinusförmigen Muster mit einem speziel
len Amplituden/Perioden-Verhältnis von 0,24 verfilzt sind. Zahlreiche kurze
Drähte sind zusammengesintert, so daß ein einheitliches poröses Kissen zur
Fixierung an der Haut 28 gebildet wird.
Um die Femoralkomponente 10 herzustellen, werden die Längsfasern für den
Kern 24 gebündelt und durch Flechthüllen gezogen, um eine Hülle oder
Schicht 26 über den Kern 24 zu flechten. Mit der den Kern 24 bedeckenden
Hülle oder Schicht wird eine geeignete Länge abgeschnitten und in einer
Form angeordnet, so daß die Haut 28 über die Hülle 26 und den Kern 24
spritzgegossen werden kann. Das PEEK-Material für die Haut 28 wird beim
Spritzgußschritt erhitzt und haftet sofort am imprägnierten PEEK in den
Karbonfasern der Hülle 26 und des Kernes 24. Nachdem die Haut abgekühlt
ist, wird ein in Fig. 4 gezeigtes Metallfaserkissen auf eine ausreichende
Temperatur erhitzt, die ein Eindringen der Haut in das erhitzte Kissen
ermöglicht. Es wird davon ausgegangen, daß dabei eine Temperatur von etwa
315°C zum Eindringen ausreicht. Ein erhitztes Metallfaserkissen wird dann
in jede Seite des Schaftes gepreßt, um durch Schmelzen eine vorgegebene
Distanz in die Haut 28 einzudringen. Vorzugsweise läßt man eine Hälfte der
Dicke des Metallfaserkissens in die Haut eindringen, wie ein Vergleich der
Fig. 3 und 4 ergibt. Wenn sich das Metallfaserkissen abkühlt, wird der
eingedrungene Teil des Metallfaserkissens in der Haut 28 eingefangen oder
daran befestigt, während ein äußerer Teil des Metallfaserkissens für einen
innigen Kontakt mit dem Knochen und des entstehenden einwachsenden Kno
chenmaterials, das sich aufgrund der Affinität des Knochens in bezug auf
eine Vereinigung mit dem Titandraht bildet, porös oder offen bleibt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, trennt dabei eine Metallbarriere 40 das Metallfa
serkissen 30 in einen inneren Metallfaserteil 42 und einen äußeren Me
tallfaserteil 44. Die Barriere 40 trennt den Teil des Kissens, der zum
Einpressen in die Haut dient, von dem Teil des Kissens ab, der zum Ein
wachsen in den Knochen dient.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung auf PEEK und ein Titan-Metall
faserkissen Bezug genommen wurde, können auch andere Verbundkerne mit oder
ohne Faserverstärkung mit anderen Arten von metallischen porösen Oberflä
chen, beispielsweise Wulsten bzw. Rippen, Verwendung finden, um ein Hybrid-
Verbund/Metall-Knochenimplantat zu erzeugen, das einen Modul aufweist, der
im wesentlichen dem des Knochens entspricht, und eine poröse metallische
Oberfläche zur Förderung des Knocheneinwachsens besitzt. Mit dem erfin
dungsgemäß ausgebildeten Verbund/Metall-Knochenimplantat können auch
prothetische Kniekomponenten hergestellt werden. Darüberhinaus ist das er
findungsgemäß ausgebildete Verbundknochenimplantat mit der porösen metalli
schen Oberfläche ohne weiteres auch für eine zementierte Hüftarthroplastik
geeignet, bei der PMMA-Knochenzement zur Befestigung des Implantates am
Knochen benutzt wird.
Das Material für die Haut 28 wird in der vorstehenden Beschreibung als
Polyätherätherketon oder PEEK bezeichnet. Ein solches Material wird jedoch
auch Polyarylätherketon benannt. Als alternatives Material sind
Polyätherketon (PEK) oder Polyätherketonketon (PEKK) zur Ausbildung der
Haut und als Matrix für die Karbonfasern des Kernes und der geflochtenen
Umhüllung geeignet. Polyätherketon (PEK) ist von der Firma ICI erhältlich,
während Polyätherketonketon von der Firma DuPont als PEKK-Polymer
vertrieben wird. Die vorliegende Erfindung schließt auch diese Materialien
ein.
