DE19517843A1 - Elastischer Kugelkopf für Hüftgelenkimplantate - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen speziellen aufsteckbaren Kugelkopf als modulare Ergänzung eines künstlichen Hüftgelenksystems für die Anwendung in der Humanmedizin.

Für derartige Implantate wird bis in die Gegenwart hinein ein ständiger Entwicklungsaufwand betrieben, um sie weiter so zu ver­ bessern, daß die natürlichen Funktionen des Gelenks und seiner Umgebung in nahezu perfekter Weise nachgestaltet werden. Das Ziel dieser Bemühungen ist eine möglichst dauerhafte und beschwerde­ freie Benutzbarkeit solcher Kunstgelenke.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß vor allem durch das Einbringen des künstlichen Schaftes in den Femur in die elastischen Verhält­ nisse des beteiligten Knochensystems eingegriffen wird. In der Folge sind daher Umbauvorgänge im Knochen und teilweise auch Lockerungen des Implantats zu beobachten. In diesem Zusammenhang ist von Interesse, daß rein geometrisch betrachtet, der natürli­ che Kugelkopf des Hüftgelenks beim Menschen genau senkrecht ober­ halb der Kondyläen des Kniegelenks positioniert ist. Der Femur stellt nun allerdings nicht die kürzeste Verbindungslinie zwi­ schen diesen beiden Punkten dar. Vielmehr ergibt sich aus dem Verlauf des Oberschenkelhalses vom Kugelkopf weg zum Trochanter major hin und weiter nach unten zurück zum Kniegelenk eine aus­ gelenkte Linie, welche entfernt an einen Bogen erinnert. Diese Formgestalt bewirkt beim Einleiten von vertikaler Last auf den natürlichen Hüftkopf ein geringes Ausfedern des Femurs, weil der Femur zum Teil mit axialen und zum Teil mit Biegekräften bean­ sprucht wird. Dieses elastische Verhalten ist in Verbindung mit den Dämpfungseigenschaften des Knochens vorteilhaft, da es bei dynamischer Beanspruchung des Knochenapparats, z. B. beim Laufen, zu einer Abschwächung der in das Becken geleiteten Lastspitzen führt.

Die mit dem Einsetzen eines Kunstgelenks einhergehende Verstei­ fung des Gesamtsystems bewirkt demgegenüber, daß die dynamischen Lastspitzen mit deutlich geringerer Dämpfung übertragen werden und dabei eine unerwünscht hohen Beanspruchung der Grenzflächen zwischen Implantat und Knochen bewirken, wodurch es zu vorzeiti­ gen Auslockerungen des Implantats kommen kann.

Es hat daher in jüngster Zeit vereinzelte Ansätze gegeben, die mit der Implantation eines Kunstgelenks einhergehende Beeinträch­ tigung der Elastizität des Gesamtsystems mindestens teilweise mittels eines nachgiebigen Kugelkopfes rückgängig zu machen, um so zu einer verbesserten Lebensdauer derartiger Implantate zu kommen.

In der Vergangenheit waren solche Kugelköpfe gewöhnlich fest mit dem implantierbaren Schaft verbunden. In der Zwischenzeit hat sich jedoch das modulare System durchgesetzt, bei welchem beide Teile über eine genormte Schnittstelle (neuerdings der sogenannte Eurokonus 12/14) miteinander durch Zusammenstecken verbunden wer­ den. Das modulare System hat den Vorteil, daß es durch die Ver­ fügbarkeit von Kugelköpfen mit verschiedenen Konustiefen die An­ passung an die Anatomie des Patienten erlaubt.

Derartige Kugelköpfe, ganz gleich ob sie modular aufsteckbar sind oder direkt mit dem Schaft eine Einheit bilden, werden bisher in einer massiven Ausführung aus metallischen oder keramischen Werk­ stoffen hergestellt. Eine elastische bzw. dämpfende Funktion er­ gibt sich aus dieser Gestaltung nicht.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 38 02 213 A1 ist ein auf­ steckbarer Kugelkopf mit elastischen Eigenschaften bekannt, wobei der kugelige Gelenkteil eine Ausnehmung besitzt, in welche ein hutförmiger Körper aus einem Elastomer eingeschoben ist. In die­ sen wiederum ist eine konische Hülse eingeschoben. Dabei wird auch vorgeschlagen, den hutförmigen Körper in Kammern aufzuteilen und mit einem Flüssigkeits-Gas-Gemisch zu befüllen.

