DE102010028430A1

DE102010028430A1 - Implantat als Knochenersatz mit einer seine Oberfläche zumindest teilweise bedeckenden offenmaschigen, dreidimensionalen Raumnetzstruktur

Info

Publication number: DE102010028430A1
Application number: DE102010028430A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ing. Grundei Hans
Original assignee: S&G Implants GmbH
Current assignee: ESKA MEDICAL PRODUKTION LUEBECK GMBH KURZ ESKA, DE; GRUNDEI, HANS, DR. - ING., DE
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-03
Anticipated expiration: 2030-05-01
Also published as: DE102010028430B4

Abstract

Es wird ein Implantat als Knochenersatz mit einer seine Oberfläche zumindest teilweise bedeckenden offenmaschigen, dreidimensionalen Raumnetzstruktur (2) mit einer Maschenweite zwischen 1,5 mm bis 6 mm, die gebildet ist aus diskreten Partikeln (3), die miteinander verschränkt oder zueinander gekreuzt angeordnet sind und mit einer Basisstruktur (1) des Implantates verbunden sind, angegeben. Zumindest Teile der Oberfläche des Implantates weisen eine aufgebrachte Titan-Plasma-Schicht (8) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Implantat als Knochenersatz mit einer seine Oberfläche zumindest teilweise bedeckenden offenmaschigen, dreidimensionalen Raumnetzstruktur mit einer Maschenweite zwischen 1,5 mm bis 6 mm, die gebildet ist aus diskreten Partikeln, die miteinander verschränkt oder zueinander gekreuzt angeordnet sind und mit einer Basisstruktur des Implantates verbunden sind. Ein derartiges Implantat ist ansatzweise bekannt aus der DE 195 43 530 oder auch aus der DE 41 06 971 in Form eines nach dem darin beschriebenen Verfahren hergestellten Implantates. Im letztgenannten Fall weisen die Partikel einen Grundkörper mit von diesem radial abgehenden vier bis acht Zapfen auf, von denen wenigstens drei mit dem Basismodell verhaftet werden. Im erstgenannten Fall bilden die Enden der zumindest frei von der Basisstruktur abragenden Zapfen Hinterschnitte aus und weisen eine nach außen hin abgerundete Oberfläche auf. Im Zusammenhang mit diesen bekannten Implantaten tritt folgendes Problem auf:
Zwar können Knochentrabekel in die dreidimensionale Raumnetzstruktur einwachsen und somit eine Sekundärfixation des Implantates im Knochen ermöglichen. Ihre Oberflächen jedoch sind mehr oder weniger glatt, insbesondere wenn sie zusätzlich mit Titan-Niob beschichtet sind. Dadurch werden osteoinduktive Prozesse zwar nicht unterbunden, aber das Einheilen des umgebenden Knochenmaterials in die dreidimensionalen Raumnetzstrukturen wird dadurch aber auch nicht beschleunigt.
Vor diesem Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Implantat der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die osteoinduktiven Prozesse gefördert werden, so dass ein Ein- und Hindurchwachsen von Knochenmaterial in bzw. durch die dreidimensionalen Raumnetzstrukturen in wesentlich kürzerer Zeit vonstatten geht als bei den bekannten Implantaten mit Raumnetzstrukturen auf ihrer Oberfläche.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Implantat mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demgemäß ist eine auf zumindest Teile der Oberfläche des Implantates aufgebrachte Titan-Plasma-Schicht vorgesehen.
Der Hintergrund hierfür ist folgender: Bedingt durch den – im Vergleich zur zementierten Version eines Implantates – geringeren Knochenverlust bei der Implantation, werden Endoprothesen seit den siebziger Jahren des letzten Jahrhunderts zunehmend zementfrei implantiert. Insbesondere bei jüngeren Patienten mit steigender Lebenserwartung ist im Hinblick auf eine spätere mögliche Revision der Prothese die zementfreie Implantationstechnik heute weit verbreitet. Wichtiger Erfolgsfaktor bei diesem Verfahren ist die stabile Osteointegration, die vorrangig von der Oberflächenstruktur und -chemie sowie von einer guten Primärstabilität des Implantates abhängig ist. Erfahrungen zeigen, dass Knochenzellen direkt an biokompatible Werkstoffe wie Titan heranwachsen, wenn ihnen eine strukturiere Oberfläche mit günstiger Porengröße zur Verfügung steht.
Viele unterschiedliche Verfahren bei der Gestaltung der knochenseitigen Oberflächen erbrachten, was die Dauerfestigkeit des Implantates angeht, nicht den gewünschten Erfolg. So verringert sich zum Beispiel beim Aufsintern von Titankugeln und der damit verbundenen thermischen Belastung die Dauerfestigkeit von Implantaten mit Titan um etwa 1/3. Bei korundgestrahlten Oberflächen wurde in Folge der Kerbwirkung sogar eine Verringerung von bis zu 2/3 beobachtet.
