DE10159677B4

DE10159677B4 - Endoprothetische Hüftgelenkpfanne

Info

Publication number: DE10159677B4
Application number: DE10159677A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. Fritzsche (FH); Thomas Dipl.-Ing. Hermle (FH)
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: DE20119715U1; DE10159677A1

Abstract

Endoprothetische Hüftgelenkpfanne mit einer einen nach unten offenen Innenraum aufweisenden Außenschale, einem in den Innenraum der Außenschale eingesetzten Ring, der in der Außenschale fixiert ist, und mit einem in den Ring einsetzbaren, eine kugelige Gelenkfläche aufweisenden Gelenkeinsatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkeinsatz (13) aus einem geringfügig verformbaren Kunststoffmaterial besteht und daß der Ring (6) an seiner Oberseite eine den Innenraum (12) des Ringes (6) überfangende Stützfläche (20, 21) aufweist, die bei in den Ring (6) eingesetztem Gelenkeinsatz (13) in geringem Abstand von einer Anlagefläche (18, 17) des Gelenkeinsatzes (13) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine endoprothetische Hüftgelenkpfanne mit einer einen nach unten offenen Innenraum aufweisenden Außenschale, einem in den Innenraum der Außenschale eingesetzten Ring, der in der Außenschale fixiert ist, und mit einem in den Ring einsetzbaren, eine kugelige Gelenkfläche aufweisenden Gelenkeinsatz.

Eine Hüftgelenkpfanne mit einem zwischen Außenschale und Gelenkeinsatz angeordneten Ring ist aus der EP 0 773 007 B1 bekannt. Der zwischen Außenschale und Gelenkeinsatz angeordnete Ring dient dabei dazu, unterschiedliche Orientierungen des Gelenkeinsatzes gegenüber der Außenschale zu ermöglichen, zu diesem Zweck können die Ringe sehr unterschiedliche Geometrien aufweisen, die zwar einerseits das Einsetzen der Ringe in die Außenschale, aber andererseits eine variable Orientierung des Gelenkeinsatzes relativ zur Außenschale ermöglichen.

Die in diesen Ring eingesetzten Gelenkeinsätze können beispielsweise aus keramischem Werkstoff bestehen ( DE 295 13 694 U1 ). Derartige Gelenkeinsätze bestehen also aus einem starren Werkstoff, der keinerlei Dämpfungseigenschaften aufweist.

Andererseits sind auch Gelenkeinsätze aus Kunststoff bekannt, beispielsweise aus Polyethylen. Bei deren Verwendung hat sich jedoch gezeigt, daß bei extremer Belastung der Gelenkeinsätze der Fall eintreten kann, daß der Gelenkeinsatz plastisch verformt wird und dann an der Oberseite des Ringes unkontrolliert aus diesem austritt, dies kann im Extremfall zu Beschädigungen des Gelenkeinsatzes führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Dämpfungseigenschaften einer gattungsgemäßen Hüftgelenkpfanne zu verbessern und gleichzeitig dafür Sorge zu tragen, daß auch bei extremer Belastung des Gelenkeinsatzes keine Beschädigung desselben zu befürchten ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Hüftgelenkpfanne der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gelenkeinsatz aus einem geringfügig verformbaren Kunststoffmaterial besteht und daß der Ring an seiner Oberseite eine den Innenraum des Ringes überfangende Stützfläche aufweist, die bei in den Ring eingesetztem Gelenkeinsatz in geringem Abstand von einer Anlagefläche des Gelenkeinsatzes angeordnet ist.

Diese Anordnung ermöglicht es, den Gelenkeinsatz über die Anlagefläche an der Stützfläche abzustützen, wenn der Gelenkeinsatz extremen Belastungen ausgesetzt ist. Normalerweise ist bei dieser Konstruktion der Gelenkeinsatz in den Ring so eingesetzt, daß ein geringer Abstand zwischen Anlagefläche und Stützfläche verbleibt, so daß sichergestellt ist, daß die Festlegung des Gelenkeinsatzes am Ring durch die dafür vorgesehenen Kontaktflächen erfolgt, beispielsweise können dies konische Klemmflächen sein, wie dies auch bei der aus der EP 0 773 007 B1 bekannten Hüftgelenkpfanne der Fall ist. Es könnten aber auch an dere Befestigungsmöglichkeiten in Erwägung gezogen werden, beispielsweise ein Schraubgewinde, Bajonettverbindungen oder eingesetzte Spreng- oder Schraubringe.

