DE3923418A1 - Endoprothese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoprothese der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Endoprothese.

Endoprothesen sind in Form von Kniegelenkendoprothesen, die das gesamte Gelenk ersetzen, sind beispielsweise aus der DE-PS 29 06 458 und der DE-OS 33 15 401 bekannt.

Entsprechend der DE-PS 29 06 458 sind zur Verankerung des Femurteiles in dem Oberschenkelknochen gerippte, verjüngte Zapfen vorgesehen, die in den entsprechend resektierten Knochen einzementiert werden. Der Tibiateil ist zur Befe­ stigung an dem oberen Ende des resektierten Schienbeinkno­ chens mit einem verhältnismäßig langen Pflock ausgestat­ tet, der ebenfalls einzementiert wird. Mit dem Aushärten von Knochenzementen ist jedoch stets eine relativ hohe Wärmeentwicklung verbunden, so daß eine Schädigung des Knochengewebes eintritt. Gegen die Anwendung von Zement sprechen auch Antikörperreaktionen und biomechanische Fak­ toren. Es wird daher allgemein angestrebt, eine Veranke­ rung mit Knochenzement zu vermeiden.

In der DE-OS 33 15 401 wird eine Kniegelenkendoprothese beschrieben, bei der sowohl die Femurkomponente als auch die Tibiakomponente durch Preßsitz mit den knieseitigen Knochenstümpfen verbunden sind. Zusätzliche Schrauben, Nä­ gel oder andere Verbindungsmittel sind jedoch zur Gewähr­ leistung der Verschiebesicherheit trotzdem noch erforder­ lich. Durch die Preßsitzverbindung ist die Verwendung von Knochenzement nicht erforderlich. Nachteilig ist hier die Notwendigkeit sehr enger Toleranzen bei der Fertigung der Femur- und der Tibiakomponente. Auch die Knochenresektion muß mit höchster Präzision erfolgen und erfordert daher den Einsatz von schablonengeführten Spezialfräsern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Endo­ prothese der eingangs genannten Gattung die Verankerung im Knochen mit einfachen Maßnahmen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein entsprechendes Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.

Durch die erfindungsgemäß gratartig aufgerauhte Oberflä­ chenstruktur, die bevorzugt durch mechanische Verformung von Blechen oder sonstigen dünnwandigen Strukturen erzeugt wird, ergibt sich ein intensiver Knochen-Prothesen- Kontakt, der das Einwachsen begünstigt. Insbesondere ist eine gute Rotationssicherheit gewährleistet. Die Festig­ keit der Verbindung läßt sich durch Knochenschrauben, für die in den mit den erfindungsgemäßen Graten versehenen Be­ reichen bevorzugt Durchbrüche vorgesehen sind, noch erhö­ hen.

Die Grate enstehen bei lokaler Verformung des dünnwandigen Prothesenmaterials bis zum Riß, wobei die Grate die Be­ grenzung im Rißbereich bilden. Die dadurch hervorgerufene sich auf einfache Weise einstellende Oberflächenbeschaf­ fenheit wäre durch entsprechende Bearbeitung mit anderen Maßnahmen nur sehr schwer zu erzielen. Bei Erzeugung der Grate mittels Stanzdornen ergeben sich Gratbereiche mit ringförmigem Querschnitt, die gegenüber Beanspruchungen in den unterschiedlichsten Richtungen günstige Halteeigen­ schaften aufweisen. Die sich so ergebenden "Krater" lassen sich darüberhinaus in vorteilhafter Weise mit vom Körper resorbierbarem Material ausfüllen, das ein Anwachsen zu­ sätzlich begünstigt. Wenn sich die so gebildeten Krater in zunehmender Entfernung von der Prothesenoberfläche auch in ihrem Inneren in Richtung auf die Öffnung verjüngen, bilden sich durch das einwachsende Knochengewebe pilzför­ mige Anker aus körpereigenem Material, die eine außerge­ wöhnlich gute Verbindung zwischen Knochen- und Prothesen­ oberfläche gewährleisten.

Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Femurteiles und/oder des Tibiateiles einer Tibiaprothese im Bereich der Kontaktfläche mit dem Knochen wird eine einfache Befe­ stigung bei hervorragender Drehsicherheit erreicht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die gratartige Aufrauhung auf mit der Prothese zu Verbin­ denen Blechen oder sonstigen plattenförmigen Verbindungse­ lementen oder aber an dünnwandigen Bereichen der Prothese an- oder aufgebracht, welche insbesondere die zur Femur- bzw. Tibialängsachse senkrechte Rückflächen des Femur- bzw. Tibiateiles einer Kniegelenkprothese bilden. Diese Rückflächen fungieren als Anlageflächen zwischen Femur- bzw. Tibiateil und dem entsprechenden knieseitigen Kno­ chenstumpf. Zur Erreichung eines vollflächigen Kontakts und damit guter Verankerungssicherheit, ist nur eine ge­ ringe Knochenresektion erforderlich. An den knieseitigen Knochenstümpfen sind lediglich ebene zur Knochenlängsachse senkrechte Anlageflächen anzuschleifen.

Die Aufrauhungen der plattenförmigen Verbindungselemente sind bevorzugt die Grate von Stanzlöchern. Auf diese Weise ist eine rationelle Erzeugung einer möglichst rauhen und scharfkantigen Oberflächenbeschaffenheit einer Seite der plattenförmigen Verbindungselemente sichergestellt.

Zur sicheren Fixation des Femurteiles und des Tibiateiles an den resektierten Knochenstümpfen ist bei der erfin­ dungsgemäßen "muskatnußreibeartigen" Grenzflächengestal­ tung im wesentlichen jeweils nur eine Bohrung für die Hin­ durchführung einer Knochenschraube erforderlich, wobei die Austrittsöffnung für die Knochenschraube an der zur Femur- bzw. Tibialängsachse senkrechten Rückfläche vorge­ sehen ist.

Sind an dem Knochenstumpf mehrere winklig zueinander re­ sektierte ebene Flächen angeschliffen, ist das künstliche Kniegelenkteil passend dazu ausgeformt. Dabei kann es zweckmäßig sein, das Kniegelenkteil aus einem Grundkörper und mehreren plattenförmigen Verbindungselementen zusam­ menzusetzen.

Die Herstellung eines mit einem plattenförmigen Verbin­ dungselement versehenen Femur- oder Tibiateiles zeichnet sich entsprechend einem diesbezüglichen erfindungsgemäßen Verfahrens vor allem durch einfache technologische Umsetz­ barkeit und durch das Fehlen besonderer Präzisionsanforde­ rungen aus. Nach der Erzeugung der Grundform des platten­ förmigen Verbindungselementes durch Ausstanzen und/oder -sägen und/oder -bohren und/oder -fräsen aus einem Metall­ blech erfolgt bevorzugt in einem Arbeitsgang das Ausstan­ zen von Löchern, deren Grate die Aufrauhungen bilden. Die dafür erforderliche Vorrichtung ist mit einem Haltegitter zur Aufnahme der vorgefertigten Rohteile und einer Anzahl gleichzeitig betätigbarer spitz zulaufender Stanzdorne versehen. wobei die Stanzdorne zwischen die Gitterstäbe des Haltegitters eingeschlagen werden. Der Rand der auf diese Weise ausgestanzten Löcher ist an der gitterzuge­ wandten Seite des plattenförmigen Teiles mit einem scharf­ kantigen Grat versehen. Anschließend werden die platten­ förmigen Verbindungselemente vorzugsweise durch Verschwei­ ßen mit der Rückfläche der Femur- bzw. Tibiakomponente verbunden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zu­ sammen mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung am Beispiel einer Kniegelenkprothese anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Rückflächengestaltung anhand eines Längsschnittes durch ein Kniegelenkimplantat,

Fig. 2 eine Schnittsdarstellung entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1,

Fig. 2a eine zweite Ausführungsform eines plattenförmi­ gen Verbindungselementes in der Sichtweise gemäß Fig. 2,

Fig. 2b einen Schnitt durch eine Randzone eines platten­ förmigen Verbindungselementes entlang der mit A in der Fig. 2a markierten Linie und

Fig. 3 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines Stanzwerkzeuges zur Erzeugung der Grate auf einem platten­ förmigen Verbindungselement.

