CH628802A5

CH628802A5 - Anchorage device on an endoprosthesis

Info

Publication number: CH628802A5
Application number: CH797878A
Authority: CH
Inventors: Tech Martin Wilhelm Dr Happel; Albrecht Prof Dr Med Schmidt; Klaus Dr Med Mueller
Original assignee: Carbone Deutsche Ag
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1978-07-24
Publication date: 1982-03-31
Also published as: DE2733826C3; DE2733826B2; FR2398490B1; FR2398490A1; DE2733826A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verankerungseinrichtung an einer Endoprothese die zum Befestigen in oder an einem Knochen bestimmt ist, wobei in Bohrungen in der Endoprothese Stifte eingesetzt sind, die in ihrer jeweiligen Bohrung verschiebbar sind, und ferner die Bohrungen einerseits in die Aussenwand der Endoprothese einmünden und anderseits mit einer von aussen zugänglichen Zentralbohrung verbunden sind. The invention relates to an anchoring device on an endoprosthesis which is intended for fastening in or on a bone, pins being inserted in bores in the endoprosthesis which are displaceable in their respective bores, and furthermore the bores open on the one hand into the outer wall of the endoprosthesis and on the other hand are connected to a central bore accessible from the outside.

Eine solche Verankerung beschreibt die DE-OS 2 305 442. Sie hat gegenüber anderen bekannten Verankerungen den Vorteil, dass die Stifte vornehmlich auf Druck beansprucht werden, so dass die Verankerung gut belastbar ist. Bei der erwähnten DE-OS ist ein gegebenenfalls biegsamer Stab mit keilförmigen Profilierungen seiner Aussenwand in der Zentralbohrung in Längsrichtung verschiebbar. An diesem Stab liegen die Stifte mit ihrem rückwärtigen Ende an. Bei einer Verschiebung des Stabes in Längsrichtung werden daher die Stifte aus ihren Bohrungen nach aussen getrieben und verankern dabei die Prothese in oder an dem Knochen. Die Stifte bestehen vorzugsweise.aus Aluminiumoxyd, d.h. aus einem elektrisch nichtleitenden Material. Such an anchoring is described in DE-OS 2 305 442. It has the advantage over other known anchors that the pins are primarily subjected to pressure, so that the anchoring can be loaded well. In the DE-OS mentioned, a possibly flexible rod with wedge-shaped profiles of its outer wall can be displaced in the longitudinal direction in the central bore. The pins rest on this rod with their rear end. When the rod is displaced in the longitudinal direction, the pins are driven out of their bores and anchor the prosthesis in or on the bone. The pins are preferably made of alumina, i.e. made of an electrically non-conductive material.

Der die Endoprothese umgebende Teil des Knochens weist ein Knochengewebe mit lokal unterschiedlichem Aufbau auf. Bei der beschriebenen bekannten Verankerung wird darauf keine Rücksicht genommen, weil die Stifte über die Profilierungen des verschiebbaren Stabes jeweils gleich weit aus ihren Bohrungen herausgedrückt werden. Auch ist es nachteilig, dass zur Unterstützung der Verankerung eine Elektrostimulation nicht hinzugezogen werden kann. The part of the bone surrounding the endoprosthesis has a bone tissue with a locally different structure. In the known anchoring described, no consideration is given to this because the pins are pressed out of their bores by the profiles of the displaceable rod. It is also disadvantageous that electrical stimulation cannot be used to support the anchoring.

Die FR-OS 2 310 121 beschreibt eine Verankerung einer Endoprothese in einem Knochen, wobei ein schaftförmiger Teil der Endoprothese unter Abstand von einer Hülse mit FR-OS 2 310 121 describes anchoring an endoprosthesis in a bone, with a shaft-shaped part of the endoprosthesis at a distance from a sleeve

Löchern umgeben ist. In den Ringraum zwischen dem Schaft und der Hülse wird anschliessend Knochenzement unter Druck eingepresst, so dass der Knochenzement durch die Löcher in der Hülse in den Ringraum zwischen der Hülse und der Innenwand des Knochens eindringt. Hieran ist es insbesondere nachteilig, dass das Knochengewebe durch die beim Abbinden des Knochenzementes entstehende Wärmereaktion geschädigt wird. Der Gedanke, Verankerungsstifte durch einen hydraulischen Druck aus Führungsbohrungen einer Endoprothese herauszupressen, kann dieser Offenlegungsschrift nicht entnommen werden. Holes is surrounded. Bone cement is then pressed into the annular space between the shaft and the sleeve under pressure, so that the bone cement penetrates through the holes in the sleeve into the annular space between the sleeve and the inner wall of the bone. This is particularly disadvantageous in that the bone tissue is damaged by the heat reaction occurring when the bone cement sets. The idea of pressing anchoring pins out of guide bores of an endoprosthesis by means of hydraulic pressure cannot be inferred from this laid-open specification.

