CH689725A5

CH689725A5 - Gelenkkopf-Prothese.

Info

Publication number: CH689725A5
Application number: CH02745/94A
Authority: CH
Inventors: Franz Dr Sutter
Original assignee: Franz Dr Sutter
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1999-09-30
Also published as: DE19580966B4; DE19580966D2; US5549704A; WO1996007374A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkkopf-Prothese oder - genauer gesagt - eine zur Befestigung an einem Knochen bestimmte Gelenkkopf-Endoprothese.

Die Gelenkkopf-Prothese ist insbesondere zur Befestigung an einem Femur eines Menschen oder eventuell eines Tieres, beispielsweise eines Hundes vorgesehen, um einen künstlichen Gelenkkopf für ein Hüftgelenk zu bilden. Der Gelenkkopf kann in einer ebenfalls künstlichen Gelenkpfanne oder in der natürlichen, aus Knochenmaterial bestehenden Gelenkpfanne gelagert werden.

Bekannte metallische Gelenkkopf-Prothesen für Hüftgelenke besitzen einen vollständigen, kugelförmigen Kopf und einen starr mit diesem verbundenen, abgewinkelten oder abgebogenen Dorn bzw. Schaft, wobei der Kopf und der Dorn bzw. Schaft im Wesentlichen volle Querschnitte haben. Zum Befestigen einer solchen Prothese an einem Knochen, d.h. Femur werden der natürliche Gelenkkopf sowie ein Teil des Halses des Femurs abgeschnitten und ein Loch in den Schaft des Femurs gebohrt, so dass viel Knochenmaterial entfernt werden muss und viele Blutgefässe zerstört werden. Zudem hat der abgewinkelte oder abgebogene metallische, normalerweise in den Femur-Schaft einzementierte Dorn bzw. Schaft der Prothese eine viel grössere Biegesteifigkeit als ein natürlicher Femur. Dies ergibt den Nachteil, dass an den Dorn bzw.

Schaft angrenzende Bereiche des Femurs und eventuell auch andere Körperteile bei Belastungen häufig stellenweise viel stärker und/oder stellenweise weniger stark beansprucht werden als bei entsprechenden Belastungen eines vollständig natürlichen Femurs und dass dadurch die Langzeitstabilität der Verbindung der Prothese mit dem Femur beeinträchtigt werden kann.

Aus den CH-A 642 250 und 642 251 bekannte Gelenkkopf-Prothesen besitzen eine Kappe und einen Dorn, der aus einer zylindrischen Hülse mit einem perforierten Mantel besteht. Die Kappe hat eine kalottenförmige, glatte Aussenfläche und eine Innenfläche mit entlang dem Umfang verteilten Vorsprüngen und Aussparungen. Diese bekannten Prothesen bestehen zum Beispiel aus Titan, wobei die Innenfläche der Kappe und die Hülse einen durch ein Plasma-Aufspritzverfahren aufgebrachten, dünnen porösen Titanüberzug aufweisen.

Diese eine Kappe und eine Hülse aus Titan aufweisenden Prothesen ergeben gegenüber den Prothesen mit einem vollen Kopf und einem vollen, abgewinkelten oder abgebogenen, im Knochen einzementierten Dorn bzw. Schaft die Vorteile, dass zum Befestigen der Prothese nur relativ wenig Knochenmaterial entfernt werden muss. Ferner kann das Knochenmaterial gut an die Innenfläche der Kappe anwachsen und auch mit der perforierten Hülse verwachsen, so dass die aus den Publikationen CH-A 642 250 und 642 251 bekannten Prothesen ohne Zement relativ fest mit Knochen verbunden werden. Bei extrem starken und/oder schnell wechselnden Belastungen besteht aber doch noch eine gewisse Gefahr, dass sich die Haftverbindung zwischen der Innenfläche der Kappe und dem Knochen stellenweise lockert.

Da die Hülse der aus den zitierten Publikationen CH-A 642 250 und 642 251 bekannten Prothesen einen relativ grossen Durchmesser besitzt, ist es zudem in gewissen Fällen schwierig, das zum Aufnehmen der Hülse dienende, ringförmige Loch in den Knochen zu fräsen, ohne bei der Operation Blutgefässe zu beschädigen oder andere Verletzungen zu verursachen. Ein gewisser Nachteil dieser bekannten Prothesen besteht ferner noch darin, dass die kalottenförmige Aussenfläche einer Kappe aus Titan - auch wenn sie glatt poliert ist - bei Bewegungen in einer künstlichen oder natürlichen Gelenkpfanne eine relativ grosse Reibung ergibt sowie eine verhältnismässig starke Abnutzung der Gelenkpfanne verursacht und/oder selbst abgenutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkkopf-Prothese zu schaffen, mit der Nachteile der bekannten Prothesen vermieden werden können. Dabei wird insbesondere ausgehend von den aus den Publikationen CH-A 642 250 und 642 251 bekannten Gelenkkopf-Prothesen angestrebt, auch bei extrem starken und/oder schnell ihre Richtungen ändernden Belastungen eine feste und dauerhafte Verbindung der Innenfläche der Kappe mit dem Knochen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch eine Gelenkkopf-Prothese mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Gemäss der Erfindung ist die Innenfläche der Kappe mit Hinterschneidungen und/oder mit Löchern versehen, deren Lochachse mit einer Normalen auf den sich am nächsten beim betreffenden Loch befindenden Abschnitt einer sich an die Innenfläche anschmiegenden, bezüglich einer Kappenachse rotationssymmetrischen Schmiegefläche einen Winkel und zwar vorzugsweise einen ungefähr rechten Winkel, bildet.

Bei einer zum Befestigen einer erfindungsgemässen Gelenkkopf-Prothese an einem Knochen - beispielsweise einem menschlichen oder tierischen Femur - dienenden chirurgischen Operation kann durch Wegfräsen von einem Teil des natürlichen Gelenkkopfs ein Knochenstumpf gebildet und die Kappe auf diesen aufgesteckt werden. Der Knochenstumpf wird dabei vorzugsweise derart geformt und bemessen, dass das Knochenmaterial bereits beim Aufstecken der Kappe auf den Knochenstumpf zwischen die Vorsprünge bzw. in die Aussparungen eingreift. Die Kappe sitzt dann auch ohne Befestigung durch Knochenzement oder ein sonstiges Bindemittel sofort nach der Operation relativ fest auf dem Knochenstumpf.

Während eines auf die Operation folgenden Heilungsvorgangs kann der Knochen derart nachwachsen, dass er die Aussparungen und/oder sonstigen, innerhalb der Kappe vorhandenen Hohlräume und insbesondere auch die Hinterschneidungen und/oder Löcher mindestens im Wesentlichen vollständig ausfüllt. Die Innenfläche der Kappe wird sich daher spätestens nach dem Heilen des Knochens gut am bzw. im Knochen verankert und gewissermassen mit diesem verhängt. Dies verhindert auch bei Belastungen der Prothese mit grossen und/oder schnell ändernden, mehr oder weniger transversal zur Kappenachse gerichteten Kräften oder Kraftkomponenten, wie sie zum Beispiel beim schnellen Hinauf- oder Hinablaufen einer Treppe, bei Sprüngen oder dergleichen auftreten können, dass sich der Knochen und die Innenfläche der Kappe voneinander lösen.

Die Hinterschneidungen und/oder Löcher tragen daher wesentlich zu einer festen und dauerhaften Verbindung der Prothese mit dem Knochen bei.

Die Kappe kann eine Kappenachse definieren, zu welcher die Aussenfläche der Kappe rotationssymmetrisch ist. Ferner besitzt die Innenfläche vorzugsweise einen Teil, der abgesehen von den Vorsprüngen und/oder Aussparungen zylindrisch ist und eine zylindrische, zur Kappenachse koaxiale Schmiegefläche definiert. Eventuell könnte die Innenfläche der Kappe anstelle einer zylindrischen Schmiegefläche oder zusätzlich zu einer solchen noch eine leicht konische, sich in Richtung zum Kappenrand hin erweiternde Schmiegefläche definieren.