Der genannten Erfindung liegt in Bezug auf die Verwendung eines im Prinzip wie ein Stoßdämpfer arbeitenden Elements der Irrtum zugrunde, daß in dem gebildeten Gesamtsystem solch ein aus dem Maschinenbau bekanntes Element benötigt würde. Das ist jedoch nicht der Fall, denn die Menge der beteiligten komplexen Massen in Form von Knochen, Gewebe, Muskulatur, Sehnen, Blutgefäßen usw. besitzt eine genügend große eigene Dämpfung, so daß zur Minderung dynamischer Lastspitzen lediglich eine federnde Komponente erfor­ derlich ist. Eine praktische Ausführung in der vorgeschlagenen Form mit Kammern würde weder der zu erwartenden statischen noch der dynamischen Belastung standhalten. Nachteilig ist ferner die formschlüssige Verbindung zwischen dem federnden Element aus ei­ nem Elastomer und den Kugelteil und der konischen Hülse, wobei deren gegenseitige Lage lediglich über Wülste und entsprechende Nuten fixiert ist, weil bei mechanischer Beanspruchung Relativ­ bewegungen zwischen den einzelnen Komponenten auftreten würden, welche auf Dauer zu Abrieb und Verschleiß führen würden. Eine Einbeziehung des kugeligen Elements selbst in die Federstrecke ist bei der genannten Erfindung nicht vorgesehen. Die beschriebe­ nen Probleme dürften auch der Grund dafür sein, daß Kugelköpfe dieser Bauweise bislang nicht zum Einsatz gekommen sind.

Aus der Deutschen Gebrauchsmusteranmeldung G 9209584.4 ist ferner ein aufsteckbarer Kugelkopf bekannt, dessen massives Kugelteil axial auf der innenliegenden Kupplungshülse verschiebbar ist, wo­ bei diese Verschiebung über geeignete Mittel abgefedert und ge­ dämpft werden soll. Diese Bauform ist schon vom konzeptionellen Ansatz her der gestellten Aufgabe nicht adäquat, da die einzig mögliche Verschiebungsrichtung in Achsrichtung des Hüftschaftzap­ fens verläuft, also etwa unter 45° zur hauptsächlichen anatomi­ schen Beanspruchungsrichtung. Das sich daraus ergebende Elastizi­ tätsverhalten ist extrem anisotrop. Nachteilig ist des weiteren der aufgrund der Reibung auftretende Verschleiß und der hohe Fer­ tigungsaufwand der Keilnutenführung.

Eine verwandte Bauform eines gefederten Kugelkopfes ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 42 04 979 A1 bekannt. Hierin wird vorgeschlagen, den massiven Kugelkörper mittels einer zylindri­ schen Passung axial verschiebbar direkt auf dem Hüftschaftzapfen zu lagern und mittels einer Kolonne aus Tellerfedern elastisch anzukoppeln. Diese Gestaltung macht jedoch speziell angepaßte Hüftschaftzapfen erforderlich. Der Kugelkopf ist damit nicht auf die genormten und weit verbreiteten konischen Zapfen aufsteckbar. Im übrigen bestehen auch hier die Nachteile der extremen elasti­ zitätsmäßigen Anisotropie und einer von der Beanspruchungsrich­ tung divergierenden Verschiebungsrichtung, sowie dem Auftreten von Verschleiß durch Reibung.

Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines federnden Kugel­ kopfes mit relativ isotroper Elastizitätscharakteristik bei aus­ reichender Beanspruchbarkeit, welcher auf die genormten Zapfen von Hüftgelenkschäften aufsteckbar sein sollte. Für den zu schaf­ fenden Kugelkopf bestanden ferner die Forderungen nach Ermüdungs- und Verschleißfreiheit, bzw. nach kostengünstiger Herstellbar­ keit. Außerdem sollte der Kugelkopf nicht nur mit verschiedenen Konustiefen herstellbar sein, sondern selbst an dem Gegenlauf­ partner (Polyäthylen-Pfanne, bzw. -Inlett) möglichst wenig Abrieb verursachen.