Ausgehend von einer Verankerung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so weiterzubilden, dass die Verankerungswirkung weiterhin verbessert wird. Insbesondere soll die Eindringtiefe der Stifte im Knochen den jeweiligen lokalen Verhältnissen angepasst sein. Auch soll dafür gesorgt werden, dass die Stifte nicht aus ihrer Bohrung zu Gänze heraustreten können, wodurch dann keine Verankerung an dieser Stelle mehr gegeben wäre. On the basis of anchoring of the type mentioned at the outset, the object of the invention is to develop it in such a way that the anchoring effect is further improved. In particular, the depth of penetration of the pins in the bone should be adapted to the respective local conditions. Care should also be taken to ensure that the pins cannot completely emerge from their bore, as a result of which there would then be no anchoring at this point.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbohrung mit Druck beaufschlagbar ist, um die Stifte in ihren Bohrungen nach aussen zu verschieben. To achieve this object, the invention is characterized in that the central bore can be pressurized to move the pins in their bores outwards.

In die Zentralbohrung wird somit eine selbsttätig aushärtbare Kunststoffmasse unter Druck eingegeben. Diese zunächst noch viskose Kunststoffmasse treibt die Stifte aus ihren Bohrungen in das umgebende Knochengewebe ein, wobei über den hydraulischen Druck die Eindringtiefe der Stifte in das Knochengewebe sich nach den jeweiligen lokalen Verhältnissen am Vorderende der Stifte richtet. Dies ist ein erwünschter hydraulischer Effekt. Das flüssige Kunststoffmaterial erhärtet nach dem Austreiben der Stifte aus ihren Bohrungen und hält diese in ihrer Position. Es kann als ein solches Kunststoffmaterial herkömmlicher Knochenzement verwendet werden, weil der Knochenzement in der Endoprothese zurückgehalten wird, also nicht mit dem Knochen selbst in Berührung kommt. Die beim Aushärten des Knochenzementes auftretende Wärme führt wegen des wesentlich geringeren Volumens an Knochenzement (weniger als 5% der herkömmlichen Menge) und der Wärmedämmung durch die sie umgebende Endoprothese im Knochengewebe zu keiner physiologisch unzuträglichen Erwärmung. An automatically curable plastic compound is thus introduced into the central bore under pressure. This initially viscous plastic mass drives the pins out of their bores into the surrounding bone tissue, the depth of penetration of the pins into the bone tissue depending on the respective local conditions at the front end of the pins via the hydraulic pressure. This is a desirable hydraulic effect. The liquid plastic material hardens after the pins have been driven out of their bores and holds them in position. Conventional bone cement can be used as such a plastic material because the bone cement is retained in the endoprosthesis, ie does not come into contact with the bone itself. The heat that occurs when the bone cement hardens does not lead to physiologically unacceptable warming in the bone tissue due to the significantly lower volume of bone cement (less than 5% of the conventional amount) and the thermal insulation provided by the surrounding endoprosthesis.

Die angestrebte gute Verankerung wird unterstützt, The desired good anchoring is supported

wenn zumindest der an dem Knochen anliegende Teil der Endoprothese aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial oder einem anderen elektrisch leitenden Material besteht. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den Knochen bzw. an die Endoprothese wird daher der Knochen in dem Bereich, der an der Endoprothese anliegt, zu verstärktem Wachstum angeregt, was die Verankerung der Endoprothese beträchtlich unterstützt. Man verwendet also das Phänomen der an sich bekannten Elektrostimulation, welche jedoch - soweit bekannt - bisher zur Verankerung einer Endoprothese in oder an einem Knochen noch nicht herangezogen wurde. Die Elektrostimulation beruht darauf, dass ein Knochen an seiner Aussenhaut bei Stimulierung durch elektrischen Strom Knochengewebe anlagert. if at least that part of the endoprosthesis which is in contact with the bone consists of a carbon fiber-reinforced plastic material or another electrically conductive material. When an electrical voltage is applied to the bone or to the endoprosthesis, the bone in the region which is in contact with the endoprosthesis is therefore stimulated to increase its growth, which considerably supports the anchoring of the endoprosthesis. The phenomenon of electrostimulation, which is known per se, is therefore used, which, however, has so far not been used to anchor an endoprosthesis in or on a bone. Electrostimulation is based on the fact that a bone attaches to bone tissue on its outer skin when stimulated by electrical current.

