CH637536A5 - Femurkomponente einer hueftendoprothese. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Femurkomponente einer Hüftendoprothese zur zementfreien Verankerung, die über die Länge ihres Verankerungsschaftes verteilt mindestens an der medialen und an der lateralen Seite Stufen trägt.

Hüftendoprothesen dienen zum Ersatz von durch Krankheit oder Unfall geschädigten Hüftgelenken. Die Fe-murkomponenten einer solchen Hüftendoprothese müssen die Funktion des Femurkopfes ersetzen. Die im allgemeinen kugelförmigen und mit der entsprechenden Hüftkomponente artikulierenden Teile müssen in dem Femur verankert werden. Zu diesem Zweck tragen die meisten Femurkom-ponenten von Hüftendoprothesen Schäfte, mit deren Hilfe sie im Markraum des Femurs verankert werden. Für die Verankerung dieser Schäfte, die in den weitaus meisten Fällen bisher aus Metallen oder Metallegierungen gefertigt werden, wird zusätzlich ein Kunststoffknochenzement benutzt. Da diese Kunststoffknochenzemente jedoch gewisse Nachteile aufweisen, ist immer wieder versucht worden, Verankerungsschäfte zu schaffen, die eine zementfreie Verankerung der Femurkomponenten gestatten.

Zur Erzielung dieser direkten, d.h. zementfreien Verankerung von Femurkomponenten von Hüftendoprothesen sind verschiedene Prothesenformen vorgeschlagen worden. Als Werkstoffe für diese Prothesèn wurden zunächst Metalle oder Metallegierungen vorgesehen. Die Möglichkeiten zur Erreichung des Zieles einer sicheren, zementfreien Verankerung wurden erheblich verbessert, nachdem erkannt worden war, dass gewisse Keramiken eine günstigere Verträglichkeit gegenüber Knochengewebe als Metall oder Kunststoffe aufweisen. Dies führte zu einer Reihe von Konstruktionen von Femurkomponenten, bei denen derartige bioinerte keramische Werkstoffe entweder in kompakter Form oder als dichte keramische Beschichtungen auf Metallteilen vorgesehen worden sind (DE-OS 2 306 552 und DE-PS 2 324 867). Im Rahmen dieser Entwicklungen war erkannt worden, dass zumindest dichte, hochreine Al203-Keramik die Ausbildung tragfähiger Knochenstrukturen gestattet an Oberflächen, durch die die Lasten senkrecht, d.h. durch reine Druckkräfte übertragen werden. Dies wurde zum Beispiel zusammenfassend dargestellt im Forschungsbericht T 77-70 s des Bundesministeriums für Forschung und Technologie vom Dezember 1977. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse war ein Oberschenkelteil einer Totalhüftgelenkendoprothese für die zementfreie Implantation geschaffen worden, das dem damaligen Stand des Wissens optimal angepasst war io (DE-AS 2 461 339). Bei dieser Prothese war der Reaktionsmöglichkeit des Knochengewebes auf der medialen Seite des Prothesenschaftes durch die Ausbildung von Stufen Rechnung getragen worden, die so orientiert sind, dass ihre druckübertragenden Flächen jeweils senkrecht auf der trais jektorell lamellär orientierten Knochenstruktur am Ort der jeweiligen Stufe aufliegen. Dies war auf der medialen Seite des Schaftes für die unmittelbare Druckübertragung angeordnet; auf der lateralen Seite waren die Stufen umgekehrt orientiert worden, da Aussicht bestand, dass sich dort ent-20 sprechend druckaufnehmende Knochenstrukturen ausbilden würden, von denen aus im wesentlichen Zügübertragende Strukturen die auch dort auftretenden Kräfte in die laterale Corticalis des Femurs umleiten würden. Die sehr umfangreichen tierexperimentellen Untersuchungen haben gezeigt, 25 dass die erwarteten Effekte zwar eintreten, jedoch zur Stabilisierung der Prothese im Knochenraum noch nicht ausreichen. Es war nämlich auf diese Weise noch nicht möglich, die Prothese gegen Drehbewegungen um die Achse des Femurs herum ausreichend zu stabilisieren. Es ist versucht 30 worden, das Problem der Rotationsstabilisierung der Prothese bezüglich Drehbewegungen um die Femurachse dadurch zu lösen, dass auf den verbleibenden Seitenflächen der Prothese schräg verlaufende, in ihrem Querschnitt asymmetrische Nuten angebracht wurden. Der entsprechende Vor-35 schlag ist in der DE-AS 2 517 702 im einzelnen beschrieben. Die auch hier recht umfangreichen tierexperimentellen Untersuchungen zeigten jedoch, dass die Rotationsstabilität noch nicht in einer Weise erreicht werden kann, die einen Übergang vom Tierexperiment zur klinischen Erprobung 40 rechtfertigen würde. Die Rotationsstabilisierung der Prothese bezüglich Drehbewegungen um die Femurachse konnte auch mit diesem konstruktiven Kunstgriff noch nicht in ausreichender Weise in einer genügenden Anzahl von Fällen sichergestellt werden.

