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Die vorliegende Erfindung betrifft ein oberflächenprofilierter Gitterkörper insbesondere in Form eines Knochenimplantats, beispielsweise ein Acetabulum-Augmentat, gebildet durch ein dreidimensionales metallisches Gerüst aus miteinander verbundenen Stegen.
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Knochenimplantate der erfindungsgemäßen Gattung dienen insbesondere zur Auffüllung von Knochendefekten oder zur Überbrückung und/oder Verbindung von Knochenelementen, wie beispielsweise von zwei Wirbelknochen einer Wirbelsäule. Sie haben in der Regel eine metallische, an der Implantatsoberfläche offenporige (offenzellige) Struktur vorzugsweise aufgebaut aus miteinander verbundenen Stegen, sowie weiter vorzugsweise eine Füllung aus Knochenersatzmaterial zur Beschleunigung des Knochendurchbauprozesses nach deren Implantierung. Je nach Einsatzzweck können sie beispielsweise als eine so genannte Augmentatskomponente mit ihrer Gitter- oder Gerüststruktur eine Last tragende Funktion übernehmen, um einen großflächigeren Kontakt beispielsweise zwischen einer Hüftgelenkspfanne und dem Beckenknochen oder zwischen zwei Wirbelknochen, etc. eines Patienten zu schaffen. Auch der vorliegende erfindungsgemäße Gitterkörper entspricht genau einem solchen Knochenimplantat und weist ebenfalls die vorstehend genannten technischen Merkmale auf.
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Beispielsweise aus der
WO 2008/040409 A1 als primäre Informationsquelle ist ein gattungsgemäßes Knochenimplantat beispielhaft in Form einer Augmentatskomponente bekannt, welches eine hohe Lastfähigkeit aufweist sowie ein optimales Einwachsen von Knochenmaterial ermöglicht. Das bekannte Knochenimplantat besteht aus einem dreidimensionalen Gerüst aus miteinander verbundenen Stegen, die untereinander verbundene kleine Hohlräume oder Zellen mit einer Größe im Bereich von 0,5 mm bis 6 mm und große Hohlräume in einem Bereich von 6 mm bis 20 mm ausbilden. Sowohl die kleinen wie auch die großen Höhlräume sind angrenzend an die Implantatsoberfläche offenzellig gestaltet, wodurch sich kleine und große Vertiefungen ergeben, die zur Aufnahme von Knochen- oder Knochenersatzmaterial für einen beschleunigten Durchbau des Implantats vorgesehen sind.
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Aufgrund der offenzelligen Ausführung des Implantats an dessen Oberfläche entsteht eine von der Gitterstruktur abhängige Oberflächenrauhigkeit (nachfolgend als Feinstruktur bezeichnet), so dass das Implantat auch unmittelbar nach dessen Implantierung einen bestimmten Reibschluss (bzw. Mikro-Formschluss) mit dem angrenzenden Knochen eingeht, indem sich die frei vorragenden Stege in das Knochenmaterial verkrallen.
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Als eine sekundäre Informationsquelle sei die
EP 2 140 835 A1 genannt, aus der konkret ein Acetabulum-Augmentat bekannt ist. Dieses bildet einen teilsphärischen Vollkörper, dessen Außenseite eine Knochen-Kontaktfläche bildet und dessen Innenseite an die Form eines Primärimplantats, vorliegend einer Hüftgelenkpfanne angepasst ist. Das bekannte Augmentat hat eine Anzahl von Hohlräumen, die zumindest zur Außenseite hin offenzellig sind, um ein Einwachsen des Implantats in das angrenzende Knochenmaterial zu ermöglichen. Ferner ist eine längs geschlitzte Durchgangsöffnung im Augmentat ausgeformt, welche die Außen- und Innenseite des Augmentats miteinander verbindet und die zur Einführung einer Fixierschraube dient.
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Die Hüftgelenkpfanne kann somit in die im Wesentlichen konkave Innenseite des Augmentats eingesetzt und zusammen mit dem Augmentat am Beckenknochen des Patienten montiert werden. Hierfür wird zwischen Implantat, d.h. Augmentat und Pfanne und Beckenknochen ein Knochenzement eingegeben und anschließend das Implantat mittels Schraubenbolzen verschraubt. Hierbei wird zumindest ein Schraubenbolzen durch die Hüftgelenkpfanne und gleichzeitig durch die längs geschlitzte Durchgangsöffnung im Augmentat geführt, sodass die Relativlage beider Implantatsteile fixiert bleibt.