Die in Fig. 1 dargestellte Kniegelenkendoprothese besteht aus dem Femurteil 1 und dem Tibiateil 2. Beide Teile sind an ihren dem Knochen zugewandten Rückflächen mit platten­ förmigen Verbindungselementen 3 und 4 versehen. Die Ver­ bindungselemente 3 haben dabei die Aufgabe, den Femurteil 1 des künstlichen Kniegelenkes mit dem Femurknochen 5 zu verbinden und die Verbindungselemente 4 haben die Aufgabe, den Tibiateil 2 mit dem Tibiaknochen 6 zu verbinden. Der Femurknochen 5 ist mit mehreren zueinander abgewinkelten ebenflächigen Anschliffen versehen, wodurch auch mehrere Verbindungselemente 3 oder ein entsprechend gebogenes plattenförmiges Verbindungselement erforderlich ist. Die Verbindungselemente 3 und 4 sind fest mit der Femur- bzw. Tibiakomponente verbunden, vorzugsweise verschweißt und bilden den dem Chirurgen zur Verfügung zu stellenden Fe­ murteil (1) und den Tibiateil (2) der Kniegelenkendopro­ these. Die zur Femur- und zur Tibialängsachse senkrechten Rückflächen sind erfindungsgemäß im Bereich der Kontakt­ flächen mit dem Knochen 5 und 6 mit gratartigen Aufrauhun­ gen 7 nach Art einer Muskatnußreibe versehen. Vorzugsweise sind diese Aufrauhungen auf dafür vorgesehenen plattenar­ tigen Verbindungselementen 3 und 4 aufgebracht. Diese ein­ seitigen Aufrauhungen 7 der Verbindungselemente 3 und 4 lassen sich vorteilhaft durch Einstanzen von Löchern 8 (Fig. 2, 2a und 2a′) erzeugen, wobei die dabei entste­ henden scharfkantigen Grate die Aufrauhungen 7 bilden. Die beiden Teile 1 und 2 der Kniegelenkendoprothese lassen sich mit den aufgerauhten Anlageflächen in die Knochen­ substanz eindrücken, womit eine weitreichende Vorfixierung sichergestellt ist. Kompliziert geformte, häufig widerha­ kenartige Verankerungsstifte, die eine Reoperation er­ schweren und zudem in spezielle zu diesem Zweck zu schaf­ fende Knochenhöhlen einzementiert werden müssen, entfallen damit. Die endgültige Fixierung erfolgt mittels weniger Knochenschrauben 9, die durch den Femur- bzw. Tibiateil 1 bzw. 2 einschließlich der Verbindungselemente 3 bzw. 4 hindurch in den Femur- bzw Tibiaknochen 5 bzw. 6 ein­ schraubbar sind. Die Schraubenköpfe 10 sind dabei versenkt vorzusehen, da die Knochenschrauben 9 von den Gleitflächen 11 und 12 des Gelenkes aus eingeschraubt werden. Der Drehpunkt 13 des Tibiateiles 2 und damit der Tibia 6 be­ findet sich bei dem Ausführungsbeispiel im Mittelpunkt ei­ ner Kugel 14 im Femurstumpf 5. Diese Kugel 14 ist über einen Dorn 15 mit einem Schaft 16 des Tibiateiles 2 ver­ bunden, so daß innerhalb einer langlochartigen Ausfräsung des Femurs 5 und des Femurteiles 1 des künstlichen Kniege­ lenkes eine Schwenkbewegung der Tibia 6 um den Drehpunkt 13 möglich ist.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die plattenförmigen Verbindungselemente 4 des Tibiateiles 2. Die Bohrungen 17 dienen zum Hindurchführen der Knochenschrauben 9.

Eine zweite Ausführungsforem eines plattenförmigen Verbin­ dungselementes 4 ist in Fig. 2a dargestellt. Diese zweite Variante unterscheidet sich von der ersten, in der Fig. 2 dargestellten Variante vor allem durch die Ein­ teiligkeit, die Formgebung und die Anordnung der Bohrungen 17 für die Knochenschrauben 9.

Eine Randzone eines plattenförmigen Verbindungselementes 4 gemäß Fig. 2 oder 2a mit einem Stanzloch ist in vergrö­ ßerter Darstellung Fig. 2b wiedergeben. Die Blechdicke des plattenförmigen Verbindungselementes 4 beträgt etwa 0,2 mm bis 0,5 mm, während die Höhe der durch die Stanzlö­ cher 8 gebildeten gratartigen Aufrauhungen 7 etwa 0,7 mm bis 1,6 mm und der Lochdurchmesser etwa 0,6 mm betragen. Der gestrichelt schraffierte Innenbereich 8 ist mit resor­ bierbarem Material ausgefüllt, so daß das Einwachsen von Knochensubstanz begünstigt wird. Es ist ersichtlich, daß im Falle des Einwachsens von Knochengewebe in den zuvor mit resorbierbarem Material aufgefüllten Bereich pilzför­ mige Anker aus Knochen entstehen, die eine außergewöhnlich gute Haltewirkung zeigen.