Die Prothese kann mindestens einen Dorn aufweisen, der ein starr mit der Kappe verbundenes Ende hat, sich zum Teil in dem im Querschnitt von der Innenfläche der Kappe umschlossenen Innenraum von dieser befindet und aus der Kappe herausragt. Der bzw. jeder Dorn besteht vorzugsweise aus einer Hülse, und hat eine gerade, zur Kappenachse parallele Dorn- bzw. Hülsenachse. Die bzw. jede Hülse ist vorzugsweise an ihrem aus der Kappe herausragenden Ende offen und hat einen perforierten Mantel. Die axiale Abmessung des aus der Kappe herausragenden Abschnitts des bzw. jedes vorzugsweise aus einer Hülse bestehenden Dorns beträgt vorteilhafterweise höchstens 60% und zum Beispiel 25% bis 50% des maximalen Aussendurchmessers der Kappe und des Durchmessers der von der Aussenfläche der Kappe definierten Schmiege- und/oder Hüll-Kugelfläche.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Prothese besitzt diese mindestens zwei und zum Beispiel drei Dorne bzw. Hülsen mit geraden, zueinander und zur Kappenachse parallelen Dorn- bzw. Hülsenachsen. Diese Dorne bzw. Hülsen können dann zum Beispiel gleichmässig oder ungleichmässig um die Kappenachse herum verteilt sein. Die einzelnen Dorne bzw. Hülsen können relativ kleine Durchmesser aufweisen, die vorzugsweise höchstens 30% und zum Beispiel höchstens oder ungefähr 25% des (maximalen) Durchmessers der erwähnten sich an Vorsprünge der Innenfläche anschmiegenden, zylindrischen oder eventuell leicht konischen Schmiegefläche betragen. Wenn mehrere Dorne bzw. Hülsen vorhanden sind, können diese trotz relativ kleinen Durchmessern eine gute Verankerung der Prothese und insbesondere auch eine gute Sicherung gegen Verdrehungen von dieser um die Kappenachse bewirken.

Die relativ kleinen Durchmesser der Dorne bzw. Hülsen haben den Vorteil, dass man die zum Aufnehmen der Dorne bzw. Hülsen dienenden Löcher in den Knochen bohren kann, ohne viele Blutgefässe zu zerstören.

Beim Befestigen einer erfindungsgemässen Gelenkkopf-Prothese an einem Knochen kann ein grosser Teil des natürlichen Knochens erhalten bleiben, was sehr vorteilhaft ist.

Mindestens der grösste Teil der bei implantierten Prothesen an einem Knochen anliegenden Innenfläche der Kappe, vorzugsweise die ganze Innenfläche der Kappe und der oder jeder gegebenenfalls vorhandene, zum Beispiel aus einer Hülse bestehende Dorn ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, das sehr gut biokompatibel ist und eine feste Haftverbindung mit dem Knochen eingehen kann.

Die Aussenfläche der Kappe ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Prothese aus einem Aussenmaterial gebildet, das von einem mindestens den grössten Teil der Innenfläche der Kappe und den bzw. jeden gegebenenfalls vorhandenen Dorn bildenden Innenmaterial chemisch verschieden ist, d.h. aus einem anderen Stoff oder Stoffgemisch besteht als das Innenmaterial. Das Aussenmaterial kann dann kleinere Reibungskoeffizienten für die bei Bewegungen stattfindende gleitende Reibung und für die Haftreibung haben als das Innenmaterial bei gleicher Oberflächenbeschaffenheit und bei auch sonst gleichen Bedingungen.

Dementsprechend kann das Aussenmaterial - wiederum bei gleicher Oberflächenbeschaffenheit und bei auch sonst gleichen Bedingungen - bei gleitenden Bewegungen der Gelenkkopf-Prothese in einer künstlichen oder natürlichen Gelenkpfanne einen kleineren Abrieb von dieser verursachen als eine aus dem Innenmaterial bestehende Aussenfläche. Ferner kann das Aussenmaterial eine höhere Abriebfestigkeit aufweisen als das Innenmaterial bei gleicher Oberflächenbeschaffenheit und sonst gleichen Bedingungen, so dass auch die Gelenkkopf-Prothese selbst bei ihrer Aussenfläche nur wenig abgenutzt wird.

Dafür kann das Innenmaterial bei einem direkten Kontakt von diesem und dem Knochen eine bessere, festere und dauerhaftere Haftverbindung mit dem Knochen ermöglichen als das Aussenmaterial bei gleicher Oberflächenbeschaffenheit.

Das Innenmaterial besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material, beispielsweise mindestens im Wesentlichen aus reinem Titan oder einer Titanlegierung oder eventuell aus Tantal oder Zirkon. Dabei ist vorzugsweise mindestens der den grössten Teil der Innenfläche bildende Bereich der Kappe rauh und porös. Die Kappe kann zum Beispiel eine aus einem der genannten Innenmaterialien bestehende, kompakte, porenfreie Innenschale besitzen, auf deren Innenseite durch ein Plasma-Sprühverfahren eine mindestens den grössten Teil der Innenfläche der Kappe bildende, dünne, poröse Schicht aufgebracht ist, die zum grössten Teil aus Titan besteht, aber eventuell noch ein wenig beim Aufsprühen entstandenes Titanoxinitrid, Titandioxid sowie auch ein wenig Kohlenstoff und im Metall gelöste Gase aufweist.

Wenn Titan in Kontakt mit Luft, Wasser oder einem Elektrolyten gelangt, bildet sich auf seiner Oberfläche spontan Oxid. Dieses Oxid bildet einen kompakten Film, der das darunter liegende Metall gegen Korrosion schützt. Der Oxidfilm schützt das Metall insbesondere auch gegen die in einem menschlichen oder tierischen Körper vorhandenen Flüssigkeiten, so dass das Titan in einem Organismus nahezu unlöslich ist, insbesondere keine Ionen abgibt und eine sehr grosse Biokompatibilität hat. Zudem ermöglicht Titan - insbesondere bei rauher, poröser Oberfläche - dass das Knochenmaterial an der Innenfläche der Kappe anwächst.

Das Aussenmaterial ist vorzugsweise metallisch und kann zum Beispiel aus einer Legierung bestehen, die als Hauptbestandteil Kobalt aufweist. Die Legierung kann zum Beispiel aus folgenden Komponenten bestehen: ungefähr 30 Gew.-% Chrom, 5 bis 7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-% Nickel, ungefähr 1 Gew.-% Eisen, ungefähr 1 Gew.-% Silicium, ungefähr 1 Gew.-% Mangan, ungefähr oder höchstens 0,75 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Kobalt. Die Legierung kann ferner zusätzlich zum Hauptbestandteil Kobalt noch Chrom, Nickel, Molybdän und Wolfram, eventuell Eisen und eventuell weitere Bestandteile aufweisen. Das Aussenmaterial kann eventuell auch aus Keramik bestehen.

Wenn die Aussenfläche einer Kappe glatt poliert ist und wenn zwischen dieser und einer von einer künstlichen oder eventuell natürlichen Gelenkpfanne gebildeten Gegenfläche Gelenkflüssigkeit oder eine mehr oder weniger ähnliche Flüssigkeit - wie eine physiologische Kochsalzlösung - vorhanden ist, ergibt eine aus reinem Titan gebildete Aussenfläche für die gleitende Reibung einen Reibungskoeffizienten im Bereich von 0,43 bis 0,53. Wenn das die Aussenfläche bildende Aussenmaterial hingegen aus der weiter vorne zuerst genannten Kobalt-Legierung besteht, ergibt sich bei glatt polierter Aussenfläche und auch sonst gleichen oder zumindest ähnlichen Bedingungen für die gleitende Reibung ein Reibungskoeffizient, der kleiner ist als derjenige von Titan und etwa 0,08 bis 0,32 beträgt.