Die beschriebene Aufgabe wird nach der Erfindung gemäß den in den Ansprüchen 1 und 2 sowie den Unteransprüchen gegebenen Lehre ge­ löst. Danach ist die aufsteckbare Hüftgelenkkugel aus drei Ele­ menten zusammengesetzt. Davon ist das erste Element der eigentli­ che Kugelkörper, das zweite Element die innenliegende konische Hülse, und das dritte Element ein elastisches Zwischenglied, wel­ ches in den Kraftübertragungsweg zwischen erstem und zweitem Ele­ ment eingebunden und mit seinen Ankoppelpunkten bzw. -flächen stoffschlüssig fest mit den beiden erstgenannten Elementen ver­ bunden ist.

In seiner einfachsten Ausführungsform ist der steckbare Kugel­ kopf unter Verwendung eines Elastomers für das elastische Zwi­ schenglied herstellbar. Dabei werden der eigentliche Kugelkörper und auch die konische Buchse z. B. aus einem metallischen Werk­ stoff gefertigt und an ihren Ankoppelflächen für die stoffschlüs­ sige Verbindung zu einem Elastomer vorbehandelt, z. B. durch Sand­ strahlen, Behandlung mit einem Primer, oder Aufbringung einer Koppelschicht. Das Elastomer kann dann direkt mit der vorbereite­ ten Fläche vernetzt, anvulkanisiert, bzw. verklebt werden, um die gemäß der Erfindung vorgesehene stoffschlüssige Verbindung zu den beiden metallischen Partnern einzugehen. Generell sind derartige Verbindungen als sogenannte Gummi-Metall-Verbindungen bekannt. In Bezug auf die hier vorgeschlagene Verwendung besteht jedoch die Besonderheit, daß sämtliche verwendeten Werkstoffe biokompatibel sein müssen. Daher kommen z. B. als metallische Werkstoffe lediglich bestimmte nichtrostende Legierungen in Fra­ ge. Es ist jedoch bekannt, daß die Bindungsfestigkeit zwischen Elastomeren und nichtrostenden metallischen Werkstoffen herab­ gesetzt ist, so daß diesem Punkt besondere Aufmerksamkeit zukommt. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, die auf die Gummi-Metall- Verbindung einwirkenden Scherkräfte dadurch herabzusetzen, daß die entsprechenden Koppelflächen weit nach außen zum Kugelmantel hin verlegt werden, um den wirksamen Hebelarm zu verlängern.

Die geforderte Biokompatibilität besteht natürlich auch im Hin­ blick auf das Elastomer. Hier ist die Auswahlmöglichkeit zur Zeit relativ klein. Bislang wurden als biokompatible Elastomere Sili­ kon-, Fluor-Silikon- und Fluor-Kautschuke eingesetzt. Diese Ela­ stomere sind in der Regel sehr temperaturfest und damit problem­ los sterilisierbar, jedoch mechanisch empfindlich. In jüngster Zeit wurden biokompatible Mischungen auf der Basis von Polyure­ than entwickelt (Firma Polimedica Industries Inc., Woburne/Mass./USA), welche zwar keine sehr hohe Temperaturfestigkeit besitzen, dagegen jedoch eine hohe Elastizität und Einreißfestigkeit, und sich sehr gut für Gummi-Metallverbindungen eignen. In jedem Fall müßte die Eignung bestimmter Elastomere für den vorliegenden An­ wendungsfall sehr genau untersucht werden, ehe es zu einer ersten Verwendung als Implantat kommen könnte.

Die positiven Aspekte der Verwendung eines Elastomers zur Schaf­ fung des genannten elastischen Zwischengliedes liegen darin, daß damit ein relativ isotropes Federungsverhalten realisierbar ist, wobei der Federweg über die Shore-Härte leicht festlegbar ist.