Claims (11)
1. Knochenimplantat, das einen nichtmetallischen Kern (24) und eine po
röse metallische Komponente umfaßt, die am nichtmetallischen Kern befe
stigt ist, wobei der nicht-metallische Kern sich in die poröse metalli
sche Komponente erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse metal
lische Komponente eine im wesentlichen porenfreie Barriere (40) aufweist,
die in ihr eingebettet ist, und daß sich der nichtmetallische Kern (24)
in die poröse metallische Komponente nicht über die porenfreie Barriere
(40) hinaus erstreckt.
2. Knochenimplantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die po
röse metallische Komponente ein Metallfaserkissen (30, 31) umfaßt.
3. Knochenimplantat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der nichtmetallische Kern (24) einen ersten Satz Fa
sern, die in Längsrichtung von einem Ende bis zu einem gegenüberliegenden
Ende des Knochenimplantates orientiert sind, einen zweiten Satz Fasern,
die eine geflochtene Hülle (26) bilden, welche den ersten Satz Fasern
bedeckt, und eine Polymerschicht (28) umfaßt, die den ersten und zweiten
Satz Fasern umgibt.
4. Knochenimplantat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die po
röse metallische Komponente (30, 31) an der Polymerschicht (28) befestigt
und für einen innigen Kontakt mit dem Knochen geeignet ist.
5. Knochenimplantat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Satz Fasern, der zweite Satz Fasern und die Polymerschicht (28)
jeweils Polyätherätherketon als Komponente enthalten.
6. Knochenimplantat nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Satz Fasern und der zweite Satz Fasern so ausgebildet sind,
daß sie einen beträchtlichen Teil der auf das Knochenimplantat übertrage
nen Belastungen aufnehmen, daß die Polymerschicht (28) so ausgebildet ist,
daß sie Belastungen vom Knochen auf den ersten und zweiten Satz Fasern
überträgt, und daß die poröse metallische Komponente (30, 31) so ausgebildet ist,
daß sie das Knocheneinwachsen in die Komponente begünstigt, um eine si
chere Befestigung des Knochenimplantates am Knochen zu erreichen.
7. Knochenimplantat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der erste Satz Fasern eine Vielzahl von langen Karbonfa
sern, die mit Polyätherätherketon imprägniert sind, und der zweite Satz
Fasern eine Vielzahl von langen Karbonfasern, die mit Polyätherätherketon
imprägniert sind, umfassen, und daß die Polymerschicht (28) aus Po
lyätherätherketon hergestellt ist, um eine rasche Angleichung an den er
sten und zweiten Satz Fasern zu ermöglichen.
8. Knochenimplantat nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die poröse metallische Komponente (30, 31) derart in einen äußeren
Bereich der Polymerschicht (28) eindringt, daß ein innerer Bereich der Poly
merschicht (28) die poröse metallische Komponente vom zweiten Satz der Ver
bundfasern trennt.
9. Knochenimplantat für eine Hüftprothese nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Kern (24)
eine vorgegebene Form besitzt, die in einen Femoralkanal des Hüftknochens
einpaßbar ist, und daß die poröse metallische Komponente fest am nichtme
tallischen Kern (24) für einen innigen Kontakt mit dem Femoralkanal ange
ordnet ist.
10. Knochenimplantat nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die metallische poröse Komponente ein getrenntes metalli
sches poröses Element umfaßt, wobei ein erster Abschnitt des Elementes in
die Polymerschicht (28) eingebettet ist und ein zweiter Abschnitt des Ele
mentes offene Poren bildet.
11. Knochenimplantat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der nichtmetallische Kern (24) Polyätherätherketon ent
hält.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17162688A | 1988-03-22 | 1988-03-22 |
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Publication Number | Publication Date |
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