Die Kappe kann zum Beispiel eine aus dem Aussenmaterial bestehende Aussenschale und eine aus dem Innenmaterial bestehende Innenschale aufweisen. Die beiden Schalen können separat hergestellt und dann zum Beispiel durch eine Press- und/oder Schweissverbindung starr miteinander verbunden werden. Stattdessen kann man eventuell vorsehen, an eine aus dem Aussenmaterial bestehende Schale ein Innenmaterial anzusintern, das dann die Innenfläche der Kappe bildet.

Die erfindungsgemässe Prothese kann ohne Knochenzement und ohne ein sonstiges Bindemittel an einem Knochen befestigt werden. Man kann jedoch beispielsweise bei Erkrankungen des Knochens oder in sonstigen Sonderfällen vorsehen, die Innenfläche der Kappe und/oder mindestens einen vorzugsweise vorhandenen Dorn stellenweise durch Knochenzement oder ein anderes Bindemittel mit dem Knochen zu verbinden. Dabei soll jedoch die Innenfläche der Kappe mindestens einen Abschnitt mit Vorsprüngen und/oder Aussparungen aufweisen, der frei von Bindemittel bleibt und in unmittelbarem Kontakt mit dem Knochen gelangen kann. Man kann zum Beispiel die Innenfläche der Kappe mit mindestens einer zirkulären, die Kappenachse umschliessenden Rille versehen. Die Kappe kann dann bei dieser bzw. jeder Rille durch ein Bindemittel - wie Knochenzement - mit dem Knochen verbunden werden.

Der Erfindungsgegenstand wird anschliessend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Gelenkkopf-Prothese mit einer Kappe und drei Hülsen, wobei die Innenfläche der Kappe einen Abschnitt mit lappenförmigen, geneigten Vorsprüngen aufweist,
Fig. 2 einen Schnitt durch die an einem Knochen befestigte, aus den in der Fig. 1 ersichtlichen Teilen zusammengesetzte Prothese,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Knochen und die an diesem befestigte Prothese in grösserem Massstab als die Fig. 2 und im Zustand unmittelbar nach der Operation,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Kappe der Prothese in noch grösserem Massstab und nach dem Nachwachsen des Knochens,
Fig.

5 eine vereinfachte Ansicht der offenen Seite der Kappe einer anderen Prothese mit drei ungleichmässig um die Kappenachse angeordneten Hülsen,
Fig. 6 eine zur Fig. 5 analoge Ansicht einer zwei Hülsen aufweisenden Prothese,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Kappe einer Prothese mit einer Innenfläche mit ringförmigen Vorsprüngen,
Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Bereich der Kappe gemäss Fig. 7 nachdem der Knochen mit der Kappe verwachsen ist,
Fig. 9 einen der Fig. 8 entsprechende Ausschnitt aus der Kappe einer Prothese mit anderen ringförmigen Vorsprüngen,
Fig. 10 einen zur Fig. 3 analogen Querschnitt durch eine nur eine einzige Hülse besitzende Prothese,
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Femurs mit einem natürlichen Gelenkkopf zur Messung der Auslenkung des letzteren,
Fig. 12 eine zur Fig.

11 analoge Darstellung des Femurs, nachdem dieser mit einer erfindungsgemässen, eine Kappe und eine Hülse aufweisenden Prothese versehen wurde,
Fig. 13 eine zu den Fig. 11 und 12 analoge Darstellung des in dieser ersichtlichen Femurs, nachdem dieser mit einer nicht erfindungsgemässen Prothese versehen wurde, die einen vollen Gelenkkopf und einen abgewinkelten oder abgebogenen Schaft besitzt, und
Fig. 14 ein Diagramm, in dem die Auslenkung der in den Fig. 11 bis 13 ersichtlichen Gelenkköpfe in Abhängigkeit von einer an diesen angreifenden Kraft dargestellt ist.

Die in den Fig. 1 bis 3 und zum Teil auch in der Fig. 4 ersichtlichen Gelenkkopf-Prothese 1 besitzt eine Kappe 2. Die Kappe 2 besteht aus einer Aussenschale 3 und einer starr mit dieser verbundenen Innenschale 4. Die Prothese 1 besitzt ferner drei starr mit der Kappe 2 verbundene Dorne, von denen jeder aus einer Hülse 5 besteht. Die Kappe 2 hat oder definiert eine gerade Kappenachse 6. Jeder aus einer Hülse 5 bestehende Dorn hat bzw. definiert eine gerade, zur Kappenachse 6 parallele Dorn- bzw. Hülsenachse 7.

Die Aussenschale 3 der Kappe 2 hat eine glatte Aussenfläche 3a, die auch die Aussenfläche der ganzen Kappe bildet. Die Aussenfläche 3a ist kalottenförmig und bildet nämlich eine Kugelkalotte, die ein wenig grösser als eine Halbkugel ist. Die ebenfalls glatte Innenfläche 3b der Aussenschale 3 hat einen an den Rand der Aussenschale anschliessenden, zylindrischen Abschnitt, der über einen im Axialschnitt gebogenen Übergangsabschnitt mit einem ebenen, zur Kappenachse 6 rechtwinkligen Deckabschnitt zusammenhängt. Der letztere ist mit drei Sacklöchern 3c versehen, die aus Bohrungen bestehen und an ihrem Grund eine zu ihrer Achse rechtwinklige, ringförmige oder kreisförmige Auflagefläche haben.

Die Innenschale 4 hat eine glatte Aussenfläche 4a, die zur Innenfläche 3b der Aussenschale 3 komplementär ist und bei zusammengebauter Prothese an der Innenfläche 3b anliegt. Die Innenfläche 4b der Innenschale 4 bildet mindestens auch den grössten Teil der Innenfläche der ganzen Kappe und besitzt drei Abschnitte, nämlich einen an den Rand der Innenschale anschliessenden Mantelabschnitt 4c, einen Übergangsabschnitt 4d und einen Deckabschnitt 4e. Der Mantelabschnitt 4c ist im Allgemeinen zylindrisch und besitzt eine zylindrische Schmiegefläche. Der Übergangsabschnitt 4d ist in einem durch die Kappenachse 6 verlaufenden Axialschnitt gebogen und verbindet den Mantelabschnitt 4c stetig mit dem ebenen und zur Kappenachse rechtwinkligen Deckabschnitt 4e.

Der Mantelabschnitt 4c ist mit einer Anzahl nach innen vorstehender Vorsprünge 4f und 4g versehen, die besonders deutlich in den Fig. 3 und 4 ersichtlich sind. Die Vorsprünge 4f und 4g sind um die Kappenachse 6 herum verteilt, wobei entlang dem Umfang der Kappe 2 abwechselnd ein Vorsprung 4f und ein Vorsprung 4g aufeinander folgen. Jeder Vorsprung 4f, 4g ist lappenförmig und hat zwei ebene, zueinander und zur Kappenachse 6 parallele Seitenflächen, die im Querschnitt durch gebogene Übergangsflächen miteinander oder mit anderen Flächen verbunden sind.

Die einander entlang dem Kappenumfang benachbarten Vorsprünge 4f und 4g sind im Querschnitt nach innen auf verschiedene Seiten von zwischen ihnen hindurch und durch die Kappenachse 6 verlaufenden Ebenen geneigt. Dementsprechend sind die entlang dem Umfang aufeinander folgenden Vorsprünge 4f und 4g nach innen abwechselnd paarweise voneinander weg und paarweise zueinander hin geneigt. Zwischen jedem Paar nach innen voneinander weg geneigter Vorsprünge 4f und 4g ist eine im Querschnitt ungefähr V-förmige Aussparung 4h vorhanden. Zwischen jedem Paar nach innen zueinander hin geneigter Vorsprünge ist eine im Querschnitt ungefähr schwalbenschwanzförmige Aussparung 4i vorhanden, deren an die Vorsprünge angrenzenden Bereiche Hinterschneidungen 4k bilden. Die Vorsprünge 4f und 4g sind auch in axialer Richtung über den Mantelabschnitt 4c der Innenfläche 4b verteilt.

