DE102013104388A1 - Application-specific coating and structuring of implantable prostheses using laser techniques - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine implantierbare Prothese (1), mit wenigstens einer Pfanne (3), einem Kugelteil (2) und einem Schaft (4), wobei die Pfanne (3) über eine im Wesentlichen sphärische ausgebildete Aufnahme für das Kugelteil (2) verfügt, wobei wenigstens ein Teil der Aufnahme der Pfanne (3) und/oder des Kugelkopfes (2) über eine mit Hilfe des PLD-Verfahrens abgeschiedene Schicht verfügt.The invention relates to an implantable prosthesis (1) with at least one socket (3), a ball part (2) and a shaft (4), the socket (3) having an essentially spherical receptacle for the ball part (2) , wherein at least part of the receptacle of the pan (3) and / or the ball head (2) has a layer deposited using the PLD process.

Description

Die Erfindung betrifft implantierbare Prothesen, wie Hüft- oder Knieprothesen, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Prothesen durch Strukturierung der Oberfläche dieser Prothesen.The invention relates to implantable prostheses, such as hip or knee prostheses, and to a method for producing such prostheses by structuring the surface of these prostheses.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Prothesen bekannt, welche über eine strukturierte Oberfläche besitzen. Zum Beispiel existieren Hüftpfannen, welche über eine Schale aus Reintitan oder eine Titanlegierung, wie zum Beispiel TiAl6v4 verfügen, die als Schraub- oder Pressfit-Pfannen im Hüftknochen positioniert werden. Die Oberfläche derartiger Hüftpfannen wird gemäß dem Stand der Technik häufig im Bereich von 4 bis 6 Mikrometern aufgeraut.Numerous prostheses which have a structured surface are known from the prior art. For example, there are acetabular cups which have a shell of pure titanium or a titanium alloy, such as TiAl6v4, which are positioned as screw or pressfit cups in the hipbone. The surface of such acetabular cups is often roughened in the range of 4 to 6 micrometers according to the prior art.

Um ein besseres Einwachsen derartiger Prothesen im Knochen eines Patienten zu ermöglichen, wird gemäß einem weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vorgeschlagen, die Prothesen mit einer Kalziumphosphatbeschichtung von ca. 20 Mikrometern bei einer Oberflächenrauigkeit von 40 bis 80 Mikrometern für TiAlGv4 zu versehen.In order to enable a better ingrowth of such prostheses in the bone of a patient, according to another known from the prior art, it is proposed to provide the prostheses with a calcium phosphate coating of about 20 microns with a surface roughness of 40 to 80 microns for TiAlGv4.

Auch wird im Stand der Technik vorgeschlagen in diese Hüftpfanne eine Schale aus hochvernetztem Polyethylen oder ein Keramik-Inlay einzubringen. Die innere Oberfläche ist dabei eine Kugeloberfläche mit geringster Oberflächenrauigkeit. In eine solche Schale wird meist ein Standard-Kugelkopf aus Aluminiumoxidkeramik eingebracht, der mittels eines Konus auf den Schaft aufgesetzt wird. Die Keramikköpfe gibt es auch als Variante mit Titanhülse.It is also proposed in the art to introduce in this acetabulum a shell of highly cross-linked polyethylene or a ceramic inlay. The inner surface is a spherical surface with minimal surface roughness. In such a shell usually a standard ball head made of alumina ceramic is introduced, which is placed on the shaft by means of a cone. The ceramic heads are also available as a variant with titanium sleeve.

Eine Schale aus hochvernetzten Polyethylen, wird gemäß dem Stand der Technik unter Einwirkung von Gammastrahlung erzeugt. Die Gammastrahlung durchdringt dabei die gesamte Struktur und verhärtet dabei die gesamte Struktur. Dadurch verliert die Schale jedoch auch an Elastizität, was unerwünscht ist.A shell of highly cross-linked polyethylene is produced according to the prior art under the influence of gamma radiation. The gamma radiation penetrates the entire structure and hardens the entire structure. As a result, however, the shell also loses elasticity, which is undesirable.

Es wird ebenfalls im Stand der Technik vorgeschlagen, auf den Schaft einer Prothese, welcher häufig aus Titan besteht, zum besseren Anwachsen des Knochens (Osteointegration) eine Hydroxyl-Apatit-Beschichtung aufzubringen, die eine Rauigkeit von 20 bis 50 Mikrometern aufweist. Es ist dabei vorgeschlagen, dass sich die Beschichtung auf etwa ¾ des Schaftes vom oberen Ende (nahe dem Kugelkopf) des Schaftes aus gesehen erstreckt.It is also proposed in the prior art to apply to the shaft of a prosthesis, which is often made of titanium, for better growth of the bone (osteointegration) a hydroxyl apatite coating having a roughness of 20 to 50 micrometers. It is proposed that the coating extends to about ¾ of the shaft from the upper end (near the ball head) seen from the shaft.

Die Rauigkeit auf dem dann nicht mit Hydroxyl-Apatit beschichteten unteren Ende beträgt 4 bis 6 Mikrometer, wobei der Schaft mit einem Standardkonus versehen ist. Ein derartiger Schaft ist für eine zementfreie Einbringung vorgesehen.The roughness on the then non-hydroxyl apatite coated lower end is 4 to 6 microns, with the stem provided with a standard cone. Such a shaft is intended for a cementless insertion.