Demgegenüber wird beim Aufbringen poröser Strukturen im Titan-Plasma-Spritzverfahren die Verringerung der Dauerfestigkeit in einem vertretbaren Rahmen gehalten. Mit diesem Verfahren lässt sich eine fest haftende Reintitanschicht auf das Implantat aufbringen, die dem Knochen eine geeignete Oberfläche zum An- und Einwachsen bietet.
Während also die makroporöse Titan-Plasma-Schicht für eine gute Primärstabilität sorgt und die osteoinduktiven Prozesse fördert, bieten die offenmaschigen, dreidimensionalen Raumnetzstrukturen die Voraussetzung für eine stabile Sekundärfixation. Aufgrund der das osteoinduktive Verhalten fördernden makroporösen Oberfläche der Titan-Plasma-Schicht gelangt Knochenmaterial schneller in die für die Sekundärfixation benötigten Raumnetzstrukturen. Die Erfindung liegt also in der Kombination der makroporösen Titan-Plasma Oberfläche mit den zum Implantatkern tiefer liegenden dreidimensionalen Raumnetzstrukturen.
Zur Begrifflichkeit der Titan-Plasma-Schicht bleibt zu bemerken, dass hierdurch die Art und Weise des Aufbringens des Titans auf das Implantat angesprochen ist, wenn also das Titan als Plasma auf die Implantatoberfläche gesprüht wird. Nach Durchlaufen dieses Verfahrensschrittes befindet sich das Reintitan natürlich nicht als Plasma sondern in metallischer Form auf der Implantatoberfläche.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der die Titan-Plasma-Schicht insbesondere auf und in die dreidimensionale Raumnetzstruktur auf- bzw. eingebracht ist, derart, dass die Partikel vollständig mit der Titan-Plasma-Schicht beschichtet sind.
Es wird bevorzugt, wenn die Schichtdicke des Titan-Plasmas 20 μm bis 800 μm beträgt.
Die Rauhigkeit (R_a) der Titan-Plasma-Schicht liegt bevorzugter Weise im Bereich von 3,5 μm bis 80 μm. Um eine ausreichende Primärfixation zu ermöglichen, hat sich eine Mindestrauhigkeit von 3,5 μm als förderlich erwiesen.
Bevorzugt wird eine Titan-Plasma-Schicht, die an ihrer Oberfläche Poren mit einer Porengröße im Bereich 45 μm bis 300 μm aufweist. Es konnte eine gute Infiltration mineralisierten Knochens in die Struktur einer Gelenkprothese bei diesen Porengrößen nachgewiesen werden. Bereits in Poren zwischen ca. 45 μm bis 100 μm ist eine Vaskularisation mit Bildung eines unmineralisierten Knochens zu beobachten.
Die Porosität der Titan-Plasma-Schicht liegt vorzugsweise im Bereich von 20% bis 40%. Bei einer Porosität von unterhalb 20% sind kein Durchwachsen und keine Durchblutung gegeben, während über 60% ein unvollständiges Einwachsen in die Poren erfolgt.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei zeigt
1 ein schematisierte Ansicht eines Implantates in Form eines Hüftstiels mit einer seine Oberfläche teilweise bedeckenden offenmaschigen, dreidimensionalen Raumnetzstruktur, und
2 schematisch ein Partikel auf der Oberfläche der Basisstruktur des Implantates.
Als Ausführungsbeispiel ist in 1 ein Implantat in Form eines Hüftstiels gezeigt, welches eine Basisstruktur 1 als massiven Kern aufweist. Mit dem Steckkonus 7 ist ein Kugelgelenkkopf (nicht dargestellt) koppelbar.
Ein Teil der Oberfläche der Basisstruktur 1 ist bedeckt durch eine offenmaschige, dreidimensionale Raumnetzstruktur 2, deren offener Raum zwischen 70% und 80% betragen sollte, und die aus einer Anzahl von verschränkten oder zueinander gekreuzt angeordneten Partikeln 3 besteht.
Angedeutet ist auch eine Titan-Plasma-Schicht 8, mit welcher vorliegend die dreidimensionale Raumnetzstruktur 2 beschichtet ist. Diese Titan-Plasma-Schicht 8 kann auch über die ganze Länge des Hüftstiels, also auch an den Stellen der Basisstruktur 1, an denen keine Raumnetzstruktur 2 aufgebracht worden ist, vorhanden sein, mit Ausnahme des Steckkonus 7.
Ein Partikel 3 ist in 2 schematisch dargestellt. Eine Vielzahl derartiger Partikel 3 bildet die dreidimensionale Raumnetzstruktur 2. Jedes der Partikel 3 weist einen zentralen Schaft 4 auf, von dessen Mitte vier Arme nach außen ragen, welche mit wulstförmigen Verdickungen 6 und 6' abgeschlossen sind. Die Beschichtung mit Titan-Plasma ist schematisch dargestellt unter der Bezugsziffer 8. Die Beschichtung erfolgt so, dass das Partikel 3 vollständig mit der Titanschicht beschichtet ist, deren Oberfläche makroporös ist und demzufolge die osteoinduktiven Prozesse günstig beeinflusst, derart, dass Knochenmaterial wesentlich schneller in die offenen Maschen einwachsen kann, welche durch die Verschränkung oder Kreuzung mehrerer Partikel 3 in der Raumnetzstruktur 2 ausgebildet sind. Wie schon erwähnt, dient die makroporöse Oberfläche der Titan-Plasma-Schicht der Förderung der osteoinduktiven Prozesse sowie zur stabilen Primärfixation des Implantates im Knochen. Für die Sekundärfixation sorgt dann in die Maschen einwachsendes Knochenmaterial
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19543530 [0001]
DE 4106971 [0001]