Dabei sind gerade, zur Kappenachse 6 parallele Reihen von Vorsprüngen 4f und gerade, zur Kappenachse parallele Reihen von Vorsprüngen 4g vorhanden. Die entlang einer solchen Reihe aufeinanderfolgenden Vorsprünge 4f bzw. 4g sind durch Aussparungen 4m voneinander getrennt. Die Aussparungen 4h, 4i, 4m sind durch Abschnitte von einander kreuzenden, axialen und ringförmigen Rillen gebildet.

Der Übergangsabschnitt 4d der Innenfläche 4b ist mit Vorsprüngen 4n versehen, von denen jeder aus einer Rippe besteht. Diese Rippen erstrecken sich entlang von durch die Kappenachse 6 verlaufende Ebenen. Die rippenförmigen Vorsprünge 4n können im Querschnitt zum Beispiel ungefähr die Form eines gleichschenkligen Dreiecks oder eine stetig gekrümmte Wellenform haben. Die zwischen den benachbarten, rippenförmigen Vorsprüngen 4n vorhandenen, nicht bezeichneten Aussparungen haben keine Hinterschneidungen, könnten jedoch eventuell mindestens zum Teil auch solche aufweisen.

Die Höhe der Vorsprünge 4n nimmt zum Deckabschnitt 4e hin ab, so dass die Vorsprünge 4n beim Rand des Deckabschnitts annähernd auslaufen. Im übrigen kann jeder rippenförmige Vorsprung 4n bei seinem Scheitel und bei einer seiner Flanken ungefähr mit einer der geraden Reihen von Vorsprüngen 4f bzw. 4g fluchten.

Der Deckabschnitt 4e der Innenschale 4 hat drei durchgehende Löcher 4p. Jedes von diesen fluchtet mit einem der Sacklöcher 3c. Jede Hülse 5 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Mantel 5a, steckt mit einem ersten Ende satt in einem Paar der miteinander fluchtenden Löcher 3c, 4p und liegt auf der am Grund des Sacklochs 3c vorhandenen Auflagefläche auf. Jede Hülse 5 ragt durch den im Querschnitt von der Innenfläche 4b umschlossenen Innenraum der Kappe 2 hindurch aus dieser heraus. Der Mantel 5a jeder Hülse 5 ist von Löchern 5b, nämlich Bohrungen, durchdrungen, die gleichmässig über den Umfang des Mantels 5a sowie über die axiale Ausdehnung von dessen sich ausserhalb der Löcher 3c, 4p befindendem Teil verteilt sind und eine Perforation bilden.

Jede Hülse 5 ist an ihrem ersten, in einem Sackloch 3c steckenden Ende durch eine Endwand 5c abgeschlossen, deren Innenfläche auch als Teil der Kappen-Innenfläche aufgefasst werden kann. Das andere, zweite, sich ausserhalb der Kappe befindende Ende jeder Hülse 5 ist offen.

Die Kappe 2 ist im Wesentlichen - d.h. abgesehen von den Vorsprüngen 4f, 4g, 4n sowie Aussparungen 4h, 4i und Löchern 3c, 4p - rotationssymmetrisch zur geraden Kappenachse 6. Dabei sind insbesondere die kalottenförmige Aussenfläche 3a der Aussenschale 3, die sich an die Vorsprünge 4f, 4g in der Innenfläche 4b der Innenschale 4 anschmiegende, zylindrische Schmiegefläche und auch die sich an die Vorsprünge 4n anschmiegende Schmiegefläche genau rotationssymmetrisch zur Kappenachse 6. Die drei aus einer Hülse 5 bestehenden Dorne und die geraden Dorn- bzw. Hülsenachsen 7 sind zum Beispiel gleichmässig um die Kappenachse 6 herum verteilt. Der Mantel 5a jeder Hülse 5 ist im Wesentlichen d.h. abgesehen von der Perforation - zylindrisch und rotationssymmetrisch zur Hülsenachse 7.

Die beiden Schalen 3, 4 haben ebene, zur Kappenachse 6 rechtwinklige Ränder, die bei zusammengebauter Prothese mindestens annähernd miteinander bündig sind und zusammen den Rand 2a der ganzen Kappe bilden.

Die Aussenschale 3 besteht aus einem Aussenmaterial, nämlich aus der in der Einleitung genannten, als Hauptbestandteile Kobalt sowie Chrom aufweisenden Legierung. Die Innenschale 4 besteht aus einem Innenmaterial, nämlich aus reinem Titan. Die Innenschale ist auf ihrer Innenseite mit einem rauhen, porösen, aufgesprühten Überzug versehen, der mindestens die Vorsprünge und Aussparungen aufweisenden Abschnitte 4c, 4d der Innenfläche 4b und nämlich die ganze Innenfläche 4b bildet und - wie in der Einleitung beschrieben - im Wesentlichen aus Titan besteht. Die Hülsen 5 bestehen ebenfalls aus reinem Titan. Der sich ausserhalb der Löcher 3c, 4p befindende Teil der Aussenfläche des Mantels 5a dessen ganze Innenfläche und die Innenfläche der Endwand 5c jeder Hülse sind ebenfalls mit einem aufgesprühten, porösen, im Wesentlichen aus Titan bestehenden Überzug versehen.

Die von den Endwänden 5c der Hülsen 5 gebildeten Abschnitte der Innenfläche der Kappe 2 bestehen also aus dem gleichen Material wie der von der Innenschale 4 gebildete Hauptteil der Innenfläche der Kappe. Es sei angemerkt, dass die Rauhtiefen der aufgesprühten Überzüge wesentlich kleiner sind als die Höhen der Vorsprünge 4f, 4g, 4n bzw. die Tiefen der Aussparungen 4h, 4i, 4m und die Durchmesser der Löcher 5b. Die radial gemessenen Höhen der Vorsprünge 4f, 4g, 4n bzw. die radial gemessenen Tiefen der Aussparungen 4h, 4i, 4m betragen vorzugsweise mindestens von 0,5 mm, höchstens 3 mm und zum Beispiel 1 mm bis 2 mm. Der Durchmesser der Löcher 5f beträgt zum Beispiel 2 mm bis 5 mm. Die mittlere Rauhtiefe der aufgesprühten Überzüge beträgt vorzugsweise mindestens 0,005 mm, höchstens 0,1 mm und zum Beispiel 0,01 mm bis 0,05 mm.

Bei der Herstellung einer Prothese 1 können die beiden Schalen 3, 4 und die Hülsen 5 separat hergestellt werden. Zur Bildung der Vorsprünge und Aussparungen der Innenfläche 4b der Innenschale 4 kann man zuerst eine Innenschale mit einer glatten, rotationssymmetrischen, sich an die Scheitel der zu bildenden Vorsprünge anschmiegenden Innenfläche herstellen und danach durch ein Elektroerosionsverfahren die Aussparungen bilden. Eventuell kann man stattdessen eine Vorsprünge und Aussparungen aufweisende Innenschale giessen und diese dann lediglich noch einer materialhebenden Nachbehandlung unterziehen. Zum Aufbringen von Überzügen auf die Innenfläche 4b der Innenschale 4 und auf die Hülsen 5 kann in bekannter Weise ein Edelgas durch einen elektrischen Lichtbogen hindurch geblasen und dem dabei erzeugten Plasmastrahl Titanhydridpulver zugeführt werden.

Dieses wird im Plasmastrahl zersetzt, so dass feine Titantröpfchen entstehen, die auf die zu überziehenden Teile aufgesprüht werden.

