DE4224333C2 - Endoprothese und Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoprothese, insbesondere Gelenk­ endoprothese, aus einer Co-Cr-Mo-Legierung und ein Verfahren zur Herstellung dieser Endoprothese.

Die mittlere Lebenserwartung der Bevölkerung ist in den letzten Jahren deutlich gestiegen, weshalb die Behandlung von vornehm­ lich im Alter auftretenden Gelenkleiden einen größeren Raum einnimmt. Sofern sich die Zerstörung eines Gelenkes nicht mehr therapeutisch aufhalten läßt, müssen Endoprothesen implantiert werden.

Als Implantatlegierung ist nach ISO 5832 Teil 4 folgende Zusam­ mensetzung bekannt: 27 bis 30 M.-% Cr, 5 bis 7 M.-% Mo, bis zu 0,35 M.-% C, jeweils maximal 1% Mn, Si, Fe und/oder Ni, Rest Cobalt sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen.

Die für Implantate verwendeten Co-Cr-Mo-Legierungen werden überwiegend durch Feingießen mittels des Wachsausschmelzverfah­ rens oder durch Schmieden, insbesondere Gesenkschmieden, herge­ stellt. Schmiedbare Legierungen lassen sich nur bei geometrisch einfachen Formen verwenden.

Gelenkendoprothesen und hierbei in besonderem Maße Kniegelenk­ endoprothesen unterliegen einer komplexen Beanspruchung, vor­ nehmlich im Bereich der Gleitflächen der artikulierenden Bewe­ gungsteile, wobei die Tibia-Plateaus aus Kunststoff oder Kera­ mik gefertigt werden können.

Das Verschleißverhalten von gegossenen Cobalt-Chrom-Implantaten gegenüber Niederdruckpolyethylenpfannen wird weniger günstig beurteilt, weil sich in der Grundmatrix aufgrund des relativ hohen Kohlenstoffgehaltes des Werkstoffes Blockcarbide aus­ scheiden, die wegen ihrer hohen Härte während der Bearbeitung der Artikulationsfläche nicht abgetragen werden und ein "Relief" bilden, das wesentlich zum Verschleiß des Gegenparts, z. B. aus Polyethylen, beiträgt.

Eine deutliche Verbesserung läßt sich durch eine Absenkung des Kohlenstoffgehaltes erreichen, da die Blockcarbide dann nicht entstehen. Eine Absenkung des Kohlenstoffgehaltes der Cobalt- Chrom-Legierung führt jedoch bei Gußwerkstoffen zu einer Ver­ schlechterung der mechanisch-technologischen Eigenschaften, die unerwünscht ist. Abhilfe könnten zwar geschmiedete Endoprothe­ sen schaffen, jedoch sind die schmiedbaren Formen auf geome­ trisch einfache Konturen beschränkt, so daß komplexere Geome­ trien, wie sie z. B. bei Kniegelenksendoprothesen auftreten, nicht realisierbar sind.

Die DE-A-21 27 843 beschreibt metallische Implantate, die einen festen Metallsubstratüberzug besitzen, der aus dem gleichen Material wie der Substratgrundkörper besteht und der aus einer Vielzahl kleiner einzelner Teilchen besteht, die an den Berührungspunkten untereinander und mit dem Substrat verschmolzen sind, wobei die entstehenden Zwischenräume eine Porengröße von mindestens 20 µm besitzen und die Porosität des Überzuges 10 bis 40% beträgt. Es handelt sich somit um eine grobe Beschichtung mit vielen Poren und Hohlräume, die dazu dienen soll, daß in der Einheilungsphase der implantierten Prothese Knochen in die Beschichtung einwachsen, wodurch eine dauerhafte Verankerung des Implantates erzielt werden soll.

