DE4428099C2

DE4428099C2 - Mit Knochenzement befestigbare Hüftkopf-Schaft-Endoprothese

Info

Publication number: DE4428099C2
Application number: DE19944428099
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Moos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2014-08-10
Also published as: DE4428099A1; DE4428099C5

Description

Die Erfindung geht aus von einer Hüftkopf-Schaft-Endo prothese gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine implan tierbare Hüftkopf-Schaft-Endoprothese, die mit Knochenze ment im vorbereiteten Femurkanal verankert wird.

In der Hüftgelenksendoprothetik unterscheidet man gene rell zwischen zementlos einsetzbaren und mittels Knochen zement befestigbaren Prothesen. Die erstgenannten Prothe sen weisen zum Erreichen eines leichten und besseren Ein wachsens häufig eine rauhe Beschichtung auf, in die der neugebildete Knochen einwächst oder aber, im Falle einer Beschichtung (z. B. Hydroxyapatit), auf deren Oberfläche selbst sich die Knochenneubildung vollzieht. Diese Pro thesen weisen häufig den Nachteil einer ungleichmäßigen Krafteinleitung und -verteilung aufgrund einer anatomisch ungünstigen Form auf.

Mit Knochenzement befestigbare Hüftgelenksendoprothesen bieten den Vorteil einer gleichmäßigen Krafteinleitung, die durch den den gesamten aufgebohrten Femurmarkraum ausfüllenden Knochenzement gewährleistet wird. Druckspit zen werden auf diese Art vermieden, ebenso wird der Kno chen beim Einsetzen der Prothese nicht unter Spannung ge setzt.

Nachteile treten bei solchen Prothesen jedoch durch die bei der Polymerisation des als Knochenzement verwendeten Methylmethacrylats eintretende Volumenschrumpfung auf. Wurde die Menge des bei der Operation verwendeten Zements so gewählt, daß die Prothese an ihrer Oberfläche mit Harz umgeben war, so entstanden durch die Schrumpfung häufig Hohlräume auf der Kontaktfläche. Von diesen ausgehend setzte dann durch die Belastung beim Gehen ein Abbröckeln des Zements mit nachfolgender Lockerung der Prothese ein, eventuell sogar verbunden mit einem Abbau des Knochens. Besonders häufig tritt diese Lockerung ein an Stellen, die den Hauptanteil der Kraft aufnehmen müssen. Dies ist am Verlauf des Adam′schen Bogens der Fall.

In der EP 0 112 435 A1 wird eine Prothese beschrieben, die aus einem sich distal konisch verjüngenden Schaft be steht, der in einer üblichen Weise nach medial gekröpft ist. Dieser Schaft weist etwa in seiner Mitte die größte Dicke auf und verjüngt sich stufenförmig zur medialen und lateralen Seite. Durch diese Konstruktion soll erreicht werden, daß der Knochenzement sich an die abgerundeten Ecken und Kanten der Stufen besser anschmiegt und insbe sondere infolge der Vielzahl der Ecken besser haftet. Weiterhin soll durch die infolge der Ecken vergrößerte Grundfläche Schaft/Zement die Stabilität der Prothesen verankerung erhöht werden. Auch diese Prothese löst das auftretende Problem der Lockerung jedoch nicht zufrieden stellend, da an den Stellen der höchsten Krafteinleitung, besonders am Adam′schen Bogen, der an die Prothese anlie gende Zementmantel trotz der erhöhten Kontaktfläche Schaft/Zement den auftretenden Kräften nicht standhält.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit tels Knochenzement befestigbare Hüftkopf-Schaft-Endopro these zu schaffen, die die Nachteile der Schrumpfung des als Knochenzements verwendeten Polymethylmethacrylats (PMMA) ausgleicht und im fixierten Zustand eine gleichmä ßige Krafteinleitung gewährleistet. Dabei sollte beson ders an den Stellen der höchsten Krafteinleitung der Ze mentmantel sehr widerstandsfähig gegen mechanische Bela stung sein. Weiterhin sollte bei einer eventuellen Revi sion auch der Schaft leicht herauszuziehen sein, ohne daß das Zementbett vollständig zerstört werden muß.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hüftkopf-Schaft-En doprothese zur Implantation im Markraum eines Oberschen kels mit einem Schaft und einem Proximalteil, wobei die Medialseite sich nach medial-proximal erweitert, wodurch eine Dreiecksfläche aufgespannt wird, und die Lateralsei te bis proximal gerade verläuft und dann nach medial ge kröpft ist, gekennzeichnet durch einen im Distalteil mit konstanter Dicke an der Medialseite gerade verlaufenden Schaft, und mindestens eine stufenförmige Verdickung der Prothese von medial nach lateral, so daß auf der Ventral seite und/oder Dorsalseite Stufen entstehen, die im Distalteil der Prothese gerade und im Proximalteil paral lel zur Medialseite verlaufen.