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Wie eingangs bereits ausgeführt wurde, besteht bei den bekannten Knochenimplantaten im Allgemeinen und bei Augmentaten im Besonderen das grundsätzliche Problem der andauernden Haftung am Knochen. Zum Einen muss unmittelbar nach der Implantierung zumindest temporär eine ausreichende Haftung gewährleistet sein, um das Implantat gleich belasten zu können, ohne dass dieses seine Implantierungsposition verändert, zum Anderen sollte das Implantat möglichst rasch und intensiv durchbaut werden, um schnell seine maximale Belastungsfähigkeit zu erreichen. Die konventionellen Bearbeitungsverfahren (beispielsweise Beschichten und/oder Abtragen) eignen sich nicht zur Erhöhung der Friktion auf einer offenzelligen (offenporigen) dreidimensionalen Struktur. Im Gegenteil kommt es beim Abtragen oder Beschichten sogar zu Verunreinigungen und damit zu Verstopfungen der Poren.
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Angesichts dieser Problematik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die kurz- und langfristige Belastbarkeit eines Knochenimplantats bzw. eines hierfür geeigneten Gitterkörpers zu erhöhen. Ein besonderes Ziel hierbei ist es, insbesondere unmittelbar nach der Implantierung des Knochenimplantats (Gitterkörpers) eine zumindest für die vorgesehene Durchschnittsbelastung ausreichende Verbindung mit dem therapierten Knochen zu gewährleisten. Ein weiteres Ziel ist es, die Bereitstellung des Knochenimplantats (Gitterkörpers) nicht zu verteuern.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Knochenimplantats bzw. Gitterkörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Grundsätzlich hat das erfindungsgemäße Knochenimplantat (Gitterkörper) eine metallische sowie poröse Feinstruktur (Gitter), die vorzugsweise durch ein dreidimensionales Gerüst aus miteinander verbundenen Stegen gebildet wird, welche untereinander verbundene Hohlräume gleicher oder unterschiedlicher Größe erzeugen. Jene Hohlräume, die an die Oberfläche des Implantats (Gitterkörpers) angrenzen bzw. von der Implantatsoberfläche geschnitten werden, sind zumindest teil- und/oder bereichsweise offenzellig. Insoweit entspricht der Aufbau des erfindungsgemäßen Knochenimplantats jenem des eingangs genannten Stands der Technik.
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Zusätzlich ist es nunmehr vorgesehen, dieser definierten Feinstruktur oberflächenseitig eine Grobstruktur überzuordnen, die dafür geeignet ist, die Friktions- und/oder Formschlusseigenschaft der Implantatsoberfläche zu verändern bzw. zu verbessern, d.h. die Kraft- und/oder Formschlussfähigkeit der Implantatsoberfläche in Anpassung an den beabsichtigten Einsatzort/Zweck zu optimieren und damit die Primärstabilität im Knochenlager zu erhöhen. In anderen Worten ausgedrückt, besteht die Erfindung prinzipiell in der gezielten Einstellung von Oberflächeneigenschaften eines Produkts (Knochenimplantats) aus einer offenzelligen dreidimensionalen (Gitterfein-)Struktur durch Variation der Parameter der (Gitterfein-)Struktur selbst und gleichzeitiges Belegen dieser mit einer Makrostruktur, welche ebenfalls variabel einstellbar ist, vorzugsweise durch ausgewähltes Ein- bzw. Anschneiden der (Gitterfein-)Struktur zur Erzielung einer regelmäßigen oder unregelmäßigen (jedoch nicht zufälligen) Oberflächenstrukturierung.
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Im Konkreten bildet die Feinstruktur (bzw. Gitterstruktur) erfindungsgemäß an der Oberfläche des Implantats eine Anzahl von Oberflächenelementen aus, welche in ihrer Gesamtheit diese Grobstruktur des Knochenimplantats definieren. Die Friktions- und/oder Formschlusseigenschaft bestimmt sich demnach aus der Kombination von Fein- und Grobstruktur an der Oberfläche des Implantats.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Grobstruktur durch die Bestandteile (Stege/Gitter) der Feinstruktur gebildet wird, d.h. die Feinstruktur setzt sich in der Grobstruktur bzw. in den Oberflächenelementen fort. Dies vereinfacht und erleichtert die Herstellung des Implantats und trägt somit zur Reduktion der Herstellungskosten bei. Des Weiteren bildet sich die Feinstruktur vorzugsweise auch an der Oberfläche der die Grobstruktur definierenden Oberflächenelemente ab, was eine weitere Erhöhung der Friktions- und/oder Formschlussfähigkeit der Implantatsoberfläche bewirkt. In bestimmten Fällen wird darüber hinaus durch das Einstellen einer definierten Strukturstabilität eine verbesserte mechanische Situation geschaffen. Somit kann das so genannte „stress shielding“ reduziert werden, da ein Übergang zwischen den Elastizitätsmodulen von Knochen und Implantat geschaffen werden kann. Dies wird nachstehend noch genauer beschrieben.