Claims

Implantat als Knochenersatz mit einer seine Oberfläche zumindest teilweise bedeckenden offenmaschigen, dreidimensionalen Raumnetzstruktur (2) mit einer Maschenweite zwischen 1,5 mm bis 6 mm, die gebildet ist aus diskreten Partikeln (3), die miteinander verschränkt oder zueinander gekreuzt angeordnet sind und mit einer Basisstruktur (1) des Implantates verbunden sind, gekennzeichnet durch, eine auf zumindest Teile der Oberfläche des Implantates aufgebrachte Titan-Plasma-Schicht (8).
Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Titan-Plasma-Schicht (8) insbesondere auf und in die dreidimensionale Raumnetzstruktur (2) auf- bzw. eingebracht ist, derart, dass die Partikel (3) vollständig mit der Titan-Plasma-Schicht (8) beschichtet sind.
Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Titan-Plasmas (8) 20 μm bis 800 μm beträgt.
Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Titan-Plasma-Schicht (8) eine Rauhigkeit (R_a) im Bereich von 3,5 μm bis 80 μm aufweist.
Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Titan-Plasma-Schicht (8) an ihrer Oberfläche Poren mit einer Porengröße im Bereich von 75 μm bis 300 μm aufweist.
Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Titan-Plasma-Schicht (8) eine Porosität im Bereich von 20%–40% aufweist.