Die Stifte müssen in ihrer Verankerungsstellung mit ihrem rückwärtigen Ende in der Bohrung verbleiben. Um dies mit Sicherheit zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn die Stifte eine Verankerung in ihrer Bohrung aufweisen. The pins must remain in their anchored position with their rear end in the hole. In order to achieve this with certainty, it is preferred if the pins have an anchoring in their bore.

Eine Ausführungsform einer solchen Verankerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte einen elastischen Bund haben, der sich an eine Rastschulter der jeweiligen Bohrung anlegt. An embodiment of such an anchoring is characterized in that the pins have an elastic collar which bears against a locking shoulder of the respective bore.

Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte eine Rastfeder haben, die sich an eine Rastschulter der jeweiligen Bohrung anlegt. Another embodiment is characterized in that the pins have a detent spring which bears against a detent shoulder of the respective bore.

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, dass sich die Stifte von aussen in ihre Bohrungen einsetzen lassen. Both embodiments have in common that the pins can be inserted into their bores from the outside.

Wenn die Stifte durch hydraulischen Druck aus ihren Bohrungen herausgedrückt werden, soll die Zentralbohrung eine Entlüftungsöffnung aufweisen, über die Luft aus der Zentralbohrung und den Bohrungen austreten kann. Diese Entlüftungsöffnung soll einen sehr kleinen Durchmesser haben, damit dort eindringender Knochenzement konsistenzbedingt die Entlüftungsöffnung verschliesst. Diese Entlüftungsöffnung kann sich an der Stelle der Zentralbohrung befinden, die vom flüssigen Knochenzement zuletzt erreicht wird. Es können auch Entlüftungsöffnungen in den Stiften selbst vorgesehen sein. If the pins are pressed out of their bores by hydraulic pressure, the central bore should have a ventilation opening through which air can escape from the central bore and the bores. This ventilation opening should have a very small diameter, so that bone cement penetrating there closes the ventilation opening due to its consistency. This vent can be located at the location of the central hole that is last reached by the liquid bone cement. Vent openings can also be provided in the pins themselves.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt: The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments which are shown in the drawing. It shows:

Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines Schaftes einer Endoprothese für Hüftgelenkersatz, eingesetzt in eine Bohrung des umgebenden Knochens, 1 schematically shows a side view of a shaft of an endoprosthesis for hip replacement, inserted into a bore in the surrounding bone,

Fig. 2 das Detail X von Fig. 1 in vergrössertem Massstab, 2 shows the detail X of FIG. 1 on an enlarged scale,

Fig. 3 ebenfalls vergrössert eine Schnittansicht entsprechend Fig. 2, wobei die Stifte mittels eines profilierten biegsamen Stabes herausgedrückt werden, 3 also shows an enlarged sectional view corresponding to FIG. 2, the pins being pressed out by means of a profiled flexible rod,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Stiftes, Fig. 5 eine Ansicht von Fig. 4 in Pfeilrichtung A, Fig. 6 schematisch einen Schnitt durch ein weiteres Anwendungsbeispiel der neuartigen Verankerung, nämlich bei der Pfanne einer Hüftgelenkprothese. Fig. 4 shows another embodiment of a pin, Fig. 5 is a view of Fig. 4 in the direction of arrow A, Fig. 6 schematically shows a section through another application example of the novel anchoring, namely in the socket of a hip joint prosthesis.