Aus dem Stand der Technik sind auch die Paarung eines Kobalt-Chrom-Molybdän-Kopfes mit einer Polyethylen-Schale sowie die Verwendung eines Schaftes aus diesem Material vorgesehen.From the prior art, the mating of a cobalt-chromium-molybdenum head with a polyethylene shell and the use of a shaft made of this material are provided.

Als schwerwiegende Mängel für alle diese aus dem Stand der Technik bekannten Prothesen werden der Bruch einzelner Komponenten, die Entstehung von Entzündungen durch den Abrieb der Polyethylen-Schale und die Erhöhung der Chrom- und Kobalt-Ionen in der Körperflüssigkeit angesehen. Durch erhöhte Metall-Ionen kann ebenfalls Allergie gegen die betreffenden Bestandteileausgelöst werden.Serious deficiencies for all these prostheses known from the prior art are the fracture of individual components, the formation of inflammations due to the abrasion of the polyethylene shell and the increase in chromium and cobalt ions in the body fluid. Increased metal ions can also trigger allergy to the components in question.

Die Verwendung eines Schaftes aus Kobalt-Chrom-Molybdän-Material (Co-Cr-Mo) führt in der Regel nicht zu wesentlich erhöhten Metallionenkonzentration.The use of a cobalt-chromium-molybdenum (Co-Cr-Mo) shaft generally does not result in significantly increased metal ion concentration.

Der Abrieb der Polyethylen-Schale entsteht sowohl bei einem Keramikkugelkopf als auch bei einem Metallkugelkopf.The abrasion of the polyethylene shell arises both in a ceramic ball head and in a metal ball head.

Durch die Bewegung des Metallkugelkopfes im Zusammenwirken mit der Gelenkschmiere werden einzelne Atome aus dem Metallverbund gelöst, die als Ionen in die Körperflüssigkeit (Gelenkschmiere, Blut, Lymphe) gelangen können.By the movement of the metal ball head in cooperation with the synovial fluid, individual atoms are released from the metal compound, which can enter the body fluid (synovial fluid, blood, lymph) as ions.

Ebenfalls sind Keramik-Keramik-Reibpaarungen und hochvernetztes Polyethylen-ZrO-Keramik-Reibpaarungen (Schale, Kugelkopf) aus dem Stand der Technik bekannt geworden, die keinen Verschleiß oder nur noch sehr geringen Abrieb erzeugen, weil die ZrO-Keramik sehr glatt und hart ist und eine geringe Reibung aufweist.Also ceramic-ceramic friction pairings and highly cross-linked polyethylene ZrO ceramic friction pairings (shell, ball head) have become known from the prior art, which produce no wear or very little abrasion, because the ZrO ceramic is very smooth and hard and has a low friction.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, die aus dem Stand der Technik erwachsenden Probleme zu reduzieren, abzustellen oder eine Alternative für bestehende Vorschläge anzubieten.The object of the invention is thus to reduce the problems arising from the prior art, to turn it off or to offer an alternative to existing proposals.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Prothese gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung derartiger Prothesen gemäß Anspruch 11 gelöst.According to the invention this object is achieved with a prosthesis according to claim 1 and a method for producing such prostheses according to claim 11.

Dementsprechend verfügt die erfindungsgemäße Prothese über wenigstens eine Pfanne, ein Kugelteil und einen Schaft, wobei die Pfanne über eine im Wesentlichen sphärische ausgebildete Aufnahme für das Kugelteil verfügt und wobei wenigstens ein Teil der Oberfläche des Kugelteils und/oder der inneren Oberfläche der Aufnahme über eine oder mehrere mit Hilfe des PLD-Verfahrens abgeschiedene Schichten, so genannten Funktionsschichten verfügt. Vorzugsweise sind auch andere Oberflächen der Prothese ganz oder teilweise mit einer derartigen Schicht oder mit derartigen Schichten versehen.Accordingly, the prosthesis according to the invention has at least one pan, a ball part and a shaft, wherein the pan has a substantially spherical trained receptacle for the ball part and wherein at least a part of the surface of the ball part and / or the inner surface of the receptacle via a or several deposited by the PLD process layers, so-called functional layers has. Preferably, other surfaces of the prosthesis are wholly or partially provided with such a layer or with such layers.