Die erfindungsgemäße Prothese weist ihre größte Dicke an der Lateralseite auf, wobei die Ecken abgerundet sind. Der Schaft der Prothese kann mit konstanter Dicke etwa im unteren Drittel der Prothese verlaufen. In einer bevor zugten Ausführungsform verdickt der Schaft sich ventral dorsal im konstanten Winkel, am Distalende beginnend, nach proximal. Die Lateralseite verläuft bis etwa in das obere Drittel der Prothese gerade und ist dann konkav nach medial gekröpft. Die ebenfalls abgerundete Medial seite der Prothese ist schmaler als die Lateralseite und verläuft nur im Distalteil gerade. Sie erweitert sich dann nach medial-proximal in einem konkaven Bogen, der in etwa der Geometrie des Adam′schen Bogens entspricht. Auf diese Art wird eine Dreiecksfläche aufgespannt, an die sich ein Hals anschließt, auf dem ein Konus sitzt. Dieser Konus dient zur Aufnahme der handelsüblichen Steckköpfe. Steckköpfe können aus Metall, Keramik oder anderen geeig neten Materialien sein. Der Hals und der Konus werden sich im allgemeinen in der die Längsachse schneidenden Mittel ebene befinden. Sie können aber auch nach ventral aus dieser Ebene herausgedreht sein, also eine sogenannte Antetorsion aufweisen.

Die konkave Kröpfung der Lateralseite wird im allgemeinen nicht so stark sein wie die konkave Erweiterung der Me dialseite nach medial-proximal. Die Geometrie beider Bö gen kann aber auch sehr ähnlich oder gleich sein. Die La teralseite geht dann über in eine proximale Begrenzung der Prothese nach der vorliegenden Erfindung.

Die erfindungsgemäße Prothese verjüngt sich von der dickeren Lateralseite stufenförmig zur Medialseite hin. Dabei kann die Verjüngung symmetrisch zu einer die Längs achse schneidenden Mittel ebene ausgeführt sein, so daß die ventralen und dorsalen Prothesenteile spiegelsymme trisch zueinander sind. Selbstverständlich können Anzahl und Lage der Stufen auf der ventralen und dorsalen Seite der Prothese aber unabhängig voneinander ausgeführt sein. Es ist etwa möglich, nur auf einer Seite eine Stufe aus zubilden, generell wird man die Stufe aber auf der Ven tral- und Dorsalseite ausbilden.

Die Stufen verlaufen im Distalteil der Prothese gerade und dann ab einem bestimmten, von der Lage der Stufe ab hängigen Punkt im Proximalteil der Prothese gekröpft, etwa parallel zu der konkaven Erweiterung der Medial seite.

Durch diese Stufen entsteht bereits ein fester Sitz der Prothese, da an den gebildeten Ecken eine gute Kraftein leitung auf den Knochenzement erfolgt und auch eine ver größerte Oberfläche der Prothese resultiert, wodurch ein Volumenschwund des als Zement verwendeten Harzes nur eine geringe Hohlraumbildung zur Folge hat. Durch die vergrö ßerte Oberfläche erzielt man zudem eine bessere Ableitung der bei der Polymerisation des als Knochenzement verwen deten Methylmethacrylats entstehenden Wärme.

Die Anzahl der verwendeten Stufen ist selbstverständlich variabel. Es hat sich herausgestellt, daß im allgemeinen bereits eine einzige Stufe zur sicheren Fixierung der Prothese ausreichend ist.