Fig. 1 zeigt einen Schaft einer Hüftgelenkendoprothese, der aus einem neuartigen Werkstoff besteht, nämlich einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, vorzugsweise einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial und/oder glas-faser- bzw. kunststoffaser-, z. B. aramidfaserverstärkten Kunststoffmaterial. Der neuartige Schaft 1 hat eine Zentralbohrung 2, die sich etwa längs seiner Mittellinie erstreckt. Die Zentralbohrung ist frei zugänglich, nämlich am oberen Ende 3 des Schaftes oder am Kragen 24. Dort ist ein aus Keramik oder anderem harten Material bestehender Hüftkopf 4 angedeutet, der abnehmbar ist. Am unteren Ende der Zentralbohrung befindet sich eine Entlüftungsöffnung 5. Der Schaft kann auch eine geringere Biegung haben als zeichnerisch dargestellt, und am Umfang radial verlaufende Vertiefungen zur Vergrösserung der Oberfläche aufweisen, in die Knochensubstanz einwachsen kann. In der Wandung des Schaftes 1 sind über seine Länge und seinen Umfang verteilt eine Reihe von Bohrungen 6 vorgesehen, die sämtlich mit der Zentralbohrung 2 in Verbindung stehen. In die Bohrungen 6 sind Stifte 7 eingesetzt (vgl. auch Fig. 3 bis 5). Fig. 1 shows a shaft of a hip joint endoprosthesis, which consists of a novel material, namely a fiber-reinforced plastic material, preferably a carbon fiber-reinforced plastic material and / or glass fiber or plastic fiber, z. B. aramid fiber reinforced plastic material. The novel shaft 1 has a central bore 2 which extends approximately along its center line. The central bore is freely accessible, namely at the upper end 3 of the shaft or on the collar 24. There is indicated a hip head 4 made of ceramic or other hard material, which can be removed. At the lower end of the central bore there is a ventilation opening 5. The shaft can also have a smaller bend than shown in the drawing, and can have radially extending depressions on the circumference to enlarge the surface area, into which bone substance can grow. A series of bores 6 are provided in the wall of the shaft 1, distributed over its length and circumference, all of which are connected to the central bore 2. Pins 7 are inserted into the bores 6 (cf. also FIGS. 3 to 5).

Nachdem der Schaft 1 in eine vorher angelegte Bohrung 8 im Knochen 9 eingesetzt ist, wird aushärtbarer Kunststoff unter Druck über die Einlassöffnung 3 in die Zentralbohrung 2 eingegeben. Die Stifte befinden sich dabei in ihrer zurückgezogenen Stellung, in der ihre Vorderenden mit der Aussenwand des Schaftes 1 abschliessen. Durch den hy628 802 After the shaft 1 is inserted into a previously created bore 8 in the bone 9, curable plastic is introduced into the central bore 2 under pressure via the inlet opening 3. The pins are in their retracted position in which their front ends are flush with the outer wall of the shaft 1. With the hy628 802

draulischen Druck werden die Stifte in ihrer Bohrung nach aussen gepresst und dringen dadurch in das Gewebe des Knochens 9 ein oder legen sich an die Innenwand der Kom-pacta. Dadurch ergibt sich eine einwandfreie Verankerung. drastic pressure, the pins are pressed outwards in their bore and thereby penetrate into the tissue of the bone 9 or lie on the inner wall of the pacta. This results in perfect anchoring.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der verwendeten Stifte. Diese sind an ihrem rückwärtigen Ende gegabelt und haben dort einen Bund 10. Werden sie durch den hydraulischen Druck in Pfeilrichtung 11 nach aussen gedrückt, so legt sich der Bund 10 aufgrund der federnd elastischen Eigenschaften des gegabelten Endes des Stiftes an eine Rastschulter 12 der Bohrung 6 an. Dadurch wird der Stift in dieser Position im Schaft 1 am unbeabsichtigten Herausgleiten gehindert. Fig. 2 shows an embodiment of the pins used. These are bifurcated at their rear end and have a collar 10 there. If they are pressed outwards by the hydraulic pressure in the direction of the arrow 11, the collar 10 lies against a locking shoulder 12 of the bore 6 due to the resilient elastic properties of the forked end of the pin at. This prevents the pin in this position in the shaft 1 from inadvertently sliding out.

Der Bund 10 steigt von rückwärts nach vorne mit einem spitzen Winkel an, so dass bei der Herstellung der neuartigen Endoprothese die Stifte 7 in Gegenrichtung des Pfeiles 11 von aussen in ihre Bohrung in die in Fig. 2 zeichnerisch dargestellte Lage eingesetzt werden können. Hierbei hilft eine sich konisch nach aussen erweiternde Öffnung 25 der Bohrung 6. The collar 10 rises from the back to the front at an acute angle, so that when the novel endoprosthesis is being produced, the pins 7 can be inserted from the outside into the bore in the position shown in FIG. 2 in the opposite direction of the arrow 11. This is assisted by an opening 25 of the bore 6 that widens conically outwards.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform dieser Stifte, wobei das rückwärtige Ende der Stifte ebenfalls gegabelt ist. Ein Bolzen 13 verbindet die beiden Gabelenden und legt eine Feder 14 im Stift fest. Die Feder ist symmetrisch ausgebildet. Ihre Enden sind hakenförmig abgebogen. Die Feder ist um den Bolzen 13 in einem Schlitz 15 des Stiftes 7 gelagert. Die abgebogenen Enden der Feder übernehmen die Funktion des Bundes 10 bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Die Bohrung 2 hat auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 eine Rastschulter, wie in Fig. 2 gezeigt. Es kann auch eine Feder mit nur einem federnden und hakenförmig abgebogenen Ende vorgesehen sein. 4 and 5 show another embodiment of these pins, the rear end of the pins also being bifurcated. A bolt 13 connects the two fork ends and defines a spring 14 in the pin. The spring is symmetrical. The ends are bent like a hook. The spring is mounted around the bolt 13 in a slot 15 of the pin 7. The bent ends of the spring assume the function of the collar 10 in the embodiment according to FIG. 2. The bore 2 also has a locking shoulder in the embodiment according to FIGS. 4 and 5, as shown in FIG. 2. A spring with only one resilient and hook-shaped bent end can also be provided.