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Ein anderer oder zusätzlicher Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Oberflächenelemente Vor- und/oder Rücksprünge bezüglich einer Grundoberfläche des Implantats (Gitterkörpers) sind. In diesem Fall tritt zum Einen der bereits aus dem Stand der Technik bekannte Effekt ein, nämlich dass sich die an der Grundoberfläche des Implantats wie auch an den Oberflächen der Oberflächenelemente vorstehenden freien Stege der Feinstruktur in das angrenzende Knochenmaterial einkrallen und damit eine Art Mikrokraft-/-formschluss bewirken. Zum Anderen drücken sich die unmittelbar als Vorsprünge ausgebildeten Oberflächenelemente und/oder die durch die rücksprungartigen Oberflächenelemente sich mittelbar ausbildenden ggf. leistenförmigen Vorsprünge der Grobstruktur in das Knochenmaterial ein, um hierdurch eine Art Makrokraft-/-formschluss zu erreichen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Aspekts betrifft die besondere Ausgestaltung der Vor-/Rücksprünge der Grobstruktur, nämlich dahingehend, dass die Vor-/Rücksprünge hinsichtlich ihrer Form, Größe, Anzahl und/oder Ausrichtung bezüglich der Grundoberfläche einstell- oder auswählbar bzw. voreingestellt sind, um somit eine vorbestimmte Friktions- und/oder Formschlusseigenschaft zu erhalten. Es hat sich gezeigt, dass Knochenimplantate entweder homogene Friktions-/Formschlusseigenschaften aufweisen sollen, um eine gleichmäßige Haftung am Knochen in alle Richtungen zu erreichen oder aber auch inhomogene Friktions-/Formschlusseigenschaften besitzen müssen, um beispielsweise in einer Implantationsrichtung leichter verschiebbar zu sein, in einer vorbestimmten Belastungsrichtung (unterschiedlich zur Implantationsrichtung) jedoch eine große Haftkraft zu entfalten. So ist es möglich, die Basisoberfläche vollständig oder nur abschnittsweise mit der Grobstruktur zu überziehen, wobei diese wiederum in Abhängigkeit vom Implantierungsvorgang und von der Belastungsart unterschiedlich gestaltet sein kann.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Oberflächenelemente regelmäßig oder unregelmäßig jedoch nicht zufällig zumindest auf einem Oberflächenabschnitt des Implantats (Gitterköpers) angeordnet sind. D.h. die Oberflächenelemente sind nicht in zufälliger Wirrlage sondern mosaikartig nach einem bestimmten Verteilungsplan angeordnet, der ein bestimmtes Friktions-/Formschlussverhalten annähert.
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Ein anderer oder zusätzlicher Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Vor-/Rücksprünge hinsichtlich ihrer Form, Größe, Anzahl und/oder Ausrichtung bezüglich der Grundoberfläche derart einstell- oder auswählbar bzw. voreingestellt sind, um ein vorbestimmtes E-Modulgefälle ausgehend von der Grundoberfläche bis zu jener gedachten Ebene zu erhalten, welche von den äußersten Enden der Vorsprünge definiert ist. D.h. in diesem Fall ist nicht die Erhöhung der Friktions-/Formschlussfähigkeit bzw. des Reibwerts das Ziel der Oberflächenelemente, sondern es ist in vorteilhafter Weise beabsichtigt, dass das E-Modul des Implantats im Bereich der gedachten Ebene, welche die Erstkontaktebene mit einem angrenzenden Knochenmaterial bilden soll, dem E-Modul dieses Knochenmaterials zumindest angenähert wird. Dabei kann die Friktions-/Formschlussfähigkeit auch gleichzeitig erhöht werden. Entscheidend ist jedoch, dass die Friktions-/Formschlusseigenschaften des Implantats verbessert/optimiert werden, indem sich das Verformungsverhalten des Implantats zumindest in knochennahen Bereichen dem zu therapierenden Knochen annähert und damit ein Ablösen vom Knochen unter Stress vermieden wird.
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In diesem Fall kann es sogar so sein, dass die Oberflächenelemente nicht für ein Penetrieren des Knochenmaterials vorgesehen sind, sondern sich lediglich an der Knochenoberfläche abstützen und dabei einen Spalt zwischen der Basisoberfläche des Implantats und dem Knochen definieren. Dieser kann dann vorzugsweise mit einem Knochenzement oder Knochen bzw. Knochenersatzmaterial aufgefüllt werden.