Der Abstand zwischen Anlagefläche und Stützfläche ist bei eingesetztem Gelenkeinsatz und normaler Belastung zwar vorhanden, der Abstand ist aber so klein, daß er bei der geringfügigen Verformung, die bei extremer Belastung u.U. auftritt, überbrückt wird, so daß dann eine Abstützung der Anlagefläche an der Stützfläche erfolgt. Diese Verformung kann elastisch sein und daher nach Abklingen der Belastung wieder zurückgehen, die Verformung kann aber auch plastisch sein, so daß dadurch das Kunststoffmaterial des Gelenkeinsatzes in den geringfügigen Zwischenraum zwischen Anlagefläche und Stützfläche fließt und diesen ausfüllt, dadurch wird ebenfalls verhindert, daß der Gelenkeinsatz auch bei extremer Belastung übermäßig verformt wird und nach oben aus dem Ring austreten kann.

Geringfügig bedeutet also in diesem Zusammenhang, daß der Abstand zwar einerseits so groß ist, daß bei einwandfrei eingesetztem Gelenkeinsatz ohne größere Belastung keine Berührung zwischen Anlage- und Stützfläche auftritt, daß aber bei Überschreiten einer bestimmten oberen Belastungsgrenze eine solche Berührung hergestellt wird. Der Abstand kann dabei beispielsweise in der Größenordnung zwischen 0,1 und 1 mm liegen, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 0,2 und 0,5 mm.

Die Stützfläche kann die Form eines Steges oder mehrerer sich überkreuzender Stege haben, besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stützfläche die Form einer geschlossenen Haube hat, wenn also der Ring insgesamt halbschalig ausgebildet ist und daher eine ähnliche Konfiguration aufweist wie die Außenschale selbst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in der Stützfläche eine Öffnung zur Einführung eines Handhabungsinstruments angeordnet ist. Dieses Instrument kann in die Öffnung eingeführt und dann so mit dem Ring verbunden werden, daß dieser zum Einsetzen in die Außenschale oder zur Entfernung aus der Außenschale gehandhabt werden kann.

Es ist dabei günstig, wenn die Öffnung längs der Symmetrieachse der Innenfläche des Gelenkeinsatzes verläuft. Diese Innenfläche ist in der Regel halbkugelförmig ausgebildet und bezüglich deren Symmetrieachse ist die Öffnung konzentrisch angeordnet.

Die Stützfläche kann bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform einen zentralen Bereich aufweisen, der senkrecht auf der Symmetrieachse der Innenfläche des Gelenkeinsatzes steht. Dieser zentrale Bereich kann in sich gebogen sein, vorzugsweise ist er jedoch eben ausgebildet.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Stützfläche des zentralen Bereichs gegenüber außenseitig angrenzenden Bereichen der Stützfläche stufig zurückgesetzt ist. Dieser zentrale Bereich der Stützfläche bildet somit einen Rücksprung aus.

Es kann dabei weiterhin vorgesehen sein, daß die Anlagefläche des Gelenkeinsatzes einen dem stufig zurückgesetzten Bereich der Stützfläche benachbarten und von diesem einen geringen Abstand aufweisenden zentralen Vorsprung aufweist, dieser taucht also in den Rücksprung der Stützfläche ein, hält aber bei nicht allzu sehr belastetem Gelenkeinsatz einen geringen Abstand von dieser ein. Damit kann insbesondere bei einer plastischen Verformung des Kunststoffmaterials des Gelenkeinsatzes die Ausbreitung des Kunststoffmaterials auf diesen Rücksprung begrenzt werden.

Es ist dabei möglich, daß dieser Rücksprung gleichzeitig auch der Aufnahme eines Handhabungsinstrumentes dient, beispielsweise kann der Rücksprung einen Innenmehrkantquerschnitt aufweisen, z.B. einen Sechskantquerschnitt, in den formschlüssig ein Teil des Handhabungsinstrumentes eingreift, so daß in diesem Bereich eine Verdrehsicherung erfolgt.

Grundsätzlich wäre es auch möglich, den zentralen Vorsprung formschlüssig in diesen Rücksprung eingreifen zu lassen, auch dadurch ergäbe sich eine Festlegung der Orientierung des Gelenkeinsatzes in dem Ring in Umfangsrichtung.