Fig. 3 zeigt einen biegsamen Stab 16 mit einer wellenförmig profilierten Aussenfläche. In der zeichnerisch dargestellten Lage schliessen die Stifte 7 mit ihrem vorderen Ende etwa mit der Aussenwand 17 des Schaftes 1 ab. Wird der Stab 16 in seiner Längsrichtung (Pfeilrichtung 18) verschoben, so werden dadurch die Stifte 7 nach aussen gedrückt (Pfeilrichtung 11 von Fig. 2). Dies erfolgt, weil die Stifte dann zur Anlage an die vorstehenden Profilierungen des Stabes 16 gelangen. Der Stab 16 ist in seiner Querrichtung vorzugsweise elastisch federnd, beispielsweise durch einen Gummiüberzug 21 oder indem der Stab als Hohlstab ausgebildet ist. Fig. 3 shows a flexible rod 16 with an undulating profiled outer surface. In the position shown in the drawing, the pins 7 close with their front end approximately with the outer wall 17 of the shaft 1. If the rod 16 is displaced in its longitudinal direction (arrow direction 18), the pins 7 are thereby pressed outwards (arrow direction 11 from FIG. 2). This is because the pins then come to rest against the above profiles of the rod 16. The bar 16 is preferably elastically resilient in its transverse direction, for example by a rubber cover 21 or by the bar being designed as a hollow bar.

Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der neuartigen Verankerung anhand einer Pfanne einer Hüftgelenkendoprothese. Diese Pfanne besteht aus einer Stützschale 19 aus dem neuartigen faserverstärkten Kunststoffmaterial. Die Innenseite der Stützschale ist mit einer dünnen Lagerschicht 20 aus Polyäthylen ausgekleidet. Wiederum ist ein zentraler Kanal 21 in der Stützschale 19 vorgesehen, der sämtliche Bohrungen 22 mit Druck versorgt, in die die Stifte 7 eingesetzt sind. Der Kanal 21 ist bei diesem Ausführungsbeispiel von der Auskleideschicht 20 her in Pfeilrichtung 23 mit Druck versorgbar. Auch hier ist die Entlüftungsbohrung 5 vorgesehen. Fig. 6 shows another embodiment of the novel anchoring using a socket of a hip joint endoprosthesis. This pan consists of a support shell 19 made of the novel fiber-reinforced plastic material. The inside of the support shell is lined with a thin bearing layer 20 made of polyethylene. Again, a central channel 21 is provided in the support shell 19, which supplies all bores 22 with pressure into which the pins 7 are inserted. In this exemplary embodiment, the channel 21 can be supplied with pressure from the lining layer 20 in the direction of the arrow 23. The vent hole 5 is also provided here.

3 3rd

5 5

10 10th

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S S

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

628 802 PATENT CLAIMS

1. Anchoring device on an endoprosthesis, which is intended for fastening in or on a bone, pins being inserted in bores in the endoprosthesis which can be displaced in their respective bores, and furthermore the bores open on the one hand into the outer wall of the endoprosthesis and on the other hand with are connected to a central bore accessible from the outside, characterized in that the central bore (2) can be pressurized in order to move the pins (7) in their bores (6) outwards.

2. Anchoring device according to claim 1, characterized in that the pins (7) have an anchor in their bore (6).

3. Anchoring device according to claim 2, characterized in that the pins (7) have an elastic collar (10) which rests against a locking shoulder (12) of the respective bore (6) when the central bore is pressurized.

4. Anchoring device according to claim 2, characterized in that the pins (7) have a detent spring (14) which rests against a detent shoulder (12) of the respective bore (6) when the central bore is pressurized.

5. Anchoring device according to claim 1, characterized in that the central bore (2) has a vent opening (5).

6. Anchoring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least the part of the endoprosthesis (1, 19) lying against the bone (9) consists of a carbon fiber reinforced plastic material.