45 Es verbleibt daher weiterhin die Aufgabe, eine Konstruktion zu finden, die eine Rotationsstabilisierung der Prothese bezüglich Drehbewegungen um die Femurachse sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Flächen der Stufen in Richtung von medial oder la-50 teral gesehen von 90° zur Schaftachse abweichende Winkel aufweisen und dass diese Abweichungen auf jeder Seite für mindestens einen Teil der Stufen unterschiedliche Vorzeichen haben.

Dies lässt sich z.B. so anordnen, dass die Flächen von je-55 weils auf der gleichen Seite benachbarten Stufen von 90° zur Schaftachse abweichende Winkel umgekehrten Vorzeichens haben. Ausserdem ist es möglich, dass die Abweichungen der Winkel der Flächen von 90° zur Schaftachse für alle Stufen dem Betrage nach gleich sind. In einer weiteren Ausge-60 staltung der Erfindung können die Abweichungen der Winkel der Flächen von 90° zur Schaftachse jeweils zweier benachbarter Stufen dem Betrage nach gleich sein und umgekehrtes Vorzeichen haben. Nach jetzigem Kenntnisstand ist es günstig, wenn die Abweichungen dem Betrage nach klei-65 ner als 30° sind.

Erste orientierende Tierexperimente mit Schäften, die gemäss den Kennzeichen dieser Erfindung hergestellt waren, deuten daraufhin, dass durch die erfinderischen Massnah

men in der Tat eine bessere Rotationsstabilisierung erreicht werden kann. Es zeigte sich insbesondere, dass sich druckaufnehmende Knochenstrukturen im engen Kontakt zu dichter, hochreiner Al203-Keramik auch an druckübertragenden Flächen ausbilden können, bei denen der Druck bzw. die Druckänderungen nicht ganz senkrecht auf der Grenzfläche orientiert sind. Da bisher alle Versuche zur zementfreien Fixation von Femurkomponenten von Hüftendoprothesen mittels eines Schaftes im Markkanal des Femurs daran gescheitert sind, dass die Rotationsstabilität um die Schaft- und Femurachse nicht erzielt werden konnte, bedeutet die erfindungsgemässe Anordnung der Stufen einen entscheidenden Fortschritt. Diese günstigen Befunde stehen auch im Gegensatz zu den Ergebnissen, die mit Prothesen gemäss der DE-AS 2 517 702 erzielt worden sind. Nach unserem heutigen Kenntnisstand ist es olfenbar so, dass die Abstände, die vom Knochengewebe zum Einwachsen in die Nuten auf den Seitenflächen der Schäfte, wie sie gemäss der gerade genannten deutschen Auslegeschrift eingearbeitet sind, von der Corticalis bis in diese Nuten zu gross sind. Werden diese entsprechenden Prothesenflächen stärker auswölbend gestaltet, so dass diese Abstände kleiner werden, werden die Möglichkeiten zur Ausbildung von Blutgefässen zur Versorgung der inneren Teile der Knochenwandungen erheblich herabgesetzt. Die bisherigen günstigen Ergebnisse mit der hier vorgelegten erfindungsgemässen Orientierung der druckübertragenden Flächen der Stufen gestattet es offenbar, die Stabilisierung der Prothese gegen Rotationsbewegungen um die Femurachse zu erreichen unter Aufrechterhaltung verhältnismässig weiter Zwischenräume an den beiden verbleibenden Prothesenflächen, die der Blutversorgung der inneren Partien der Knochenwandungen zugute kommen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beiden Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 die Femurkomponente einer Hüftendoprothese mit dem im Markraum des Femurs zu verankernden Schaft 1. Dieser Schaft trägt an seinem oberen Ende einen Zapfen 2, über den die Verbindung zu der Hüft-kopfersatzkugel 3 hergestellt wird. Es sind auch Konstruktionen möglich und bekannt, bei denen der Hüftkopfersatz und der Schaft einstückig hergestellt sind. Der Schaft trägt an seiner medialen Seite verschiedene Stufen 4, die so orientiert sind, dass die druckübertragenden Flächen in dieser Seitenansicht möglichst genau senkrecht zu der an den jeweiligen Stellen den Druck aufnehmenden Knochenstruktur ste-