Durch die Form der Prothese und die ventral und die ven tral und dorsal angebrachten Stufen erreicht man beim Einsetzen der Prothese eine Verdichtung und Verteilung des Zements in Richtung auf den Calcar femoris, also nach medial in Richtung der Krafteinleitung auf die Prothese, so daß es zur erhöhten Einpressung des Knochenzementes in die spongiösen (porösen) Knochenstrukturen kommt. Insge samt kommt es im proximalen Abschnitt, aber auch im di stalen Prothesenanteil aufgrund der o.g. Stufenkonstruk tion zu einem erhöhten Einpreßdruck des Knochenzementes nach medial in Richtung der Krafteinleitung auf die Pro these. Das Zementbett steift somit die elastischen Kno chenstrukturen durch Einbringen des Knochenzementmate rials in die porösen Knochenstrukturen aus, wodurch sich Schwingungen des Knochens bei Belastung gegenüber der Prothese reduzieren, zugleich aber auch die Haftungsober fläche der Knochenzementstrukturen gegenüber den knöcher nen Strukturen vergrößert wird.

Es ist bevorzugt, proximal an der Lateralseite der Pro these nach der vorliegenden Erfindung eine zusätzliche Stufe anzubringen, die eine noch bessere Verdichtung und Verteilung des Zements ermöglicht. Diese zusätzliche Stu fe beginnt in einem Ansatz an der proximalen Lateralseite der Prothese und erstreckt sich dann bis zur proximalen Begrenzung. Dabei verdickt sich die Stufe nach proximal in ventral -dorsaler Richtung, und zwar in einem größeren Winkel als der Prothesenschaft.

Die Prothese nach der vorliegenden Erfindung kann außer dem unabhängig von der zusätzlichen Stufe einen Kragen aufweisen, der die durch die medial-proximale Erweiterung definierte Dreiecksfläche begrenzt. Medial sowie ventral und dorsal ragt der Kragen über die Prothesenseiten hin aus und weist im allgemeinen eine konstante Breite auf.

Die Prothese wird so eingebaut, daß der Kragen auf dem Calcar femoris anliegt. Er wirkt dabei rotationsstabili sierend und verdichtend.

Es hat sich als besonders effektiv erwiesen, den Kragen zusammen mit der zusätzlichen Stufe auf der Prothese an zubringen, wobei Kragen und Stufe ineinander übergehen. Der im Femurkanal befindliche Zement kann so nicht ent weichen und wird deutlich verdichtet. Die bei der Polyme risation des Methacrylats entstehende Schrumpfung kann nahezu vollständig kompensiert werden, und Hohlraumbil dung tritt kaum ein.

Bei einer eventuell notwendigen Revision der Prothese läßt sich diese durch den Verlauf der Stufen wieder rela tiv komplikationsfrei entfernen.

In einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Stufen unterhalb des Kragens in einem Bogen nach medial. Dadurch treffen die Stufen in einem spitzen Winkel auf den Kra gen.

Zum Erzielen eines gleichmäßigen Zementmantels kann zu sätzlich das distale Ende an der Lateralseite abgeflacht sein. Da der Femurkanal in diesem Bereich immer enger wird, erreicht man so, daß am distalen Ende, über das viel Kraft nach lateral eingeleitet wird, ein ausreichen der Zementmantel zur Aufnahme der Kraft vorhanden ist.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Prothese in Kombination mit einer bekannten Markraumsperre, die vor dem Einbringen der Prothese mit dem Knochenzement, im Ka nal unterhalb der Prothese angebracht wird. Eine solche Sperre gewährleistet ein besonders effektives Verdichten des Zements. Weiterhin stellt sie sicher, daß unerwünscht kein Zement vor dem Aushärten tief in den Markraumkanal eingepreßt werden kann. Die Kombination mit Markraumsper re führt zur Erhöhung des Knochenzementeinpreßdruckes in die spongiösen oder porösen Knochenstrukturen und schafft dadurch eine vergrößerte Haftungsoberfläche und bewirkt Aussteifung elastischer Knochenstrukturen.

Bei der Verwendung der Markraumsperre läßt sich die Pro these auch mittels Vakuumtechnik einbringen.

Es hat sich gezeigt, daß die Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach der vorliegenden Erfindung aufgrund ihrer günstigen anatomischen Form auch zementlos eingesetzt werden kann. Hierzu wird zweckmäßigerweise die Oberfläche behandelt oder beschichtet, um ein gutes Einwachsen zu gewährlei sten.

Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der Zeichnun gen erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen zeigen. Fig. 1 und 2 zeigen eine Lateral- bzw. Frontalprojektion einer Prothese nach der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 zeigt die Lateralprojektion des Proximalteils der Prothe se nach der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 4, 5, 6 und 7 zeigen Schnitte entlang der Linien A-A, B-B, C-C und D-D.