An den zentralen Bereich der Stützfläche kann sich außenseitig ein konischer Ringbereich der Stützfläche anschließen.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen Stützfläche und Anlagefläche in deren zentralen Bereichen kleiner ist als in den außenseitig anschließenden Ringbereichen. Dies stellt sicher, daß bei einer Verformung des Gelenkeinsatzes eine Abstützung desselben zunächst im zentralen Bereich auftritt und erst bei weiterer Verformung gegebenenfalls auch in den außenseitig anschließenden Ringbereichen.

Zur Festlegung des Gelenkeinsatzes in dem Ring kann sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Innenraum des Ringes außenseitig an die Stützfläche eine konische Klemmfläche für den Gelenkeinsatz anschließen, dieser weist dann eine komplementäre außenseitige Klemmfläche auf, wobei der Konuswinkel so klein gewählt ist, daß beim Eindrücken des Gelenkeinsatzes in den Ring Selbsthemmung auftritt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

1: eine Querschnittsansicht durch ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Hüftgelenkpfanne und

2: eine Ansicht ähnlich 1 bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Hüftgelenkpfanne mit einem Zwischenring abweichender Geometrie.

Die in der Zeichnung dargestellte Hüftgelenkpfanne umfaßt eine im wesentlichen halbkugelförmige Außenschale 1 mit an der Außenseite nicht näher dargestellten Mitteln zur Verankerung dieser Außenschale 1 in einem Hüftknochen. An der höchsten Stelle der Außenschale 1 ist eine zentrale Bohrung 2 angeordnet, die an der Innenseite der Außenschale 1 in einen erweiterten Rücksprung 3 übergeht, der beispielsweise den Querschnitt eines regelmäßigen Sechskants aufweist, Bohrung 2 und Rücksprung 3 bilden eine Aufnahme für ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Handhabungsinstrument, das in die Bohrung 2 und den Rücksprung 3 form- und kraftschlüssig eingesetzt werden kann, so daß über dieses Handhabungsinstrument die Außenschale 1 in den Körper eingesetzt oder bei Bedarf auch wieder aus dem Körper herausgenommen werden kann.
Der innere Randbereich der Außenschale 1 ist bis zu deren Unterkante 4 als konische Klemmfläche 5 ausgebildet, die sich von der Unterkante 4 zur Oberseite der Außenschale 1 hin verengt, der Öffnungswinkel liegt dabei in der Größenordnung von einigen Grad, z.B. von 4 bis 7°.
In die Außenschale 1 ist ein Zwischenring 6 eingesetzt, dieser hat ebenfalls einen halbschalenförmigen Aufbau und ist in ähnlicher Weise wie die Außenschale 1 mit einer zentralen Bohrung 7 und einem sich daran anschließenden Rücksprung 8 mit einem Innenmehrkantquerschnitt, beispielsweise einem Sechskantsquerschnitt, versehen. Auch hier ist der untere Randbereich in ähnlicher Weise wie bei der Außenschale 1 mit einer von der Unterkante 9 des Zwischenringes 6 nach oben sich verengenden konischen Klemmfläche 10 versehen, der Öff nungswinkel dieser konischen Klemmfläche 10 liegt in derselben Größenordnung wie bei der konischen Klemmfläche 5. Ebenso wie bei der Außenschale 1 verläuft die zentrale Bohrung 7 konzentrisch zur Längsmittelachse des schalenförmigen Zwischenringes 6, und dasselbe gilt für den sich an die Bohrung 7 anschließenden Rücksprung 8 und die konische Klemmfläche 10.
Die Außenseite des Zwischenringes 6 ist ebenfalls mit einer ringförmigen, konischen Klemmfläche 11 versehen, die komplementär zur konischen Klemmfläche 5 der Außenschale 1 ausgebildet ist. Die Mittelachse dieser konischen Klemmfläche 11 kann konzentrisch zur Mittelachse der konischen Klemmfläche 10 verlaufen, es ist aber auch möglich, daß die Mittelachsen dieser beiden konischen Klemmflächen 10 und 11 miteinander einen Winkel einschließen, so daß die äußere konische Klemmfläche 11 gegenüber der inneren konischen Klemmfläche 10 geneigt ist.
Der Zwischenring 6 kann derart in die Außenschale 1 eingeschoben werden, daß die äußere konische Klemmfläche 10 des Zwischenringes 6 an der inneren konischen Klemmfläche 5 der Außenschale 1 zur Anlage kommt, dabei tritt in diesem Bereich Selbsthemmung ein, man erhält also eine feste Verbindung zwischen Zwischenring 6 und Außenschale 1, wenn man den Zwischenring 6 kräftig in die Außenschale 1 einschiebt. Je nach Neigung der konischen Klemmfläche 11 gegenüber der konischen Klemmfläche 10 ergibt sich dabei eine Verschwenkung des Zwischenringes 6 gegenüber der Außenschale 1. In den dargestellten Ausführungsbeispielen der 1 und 2, die im wesentli chen gleich ausgebildete Ausführungsbeispiele zeigen, unterscheiden sich diese lediglich dadurch, daß die konischen Klemmflächen 10 und 11 unterschiedlich gegeneinander geneigt sind und damit unterschiedlich orientierte Innenräume 12 des Zwischenringes 6 relativ zur Außenschale 1 gebildet werden.