Gemäß einer Ausführungsform besteht wenigste eine der Schichten aus Aluminiumoxid, Zirconium(II)-oxid, Titan, Silber, Hydroxyl-Apatit oder TiAl6v4 oder enthält einen dieser Stoffe bzw. Legierungen. Vorzugsweise ist sowohl das Kugelteil, als auch die Aufnahme der Pfanne aus Titan gebildet und weist Beschichtungen auf. According to one embodiment, at least one of the layers consists of aluminum oxide, zirconium (II) oxide, titanium, silver, hydroxyl apatite or TiAl6v4 or contains one of these substances or alloys. Preferably, both the ball part, as well as the receptacle of the pan is formed of titanium and has coatings.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf besonders günstige Weise selbst aus dem Stand der Technik bekannte implantierbare Prothesen durch Abscheidung und ggf. Strukturierung zu dem erfindungsgemäßen Gegenstand umgeformt werden können.One advantage of the invention is that in a particularly favorable manner, even implantable prostheses known from the prior art can be transformed into the article according to the invention by deposition and optionally structuring.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform verfügt das Kugelteil und/oder die Aufnahme der Pfanne über tetraedisch gebundene amorphe Kohlenstoffschichten (ta-C). Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist diese tetraedisch gebundene amorphe Kohlenstoffschicht silberdotiert. Vorzugsweise ist das ta-C in mehreren Schichten auf einem aus Titan gebildeten Kugelteil und/oder einer aus Titan gebildeten Aufnahme der Pfanne angeordnet. Durch die Beschichtung ist es möglich, die Wandung der Pfanne besonders dünn herzustellen. Vorzugsweise ist der Radius des Kugelteils nur um maximal 8,5 mm kleiner, als der Außenradius der Pfanne, besonders bevorzugt sogar nur um maximal 7,5 mm kleiner und noch weiter bevorzugt nur um maximal 5 mm kleiner.According to a particularly preferred embodiment, the ball part and / or the receptacle of the pan has tetrahedral bound amorphous carbon layers (ta-C). According to a further embodiment, this tetrahedral bonded amorphous carbon layer is silver doped. The ta-C is preferably arranged in several layers on a ball part formed from titanium and / or a receptacle of the pan formed from titanium. The coating makes it possible to produce the wall of the pan particularly thin. Preferably, the radius of the ball part is only smaller by a maximum of 8.5 mm than the outer radius of the pan, more preferably even only by a maximum of 7.5 mm smaller and even more preferably only by a maximum of 5 mm smaller.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Pfanne zweiteilig mit einer inneren und einer äußeren Schale aufgebaut, wobei die innere Schale aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, welches dann besonders bevorzugt mit Funktionsschichten beschichtet ist. Vorzugsweise wird zur Verbesserung der Eigenschaftes des thermoplastischen Kunststoffes für die Prothese der Kunststoff mit Hilfe von Elektronenstrahlen vernetzt. Dabei wird die Vernetzung so gesteuert, dass nur die obere Schicht entsprechend hart wird und die bestehende Elastizität des Kunststoffes im Wesentlichen erhalten bleibt.According to one embodiment, the pan is constructed in two parts with an inner and an outer shell, wherein the inner shell is formed from a thermoplastic material, which is then particularly preferably coated with functional layers. Preferably, to improve the property of the thermoplastic for the prosthesis, the plastic is crosslinked by means of electron beams. In this case, the crosslinking is controlled so that only the upper layer is correspondingly hard and the existing elasticity of the plastic is substantially retained.

Der Abrieb ist im Wesentlichen eine Folge der auftretenden Kräfte und der Reibung. Natürlicherweise werden die Belastungsspitzen durch die Knorpelschicht in der Gelenkpfanne und dem Kugelkopf (jeweils 3 bis 4 mm) sowie durch Gelenkschmiere gedämpft. Aus diesem Grund besitzt eine vorteilhafte Ausführungsform der Prothese einen zweischaligen Aufbau der Pfanne mit einer inneren Schale, welche vorzugsweise während des Implantier-Prozesses in einer äußeren Schale der Pfanne beispielsweise durch eine Schnappverbindung verankert wird.The abrasion is essentially a consequence of the forces and the friction occurring. Of course, the load peaks are attenuated by the cartilaginous layer in the socket and the ball head (each 3 to 4 mm) and by synovial fluid. For this reason, an advantageous embodiment of the prosthesis has a bivalve structure of the cup with an inner shell, which is preferably anchored during the implantation process in an outer shell of the pan, for example by a snap connection.

Gemäß dieser vorteilhaften Ausführung ist besonders bevorzugt eine Dämpfungsvorrichtung in dem Gelenk vorgesehen, welche die Aufnahme von Belastungsspitzen, die ansonsten von einer Knorpelschicht aufgefangen würden auffängt. Eine solche Dämpfungsvorrichtung kann entweder durch die innere Schale gebildet sein, welche zumindest teilweise flexibel ausgebildet ist, es kann auch gemäß verschiedener Ausführungsformen eine Gel-Dämpfung vorgesehen sein oder es können stauchbare Mittel in der äußeren Schale vorgesehen sein. Durch die zweischalige Ausgestaltung werden gleichzeitig ein unkomplizierter Einbau und eine genaue Ausrichtung der Aufnahme der Pfanne ermöglicht.According to this advantageous embodiment, a damping device is particularly preferably provided in the joint, which absorbs the recording of load peaks that would otherwise be absorbed by a cartilage layer. Such a damping device can be formed either by the inner shell, which is at least partially flexible, it can also be provided according to various embodiments, a gel damping or it can be provided compressible means in the outer shell. Due to the two-shell design at the same time an uncomplicated installation and accurate alignment of the recording of the pan allows.

Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen ist die Oberfläche der implantierbaren Prothese zumindest in Teilbereichen grob-und/oder nanostrukturiert. Vorzugsweise verfügt die Prothese über eine Längsriffelung über 50–100% der gesamten Länge des Schaftes, wobei ein Streifenabstand von 0,5 bis 1,5 mm, eine Streifenbreite von 0,5 bis 15 mm und eine Erhebung zwischen 0,3 und 0,5 Mikrometern vorgesehen sind.According to various embodiments, the surface of the implantable prosthesis is coarse and / or nanostructured, at least in some areas. Preferably, the prosthesis has a longitudinal corrugation over 50-100% of the total length of the shaft, wherein a strip spacing of 0.5 to 1.5 mm, a strip width of 0.5 to 15 mm and a survey between 0.3 and 0, 5 microns are provided.

Vorzugsweise ist die Originaloberfläche – besonders bevorzugt zusätzlich zu den Längsriffeln – so strukturiert, dass eine Grobstruktur zwischen 10 bis 500 Mikrometern in der Oberfläche vorliegt. Eine derartig ausgebildete Struktur lässt sich vor allem mit einem Femtosekundenlaser im Wege der Laserablation herstellen.Preferably, the original surface is - particularly preferably in addition to the longitudinal corrugations - structured so that a coarse structure between 10 to 500 microns in the surface is present. Such a structure can be produced, above all, with a femtosecond laser by way of laser ablation.

Vorzugsweise sind zudem Teile der Prothese, insbesondere die Außenseite der Pfanne und der Schaft durch Umlagerung (Ripple-Bildung) um den Faktor 2 bis 4 oberflächenvergrößert. Auch die Ripple-Bildung lässt sich verfahrenstechnisch gut mit einem Femtosekundenlaser umsetzen.In addition, parts of the prosthesis, in particular the outer side of the socket and the shaft, are enlarged by a factor of 2 to 4 by rearrangement (ripple formation). Also the ripple formation can be procedurally well implemented with a femtosecond laser.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zumindest Teile der Prothese mit mehreren Schichten versehen, welche bevorzugt mit Hilfe des PLD-Verfahrens aufgetragen wurden und dementsprechende Eigenschaften aufweisen. Als eine der Schichten ist vorzugsweise Silber gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, welche von einer oder mehreren Schichten verdeckt oder teilverdeckt ist und antibiotische Eigenschaften ausübt. Zum Aufbringen einer Schicht wird dabei das Laserpulsverfahren PLD verwendet, wodurch eine Schicht mit einer Dicke von etwa 10 Nanometern erzeugt wird und mittels eines zweiten Lasers entspannt wird.According to a particularly preferred embodiment, at least parts of the prosthesis are provided with a plurality of layers, which were preferably applied by means of the PLD method and have corresponding properties. As one of the layers, silver is preferably provided according to an embodiment which is concealed by one or more layers or partially concealed and exerts antibiotic properties. To apply a layer, the laser pulse method PLD is used, whereby a layer with a thickness of about 10 nanometers is produced and is relaxed by means of a second laser.

Anschließend wird die nächste Schicht erzeugt. Durch die Kombination mehrerer Schichten mit einer Ripple-Struktur wird eine Ausführungsform bereit gestellt, bei welcher „vergrabene” Schichten teilweise wirksam oder langzeitwirksam gemacht werden.Subsequently, the next layer is generated. By combining multiple layers with a ripple structure, an embodiment is provided in which "buried" layers are made partially effective or long term.

Bei der Herstellung dieser Schicht-Strukturen können gleichzeitig zwei bis drei Stoffe abgeschieden werden oder in wechselnder Reihenfolge diese übereinander gelagert werden. Dadurch wird es möglich, Silber als eine Schicht bzw. in einer Schicht als Antibiotikum einzubringen. Die Schicht kann auch durch eine oder mehrere aufgebrachte andere Schichten vergraben werden. So können gemäß einer Ausführungsform durchaus 10 bis 15-fach die Schichten übereinander gelagert werden und sind aufgrund der eingebrachten Bewegungsenergie fest haftend auf dem Grundmaterial angehaftet. Vorzugsweise ist die Mehrheit dieser Schichten aus ta-C gebildet und dazwischen können gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen eine oder mehrere Schichten aus beispielsweise Silber oder einem anderen Metall oder Legierung angeordnet sein. Wenn das Grundmaterial der Prothese bzw. des Prothesenteils dies zulässt ist die erste Schicht durch das Grundmaterial gebildet, indem mittels Laserimpulsen im Bereich von 7 bis 15 Mm, bevorzugt 10 Mm das Grundmaterial aufgeschmolzen und geglättet ist. Darauf sind dann die verschleißarmen Schichten aufgebracht.In the production of these layer structures, two to three substances can be deposited simultaneously be stored or stored in alternating order one above the other. This makes it possible to introduce silver as a layer or in a layer as an antibiotic. The layer may also be buried by one or more other layers applied. Thus, according to one embodiment, the layers can be stored one on top of the other by a distance of 10 to 15 times and are firmly adhered to the base material due to the kinetic energy introduced. Preferably, the majority of these layers are formed of ta-C and in between, according to different embodiments, one or more layers of, for example, silver or another metal or alloy may be arranged. If the base material of the prosthesis or of the prosthesis part permits this, the first layer is formed by the base material, by means of laser pulses in the range of 7 to 15 μm, preferably 10 μm, the base material being melted and smoothed. Then the low-wear layers are applied.