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Die Annäherung des E-Moduls im Bereich der gedachten Implantatsebene gemäß vorstehender Definition kann auch so vorgenommen werden, als dass ein bestimmtes Penetrationsmaß zugelassen wird, wobei sich jedoch die Oberflächenelemente zumindest an ihren freien Endabschnitten deformieren. In diesem Fall tritt der zusätzliche Effekt eines sich Hinterschneidens/Verhakens auf, wodurch ein Ablösen des Implantats vom Knochen noch sicherer verhindert werden kann.
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Ein weiterer oder zusätzlicher Aspekt der Erfindung richtet sich auf die konkrete Formgebung der Oberflächenelemente, nämlich dass die Vor-/Rücksprünge kegel-/kegelstumpfförmig, pyramiden-/pyramidenstumpfförmig, sowie leisten- oder punkt-/nadelförmig sein können. Es aber auch andere Geometrien wie Zylinder- oder Würfelformen für die Vor-/Rücksprünge vorgesehen sein. Schließlich besteht auch die Möglichkeit der Kombination verschiedener Elementformen an einem einzigen Implantat. Entscheidend ist, dass auch in den Oberflächenelementen, welche ganzheitlich die Grobstruktur bilden, eine ähnliche oder die gleiche Feinstruktur erhalten bleibt.
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Gemäß einem anderen oder zusätzlichen Aspekt der Erfindung ist das Gerüstmaterial, welches die Oberflächenelemente ausbildet, zum übrigen Gerüstmaterial des Implantats unterschiedlich oder hat zumindest eine diesbezüglich unterschiedliche Materialeigenschaft. In diesem Fall kann anstellte oder zusätzlich zur besonderen Formgebung die Materialwahl für die Oberflächenelemente dazu genutzt werden, bestimmte Friktionseigenschaften zu erhalten. Eine Möglichkeit ist es, ein besonderes steifes Material in den Oberflächenelementen (gegenüber dem übrigen Gitterkörper) zu verwenden, das ein Penetrieren des Knochens bewirkt und/oder ein Material in den Oberflächenelementen zu verwenden, dessen Flexibilität (unterschiedlich zum übrigen, vergleichsweise starren Gitterkörper) dem zu therapierenden Knochen angenähert ist, um ein Ablösen des Implantats infolge inkompatibler Flexibilitätseigenschaften zu verhindern.
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Vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Knochenimplantat (Gitterkörper) nach einem rapid prototyping Verfahren aus einem Sintermaterial hergestellt ist.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung richtet sich auf die Bereitstellung eines Hüftgelenkimplantats bestehend aus einer Hüftgelenkpfanne und einem hierzu separaten Knochenimplantat gemäß einem der vorstehenden Aspekte als Acetabulum-Augmentat. Dieses Augment ist auf die Hüftgelenkpfanne in der Weise abgestimmt, als dass die Grobstruktur des Augmentats ausschließlich auf der dem Hüftgelenk abgewandten konvexen Seitenoberfläche ausgebildet ist. Damit wird ein planes Anliegen der Hüftgelenkpfanne am Augmentat bei gleichzeitig optimierter Friktions-/Formschlusseigenschaft auf einem dem Knochen zugewandten Oberflächenabschnitt des Augmentats oder einem Teil hiervon erreicht.
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Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die konkave Seitenoberfläche des Augmentats durch die Feinstruktur offenporig ist (in Übereinstimmung mit der konvexen, Knochenzugewandten Seitenoberfläche), sodass zwischen der Hüftgelenkpfanne und dem Augmentat ein vorbestimmter Reibschluss erhalten wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Hüftgelenkimplantats sieht vor, dass das Augmentat eine weiter vorzugsweise längs geschlitzte Durchgangsöffnung aufweist zur Durchführung einer gemeinsamen Montageschraube, wobei die Innenwand der Durchgangsöffnung geschlossen ist. Durch die Wand aus Vollmaterial wird eine innere Stabilität des Augmentats erreicht, die ein Zusammendrücken der Gitterstruktur bei Festziehen der gemeinsamen Montageschraube verhindert.