In den Zwischenring 6 ist ein wiederum halbschalenförmiger Gelenkeinsatz 13 eingesetzt, der an seiner Außenseite ausgehend von der Unterkante 14 des Gelenkeinsatzes 13 eine sich nach oben hin verengende, zu der konischen Klemmfläche 10 des Zwischenringes 6 komplementäre konische Klemmfläche 15 trägt, die Ausgestaltung des Gelenkeinsatzes 13 ist dabei rotationssymmetrisch, so daß die Mittelachse der konischen Klemmfläche 15 senkrecht auf der durch die Unterkante 14 aufgespannten Ebene steht.
Der Innenraum 16 des Gelenkeinsatzes 13 ist halbkugelförmig ausgebildet und dient der Aufnahme einer in der Zeichnung nicht dargestellten Gelenkkugel des Femurs.
An die konische Klemmfläche 15 schließt sich an der Oberseite eine weitere etwa konisch oder auch geringfügig bogenförmig ausgebildete Ringfläche 17 an, die sehr viel stärker konvergiert als die konische Klemmfläche 15 und die an ihrer oberen Kante übergeht in eine ebene, senkrecht auf der Mittelachse des Gelenkeinsatzes 13 stehende Anlagefläche 18. Diese Anlagefläche 18 kann im Übergangsbereich zu der Ringfläche 17 eine Stufe 19 aufweisen, so daß sie einen Vorsprung bildet. Der Außenumfang der Anlagefläche 18 bzw. des Vorsprunges ist so gewählt, daß die Anlagefläche 18 in den Rücksprung 8 eintauchen kann, dazu kann die Außenabmessung geringer sein als die des Rücksprunges 8, es kann aber auch vorgesehen sein, daß ein im wesentlichen komplementärer Außenumfang gewählt wird, so daß die Anlagefläche 18 formschlüssig in den Rücksprung 8 eintaucht.
Der Gelenkeinsatz 13 wird fest in den Innenraum 12 des Zwischenringes 6 eingedrückt, dabei legt sich die konische Klemmfläche 15 an der konischen Klemmfläche 10 des Zwischenringes 6 an, und auch dort tritt Selbsthemmung auf, d.h. der Gelenkeinsatz 13 wird dadurch fest mit dem Zwischenring 6 verbunden. Die Abmessungen sind nun so gewählt, daß bei in dieser Weise fest mit dem Zwischenring 6 verbundenem Gelenkeinsatz 13 zwischen der Anlagefläche 18 des Gelenkeinsatzes 13 und der Bodenfläche 20 des Rücksprunges 8 ein geringfügiger Abstand verbleibt, beispielsweise in der Größenordnung zwischen 0,1 und 1 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 0,2 bis 0,5 mm.
Auch zwischen der konischen Ringfläche 17 des Gelenkeinsatzes 13 und der sich zwischen der konischen Klemmfläche 10 und dem Rücksprung 8 erstreckenden Innenwand 21 des Zwischenringes 6 ist ein Abstand eingehalten, dieser ist ebenfalls gering, aber etwas größer als der zwischen Anlagefläche 18 und Bodenfläche 20.
Durch diese Abmessungen ist sichergestellt, daß beim Einsetzen des Gelenkeinsatzes 13 in den Zwischenring 6 der Gelenkeinsatz 13 ausschließlich im Bereich der konischen Klemmfläche 15 bzw. der konischen Klemmfläche 10 mit dem Zwischenring 6 in Kontakt kommt, so daß hier eine ungestörte Konusklemmverbindung erreicht werden kann.
Bei normaler Belastung des Gelenkeinsatzes 13 wird dieser nur sehr geringfügig verformt werden, so daß ein Abstand zwischen Anlagefläche 18 einerseits und Bodenfläche 20 andererseits verbleibt. Bei extremer Belastung des Gelenkeinsatzes 13 hingegen wird dieser verformt werden, die Größe der Verformung hängt dann von den Materialeigenschaften des Gelenkeinsatzes ab, der aus Kunststoff besteht, vorzugsweise aus Polyethylen. Bei dieser Verformung wird der geringe Abstand zwischen Anlagefläche 18 und Bodenfläche 20 überbrückt, und nun kann sich der Gelenkeinsatz 13 in diesem Kontaktbereich an der Innenseite des Zwischenringes 6 abstützen. Die Abstützung erfolgt dabei zunächst nur im zentralen Bereich, also im Bereich zwischen Anlagefläche 18 und Bodenfläche 20, bei stärkerer Belastung kann eine solche Abstützung dann auch in dem sich außenseitig anschließenden Bereich erfolgen, also im Bereich zwischen Ringfläche 17 und Innenwand 21. Die Bodenfläche 20 und die Innenwand 21 bilden also eine Stützfläche für den Gelenkeinsatz 13 aus, die die Verformung des Gelenkeinsatzes bei extremer Belastung begrenzt und damit verhindert, daß der Gelenkeinsatz auch bei extremer Belastung unzulässig verformt und dadurch möglicherweise beschädigt wird. Je nach der Art der Verformung und des verwendeten Materials des Gelenkeinsatzes kann diese Verformung anschließend wieder elastisch zurückgehen oder aber dauerhaft sein.