Das vorgenannte Konzept wird gemäß weiterer Erfindung noch da­ durch erheblich aufgewertet, daß der massive und nur in seinem Zentrum mit einer Aussparung versehene Kugelkörper durch eine verhältnismäßig dünnwandige Kugelschale ersetzt wird, welche selbst eine bestimmte Mindestelastizität besitzt. Diese Idee be­ rücksichtigt die Tatsache, daß zwischen den beiden artikulieren­ den Körpern Kugel und Pfanne im unbelasteten jungfräulichen Zu­ stand ein Lagerspiel besteht. So ist es z. B. üblich, den äußeren Durchmesser der Kugel mit 32 Millimetern und einem Abmaß von bis zu 50 Mikrometern zu fertigen, während der innere Durchmesser der Polyäthylen-Pfanne mit bis zu 32,3 Millimetern festgelegt wird. Daraus ergibt sich ohne Belastung im Prinzip eine lediglich punktförmige Berührungsfläche zwischen den beiden Gleitpartnern. Unter Last wird diese punktförmige Berührungsfläche dadurch zu einer Kreisfläche vergrößert, daß die Polyäthylen-Pfanne bzw. das Polyäthylen-Inlett unter Auftritt von Kaltfluß deformiert wird. Messungen haben gezeigt, daß die gesamte elastische Verformung eines Polyäthylen-Inletts nur im Bereich von bis zu 6 Mikrometern abläuft, ein Wert, welcher keinesfalls ausreicht, um eine der kräftemäßigen Beanspruchung entsprechende Auflagefläche zu schaf­ fen. Die in kleinsten Flächenbereichen taktmäßig auftretenden Überbeanspruchungen und die Erzeugung von Kaltfluß können nicht ohne Auswirkungen auf den Verschleiß an der Polyäthylenfläche bleiben.

Hier setzt die Erfindung mit dem Vorschlag an, die Kugelschale in ihrer Wandstärke so weit auszudünnen, daß einerseits die erfor­ derliche Dauerbiegewechselfestigkeit noch gegeben ist, anderer­ seits eine in Bezug auf die gewünschte Anschmiegung ausreichende Elastizität erzielt wird. Anhand von Finite-Elemente-Analysen wurde gefunden, daß je nach herangezogenem Werkstoff Kugelscha­ len mit Wanddicken zwischen etwa 0,8 und 3 Millimeter für die Realisierung der ins Auge gefaßten Zielsetzung gut geeignet sind. Im Ergebnis werden an der jeweiligen Belastungsfläche weich über­ gehende Abplattungen des Kugelmantels gebildet, welche in ihrer Fläche der Belastungsgröße proportional sind und bei korrekter Berechnung der Wanddicke eine entsprechend großflächige Auflage zum Reibpartner bilden. Durch diese Maßnahme entsteht im Hinblick auf die Abriebverminderung an der Pfanne bzw. dem Inlett aus Polyäthylen ein multiplikativer Effekt dadurch, daß einerseits durch die Elastizität der Kugelschale die zur Einwirkung kommen­ den Kräfte auf eine größere Fläche verteilt werden, andererseits diese Kräfte ihrer Amplitude nach durch die federnden Eigenschaf­ ten des elastischen Zwischengliedes herabgesetzt sind. Dieser Ge­ sichtspunkt ist deshalb besonders wichtig, da der Abrieb bekannt­ lich überproportional zur Reibkraft ansteigt.

Mit der Erfindung wird ferner eine alternative Ausführungsform des aufsteckbaren Kugelkopfes vorgeschlagen, welche die nicht ganz unproblematische Verwendung eines Elastomers umgeht. Hier ist das elastische Zwischenglied aus einem metallischen Werkstoff gebildet und stoffschlüssig wie zuvor mit den anderen beiden Ele­ menten Kugelkörper/-schale und konischer Hülse verbunden. Beson­ ders vorteilhaft sind solche Zwischenglieder in Gestalt gekrümm­ ter Flächen, welche im Querschnitt z. B. wellmembranartig, bogen­ förmig oder dergleichen mit verhältnismäßig dünnen Wandstärken gestaltet sind. Derartige Kugelköpfe sind allerdings in der Regel je nach ihrer Formgestalt nicht ohne weiteres in einem Stück her­ stellbar, so daß sie aus einzelnen Teilen z. B. mittels Zerspanung oder Umformung hergestellt und danach z. B. schweißtechnisch ver­ bunden werden müssen. Heute stehen dafür qualitativ hochwertige Schweißverfahren zur Verfügung, z. B. das Laserschweißen oder das Elektronenstrahlschweißen, welche für die Herstellung größerer Serien auch wirtschaftlich sind.