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Schließlich kann es vorgesehen sein, dass eine an die der Hüftgelenkpfanne zugewandten konkaven Innenseite angrenzende Basisfläche geschlossen bzw. vollmantelig ist, wobei sich in der Basisfläche eine Anzahl von Durchgangs-Montagebohrungen öffnen, deren Innenwände ebenfalls geschlossen (vollmantelig) sind. Auch diese Ausgestaltung trägt zur Aussteifung des Augmentats bei.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt in einer Perspektivenansicht die konvexe Außenseite eines Knochenimplantats in der Form eines Augmentats, vorzugsweise eines Acetabulum-Augmentats gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Oberflächen-Feinstruktur des Augmentats gemäß 1,
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3 zeigt ein Muster bzw. ein Gitterelement gemäß der Erfidindung, aus welchem sich die Feinstruktur des erfindungsgemäßen Augmentats aufbaut,
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4 zeigt eine erste Seitenansicht des Augmentats gemäß der 1 zur Darstellung von Montagebohrungen,
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5 zeigt in einer Perspektivenansicht die konkave Innenseite des Knochenimplantats gemäß der 1 und
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6 bis 26 zeigen beispielhaft unterschiedliche Formen für die Fein-/Grobstruktur gemäß der Erfindung.
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Das in der 1 dargestellte Knochenimplantat (Gitterkörper) 1, vorliegend in der beispielhaften Form eines mit einer (nicht weiter dargestellten) allgemein bekannten Hüftgelenkpfanne wirkverbindbaren Augmentats gemäß der Erfindung hat im Wesentlichen ein teilsphärisches Volumen mit einer konkaven Innenseite 2 und einer konvexen Außenseite 3, deren jeweilige Mittelpunkte (nicht dargestellt) voneinander beabstandet sind. Auf diese Weise entsteht eine ebene (plane) Fläche 4 an einer die konkave und konvexe Seite 2, 3 miteinander verbindenden Stirnseite, wohingegen auf der hierzu gegenüberliegenden Stirnseite eine im Wesentlichen scharfe Übergangskante 6 zwischen der konkaven und konvexen Seite 2, 3 ausgebildet wird. In einem Mittenabschnitt der konkaven und konvexen Seiten 2, 3 ist ein längs geschlitzter Durchbruch oder Durchgangsöffnung (Aussparung) 8 ausgebildet, der die konkave Seite 2 mit der konvexen Seite 3 im Wesentlichen lotrecht verbindet. Schließlich ist in der ebenen Fläche 4 eine Anzahl (vorzugsweise 2 bis 3) von Montage-Durchgangsbohrungen 10 eingebracht, die sich im Wesentlichen parallel oder in einem Winkel zur geschlitzten Durchgangsöffnung 8 erstrecken und sich in einem Randabschnitt der konvexen Seite 3 öffnen.
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Das Augmentat 1 mit der vorstehend beschriebenen äußeren Form wird durch ein dreidimensionales Gerüst bzw. eine Gitterstruktur 12 gebildet, bestehend aus miteinander verbundenen Stegen 14 unter Ausbildung eines sich stetig wiederholenden Gittermusters 16, wie es insbesondere in der 3 dargestellt ist.
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Demzufolge hat das Gittermuster 16 eine Art Diamantgitterstruktur, das einen Hohlraum 18 einschließt, der nach allen Richtungen offen ist. Werden diese Muster 16 dreidimensional aneinandergefügt, ergibt sich die vorstehend genannte Gitterstruktur 12 (nachfolgend als Feinstruktur bezeichnet) bestehend aus einer Vielzahl von Stegen 14 und Hohlräumen 18, die zwischen den Stegen 14 hindurch miteinander verbunden sind.
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Wie aus den 4 und 5 besonders gut zu erkennen ist, ist das Augmentat 1 als teilweise offenporiger bzw. offenzelliger Gegenstand (Volumen) ausgebildet. In anderen Worten ausgedrückt, reicht im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Feinstruktur 12 bis an die konkave und konvexe Außenseite 2, 3, derart, dass die daran angrenzenden Hohlräume 18 vorliegend sämtlich offenzellig sind und die daran angrenzenden Stege 14 nach außen vorragen, wie dies in der 2 in Vergrößerung dargestellt wird. Dabei sei darauf hingewiesen, dass in Abhängigkeit von der geforderten Festigkeit und/oder Steifigkeit des Implantats 1 die genanten Seiten 2, 3 auch zumindest teilweise geschlossen, d.h. mit einem Vollmaterialmantel überzogen sein können.