Die Hüftkopf-Schaft-Endoprothese 1 nach der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Schaft oder Distalteil 2 und einem Proximalteil 3. Die schmale Medialseite 4 verläuft zunächst gerade und erweitert sich nach proximal in einem konkaven Bogen, etwa in der Mitte der Prothese beginnend. Die dickere Lateralseite 5 verläuft zunächst ebenfalls gerade. Im vorliegenden Fall ist am distalen Ende 6 des Schafts eine Abflachung 7 angebracht, die zum Erzielen eines gleichmäßigen Zementmantels am distalen Ende der Prothese dient. Die Dicke der Prothese, von ventral nach dorsal gemessen, kann entweder konstant sein oder bevorz ugterweise linear von distal nach proximal zunehmen.

An der Lateralseite beginnt etwa im oberen Drittel der Prothese der Ansatz 8 der zusätzlichen Stufe 9. Diese verdickt sich linear von einem Wert, der der erwähnten Dicke des Schafts 2 entspricht, auf ihren endgültigen Wert.

Der Winkel, der die lineare Verdickung der zusätzlichen Stufe 9 definiert, liegt bei 3-10°, vorzugsweise 7°.

Die zusätzliche Stufe 9 verläuft zunächst nach medial ge kröpft, entsprechend dem Verlauf der Lateralseite. An der proximalen Begrenzung bildet die zusätzliche Stufe 9 dann einen Bogen und geht dann an der proximalen Begrenzung 10 in den Kragen 11 Über, der die medial-proximale Begren zung der Prothese bildet. Dabei ragt der Kragen 11 an der Medialseite 4 sowie an der Ventralseite 12 und der Dor salseite 13 über die Prothesenseiten hinaus, wie aus den Fig. 2 und 6 ersichtlich.

Die Prothese 1 verdickt sich stufenförmig und symmetrisch zu einer Mittelebene 14, die die Längsachse 15 der Pro these 1 schneidet, von der schmalen Medialseite 4 zur dicken Lateralseite 5. In der vorliegenden Ausführungs form ist lediglich eine solche Stufe 16 gezeigt. Diese Stufen 16 verlaufen distal gerade und dann etwa parallel zur Medialseite 4, wobei die Kröpfung nach medial im all gemeinen etwas oberhalb der Kröpfung der Medialseite 4 beginnt. Kurz vor dem Kragen 11 nimmt die Kröpfung dann einen bogenförmigen Verlauf, so daß die Stufen 16 im spitzen Winkel auf den Kragen 11 treffen. Dies zeigt sich deutlich in Fig. 6, in der die engschraffierten Bereiche die proximalen Enden der Stufen 16 bzw. der zusätzlichen Stufe 9 zeigen, die in den Kragen einmünden.

An den Kragen schließt sich ein Hals 17 an, auf dem ein Konus 18 sitzt, der zur Aufnahme der üblichen von Steck köpfen vorgesehen ist. Der sog. CCD-Winkel 19, also der stumpfe Winkel zwischen der Konusachse 20 und der Schaft längsachse 15, beträgt bei der vorliegenden Prothese zwi schen 130 und 150°, vorzugsweise 135°. Der Kragenwinkel 21 bei der Prothese ergibt sich nach den anatomischen An forderungen und liegt zwischen 40 und 60°, vorzugsweise 45°.

Statt des Konus kann natürlich auch ein Steckkopf fest auf dem Hals 17 angebracht sein.

Wenn die Prothese eine Antetorsion des Halses 17 mit dem sich anschließenden Konus 18 aufweist, hat dieser den üb lichen Wert zwischen 5° und 15°, vorzugsweise 12°. Die Länge vom distalen Ende des Halses bis zum proximalen En de des Konus beträgt zwischen 37 und 41 mm.

Weitere typische Abmessungen der Prothese sind zwischen 115 und 300 mm Gesamtlänge vom distalen Ende bis zur pro ximalen Begrenzung 10. Die Dicke der Prothese 1 beträgt als unterster Wert etwa 5 mm, als oberster etwa 12 mm. Die Dicken der einzelnen Stufen liegen also zwischen die sen Werten und sind nach individuellen Anforderungen va riabel. Der Kragen 9 wird generell zwischen 1 und 6 mm ventral und dorsal und zwischen 1 und 10 mm medial über stehen.