Daneben wären die erfindungsgemäßen Kugelköpfe einstückig wesent­ lich einfacher im Feingußverfahren herstellbar. Zur Zeit kann je­ doch keine verläßliche Aussage darüber gemacht werden, ob die bei Feingußwerkstoffen reduzierten Festigkeitswerte einer Dauerbean­ spruchung sicher gewachsen wären.

Für die beschriebene Ganzmetallversion des erfindungsgemäßen auf­ steckbaren Hüftgelenkkopfes sind als Werkstoffe z. B. Chrom-Ko­ balt-Molybdän-Legierungen oder Titanlegierungen verwendbar. Beide Werkstoffgruppen sind als Schmiedelegierungen von ihrer Festig­ keit her geeignet. Titanlegierungen (z. B. Titan-Aluminium-Vana­ dium bzw. Titan-Aluminium-Niob) besitzen gegenüber Chrom-Kobalt- Molybdän-Legierungen einen etwa auf die Hälfte reduzierten Wert des E-Moduls, was für die hier vorliegende Anwendung etwa eine Verdoppelung des Federweges bedeutet. Vorteilhaft erscheint die Verwendung einer Titanlegierung auch durch ihre gute Körperver­ träglichkeit, bzw. durch die im Falle der Kombination mit einem Titanschaft gegebene Werkstoffgleichheit, welche einer Element­ bildung vorbeugt. Allerdings sind Titanlegierungen als schlechte Reibpartner bekannt, so daß für die polierte Kugeloberfläche eine geeignete Beschichtung unerläßlich ist.

In dieser Beziehung wird vorgeschlagen, die Oberfläche des Kugel­ kopfes mit einer der heute zur Verfügung stehenden Beschichtungen mittels z. B. des PVD- bzw. CVD-Verfahrens zu versehen, um den Reibbeiwert abzusenken. Mittels einer gleichzeitigen Beschichtung der inneren Konusfläche kann daneben ein Festfressen des auf­ steckbaren Kugelkopfes auf dem Zapfen des Schafts sicher unter­ bunden werden. Besonders vorteilhaft ist eine Beschichtung des Kugelkopfes mit einem dotierten superharten Kohlenstoff mittels des PCVD-Verfahrens, wobei diamantartige Eigenschaften erzielbar sind. Eine derartige Schicht, die unter dem Markennamen DYNAMANT der IKOS GmbH, Hösbach, bekannt ist, besitzt nicht nur niedrigste Werte der Trockenreibung, sondern auch eine sehr hohe elastische Rückfederung, so daß sie für die vorliegende Anwendung geradezu ideal ist. Bei der Heranziehung einer Titanlegierung als Substrat werden im Übergangsbereich zur Beschichtung Titancarbide gebil­ det, wodurch äußerst stabile chemische Bindungen geschaffen wer­ den. Ein Abplatzen der Beschichtung ist daher nicht zu befürch­ ten. Außerdem ist für die genannte Schicht die Biokompatibilität nachgewiesen.

Die Erfindung soll anschließend mittels der sechs Zeichnungsfi­ guren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Sämtliche Zeichnungsfiguren zeigen aufsteckbare Kugelköpfe des Kopfdurchmessers 32 Millimeter in der sogenannten Kurzhalsversion im Maßstab von etwa 2 : 1 in einer geschnittenen Darstellung. Fig. 1 und 2 betreffen Ausführungen mit einem elastischen Zwischenglied aus einem Elastomer, Fig. 3 bis 6 Ganzmetallversionen, welche zu­ sätzlich mit einem parallel im Kraftnebenschluß liegenden Zwi­ schenglied aus einem Elastomer kombinierbar sind.

Der in Fig. 1 gezeigte Kugelkopf ist in einer axial geschnittenen Darstellung gezeigt. Die Kugelschale 1 ist aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Sie ist mit einem Elastomer 2, welches als elastisches Zwischenglied dient, ausgekleidet und stoffschlüssig verbunden. In das Elastomer 2 ist eine konische Buchse 3 aus Me­ tall eingebettet, welche ihrerseits stoffschlüssig mit dem Ela­ stomer 2 verbunden ist. Die innere Konusfläche der Buchse 3 ist auf einen entsprechenden Hals des zugehörigen Schaftes aufsteck­ bar. Das zwischen der konischen Buchse und der Kugelschale ange­ strebte elastisch federnde Verhalten ist mittels der Geometrie der Bauteile und den Eigenschaften des Materials 2 einstellbar. Wegen des Verhaltens des Elastomers wie eine hochviskose und nicht komprimierbare Flüssigkeit ist es gegebenenfalls erforder­ lich, im Füllraum partielle Aussparungen vorzusehen.