Wenn die Schalen 3, 4 und die Hülsen 5 noch voneinander getrennt sind und gleiche Temperaturen haben, kann der Durchmessers der zylindrischen Abschnitts der Aussenfläche 4a der Innenschale 4 zum Beispiel ein wenig grösser als der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts der Innenfläche 3b der Aussenschale 3 oder mindestens gleich dem letztgenannten Durchmesser sein. Analoges gilt für den Aussendurchmesser des zum Einstecken in die Löcher 3c, 4p bestimmten Abschnitts der Hülsen 5 und den Innendurchmesser der Löcher 3c, 4p der Schalen. Die beiden Schalen 3, 4 und die Hülsen 5 können dann gleichzeitig oder nacheinander durch Pressverbindungen miteinander verbunden werden.

Dabei kann man durch Erhitzen und/oder Abkühlen gewisser Teile dafür sorgen, dass die Aussenschale 3 beim Ineinanderpressen der Schalen eine grössere Temperatur als die Innenschale 4 hat und dass die Hülsen 5 beim Einpressen in die Löcher 3c, 4p eine kleinere Temperatur als die Schalen haben. Wenn die Schalen und Hülsen nach dem Ineinanderpressen wieder die gleichen Temperaturen haben, sitzen sie sehr fest ineinander.

In der Fig. 2 ist auch ein Knochen 9, nämlich ein Femur eines erwachsenen Menschen dargestellt. Der Knochen 9 besitzt einen länglichen, nur zum Teil gezeichneten Schaft 9a, der an seinem oberen Ende über einen Hals 9b mit einem Gelenkkopf 9c verbunden ist. Der Hals 9b ragt dabei auf eine Seite des Knochenschaftes 9 weg und ist bezüglich dessen Längsrichtung geneigt. In der Fig. 2 sind auch noch einige zur Blutversorgung des Knochens 9 dienende Blutgefässe 10 gezeichnet.

Zum Befestigen einer Gelenkkopf-Prothese 1 am und im Knochen 1 wird dessen Gelenkkopf 9c bei einer chirurgischen Operation freigelegt, ein Führungsdraht in den Gelenkkopf 9c eingesetzt und mit einem Formfräser eine Schicht des Gelenkkopfs 9c abgefräst, so dass der in der Fig. 2 ersichtliche Knochenstumpf oder Knochenzapfen entsteht. Dessen gefräste Aussenfläche ist rotationssymmetrisch zu einer nachher bei aufgesteckter Prothese 1 mit der Kappenachse 6 zusammenfallenden Achse. Der durch die gefräste Aussenfläche begrenzte Teil des Knochens ist ferner ungefähr komplementär zum Innenraum der Kappe 2.

Der Knochenstumpf hat dabei eine zylindrische Aussenfläche, deren Durchmesser vorzugsweise grösser als der Durchmesser der sich an die Scheitel der Vorsprünge 4f, 4g der Kappe 2 anschmiegenden, zylindrischen Schmiegefläche und kleiner als der Durchmesser der die tiefsten Stellen der Aussparungen 4h, 4i, 4m umhüllenden, zylindrischen Hüllfläche ist. Nach dem Fräsen der Aussenfläche des Knochens 9 fräst man mit einem hohlen Stirnfräser und mit Hilfe einer Bohrlehre ringförmige Löcher - d.h. im Vergleich zu ihrer Breite sehr tiefe Ringnuten - in den Knochen. Diese ringförmigen Löcher oder Nuten sind so bemessen, dass die Hülsen 5 satt in die hineinpassen.

Nach dieser Bearbeitung des Knochens wird die Prothese 1 auf den Knochenstumpf aufgesteckt, so dass die Kappe 2 auf der Aussenfläche des Knochenstumpfes sitzt und die Hülsen 5 in die ringförmigen Löcher oder Nuten des Knochenstumpfes hineinragen. Beim Aufstecken der Kappe 2 auf den Knochenstumpf dringen Teile der Vorsprünge 4f, 4g der Kappe in den Knochen ein und profilieren diesen, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Die Prothese sitzt deshalb und wegen der satt in die ringförmigen Löcher oder Nuten des Knochens hineinpassenden Hülsen 5 bereits unmittelbar nach der Operation ziemlich fest auf dem und im Knochen fest, ohne dass sie mit Knochenzement oder einem sonstigen Bindemittel befestigt wird.

Bei der Operation bleiben grosse Teile vom Hals 9b und Kopf 9c des natürlichen Knochens 9 und auch viele Blutgefässe erhalten, durch welche Blut in den Knochen hinein und aus diesem herausgeleitet wird. Da sich die Hülsen 5 nur bis ungefähr zur dünnsten Stelle des Halses 9b des Knochens 9 erstrecken und also nicht in dessen Schaft 9a hineinragen, bleiben dieser und alle in diesem vorhandenen, teilweise relativ grossen Blutgefässe erhalten. Die Erhaltung vieler Blutgefässe ist vorteilhaft für die Heilung des Knochens und die Bildung von neuem Knochenmaterial.

Nach einer gewissen Heilungsdauer füllt der bei der Operation durch Fräsen geformte Knochenstumpf zusammen mit dem nachgewachsenen Knochenmaterial den ganzen freien Bereich des Innenraums der Kappe 2 sowie der Hülsen 5 und insbesondere auch alle in der Innenfläche 4b der Kappe vorhandenen Aussparungen 4h, 4i, 4m sowie Löcher 5b der Hülsen 5 aus. Der Knochen wächst beim Heilen auch an der Innenfläche 4b der Innenschale 4 und den verschiedenen Flächen der Hülsen 5 an und in die Poren dieser Flächen hinein, so dass er fest an diesen Flächen haftet.

Die am Knochen 9 anhaftende Innenfläche 4b der Kappe wird durch ihre Vorsprünge 4f, 4g, 4n sowie Aussparungen 4h, 4i, 4m und durch ihre poröse Ausbildung gegenüber einer zur Kappenachse 6 rotationssymmetrischen, keine Vorsprünge und Aussparungen besitzenden, glatten, porenfreien, sich an die Innenfläche 4b anschmiegenden Bezugs-Schmiegefläche wesentlich vergrössert. Zudem haben auch die Hülsen 5 poröse, grosse Flächen, an denen der Knochen anhaftet. Diese grosse Ausbildung der Flächen der Prothese tragen wesentlich zu einer festen und dauerhaften Verbindung der Prothese mit dem Knochen bei.

Wenn ein Mensch mit der eingesetzten Prothese 1 auf seinen Beinen steht und/oder sich auf diesen bewegt, verursachen das Körpergewicht des Menschen und die allenfalls von diesem ausgeführten Bewegungen Belastungen des durch die Prothese 2 und eine nicht gezeichnete, künstliche oder natürliche Gelenkpfanne gebildeten Gelenks. Dabei entstehen insbesondere auch transversale, d.h. in einer zur Kappenachse 6 rechtwinkligen Ebene liegende Kräfte oder Kraftkomponenten, die bei gewissen Stellen der Innenfläche 4b der Kappe 2 bestrebt sind, diese und den Knochenstumpf voneinander weg zu ziehen.

Wenn die nicht gezeichnete Gelenkpfanne zum Beispiel eine ungefähr vertikal nach unten gerichtete Kraft auf die Kappe 2 ausübt, greift an der unteren Seite der Kappe 2 eine vom Knochen 9 weggerichtete, transversale Kraft oder Kraftkomponente an, die in der Fig. 4 durch einen Pfeil angedeutet und mit Ft bezeichnet ist. Diese transversale Kraft oder Kraftkomponente Ft verursacht dann Kräfte FH, welche die Vorsprünge 4f, 4g gegen die sich in den Hinterschneidungen 4k befindenden Knochenabschnitte drücken. Die Hinterschneidungen 4k tragen daher dazu bei, zu verhindern, dass transversale Kräfte oder Kraftkomponenten den an der Innenfläche 4b der Kappe haftenden und angewachsenen Knochen von der Innenfläche 4b lösen.