Die Breite der Prothese 1, also der Abstand medial-late ral, liegt etwa zwischen 7 und 35 mm.

Es versteht sich, daß die Prothese nach der vorliegenden Erfindung auch in vielen anderen, anatomisch sinnvollen und verwendbaren Größen hergestellt werden kann, die von den angegebenen Zahlenwerten erheblich abweichen können.

Als Material eignen sich die üblichen, einem Fachmann be kannten Materialien. Bevorzugt benutzt werden dabei Titan und seine Legierungen wie Ti A 16 V 4 oder Ti A 15 Fe 2,5. Besonders bevorzugt ist es, eine Cr-Co-Mo-Legierung zu benutzen.

Bezugszeichenliste

1 Prothese
2 Schaft (Distalteil)
3 Proximalteil
4 Medialseite
5 Lateralseite
6 distales Ende
7 Abflachung
8 Stufenansatz
9 zusätzliche Stufe
10 proximale Begrenzung
11 Kragen
12 Ventralseite
13 Dorsalseite
14 Mittelebene
15 Schaftlängsachse
16 Stufe
17 Hals
18 Konus
19 CCD-Winkel
20 Konusachse
21 Kragenwinkel

Claims

1. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese (1) zur Implantation im Markraum eines Oberschenkels mit einem Schaft (2) und einem Proximalteil (3), wobei die Medialseite (4) sich nach medial-proximal erweitert, wodurch eine Dreiecksfläche aufgespannt wird, und die Lateralseite (5) bis proximal gerade verläuft und dann nach medial gekröpft ist, gekennzeichnet durch einen im Distalteil mit konstanter Dicke an der Me dialseite gerade verlaufenden Schaft (2), und minde stens eine stufenförmige Verdickung der Prothese von medial nach lateral, so daß auf der Ventralseite (12) und/oder Dorsalseite (13) Stufen (16) entstehen, die im Distalteil (2) der Prothese gerade und im Proxi malteil (3) parallel zur Medialseite verlaufen.

2. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die durch die medial-proximale Erweite rung definierte Dreiecksfläche ein Kragen (11) an schließt, der die Prothese (1) medial-proximal be grenzt.

3. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine proximal an der Lateralseite (5) angebrachte zu sätzliche Stufe (9), die proximal an der Lateralseite (5) der Prothese (1) in einem Ansatz (8) beginnt, sich nach proximal erstreckt, wobei sie sich in der Dicke erweitert, dann bogenförmig in die proximale Begrenzung (10) und gegebenenfalls dort in den Kragen (11) übergeht.

4. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ventral-dorsale Dicke des Schaftes (2) nach proximal zunimmt.

5. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich medial-proximal an den Kragen (11) ein Hals (17) anschließt, auf dem ein Konus (18) zur Aufnahme von Keramik- oder Metallsteckköpfen sitzt.

6. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hals (17) und der Konus (18) eine Antetorsion aufweisen.

7. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Prothese symmetrisch zu einer die Schaftlängsachse (15) schneidenden Mittelebene (14) ausgeführt sind, so daß die ventralen und dorsalen Prothesenteile spiegelsymmetrisch zueinander sind.

8. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (16) unterhalb des Kragens (11) einen bogenförmigen Verlauf nach medial nehmen, so daß sie im spitzen Winkel auf den Kragen treffen.

9. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß genau eine Stufe (16) vorhanden ist.

10. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Lateralseite (5) des Schafts (2) eine Ab flachung (7) vorhanden ist.

11. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der CCD-Winkel (19) 135° beträgt.

12. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zusätzliche Stufe (9) an der Lateralsei te in einem Winkel von 7° nach proximal ventral-dor sal verbreitert.

13. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Prothese mit Zement befestigbar ist.

14. Vorrichtung zum Verdichten von Knochenzement beim Einsetzen einer Hüftkopf-Schaft-Endoprothese, mit einer Hüftkopf-Schaft-Endoprothese (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und einer Markraumsperre zur Ver meidung des Einpressens von Knochenzement in tiefere Regionen des Femur-Markraumkanals.

15. Hüftkopf-Schaft-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Prothese (1) zur zementlosen Implantation aufgerauht oder mit einem geeigneten Ma terial beschichtet ist.