Auch der in Fig. 2 dargestellte Kugelkopf ist axial geschnitten gezeichnet. Für seine Kugelschale 4 wurde eine geringfügig größe­ re Wandstärke gewählt, deren Dimensionierung jedoch lediglich als Beispiel anzusehen ist. Die Kugelschale ist mit einer Auskleidung aus einem Elastomer 5 stoffschlüssig verbunden. Die konische Hül­ se 6 ist als spanend hergestelltes Drehteil so ausgeführt, daß ihre als Koppelfläche dienende Oberfläche eine Kugelzone bildet. Diese wiederum ist stoffschlüssig mit dem Elastomer 5 verbunden. Die für das Ausführungsbeispiel gewählte Gestaltung zeichnet sich wegen der nach außen verlagerten Koppelfläche zwischen der Hülse 6 und dem Elastomer 5 durch eine reduzierte Scherbeanspruchung an der Verbindungslinie aus. Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist noch dahingehend modifizierbar, daß die Schichtstärke des Elasto­ mers 5 kleiner oder größer dimensioniert ist. Außerdem ist die konische Hülse 6 zu einer geschlossenen Buchse hin veränderbar.

Die Fig. 3 zeigt eine Ganzmetallversion, bei welcher die Kugel­ schale 7 mit der konischen Hülse 9 über ein elastisches Zwischen­ glied 8 in Bogenform stoffschlüssig verbunden ist. Dieses Zwi­ schenglied ist in Richtung zu einer mehr wellmembranartigen Ge­ stalt hin abwandelbar. Die Elastizität des gezeigten Beispiels ist zwar nicht sehr hoch und auch etwas stärker anisotrop, ande­ rerseits ist diese Ausführung unter Umständen z. B. durch soge­ nanntes superplastisches Tiefziehen bzw. Umformen recht einfach herstellbar.

Eine etwas höhere Elastizität und ein etwas isotroperes elasti­ sches Verhalten ist mit einem Kugelkopf gemäß der Fig. 4 erziel­ bar. Hier geht die Kugelschale 10 mittels eines im Querschnitt haarnadelartigen Bogens 14 in das elastische Zwischenglied 11 über, welches wiederum mit einem wellartigen Rand 13 in die innen liegende Hülse 12 einmündet.

In der Zeichnungsfigur 5 wird eine weitere Variante des erfin­ dungsgemäßen Kugelkopfes vorgestellt, wobei ein im Querschnitt S-förmiges elastisches Zwischenglied 16 Verwendung findet, wel­ ches nach außen hin im äquatorialen Bereich 18 der Kugelschale 15, und nach innen hin in der Ankoppelzone 19 der konischen Hülse 17 jeweils stoffschlüssig angeschlossen ist.

Bei den Finite-Elemente-Analysen der verschiedenen Ausführungs­ varianten erwies sich besonders die Gestaltung gemäß der Fig. 6 als ausgesprochen vorteilhaft. Hier geht die Kugelschale 20 an ihrem unteren Rand 23 weich in das elastische Zwischenglied 21 über, welches seinerseits im Bereich 24 in die konische Hülse 22 einmündet. Bei der FE-Analyse ergab sich unter der Annahme einer Impulslast von 300 kg für den Fall der Verwendung einer Titanle­ gierung bei einer Wandstärke zwischen etwa 1,2 und 1,3 Millimeter für das Zwischenglied ein recht isotropes Federungsverhalten mit Federwegen bis zu 0,1 Millimeter. Dabei lagen die Maximalspannun­ gen bei Werten von bis zu etwa 380 N/mm² und somit in einem deut­ lichen Sicherheitsabstand zu den für eine Dauerbeanspruchung zu­ lässigen Spannungen von etwa 500 N/mm². Die FE-Analysen lieferten ferner Hinweise darauf, daß Wandstärken für die Kugelschale zwi­ schen etwa 1,5 und 1,8 Millimeter problemlos niedrige Beanspru­ chungen ergeben und gleichzeitig die auch für die Kugelschale selbst angestrebte Minimal-Elastizität sicherstellen.