In Fig. 3 ist in perspektivischer Ansicht der prinzipiel­ le Aufbau eines Stanzwerkzeuges zur Erzeugung der Oberflä­ chenstruktur der plattenförmigen Verbindungselemente 3 und 4 dargestellt. Entsprechend einem erfindungsgemäßen Ver­ fahren erfolgt nach dem Ausstanzen und/oder -sägen und/oder -bohren und/oder -fräsen des Rohteiles das Aus­ stanzen von Löchern 8, deren Grate die Aufrauhungen 7 bil­ den. Ein dafür geeignetes Stanzwerkzeug besteht im wesent­ lichen aus einer gitterartigen Auflage 19 für das Rohteil 20 und einer in Pfeilrichtung bewegbaren Stanze 21, welche mehrere spitz zulaufende Dorne 22 aufweist, wobei der Durchmesser der Dorne 22 dem zu erzeugenden Lochdurchmes­ ser - also vorzugsweise 0,6 mm - entspricht. Die Dorne 22 durchstoßen bei Krafteinwirkung das Rohteil 20 und die Zwischenräume des Auflagegitters 19 in Pfeilrichtung. Die gitterseitigen Ränder der Stanzlöcher 8 weisen nach dem Stanzvorgang scharfkantige Grate auf. Das auf diese Weise hergestellte plattenförmige Verbindungselement 3 bzw. 4 wird auf das mit dem Femur- bzw. Tibiaknochen 5 bzw. 6 zu verbindende Femur- bzw. Tibiateil 1 bzw. 2 aufgeschweißt.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (10)

1. Endoprothese, insbesondere Kniegelenkprothese, dadurch gekennzeichnet daß mindestens ein Teil der Oberfläche im Bereich der Kon­ taktfläche mit dem Knochen durch nach außen gewandte Grate gebildete Erhebungen aufweist.

2. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen an einem vorzugsweise aus Titan bestehenden Blech vorgesehen sind, welches in einem Bereich der Oberfläche der Prothese mit dieser verbunden ist.

3. Endoprothese nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Blech (3, 4) oder ein dünnwandiger Bereich bzw. ein entsprechendes Element der Prothese mit, insbesondere kreisförmigen, Stanzlöchern versehen ist, deren hochstehende Ränder die Grate (7) auf­ weisen.

4. Endoprothese nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stanzlöcher sich, ins­ besondere in ihrem Innenbereich an der dem Knochen abge­ wandten Seite in der Richtung zunehmender Erhebung von der Prothesenoberfläche verjüngen.

5. Endoprothese nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens eine Bohrung (17) zum Durchlaß einer Knochenschraube (9) in einem plattenförmigen Bereich vorgesehen ist.

6. Endoprothese nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Verbindungselement (3 bzw. 4) mit einer Durchbrechung oder einer seitlichen Aussparung (18), ins­ besondere für den Prothesenschaft (16) oder für einen dornartigen Fortsatz (15), versehen ist.

7. Kniegelenkprothese nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Femur- (1) und/oder Tibiateil (2) an seiner zur Femur- und/oder Tibialängsach­ se senkrecht gerichteten Rückfläche mindestens ein plat­ tenförmiges Verbindungselement (3, 4) aufweist, dessen Oberfläche im Bereich der Kontaktfläche mit dem Knochen (5, 6) mit den gratartigen Erhebungen (7) versehen ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte zur Herstellung und Befesti­ gung des plattenförmigen Verbindungselementes (3 bzw. 4),

• - Ausstanzen und/oder -sägen und/oder -bohren und/oder -fräsen der äußeren Konturen eines plattenförmigen Ele­ ments oder Blechs (3 bzw. 4),
• - Ausstanzen von Löchern (8), deren Grate die Aufrauhun­ gen (7) bilden, mittels spitzer Stanzdorne (22).

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeich­ net durch den weiteren Verfahrensschritt des Ver­ bindens, insbesondere Verschweißens, des plattenförmigen Elements oder Blechs (3 bzw. 4) mit der Prothesenoberflä­ che.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, ge­ kennzeichnet durch den weiteren Verfah­ rensschritt des Auffüllens mit einem innerhalb des Körpers resorbierbaren Material.