Bei einer bestimmten Ausführungsform, bei der wenigstens 3 Schichten für zumindest eine Teiloberfläche der Prothese vorgesehen sind, ist die zweite Schicht aus der geglätteten Oberfläche der ersten Schicht gebildet indem diese zusätzlich in einem Bereich von 3 bis 5 Mm mittels Laserimpulsen mikrogehärtet ist. Auf der gehärteten Schicht ist eine fest haftende verschleißarme dritte Schicht aufgebracht, die eine Schichtdicke von 1 bis 2 Mm, bevorzugt 1,5 Mm aufweist.In a particular embodiment wherein at least 3 layers are provided for at least a partial surface of the prosthesis, the second layer is formed from the smoothed surface of the first layer by additionally microcuring it in a range of 3 to 5 μm by means of laser pulses. On the hardened layer, a firmly adhering, low-wear third layer is applied, which has a layer thickness of 1 to 2 μm, preferably 1.5 μm.

Vorzugsweise wird auf dem Kugelteil eine oder mehrere ta-C-Schichten (diamantähnliche Kohlenstoffstruktur) mit einer Schichtdicke von 1 bis 1,5 Mikrometern aufgebracht.Preferably, one or more ta-C layers (diamond-like carbon structure) having a layer thickness of 1 to 1.5 micrometers are applied to the ball part.

Diese Schicht erreicht Vickershärte von ca. 4000 bis 5000 HV und ist damit doppelt so hart, wie eine Zirkonoxydschicht. Sie ist fest haftend und reibungsarm und sehr glatt und führt zu einer wesentlichen Verlängerung der Haltbarkeit des Systems.This layer reaches Vickers hardness of about 4000 to 5000 HV and is thus twice as hard as a Zirkonoxydschicht. It is firmly adherent and low friction and very smooth and leads to a substantial extension of the durability of the system.

Bei einem Kugelteil aus Metall ergibt sich eine Sperrschichtwirkung, sodass aus dem Kugelteil über Abrieb oder Gelenkschmiere keine Metall Ionen mehr freigesetzt werden. Um eine Ionenfreisetzung bei einem Schaft aus Cr-Co-Mo zu unterbinden wird dieser mit einer Schicht mit Reintitan oder TiAl6v4 beschichtet und mit den entsprechenden Strukturen für den zementfreien Einbau versehen.In the case of a ball part made of metal, a barrier action results, so that no metal ions are released from the ball part via abrasion or joint lubrication. In order to prevent an ion release in a shaft made of Cr-Co-Mo it is coated with a layer of pure titanium or TiAl6v4 and provided with the corresponding structures for the cement-free installation.

Um entzündungsgefährdete Patienten langfristig vor Entzündungen zu schützen, wird vorgeschlagen, alle nicht an der Prothesenfunktion beteiligten Flächen mit einer silberdotierten ta-C-Schicht zu versehen. Das sind die Innenseite der Hüftpfanne, die Oberseite der Gelenkschale und der Übergang vom Konus zum Schaft. Gleichzeitig kann für diese Patienten eine Silberdotierung der ta-C-Kugelteilbeschichtung vorgesehen werden. Hierdurch wird die Verwendung von Metallprothesen für Allergiepatienten ermöglicht.In order to protect inflammation-prone patients against inflammation in the long term, it is proposed to provide all surfaces not involved in the prosthetic function with a silver-doped ta-C layer. These are the inside of the acetabulum, the top of the acetabulum, and the transition from the cone to the stem. At the same time, a silver doping of the ta-C spherical part coating can be provided for these patients. This allows the use of metal prostheses for allergy patients.

Vorzugsweise ist die äußerste, strukturierte Schicht der Prothese zumindest in einem Teilbereich aus Diamant, Titan, oder ähnlichen biokompatiblen Hartstoffen aufgebaut. Diese Schicht kann auch erzeugt sein, indem in einem Grenzbereich der darunter liegenden vorzugsweise mikrogehärteten Schicht Titan eingebracht ist.Preferably, the outermost, structured layer of the prosthesis is constructed at least in a partial region of diamond, titanium, or similar biocompatible hard materials. This layer can also be produced by introducing titanium into a boundary region of the underlying, preferably micro-hardened, layer.

Diese Oberflächen-Schicht des Kugelteils und/oder der inneren Oberfläche der Aufnahme der Pfanne ist vorzugsweise mittels Laserimpulsen strukturiert, vorzugsweise mit einer Periode von zwischen 400 und 800 Nanometern und besonders bevorzugt zwischen 500 und 700 Nanometern und noch weiter bevorzugt von in etwa 600 Nanometern und einer Tiefe von vorzugsweise 200 bis 500 nm. Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass diese Strukturierung die Reibung erheblich mindert. Hierfür wird bevorzugt ein Dioden Laser mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 800 Nanometern verwendet.This surface layer of the ball portion and / or the inner surface of the receptacle of the pan is preferably structured by means of laser pulses, preferably with a period of between 400 and 800 nanometers and more preferably between 500 and 700 nanometers and even more preferably in about 600 nanometers and a depth of preferably 200 to 500 nm. It has surprisingly been found that this structuring significantly reduces the friction. For this purpose, a diode laser with a wavelength between 400 and 800 nanometers is preferably used.