Die Aussparungen 4m zwischen den entlang der Kappenachse 6 aufeinanderfolgenden Vorsprüngen 4f bzw. 4g und 4n tragen insbesondere zu einer guten Übertragung von axialen, d.h. zur Kappenachse 6 parallelen Kräften oder Kraftkomponenten von der Kappe 2 auf den Knochen 9 und umgekehrt bei. Ferner sichern alle Vorsprünge 4f, 4g, 4n der Innenfläche 4b die Kappe gegen Drehungen um die Kappenachse 6 bezüglich des Knochens 9. Die um die Kappenachse 6 herum verteilten Hülsen 5 mit ihren vom Knochen durchwachsenen Löchern 5b tragen selbstverständlich sowohl zur Übertragung von transversalen wie auch von axialen Kräften von der Prothese 1 auf den Knochen 9 und umgekehrt bei und helfen insbesondere auch, Drehungen der Prothese bezüglich des Knochens um die Kappenachse 6 zu verhindern.

Die Prothese 1 bleibt daher auch bei Belastungen durch grosse sowie schnell ihre Grössen und/oder Richtungen ändernde Kräfte sowie Drehmomente fest mit dem Knochen 9 verbunden.

Ein natürlicher Gelenkkopf eines Femurs definiert eine Achse zu der er (mindestens in gesundem Zustand) mehr oder weniger rotationssymmetrisch ist. Der Hals des Femurs ist häufig nicht genau rotationssymmetrisch zu dieser Achse. Der Chirurg kann dann die Drehstellung der Prothese bezüglich der Kappenachse 6 derart festlegen, dass die Hülsen gut im Hals des Femurs Platz finden.

In der Fig. 5 ist eine Gelenkkopf-Prothese 11 gezeichnet, die zur Befestigung an einem Knochen 19, nämlich an einem Femur, mit einem relativ stark asymmetrischen Hals 19b bestimmt ist. Die Prothese 11 besitzt eine Kappe 12 mit einer Aussenschale 13 sowie einer Innenschale 14 und drei Hülsen 15. Die Kappe 12 definiert eine Kappenachse 16. Die Hülsen 15 definieren je eine Hülsenachse 17. Die Prothese 11 ist im Allgemeinen ähnlich ausgebildet wie die Prothese 1, unterscheidet sich jedoch von dieser dadurch, dass die Hülsen 15 und Hülsenachsen 17 ungleichmässig um die Kappenachse 16 herum verteilt sind und eventuell auch unterschiedliche Abstände von dieser haben.

Dies ermöglicht, die Prothese 11 derart am und im Knochen 9 zu befestigen, dass die in den Hals 19b hineinragenden Teile aller Hülsen 19 im Querschnitt von einer ausreichend dicken Schicht von Knochenmaterial umschlossen sind.

Die in der Fig. 6 gezeichnete Gelenkkopf-Prothese 21 besitzt eine Kappe 22, die eine Aussenschale 23 sowie eine Innenschale 24 besitzt, eine Kappenachse 26 definiert und ähnlich ausgebildet ist wie die Kappe 12. Die Prothese 21 unterscheidet sich von der Prothese 1 dadurch, dass sie nur zwei Hülsen 25 besitzt. Diese definieren Hülsenachsen 27, welche zum Beispiel mit der sich zwischen ihnen befindenden Kappenachse 26 in einer gemeinsamen Ebene liegen, eventuell verschiedene Abstände von der Kappenachse und eventuell verschiedene Aussendurchmesser haben. Die Hülsen finden dann gut in dem in der Fig. 8 gezeichneten, stark asymmetrischen Hals 29b eines Knochens 29 Platz.

In den Fig. 7 und 8 ist ein Teil der Kappe 32 einer Gelenkkopf-Prothese 31 gezeichnet. Die Kappe 32 besitzt eine Aussenschale 33 und eine Innenschale 34. Die Aussenschale 33 hat eine kalottenförmige Aussenfläche 33a. Die Innenschale 34 hat eine Innenfläche 34b. Diese besitzt einen Mantelabschnitt 34c mit einer zylindrischen Schmiegefläche. Der Mantelabschnitt 34c hat entlang seinem Umfang verteilte, zur Kappenachse 3b parallele Reihen von Vorsprüngen 34f. Jeder Vorsprung 34f ist einer zur Kappenachse parallelen Blickrichtung etwa ringförmig und/oder C-förmig und hat ein durchgehendes Loch 34g, nämlich eine Bohrung. Jedes Loch 34g hat und/oder definiert eine Lochachse, die in einer durch die Kappenachse verlaufende Ebene liegt und nämlich parallel zur Kappenachse 3b ist.

Die Lochachse von jedem Loch 34g bildet dementsprechend einen mindestens ungefähr rechten Winkel mit einer Normalen des sich am nächsten beim betreffenden Loch befindenden Abschnitts der Aussenfläche 33a und auch mit einer Normalen des sich am nächsten beim betreffenden Loch befindenden Abschnitts einer zur Kappenachse 3b rotationssymmetrischen, zylindrischen sich an die Scheitel der Vorsprünge 34f anschmiegenden Schmiegefläche. Zwischen jeweils zwei entlang dem Umfang der Kappe aufeinanderfolgenden Vorsprüngen 34f ist eine Aussparung 34i vorhanden. Jede Aussparung 34i besitzt bei den an einen Vorsprung 34f angrenzenden Seiten ihres Grundes eine kleine Hinterschneidung 34k, so dass also der Grundabschnitt jeder Aussparung 34i im Querschnitt mehr oder weniger schwalbenschwanzförmig ist.

Soweit vorgängig nichts anderes geschrieben wurde, kann die Prothese 31 ähnlich wie eine der Prothesen 1, 11, 21 ausgebildet sein und insbesondere auch Hülsen mit einem perforierten Mantel aufweisen.

Wenn eine Prothese 31 an einen in der Fig. 8 mit 39 bezeichneten Knochen, nämlich einen Femur, befestigt wird, kann der Knochen 39 spätestens bei seiner Heilung in die Hinterschneidungen 34k eingreifen und insbesondere auch durch die Löcher 34g hindurchwachsen. Die in die Hinterschneidungen 34k eingreifenden und die Löcher 34g durchdringenden Knochenabschnitte, sichern den Knochen 39 auch bei grossen und/oder ihre Grösse und Richtung schnell ändernden Transversalkräften wirkungsvoll gegen ein Ablösen von der Innenfläche 34b der Kappe 32. Im übrigen hat die Prothese 31 ähnliche Eigenschaften wie die Prothese 1.

Die zum Teil in der Fig. 9 ersichtliche Gelenkkopf-Prothese 41 besitzt wiederum eine Kappe 42 mit einer Aussenschale 43 sowie einer Innenschale 44. Die Innenfläche 44b der Innenschale hat wiederum einen Abschnitt mit einer zylindrischen Schmiegefläche, der wie bei der Prothese 31 mit ringförmigen Vorsprüngen 44f mit einem Loch 44g versehen ist. Zwischen jedem Paar von einander im Querschnitt benachbarten Vorsprüngen ist eine Aussparung 44i vorhanden. Jeder Vorsprung 44f hat in seinem an den Grund einer Aussparung 44i anstossenden Bereich ebene Aussenflächenabschnitte, die im Querschnitt zum Inneren der Kappe hin relativ stark voneinander weg geneigt sind. Der an den Grund einer Aussparung 44i anstossende Abschnitt von dieser ist daher im Querschnitt schwalbenschwanzförmig und besitzt zwei ausgeprägte Hinterschneidungen 44k, in die ein Knochen 49 eingreifen kann.