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Durch die offenzellige Ausführung gemäß der 2 ergibt sich eine raue, sowie poröse Oberfläche zumindest an der konkaven Seite 3 und vorzugsweise auch an der konvexen Seite 2 des Implantats 1, sodass das Implantat 1 unmittelbar nach dessen Montage in/an einem zu therapierenden Knochen mit der Knochenoberfläche in Reibkontakt kommt, wobei der hierbei erzeugte Kraftschluss durch die an der Oberfläche freiliegenden/vorragenden Stege 14 einem Verrutschen des Implantats 1 entgegenwirken soll. Gleichzeitig schafft die Offenzelligkeit der an die Oberfläche angrenzenden Hohlräume 18 die Möglichkeit eines allmählichen Durchbaus des Implantats 1 mit Knochen, wobei dieser Vorgang durch vorheriges (zumindest teilweises) Befüllen der Hohlräume 18 beispielsweise mit Knochenersatzmaterial beschleunigbar ist.
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Aus den 1, 4 und 5 ist ferner zu entnehmen, dass nicht alle Seiten bzw. Außenflächen des erfindungsgemäßen Implantats offenzellig ausgeführt sein müssen, sondern in Abhängigkeit der zu erwartenden Belastungssituation mit einem Vollmaterialmantel (d.h. geschlossen) überzogen sein können. So sind vorliegend zumindest die ebene Fläche 4 wie auch die Innenseiten der genannten Durchgangsbohrungen 8, 10 in vorstehendem Sinn vollständig geschlossen, um auf diese Weise den Spannkräften standhalten zu können, die durch darin eingeführte Montageschrauben (nicht gezeigt) auf das Implantat 1 ausgeübt werden. Die 5 zeigt dabei die konkave Innenseite 2 des Implantats 1 offenzellig, um mit der daran sich anlegenden Hüftgelenkpfanne (nicht dargestellt) einen verbesserten Reibkontakt eingehen zu können. Es ist aber durchaus denkbar, diese Seite 2 geschlossen auszuführen, um höhere Anpresskräfte aufnehmen zu können.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Implantat 1 in Perspektivenansicht sowie in Richtung auf dessen konvexe Seite 3 gezeigt, die als Knochenkontaktseite vorgesehen ist.
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Diese Seite 3 weist eine weitere (Oberflächen-)Struktur auf, welche der vorstehend beschriebenen Feinstruktur 12 übergeordnet ist. Im Konkreten sind an der konvexen Seite 3 eine Anzahl von Oberflächenelementen 20 angeordnet, die in ihrer Gesamtheit eine (zweite) Grobstruktur des Implantats 1 definieren. Die Oberflächenelemente 20 sind vorliegend als pyramidenstumpfförmige Vorsprünge ausgebildet, die sich Schachbrettartig (definiert vorliegend die Grobstruktur) über die konvexe Seite 3 gleichmäßig verteilen und von einer Grundfläche der konvexen Seite 3 radial vorragen. Jedes Oberflächenelement 20 ist aus dem dreidimensionalen Gerüst 16 aufgebaut, welches auch die Feinstruktur des Implantatvolumens bildet und weist eine offenzellige Elementoberfläche auf. In anderen Worten ausgedrückt, reicht die Feinstruktur 12 des Implantats 1 nicht nur bis an die Grundfläche der konvexen Seite 3 sondern auch (in diesem besonderen Fall unverändert) bis an die Oberflächen der Oberflächenelemente 20.
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Die in der 1 gezeigten pyramidenstumpfförmigen Vorsprünge 20 haben vorliegend die Aufgabe, sich in das anliegende Knochenmaterial einzudrücken, um hierdurch eine Art (Mikro-)Formschluss zu bewirken – in jedem Fall jedoch den Reibschluss zwischen Knochen und Implantat 1 zu erhöhen. Die Stärke dieser erzielbaren Form- bzw. Reibschlussverbindung mit dem anliegenden Knochen bestimmt sich folglich aus der Feinstruktur 12, die sich an Grund- und Elementoberfläche abbildet und (plus) der Grobstruktur, die durch die Oberflächenelemente 20 erzeugt wird.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass die Oberflächenelemente 20 eine bestimmte Steifigkeit sowie eine bestimmte Form aufweisen müssen, um den zu therapierenden Knochen penetrieren zu können. Hierfür eignet sich insbesondere die gezeigte Pyramidenstumpfform, wobei jedoch auch eine Vielzahl anderer Formen, wie Nadel-, Kegel-, Zylinder- oder Würfelformen denkbar sind. Auch ist es nicht notwendig, die Oberflächenelemente 20 wie gezeigt punktförmig im Schachbrettmuster zu setzten, sondern sie können auch als parallel oder über Kreuz verlaufende geschlossene Stege mit beliebiger Querschnittsform ausgebildet werden. Unterschiedliche Formen für die Oberflächenelemente werden nachfolgend anhand der 6 bis 26 beispielhaft beschrieben. Des Weiteren können sie unregelmäßig oder nur abschnittsweise an der konvexen Seite 3 jedoch in beabsichtigter Weise (nicht zufällig) verteilt sein, um bestimmte Friktionseigenschaften des Implantats 1 zu erhalten. So ist es möglich, dass die Oberflächenelemente 20 eine Bewegung des Implantats 1 längs des Knochens in eine bestimmte Richtung leicht zulassen sollen (etwa für ein vereinfachtes Einsetzen des Implantats während der Implantation) jedoch eine Bewegung in eine andere Richtung blockieren. Auch könnte die Form der Oberflächenelemente 20 eine Widerhakenfunktion bewirken (beispielsweise gebogene /angestellte Form nach dem Prinzip eines Sägezahns), die ein Abgleiten in die eine Richtung erlaubt, in die entgegen gesetzte Richtung jedoch verhindert. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die Materialeigenschaft der Feinstruktur 12 innerhalb des/der Oberflächenelemente 20 gegenüber der Materialeigenschaft der Feinstruktur 12 innerhalb des übrigen Implantatvolumens zu verändern, um eine bestimmte Steifigkeit der Elemente 20 zu erhalten.