Auf Oberfläche der Prothese, welche zum Einwachsen in das Körpergewebe vorgesehen ist, wird besonders bevorzugt eine Strukturierung im Bereich von 53 bis 75 Nanometern verwendet. Diese wird bevorzugt mit Hilfe eines UV Lasers durch Wellenlängen zwischen 154 und 248 Nanometern hergestellt und weist die hierfür charakteristische Struktur auf. Es hat sich herausgestellt, dass mit den besagten Wellenlängen eine gute Zufallsverteilung der Erhöhungen und Vertiefungen ergibt.On the surface of the prosthesis, which is intended for incorporation into the body tissue, structuring in the range of 53 to 75 nanometers is particularly preferably used. This is preferably produced by means of a UV laser by wavelengths between 154 and 248 nanometers and has the characteristic structure for this. It has been found that with the said wavelengths a good random distribution of the elevations and depressions results.

Dies bewirkt, dass sich die Endothelzellen besonders gut auf der Oberfläche ansiedelnThis causes the endothelial cells to settle particularly well on the surface

Als Struktur sind gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen eine Ripple-Struktur, eine Riffle Struktur, eine Doppelripple Struktur oder eine unterbrochene Doppelripple Struktur vorgesehen. Vorzugsweise ist die Doppelripple Struktur v-förmig ausgebildet. Aber auch eine unterbrochene Doppelripple Struktur oder eine einfache Ripple Struktur kann gemäß weiterer Ausführungsformen v-förmig ausgestaltet sein.As a structure, according to various embodiments, a ripple structure, a riffle structure, a double ripple structure or an interrupted double ripple structure are provided. Preferably, the double ripple structure is V-shaped. But even a broken double ripple structure or a simple ripple structure can be designed in accordance with V-shaped embodiments according to further embodiments.

Zwischen dem Kugelteil und der inneren Oberfläche der Aufnahme der Pfanne und/oder zwischen der inneren und der äußeren Schale ist gemäß einer Ausführungsform eine geeignete Dämpfungsschicht aufgebracht. Gleiches gilt gemäß einer weiteren Ausführungsform für die die innere und die äußere Schale. Die Dämpfungsschicht kann dabei stoßdämpfend wirken. Vorzugsweise ist die Dämpfungsschicht mit einer Schichtdicke von bevorzugt 0,2 bis 0,5 mm aufgetragen.Between the ball part and the inner surface of the receptacle of the pan and / or between the inner and the outer shell, according to one embodiment, a suitable damping layer is applied. The same applies according to a further embodiment for the inner and the outer shell. The damping layer can act shock-absorbing. Preferably, the damping layer is applied with a layer thickness of preferably 0.2 to 0.5 mm.

Bei den Ausführungsformen, bei denen eine dritte Schicht eine Ripple-, Doppelripple- oder unterbrochene Doppelriffle-Struktur aufweist, bildet sich im Verlauf der weiteren Benutzung eine selbststabilisierende, schmierende Schicht heraus. Selbst bei einer im Wesentlichen punktförmigen Beschädigung der strukturierten Oberfläche bildet sich im Verlauf der weiteren Bewegung wieder eine selbstschmierende Schicht durch die vorgesehenen Materialien und Strukturen.In the embodiments in which a third layer has a ripple, double ripple or discontinuous double rippled structure, a self-stabilizing lubricating layer forms during further use. Even with substantially punctiform damage to the structured surface, a self-lubricating layer forms again through the materials and structures provided in the course of the further movement.

Ein weiterer, selbständig erfinderischer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausrichtung und Verbringung der Pfanne einer implantierbaren Prothese, mit einem zum Griff, einer Fläche zum Aufsitzen auf der Stirnfläche der Wandung der Pfanne, wenigstens einer Schlagfläche und Mitteln zum Zentrieren der Schlagfläche in Bezug auf die Wandung der Pfanne.Another, self-inventive aspect of the invention relates to a device for aligning and transferring the socket of an implantable prosthesis, with a handle, a surface for seating on the end face of the wall of the pan, at least one impact surface and means for centering the impact surface with respect to the wall of the pan.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der Beschreibung hervor.Further details of the invention will become apparent from the drawings with reference to the description.

Dabei sollen die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen nicht limitierend auf die Erfindung wirken, vielmehr sind auch die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander kombinierbar.In this case, the feature combinations disclosed in the described embodiments should not limit the invention, but also the features of the different embodiments are combined.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 eine Darstellung eines erfinderischen Hüftgelenkes in einschaliger Ausführung, 1 a representation of an inventive hip joint in a single-shell design,

2 eine Darstellung eines erfinderischen Hüftgelenkes in zweischaliger Ausführung, 2 a representation of an inventive hip joint in two-shell design,

3 eine Prinzip-Darstellung des Schichtenaufbaus der Prothese im Querschnitt 3 a schematic representation of the layer structure of the prosthesis in cross section

4 eine Vorrichtung zur Verbringung der Pfanne eines implantierbaren Prothese in eine Knochenstruktur aus drei Perspektiven 4 a device for transferring the cup of an implantable prosthesis into a bone structure from three perspectives