Die Gelenkkopf-Prothese 51 gemäss der Fig. 10 besitzt eine Kappe 52 mit einer Aussenschale 53 und einer Innenschale 54. Deren Innenfläche 54b besitzt zum Beispiel Vorsprünge 54f, 54g und 54n, die etwa gleich ausgebildet sind wie die Vorsprünge 4f bzw. 4g bzw. 4n der Prothese 1. Die Prothese 51 besitzt jedoch nur eine einzige Hülse 55, die koaxial zur Kappenachse angeordnet ist und einen perforierten Mantel hat. Die Hülse kann an einem Knochen 49 befestigt werden, der in der Fig. 10 - analog wie der Knochen 9 in der Fig. 3 - im Zustand unmittelbar nach der Operation gezeichnet ist.

Die Fig. 11, 12 und 13 zeigen einen Knochen 69, nämlich einen menschlichen Femur, der zur Untersuchung seiner Deformation durch Belastungen einer Leiche eines erwachsenen Mannes entnommen wurde. Der Knochen 69 befindet sich in der Fig. 11 in seinem natürlichen Zustand, in dem er einen Schaft 69a, einen Hals 69b und einen natürlichen, unveränderten Gelenkkopf 69c besitzt. Der Gelenkkopf 69c definiert eine durch ihn und den Hals 69b verlaufende Achse 70, zu welcher der Gelenkkopf mehr oder weniger genau rotationssymmetrisch ist und die mit dem Schaft 69b oder - genauer gesagt - mit dessen Längsrichtung oder Längsachse einen zum Beispiel etwa 120 DEG bis 130 DEG betragenden Winkel bildet. Der Knochen 69 wurde für die Untersuchung der Deformation ungefähr in der Stellung angeordnet, die er bei einem aufrecht stehenden Menschen einnimmt.

Der Knochen wurde an seinem unteren Ende abgestützt sowie fixiert und beim Gelenkkopf 69c mit einer vertikal nach unten gerichteten Kraft F belastet. Die letztere ist dementsprechend mehr oder weniger parallel zum Schaft 69a und bildet mit Achse 70 einen ungefähr 45 DEG bis 60 DEG betragenden Winkel. Der Knochen 69 wird durch die Kraft F elastisch deformiert und insbesondere gebogen, wobei der Gelenkkopf nach unten geschwenkt wird. Bei den Untersuchungen wurde unter anderem die zur Kraft F parallele Auslenkung S des Gelenkkopfes 69c gemessen. Die sich in Abhängigkeit der Kraft F ergebende Auslenkung S des natürlichen Gelenkkopfes 69c ist in dem in der Fig. 14 ersichtlichen Diagramm durch die Kurve 91 dargestellt.

Nach der Untersuchung des natürlichen Knochens 69 wurde dieser derart bearbeitet, dass die in der Fig. 12 ersichtliche, erfindungsgemässe Gelenkkopf-Prothese 71 auf den Knochen aufgesteckt werden konnte. Die für die Deformationsuntersuchung benutzte Prothese 71 besass eine Kappe und nur eine einzige an dieser befestigte Hülse und war also im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die in der Fig. 10 gezeichnete Prothese 51. Nach dem Aufstecken der Prothese 71 fiel deren Kappenachse 76 mindestens annähernd mit der Achse 70 des Gelenkkopfes 69c zusammen.

Da der einer Leiche entnommene Knochen 69 selbstverständlich nicht mehr durch Nachbildung von Knochenmaterial mit der Prothese verwachsen konnte, wurde die Bildung von neuem Knochenmaterial durch das Anbringen eines Bindemittels simuliert, das die Aussparungen der Innenfläche der Kappe und die Löcher der Hülse mehr oder weniger ausfüllte. Die sich bei einer derartigen Befestigung der erfindungsgemässen Prothese 71 ergebende Auslenkung S ist in der Fig. 14 durch die Kurve 92 dargestellt.

Nach der Untersuchung des mit der Prothese 71 versehenen Knochens 69 wurde dessen Kopf 69c und Hals 69b vom Schaft 69a abgeschnitten und der letztere mit einem Loch versehen. Danach wurde die in der Fig. 13 ersichtliche, nicht erfindungsgemässe Gelenkkopf-Prothese 81 im Knochen 69 befestigt. Die Prothese 81 ist in der bereits in der Einleitung beschriebenen Art ausgebildet, besitzt einen vollen Gelenkkopf und einen abgewinkelten oder abgebogenen Schaft oder Dorn, der im Schaft 69a des Knochens 69 einzementiert wurde. Die sich beim Angreifen einer Kraft F am Gelenkkopf der Prothese 81 ergebende Auslenkung S ist in der Fig. 14 durch die Kurve 93 dargestellt.

Bei den verschiedenen Deformationsuntersuchungen wurde die Auslenkung S für Kräfte F mit Werten von Null bis 2000 N gemessen. In diesem Kraftbereich wird der Knochen 69 im Wesentlichen elastisch deformiert. Die für den vollständig natürlichen Knochen 94 und für den Knochen mit der erfindungsgemässen Prothese 71 gemessenen Auslenkungen sind gemäss den Kurven 91 und 92 im ganzen untersuchten Kraftbereich bei gleicher Kraft fast gleich. Gemäss den Kurven 91 und 92 steigt die Auslenkung beim vollständig natürlichen Knochen und bei dem mit einer erfindungsgemässen Prothese 71 versehenen Knochen vom Nullpunkt an zuerst relativ steil an. Die Steigungen der beiden Kurven 91, 92 und die diesen zugeordneten Differentialquotienten dS/dF der Auslenkung S nach der Kraft F nehmen bei von Null an wachsender Kraft zuerst ungefähr stetig ab.

Wenn die Kraft F einen Wert von etwa 400 N oder 500 N übersteigt, bleiben die Steigungen der Kurven 91, 92 bzw. die Differentialquotienten dann bis zu einer Kraft von 2000 N fast konstant. Der Differentialquotient dS/dF ist bei beiden Kurven 91, 92 bei Kräften zwischen 500 N und 1000 N wesentlich kleiner als bei Kräften zwischen 0 und 100 N und beträgt bei Kräften zwischen 500 N und 1000 N höchstens 70% und nämlich sogar nur höchsten 50% des sich bei Kräften bis höchstens 100 N ergebenden Differentialquotienten.

Wenn der Knochen 69 dagegen mit der nicht erfindungsgemässen Prothese 81 versehen ist, ändert die Auslenkung S gemäss der Kurve 93 im ganzen untersuchten Bereich annähernd linear mit Kraft, so dass der Differentialquotient dS/dF von 0 bis 2000 N praktisch konstant ist. Ferner ergibt sich dann im ganzen Kraftbereich eine deutlich kleinere Auslenkung als bei einem vollständig natürlichen Knochen und bei einem Knochen mit einer erfindungsgemässen Prothese. Die Deformationseigenschaften und die Biegesteifigkeit eines Knochens werden also durch eine erfindungsgemässe Prothese 71 viel weniger verändert als durch eine nicht erfindungsgemässe Prothese 81.

Falls eine erfindungsgemässe Prothese in einem Ausnahmefall - zum Beispiel wegen einer krankheitsbedingten Schädigung des Gelenkkopfes und Halses des Knochens oder wegen eines Fehlers bei der Operation oder aus einem anderen Grund - im Knochen nicht ausreichend fest hält, besteht übrigens noch die Möglichkeit, den ganzen Gelenkkopf sowie Hals des Knochens abzuschneiden und eine nicht erfindungsgemässe Prothese 81 am verbleibenden Teil des Knochens zu befestigen. Wenn zuerst sogleich eine nicht erfindungsgemässe Prothese 81 eingesetzt wird und diese dann nicht hält, ist es dann oft schwierig und nur mit einem Verlust von noch mehr natürlichem Knochenmaterial möglich, eine andere Prothese am Knochen zu befestigen.