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hen. Auf der lateralen Seite sind entsprechende Stufen 5 vorgesehen, die jedoch mit ihren druckübertragenden Flächen nach oben orientiert sind. Sie dienen, wie dies in der DE-AS 2 461 339 ausgeführt ist, dazu, eine Stabilisierung der Prothese gegenüber Kippbewegungen nach medial zu erreichen. Diese Stufen 4 und 5 sind nun in der zur Bildebene der Fig. 1 senkrechten Ebene gegen die Schaftachse 6 geneigt. Dies wird in der Ansicht der Fig. 1 durch die durch 7 und 8 markierten Konturen zum Ausdruck gebracht. In der Darstellung der Fig. 2 wird dies deutlicher. Sie stellt die Ansicht der Prothese von lateral dar. Mit 1 ist dort wieder der Schaft der Prothese bezeichnet, mit 3 der Kopf der Prothese. 6 bezeichnet wieder die Achse der Prothese. Die erfindungsgemässe Abweichung der druckübertragenden Flächen auf der lateralen Seite gegenüber ihrer Orientierung um 90° gegenüber der Schaftachse kommt deutlich zum Ausdruck. So weichen die beiden oberen Stufen, die in Fig. 2 mit 9 bezeichnet sind, um den Betrag nach 15° von der zur Schaftachse senkrechten Orientierung ab. Die beiden unteren Stufen auf der lateralen Seite, die mit 10 bezeichnet sind, zeigen eine grössere Abweichung, z. B. um 30°. Gestrichelt ist auch die Neigung der auf der medialen Seite des Schaftes befindlichen Stufen 11 und 12 angedeutet.

Als Werkstoffe für diese Schäfte kommen alle bioinerten Materialien in Frage. Die bisherigen Ergebnisse wurden mit Schäften aus dichter, hochreiner Al203-Keramik erzielt. In diesem Fall waren die erfindungsgemässen Femurkomponenten einstückig hergestellt. Es ist jedoch auch möglich, die Schäfte 1 aus einer körperverträglichen Metallegierung herzustellen, z. B. aus Titan. Es ist ausserdem möglich, diese Schäfte aus Metall herzustellen und auf ihrer Oberfläche mit einer körperverträglichen Glaskeramik oder Email zu beschichten, wie es in der DE-AS 2 306 552 beschrieben worden ist.

Für die tierexperimentelle Implantation dieser Prothesen wurden die Femura mit einer Raspel entsprechend der Kontur der Einhüllenden der Prothesenschäfte vorbereitet. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass die Umstrukturierung des Knochengewebes längs der erfindungsgemäss gestalteten druckübertragenden Flächen zu einer Verbesserung der Drehstabilisierung der Prothesen führt. Die exakte Vorbereitung des knöchernen Bettes der erfindungsgemäss orientierten druckübertragenden Stufen kann jedoch weitere Verbesserungen erbringen, vor allem bezüglich der Geschwindigkeit des Ablaufs des Umstrukturierungsprozesses in den Grenzflächen des Knochengewebes.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Femurkomponente einer Hüftendoprothese zur zementfreien Verankerung, die über die Länge ihres Verankerungsschaftes verteilt mindestens an der medialen und an der lateralen Seite Stufen trägt, dadurch gekennzeichnet,

dass die Flächen dieser Stufen (4 und 5) in der Richtung von medial oder lateral gesehen von 90 zur Schaftachse (6) abweichende Winkel aufweisen und dass diese Abweichungen auf jeder Seite für mindestens einen Teil der Stufen unterschiedliche Vorzeichen haben.

2. Femurkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (4, 5) jeweils von auf der gleichen Seite benachbarten Stufen von 90° zur Schaftachse (6) abweichende Winkel umgekehrten Vorzeichens haben.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Femurkomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen der Winkel der Flächen (4, 5) von 90 zur Schaftachse (6) für alle Stufen dem Betrage nach gleich sind.

4. Femurkomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen der Winkel der Flächen (4, 5) von 90° zur Schaftachse (6) jeweils zweier benachbarter Stufen dem Betrage nach gleich sind und umgekehrtes Vorzeichen haben.

5. Femurkomponente nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen dem Betrage nach kleiner als 30° sind.