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Implantierbare ProtheseImplantable prosthesis
22
Kugelteilspherical part
33
Pfanne mit AufnahmePan with receptacle
44
Schaftshaft
55
Innere Schale aus PETInner shell made of PET
66
Schicht aus ta-CLayer of ta-C
77
Schicht aus AGLayer from AG
88th
Schicht aus ta-CLayer of ta-C
99
Bereich einer Ripple-StrukturArea of a ripple structure
1010
Vorrichtung zum Verbringen einer Pfanne einer ProtheseDevice for transferring a socket of a prosthesis
1111
GriffHandle
1212
Aufsitzflächeseating surface
1313
Zentriermittelcentering
1414
Zentrierte SchlagflächeCentered clubface

1 zeigt eine implantierbare Prothese 1 in einer ersten Ausführungsform mit einfacher Schalenausführung. Die Prothese verfügt dabei über einen Schaft 4, auf welchem ein Kugelteil 2 angeordnet ist und eine Pfanne 3, welche über eine Aufnahme mit sphärischer innerer Oberfläche zur Aufnahme des Kugelteils 2. Wie hier dargestellt verfügt der Schaft über eine Strukturierung, welcher die Prothese sicher im Knochen eines Patienten hält. Das Kugelteil 2 ist genau wie die innere Oberfläche der Pfanne 3 aus Titan gebildet und besitzt eine Vielzahl von nacheinander auf die Oberfläche mittels PLD-Verfahren verbrachte ta-C Schichten, sowie eine AG-Schicht. 1 shows an implantable prosthesis 1 in a first embodiment with a simple shell design. The prosthesis has a shaft 4 on which a ball part 2 is arranged and a pan 3 which has a receptacle with a spherical inner surface for receiving the ball part 2 , As shown here, the shaft has a structuring which securely holds the prosthesis in the bone of a patient. The ball part 2 is exactly like the inner surface of the pan 3 formed of titanium and has a plurality of successively spent on the surface by means of PLD process ta-C layers, and an AG layer.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfinderischen Prothese 1, wobei hier eine zweischalige Ausgestaltung der Pfanne 3 vorgesehen ist, denn in ihr befindet sich eine mittels Schnappverbindung befestigbare innere Schale 5 aus PET. Dabei ist auf der inneren Oberfläche der PET-Schale 5 eine Titanschicht und weitere ta-C-Schichten aufgebracht. Das Kugelteil 2 weist ebenfalls eine Vielzahl von übereinander angeordneten ta-C-Schichten auf. 2 shows a second embodiment of the inventive prosthesis 1 , Here is a clam shell embodiment of the pan 3 is provided, because in it is an attachable by snap connection inner shell 5 made of PET. It is on the inner surface of the PET shell 5 a titanium layer and other ta-C layers applied. The ball part 2 also has a plurality of stacked ta-C layers.

3 zeigt die äußeren 3 Schichten des Kugelteils der erfinderischen Prothese 1, wobei die äußerste Schicht 6 aus ta-C besteht und eine AG-Schicht 7 verdeckt, die ihrerseits wieder auf einer ta-C-Schicht aufsitzt. Im Bereich 9 befindet sich eine Ripple-Struktur, die durch die amorphe Struktur die Silber-Schicht teilweise freilegt. 3 shows the outer 3 layers of the ball part of the inventive prosthesis 1 , where the outermost layer 6 consists of ta-C and an AG layer 7 concealed, which in turn sits on a ta-C layer. In the area 9 There is a ripple structure that partially exposes the silver layer through the amorphous structure.

4a zeigt das Einbring- und Justierwerkzeug aus einer Untersicht. Auf der linken Seite befindet sich ein Griff 11, an welchem distal eine Aufsitzfläche 12 angeordnet ist, mit welcher das Werkzeug auf die Stirnseite der Wandung der Pfanne 3 aufsetzbar ist. Mit Hilfe der Zentriermittel 13 lässt sich die zentrierte Schlagfläche hinsichtlich der sphärischen Aufnahme der Pfanne 3 bzw. deren Wandung zentrieren. Wird auf die zentrierte Fläche 14 in 4c geschlagen, wird die Pfanne gleichmäßig eingetrieben. Soll die Pfanne 3 etwas schräger weiter eingetrieben werden, so verwendet man eine der seitlich bzw. über und unterhalb zu der zentrierten Schlagfläche 14 angeordneten weiteren Schlagflächen. 4b zeigt, dass der Griff 11 zur besseren handhabe am proximalen Ende gebogen ist. 4a shows the insertion and adjustment tool from a bottom view. On the left side there is a handle 11 on which distally a seating surface 12 is arranged, with which the tool on the front side of the wall of the pan 3 can be placed. With the help of the centering means 13 can be the centered clubface with regard to the spherical recording of the pan 3 or center its wall. Will be on the centered area 14 in 4c beaten, the pan is driven evenly. Shall the pan 3 to be driven somewhat obliquely further, one uses one of the side or above and below the centered clubface 14 arranged further playing surfaces. 4b shows that the handle 11 to better handle bent at the proximal end.