Die erfindungsgemässen Prothesen können noch auf andere Arten geändert werden. Man kann insbesondere Merkmale der verschiedenen, in den Fig. 1 bis 10 ersichtlichen Prothesen miteinander kombinieren und zum Beispiel auch bei einer Prothese mit ringförmigen Vorsprüngen 34f oder 44f nur eine Hülse vorsehen.

Ferner kann die Innenfläche der Kappe anstelle eines im Allgemeinen zylindrischen Abschnitts oder zusätzlich zu einem solchen einen im Allgemeinen leicht konischen, sich zum Rand der Kappe hin erweiternden Abschnitt mit Vorsprüngen haben. Die Scheitel der letzteren können dann eine konische Schmiegefläche definieren. Falls die Vorsprünge ringförmig sind, können die Achsen ihrer Löcher dann durch Schnittlinien von durch die Kappenachse verlaufenden Ebenen mit einer konischen Fläche gebildet sein.

Des Weiteren können die Aussenflächen der Mäntel der Hülsen eventuell auch noch mit entlang dem Umfang der Hülsen und entlang der Hülsenachse verteilten Vorsprüngen und/oder Aussparungen versehen sein.

Claims

1. Gelenkkopf-Prothese mit einer Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52), die eine kalottenförmige Aussenfläche (3a, 33a) und eine zum Befestigen an einem Knochen (9, 39, 49, 59, 69), insbesondere einem Femur, bestimmte Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) mit entlang ihrem Umfang verteilten Vorsprüngen (4f, 4g, 4n, 34f, 44f) und/oder Aussparungen (4h, 4i, 34i, 44i) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei einigen Vorsprüngen (4f, 4g, 4n, 34f, 44f) und/oder Aussparungen (4h, 4i, 34i, 44i) Hinterschneidungen (4k, 34k, 44k) und/oder Löcher (34g, 44g) mit einer Lochachse vorhanden sind, die mit einer Normalen eines sich am nächsten beim betreffenden Loch (34g, 44g) befindenden Abschnitts einer sich an die Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) anschmiegenden, bezüglich einer Kappenachse (6, 36, 76) rotationssymmetrischen Schmiegefläche einen Winkel bildet.

2.

Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) einen Mantelabschnitt besitzt, der eine zylindrische und/oder eine konische Schmiegefläche definiert und dass mindestens bei diesem Mantelabschnitt der Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) Hinterschneidungen (4k, 34k, 44k) und/ oder Löcher (34g, 44g) vorhanden sind, wobei die letzteren vorzugsweise durch Vorsprünge (34f, 44f) durchgehend sind.

3. Prothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Aussparungen (4i, 34i, 44i) vorhanden sind, von denen mindestens ein Abschnitt im Querschnitt ungefähr schwalbenschwanzförmig ist.

4.

Prothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Dorn, der ein starr mit der Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) verbundenes Ende hat und durch einen von der Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) umschlossenen Kappen-Innenraum hindurch aus der Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) herausragt.

5. Prothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens noch ein anderer Dorn vorhanden ist, der ein starr mit der Kappe (2, 12, 22, 32, 42) verbundenes Ende hat und durch den Kappen-Innenraum hindurch aus der Kappe (2, 12, 22, 32, 42) herausragt, und dass die Dorne zueinander parallele Achsen (7, 17, 27) haben.

6.

Prothese nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. jeder Dorn aus einer Hülse (5, 15, 25, 55) besteht, die an ihrem aus der Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) herausragenden Ende offen ist und einen perforierten Mantel (5a) hat, der vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch ist und auf seiner Aussenseite eventuell entlang seinem Umfang verteilte Vorsprünge und/oder Aussparungen hat.

7.

Prothese nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Befestigung an einem Knochenstumpf vorgesehen ist, der von einem Schaft (9a, 69a) des Femurs eines Menschen auf eine Seite des Schaftes (9a, 69a) hin wegragt, dass die Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) und der bzw. jeder Dorn derart ausgebildet sind, dass bei am Knochenstumpf befestigter Prothese eine ungefähr parallel zur Längsrichtung des Schaftes (9a, 69a) auf die Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) ausgeübte Kraft, die Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) derart auslenkt, dass der Differentialquotient der parallel zur Kraft gemessenen Auslenkung der Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) nach der Kraft bei einer 500 N bis 1000 N betragenden Kraft höchstens 70% und beispielsweise höchstens 50% des Differentialquotienten bei einer höchstens 100 N betragenden Kraft ist, wobei die Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) und der bzw.

jeder Dorn vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass der Differentialquotient bei von Null an zunehmender Kraft zuerst annähernd gleich wie bei einem menschlichen Femur mit einem natürlichen Gelenkkopf (9c, 69c) ausgehend von einem Anfangswert zuerst ungefähr stetig abnimmt und dann einen ungefähr konstanten Wert hat.

8.

Prothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) ein ihre Aussenfläche (3a, 33a) bildendes Aussenmaterial und ein anderes, mindestens den die Vorsprünge (4f, 4g, 4n, 34f, 44f) und/oder Aussparungen (4h, 4i, 34i, 44i) aufweisenden Teil ihrer Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) bildendes Innenmaterial aufweist, dass das Aussenmaterial bei gleicher Oberflächenbeschaffenheit einen kleineren Reibungskoeffizienten für die gleitende Reibung hat als das Innenmaterial und dass das Letztere bei gleicher Oberflächenbeschaffenheit eine festere Haftverbindung mit dem Knochen (9, 39, 49, 59, 69) ermöglicht als das Aussenmaterial, wobei das Aussenmaterial zum Beispiel aus einer als Hauptbestandteile Kobalt aufweisenden Legierung oder aus Keramik besteht,

wobei das Innenmaterial zum Beispiel mindestens im Wesentlichen aus Titan oder einer Titanlegierung oder Tantal oder Zirkon besteht, wobei zum Beispiel mindestens der grösste Teil der Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) porös ist und wobei das Aussenmaterial zum Beispiel eine Aussenschale (3, 13, 23, 33, 43, 53) bildet und das Innenmaterial zum Beispiel eine durch eine Press- und/oder Schweissverbindung mit der Aussenschale (3, 13, 23, 33, 43, 53) verbundene Innenschale (4, 14, 24, 34, 44, 54) bildet oder an der Aussenschale (3, 13, 23, 33, 43, 53) angesintert ist.

9.

Gelenkkopf-Prothese mit einer Kappe (2, 12, 22, 32, 42), die eine kalottenförmige Aussenfläche (3a, 33a) und eine zum Befestigen an einem Knochen (9, 39, 49), insbesondere einem Femur, bestimmte Innenfläche (4b, 34b, 44b) mit entlang ihrem Umfang verteilten Vorsprüngen (4f, 4g, 4n, 34f, 44f) und/oder Aussparungen (4h, 4i, 34i, 44i) besitzt, und mit einem zum Befestigen im Knochen (9, 39, 49) bestimmten Dorn, der ein starr mit der Kappe (2, 12, 22, 32, 42) verbundenes Ende hat und durch einen von der Innenfläche (4b, 34b, 44b) der Kappe (2, 12, 22, 32, 42) umschlossenen Kappen-Innenraum hindurch aus dieser herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens noch ein anderer Dorn vorhanden ist, der ein starr mit der Kappe (2, 12, 22, 32, 42) verbundenes Ende hat und durch den Kappen-Innenraum hindurch aus der Kappe (2, 12, 22, 32, 42) herausragt, und dass die Dorne gerade,

zueinander parallele Achsen (7, 17, 27) haben.

10. Gelenkkopf-Prothese mit einer Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52), die eine kalottenförmige Aussenfläche (3a, 33a) und eine zum Befestigen an einem Knochen (9, 39, 49, 59, 69), insbesondere einem Femur, bestimmte Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (2, 12, 22, 32, 42, 52) ein ihre Aussenfläche (3a, 33a) bildendes Aussenmaterial und ein anderes, mindestens den grössten Teil ihrer Innenfläche (4b, 34b, 44b, 54b) bildendes Innenmaterial aufweist.