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Die vorstehend genannten Mittel zur Justierung/Optimierung der Friktionseigenschaft des Implantats 1 über die Form, Anzahl, Verteilung und Materialeigenschaft der (vorstehenden) Oberflächenelemente 20 kann aber auch auf eine andere Weise der Friktionseigenschafts-Einstellung eingesetzt werden.
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Bisher wurde im Wesentlichen jene Variante betrachtet, wonach sich die Oberflächenelemente 20 in Form von Vorsprüngen in den Knochen zumindest partiell einkrallen sollen, wobei sie sich dabei ggf. beabsichtigt auch deformieren können, um als ein Widerhaken zu wirken. Hierdurch erhöht sich zwangsläufig die Friktion zwischen Knochen und Implantat. 1
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Friktionseigenschaft des Implantats 1 dadurch zu optimieren, indem das Implantat 1 zumindest an dessen dem Knochen zugewandten Oberflächenbereich den Knocheneigenschaften angenähert wird. In anderen Worten ausgedrückt, erfährt ein Knochen bei Belastung eine bestimmte Deformation. Wird nunmehr ein Implantat am Knochen fixiert, dessen Deformationseigenschaft bei Belastung zum Knochen unterschiedlich ist, kann sich das Implantat allmählich vom Knochen lösen.
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Um demzufolge die Friktionseigenschaften des Implantats 1 bezüglich des zu therapierenden Knochens zu optimieren, kann beispielsweise das E-Modul des Implantats 1 zumindest im relevanten Oberflächenbereich dem E-Modul des Knochens angenähert werden. Die erfindungsgemäßen Oberflächenelemente 20 bieten ein geeignetes Mittel hierfür.
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So kann die Form jedes Oberflächenelements (Vorsprungs) 20, deren Zahl und/oder Anordnung (Verteilung) so bestimmt werden, dass diese in ihrer Gesamtheit an einer gedachten Knochen-Kontaktebene, welche durch die freien Enden der Elemente 20 definiert wird, eine Gesamtsteifigkeit/-flexibilität entwickeln, die dem Knochen angenähert ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn diese Steifigkeit im Bereich der Knochen-Kontaktebene in Richtung zum Implantat hin kontinuierlich/schrittweise zunimmt, bis im Bereich der Grundfläche des Implantats die geforderte maximale Steifigkeit erreicht ist. Dies kann beispielsweise durch die Pyramiden- oder Kegelform und/oder durch eine besondere Materialauswahl/Verteilung innerhalb der Elemente 20 erzielt werden. Nicht zuletzt ist es auch möglich, unter Beibehaltung der Feinstruktur 12 (bzw. deren Gittermuster) die Stegstärke in den Oberflächenelementen 20 zu verändern.
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Vorstehend wurde ausgeführt, dass die Oberfläche jedes Oberflächenelements 20 offenzellig ausgeführt ist, d.h. die Feinstruktur 12 bis an die Außenseite jedes Oberflächenelements 20 reicht. Es ist aber auch möglich, dass nur ausgewählte Oberflächenelemente 20 offenzellige Oberflächen haben, wohingegen andere Elemente 20 geschlossen sind. Auch ist es möglich, insbesondere im Fall von stumpfartigen Vorsprüngen 20 die Flanken der Oberflächenelemente 20 geschlossen auszuführen, um deren Steifigkeit zu erhöhen, die Oberseite jedoch offenzellig zu halten.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die in der 2 dargestellten Hohlräume 18 in der Feinstruktur 12 ungefüllt. Sie können jedoch mit einem Knochenersatzmaterial zumindest teilweise befüllt sein. Jede Zellweite beträgt hierbei zwischen 2 mm und 3 mm, vorzugsweise 2,4 mm und die Strebendicke ist auf 0,5 mm bis 1 mm, vorzugsweise 0,8 mm festgelegt. Je nach Einsatzzweck und Belastungsart können diese Werte jedoch auch von den genannten Bereichen abweichen.