Die DE-Z; Biomedizinische Technik 35 (1990), Seiten 78-83, beschreibt z. B. CoCrMo-Gußlegierungen als Materialien für Endoprothesen, u. a. der Zusammensetzung Co-28Br-6Mo-0,2C.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Endopro­ these zu schaffen und ein Verfahren zu deren Herstellung an­ zugeben, die bzw. das zu mechanisch hinsichtlich der Dauerbe­ lastbarkeit zufriedenstellenden Ergebnissen führt und wobei gleichzeitig der Abrieb im Bereich der Gelenkflächen minimiert wird. Die Endoprothese soll hinsichtlich der bekannten Herstel­ lungsverfahren hierbei keinen Beschränkungen unterworfen wer­ den.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Endo­ prothese dadurch gelöst, daß zumindest im Gelenkgleitflächenbe­ reich eine Oberflächenbeschichtung aus einer Co-Cr-Mo-Legierung einer Dicke zwischen 500 µm bis 3 mm aufgetragen worden ist, deren maximaler Kohlenstoffgehalt auf 0,1 Massen-% begrenzt ist. Die Oberflächenschicht kann somit hinsichtlich des Gleit- und Reibverhaltens optimiert werden, ohne daß der Endoprothe­ sensubstratkörper hierdurch schlechtere Eigenschaften erhält. Die Schichtdickenuntergrenze ergibt sich durch die Art der nachträglichen Oberflächenbearbeitung, wie z. B. Erodieren, Frä­ sen Polieren. Bei diesen Arbeitsgängen darf die Oberflächen­ schicht nicht vollständig abgetragen werden, wie es bei mittels PVD- oder CVD-Verfahren erreichbaren Schichtdicken von 20 µm der Fall ist. Grundsätzlich wären solch dünne Schichten auch ansonsten verwendbar. Die Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes führt zu einer Minimierung der Blockcarbide, so daß das tief­ greifende Ritzen in Polyethylen, das bei nach dem Stand der Technik bekannten Prothesen aus gegossenen Co-Cr-Legierungen auftrat, vermieden wird. Neben dem extrem guten Reibverhalten tritt zusätzlich noch eine gravierende Reduzierung des Reibmo­ mentes bei Co-Cr-Mo-/Polyethylen-Gleitpaarungen auf. Die Endo­ prothese ist unter Verwendung der bekannten Beschichtungsver­ fahren auch preisgünstig herstellbar.

Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben. So wird die Oberflächenschichtdicke bevor­ zugt zwischen 1 bis 2 mm gewählt. Die Oberflächenschicht kann aufgrund verschiedener Verfahren aufgetragen werden, beispiels­ weise mechanisch, wie durch Plattieren, thermisch, wie durch Auftragsschweißen oder Diffusionsschweißen, mechano-thermisch, wie durch Plasmaspritzen, oder pulvermetallurgisch durch Sin­ tern und anschließendes Heißverdichten aufgetragen werden. Auch Kombinationen der vorgenannten Verfahrensschritte, etwa in Ver­ bindung der Herstellung von Mehrfachschichten unter Einbeziehung von PVD-/CVD-Zwischenschichten sind möglich.

Vorzugsweise besitzt die Endoprothese eine polierte Oberfläche zur weiteren Minimierung des Reibungsverschleißes.

Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Endoprothese nach Formgebung in einer Dicke von 500 µm bis 3 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, mit einer Oberflächenschicht überzogen wird, die aus einer Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,1 Massen-% besteht.

Die Zusammensetzung der Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung kann im Substratkörper wie in der Oberflächenschicht mit Ausnahme des Kohlenstoffgehaltes dieselbe sein, wird die Oberflächenschicht voll flächig aufgetragen, kann die Substratkörperlegierung auch Nickel enthalten, welches die Duktilität der Legierung erhöht.

Claims (9)

1. Endoprothese, insbesondere Gelenkendoprothese aus einer gegossenen Co-Cr-Mo-Legierung, gekennzeichnet durch eine zumindest im Gelenkgleitflächenbereich angeord­ nete Oberflächenbeschichtung aus einer Co-Cr-Mo-Legierung mit einem maximalen Kohlenstoffgehalt von 0,1 Massen-%, deren Dicke 500 µm bis 3 mm beträgt.

2. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschichtdicke 1 bis 2 mm beträgt.

3. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Oberflächenschicht mechanisch, vorzugsweise durch Plattieren aufgetragen worden ist.

4. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Oberflächenschicht thermisch, vorzugsweise durch Auftrags- oder Diffusionsschweißen aufgetragen wor­ den ist.

5. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine mechano-thermisch, vorzugsweise durch Plasmaspritzen aufgetragene Oberflächenschicht.

6. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine pulvermetallurgisch, vorzugsweise durch Sintern und heißisostatisches Verdichten von Cobalt-Chrom-Molybdän- Pulver aufgetragene Oberflächenschicht.

7. Endoprothese nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekenn­ zeichnet durch eine Mehrfachoberflächenschicht, die mecha­ nisch, thermisch, mechano-thermisch und/oder pulvermetall­ urgisch aufgebracht worden ist, wobei vorzugsweise mit Ausnahme des Kohlenstoffgehaltes die Legierungszusammen­ setzung im Substratkörper und in der Oberflächenschicht dieselbe ist.

8. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn­ zeichnet durch eine polierte Oberfläche.

9. Verfahren zur Herstellung einer Endoprothese aus einer Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung, insbesondere Gelenkendo­ prothese, dadurch gekennzeichnet, daß die Endoprothese nach Formgebung mit einer Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt <0,1 Massen-% und mit einer Schichtdicke von 500 µm bis 3 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, zumindest im Gleitflächenbereich beschichtet wird.