Claims

Endoprothetische Hüftgelenkpfanne mit einer einen nach unten offenen Innenraum aufweisenden Außenschale, einem in den Innenraum der Außenschale eingesetzten Ring, der in der Außenschale fixiert ist, und mit einem in den Ring einsetzbaren, eine kugelige Gelenkfläche aufweisenden Gelenkeinsatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkeinsatz (13) aus einem geringfügig verformbaren Kunststoffmaterial besteht und daß der Ring (6) an seiner Oberseite eine den Innenraum (12) des Ringes (6) überfangende Stützfläche (20, 21) aufweist, die bei in den Ring (6) eingesetztem Gelenkeinsatz (13) in geringem Abstand von einer Anlagefläche (18, 17) des Gelenkeinsatzes (13) angeordnet ist.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (20, 21) durch eine geschlossene Haube des Ringes (6) gebildet wird.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stützfläche (20, 21) eine Öffnung (7) zur Einführung eines Handhabungsinstrumentes angeordnet ist.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (7) längs der Symmetrieachse der Innenfläche des Gelenkeinsatzes (13) verläuft.
Hüftgelenkpfanne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche einen zentralen Bereich (20) aufweist, der senkrecht auf der Symmetrieachse der Innenfläche des Gelenkeinsatzes (13) steht.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche des zentralen Bereichs (20) gegenüber außenseitig angrenzenden Bereichen (21) der Stützfläche stufig zurückgesetzt ist.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche des Gelenkeinsatzes (13) einen dem stufig zurückgesetzten Bereich (20) der Stützfläche benachbarten und von diesem einen geringen Abstand aufweisenden zentralen Vorsprung (18) aufweist.
Hüftgelenkpfanne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Anlagefläche (18) von der Stützfläche (20) bei eingesetztem Gelenkeinsatz (13) zwischen 0,1 und 1 mm liegt.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Anlagefläche (18) von der Stützfläche (20) bei eingesetztem Gelenkeinsatz (13) zwischen 0,2 und 0,5 mm liegt.
Hüftgelenkpfanne nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den zentralen Bereich (20) der Stützfläche außenseitig ein konischer Ringbereich (21) der Stützfläche anschließt.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Stützfläche und Anlagefläche in deren zentralen Bereichen (18, 20) kleiner ist als in den außenseitig anschließenden Ringbereichen (17, 21).
Hüftgelenkpfanne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Innenraum (12) des Ringes (6) außenseitig an die Stützfläche (20, 21) eine konische Klemmfläche (10) für den Gelenkeinsatz (13) anschließt.
Hüftgelenkpfanne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (10) des in die Außenschale (1) eingesetzten Rings (6) bei verschiedenen Ringen (6) relativ zu der Außenschale (1) unterschiedlich angeordnet ist.