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Als Material für das Implantat 1 ist eine Titanlegierung vorgesehen, vorzugsweise Ti6Al4V das nach dem Lasersinterverfahren („selective laser melting“) anhand eines CAD-Models zu dem Implantat 1 geformt wird. Es können aber auch andere Materialien und Herstellungsverfahren bekannter Art zum Einsatz kommen.
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Im Anschluss werden einige Formen für die vorstehend beschrieben Oberflächenelemente 20 angegeben. Prinzipiell ist darauf hinzuweisen, dass die Oberflächenelemente 20 bisher als Vorsprünge dargestellt sind, welche von einer Grundoberfläche des Implantats vorragen. Es ist aber genauso möglich, die Oberflächenelemente als Rücksprünge auszubilden, die ausgehend von der Grundoberfläche Kavitäten darstellen.
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Die nachfolgend erläuterten Figuren zeigen jeweils auf dem linken Bild die Prinzipdarstellung eines Oberflächenelements sowie der hierdurch erzeugten Grobstruktur, die hiervon rechts befindlichen Bilder zeigen unterschiedliche Perspektivenansichten und Vergrößerungen eines betreffenden Implantatabschnitts mit Feinstruktur und überlagernder Grobstruktur.
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Gemäß der 6 bis 13 sind die Oberflächenelemente als leistenartige Vorsprünge dargestellt mit Querschnitten in Trapez- (6), Schwalbenschwanz- (7), Rechteck- (8), abgeflachter Rinnen- (9), Dreiecks- (10), Y- (11), T- (12) und zugespitzter Rinnenform (12). Wie in den rechtsseitigen Bildern zu erkennen, reichen bei allen Beispielen die Feinstrukturen bis in die Oberflächenelemente hinein und bilden dort offenzellige Oberflächen aus.
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Gemäß der 14 bis 17 und 23 bis 25 sind die Oberflächenelemente als sockelartige Vorsprünge dargestellt mit kantiger Pyramidenstumpf- (14), umgedrehter Pyramidenstumpf (15), Würfel- (16), gerundeter Pyramidenstumpfform (17), Säulen- (24) und Kegelstumpfform (25). Gemäß der 18 bis 22 sind die Oberflächenelemente hingegen als taschenartige Kavitäten bzw. Rücksprünge dargestellt, insbesondere in kantiger Wannen- (18), umgedrehter Pyramiden- (19), Würfel- (20), gerundeter Wannen- (21) und Zylinderform (22). Schließlich gibt die 26 noch eine zur 3 alternative Feinstruktur an, die zwar ebenfalls aus miteinander verbundenen Stegen besteht, die jedoch keine Diamantgitterstruktur darstellen sondern ein einfaches, im Wesentlichen würfelförmiges Kreuzgitter. Auch diese einfache Feinstruktur ist mit sämtlichen, vorstehend genannten Grobstrukturen erfindungsgemäß überlagerbar, wobei in der 26 beispielhaft lediglich pyramidenstumpfförmige Leisten als Oberflächenelemente dargestellt sind.
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Offenbart wird ein Knochenimplantat 1, vorzugsweise Augmentat mit einer metallischen, porösen Feinstruktur 12 die durch ein dreidimensionales Gerüst aus miteinander verbundenen Stegen 14 gebildet ist, welche untereinander verbundene Hohlräume 18 erzeugen. Die an die Oberfläche des Implantats 1 angrenzenden Hohlräume 18 sind zumindest teil- und/oder abschnittsweise offenzellig, sodass sich die Feinstruktur 12 an der Implantatsoberfläche abzeichnet. Die Feinstruktur 12 an der Oberfläche des Implantats 1 bildet zusätzlich eine Anzahl von Oberflächenelementen 20 zur zumindest abschnittsweisen Optimierung der Friktionseigenschaft aus, welche in ihrer Gesamtheit eine Grobstruktur des Knochenimplantats 1 definieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/040409 A1 [0003]
- EP 2140835 A1 [0005]