Claims (11)

Implantierbare Prothese (10), mit wenigstens einer Pfanne (3), einem Kugelteil (2) und einem Schaft (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Pfanne (3) über eine im Wesentlichen sphärische ausgebildete Aufnahme für das Kugelteil (2) verfügt, wobei ein Teil der Aufnahme und/oder des Kugelteils (2) über eine mit Hilfe des PLD-Verfahrens abgeschiedenen Funktionale Schicht verfügt.Implantable prosthesis ( 10 ), with at least one pan ( 3 ), a ball part ( 2 ) and a shaft ( 4 ), characterized in that the pan ( 3 ) formed over a substantially spherical Holder for the ball part ( 2 ), wherein a part of the receptacle and / or the ball part ( 2 ) has a functional layer deposited by the PLD method. Implantierbare Prothese (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelteil (2) über tetraedisch gebundenen amorphen Kohlenstoffschichten verfügt.Implantable prosthesis ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the ball part ( 2 ) has tetrahedral bonded amorphous carbon layers. Implantierbare Prothese (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das zumindest ein Teil der Oberfläche mit silberdotierten tetraedisch gebundenen amorphen Kohlenstoffschichten versehen ist.Implantable prosthesis ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least part of the surface is provided with silver-doped tetrahedral bound amorphous carbon layers. Implantierbare Prothese (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das zumindest ein Teil der Oberfläche mit Aluminiumoxid, Zirconium(II)-oxid, Titan, Silber, TiAl6v4Implantable prosthesis ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least part of the surface with alumina, zirconium (II) oxide, titanium, silver, TiAl6v4 Implantierbare Prothese (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche über eine zweischalige Pfanne (3, 5) mit einer inneren (5) und einer äußeren Schale (3) verfügt, wobei die innere Schale (5) zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist, welcher mit Hilfe von Elektrodenstrahlen so modifiziert wurde, dass er eine harte äußere hochvernetzte Schicht und ein elastische innere Struktur aufweist.Implantable prosthesis ( 1 ) according to one of the preceding claims, which has a bivalve pan ( 3 . 5 ) with an inner ( 5 ) and an outer shell ( 3 ), wherein the inner shell ( 5 ) is at least partially formed of a thermoplastic which has been modified by means of electron beams to have a hard outer highly crosslinked layer and an elastic inner structure. Implantierbare Prothese (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweischalige Ausbildung der Pfanne (3, 5) eine Dämpfungsfunktion erfüllt.Implantable prosthesis ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the two-shell design of the pan ( 3 . 5 ) fulfills a damping function. Implantierbare Prothese (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einem Teilbereich der Prothese (1) Laserstrukturiert ist.Implantable prosthesis ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least on a partial region of the prosthesis ( 1 ) Is laser structured. Implantierbare Prothese (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft über wenigstens 1/3 seiner Länge über eine Längsriffelung verfügt, welche einen Streifenabstand von 0,5 bis 1,5 mm, eine Streifenbreite von 0,5 bis 15 mm und eine Erhebung zwischen 0,3 und 0,5 Mikrometern besitzt.Implantable prosthesis ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the shaft over at least 1/3 of its length has a longitudinal corrugation, which has a strip spacing of 0.5 to 1.5 mm, a strip width of 0.5 to 15 mm and a survey between 0 , 3 and 0.5 micrometers. Implantierbare Prothese (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Oberfläche der Prothese eine mittels Laserablation durch Femtosekundenlaser im Bereich zwischen 10 bis 500 Mikrometer herstellbare Strukturierung aufweistImplantable prosthesis ( 1 ) according to one of claims 7 or 8, characterized in that at least a part of the surface of the prosthesis has a producible by laser ablation by femtosecond laser in the range between 10 to 500 micrometers structuring Implantierbare Prothese (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche auf wenigstens einem Teil der Oberfläche eine Ripple-Struktur aufweist, wobei die Oberfläche in diesem Teilbereich der Prothese (1) eine um den Faktor 2 bis 4 vergrößerte Oberfläche besitzt.Implantable prosthesis ( 1 ) according to one of the preceding claims, which has a ripple structure on at least a part of the surface, the surface in this partial area of the prosthesis ( 1 ) has a surface enlarged by a factor of 2 to 4. Verfahren zur Herstellung einer implantierbaren Prothese (1) nach Anspruch 1, mit den Schritten – Verwenden einer herkömmlichen Prothese bestehend aus wenigstens einer Pfanne (3), einem Kugelteil (2) und einem Schaft (4) und einer im Wesentlichen sphärische ausgebildete Aufnahme der Pfanne (3) für das Kugelteil (2), – Aufbringen von wenigstens einer Metallschicht aus Reintitan und einer Diamantschicht auf der Oberfläche des Kugelteils (2) unter Verwendung des PLD-Verfahrens – Gleichzeitige oder nachgeordnete Strukturierung der Metallschicht mittels Laser.Method for producing an implantable prosthesis ( 1 ) according to claim 1, comprising the steps of - using a conventional prosthesis consisting of at least one pan ( 3 ), a ball part ( 2 ) and a shaft ( 4 ) and a substantially spherical trained receptacle of the pan ( 3 ) for the ball part ( 2 ), - applying at least one metal layer of pure titanium and a diamond layer on the surface of the ball part ( 2 ) using the PLD method - Simultaneous or downstream structuring of the metal layer by means of laser.
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