Generell besteht bezüglich der in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispielen die Wahlmöglichkeit, in den Nebenschluß des Kraftwegs zum elastischen Zwischenglied aus Metall zusätzlich ein Zwischenglied aus einem Elastomer einzugliedern, etwa durch teil­ weises Auffüllen der Hohlräume. Ein direkter Körperkontakt des Elastomers bzw. ein Kontakt des Elastomers mit der Synovialflüs­ sigkeit wäre damit weitgehend unterbunden, so daß die prinzipielle Verwendung eines Elastomers unter diesen Umständen weniger kri­ tisch zu beurteilen wäre. Da die angestrebten Funktionen jedoch auch mittels der reinen Ganzmetallausführungen erzielbar sind und die Einbindung zusätzlicher Komponenten aus einem Elastomer zu einem höheren Herstellaufwand führen würde, werden entsprechende Gestaltungen wohl als weniger vorteilhaft einzustufen sein.

Die erfindungsgemäße Kugelkopf ist problemlos auch als sogenann­ ter Großkopf herstellbar. Derartige Großköpfe werden benötigt, wenn ein Patient einen künstlichen Hüftschaft erhält, z. B. nach einem Oberschenkelhalsbruch, ein Ersatz der eigenen Hüftpfanne jedoch nicht erforderlich ist.

Mit der Erfindung wird ein auf gängige Hüftgelenkschäfte mit ge­ normten Anschlußzapfen aufsteckbarer Kugelkopf zur Verfügung ge­ stellt, welcher günstige Auswirkungen auf die Benutzungsdauer solcher künstlichen Gelenke dadurch erwarten läßt, daß er durch seine Federwirkung eine Dämpfung der dynamischen Beanspruchung des beteiligten Knochenapparates insbesondere an den Kontaktstel­ len zum Implantat vermindert. Gleichzeitig wird der ärgerliche Verschleiß des artikulierenden Reibpartners aus Polyäthylen durch eine multiplikative Auswirkung der verschiedenen elastischen Ei­ genschaften des erfindungsgemäßen Kugelkopfes deutlich herabge­ setzt, indem einerseits die einwirkenden Lastspitzen ihrer Ampli­ tude nach mittels des elastischen Zwischengliedes vermindert und andererseits durch eine elastische Anschmiegung der Kugelschale auf eine größere Fläche verteilt werden. Die Erfindung ist dane­ ben mit vertretbarem Aufwand in die Praxis umsetzbar, wobei zum großen Teil auf bewährte Materialien und Verfahren zurückgegrif­ fen werden kann.

Claims (11)

1. Aufsteckbarer Kugelkopf für Hüftgelenkimplantate, dadurch ge­ kennzeichnet, daß seine kugelförmige Oberfläche aus einem metal­ lischen Körper gebildet ist, und dieser metallische Körper über ein elastisches Zwischenglied stoffschlüssig mit einer zentral liegenden konischen Hülse verbunden ist, deren innerer Konus als genormte Schnittstelle zum Aufstecken auf einen Hüftschaft dient.

2. Aufsteckbarer Kugelkopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die kugelförmige Oberfläche bildende metalli­ sche Körper aus einer im wesentlichen dünnwandigen Schale mit einer gewissen Mindestelastizität gebildet ist.

3. Aufsteckbarer Kugelkopf gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandstärke der Schale im Bereich zwischen 0,8 und 3 Millimeter ausgewählt ist.

4. Aufsteckbarer Kugelkopf gemäß Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandstärke der Schale homogen ist.

5. Kugelkopf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elastische Zwischenglied aus einem Elasto­ mer gebildet ist.

6. Kugelkopf gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Elastomer wahlweise eine biokompatible Polyurethan-Mischung, oder ein biokompatibles Silikon- bzw. Fluor-Silikon-Elastomer verwen­ det ist.

7. Kugelkopf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenglied aus einem federnden Element aus Metall gebildet ist.

8. Kugelkopf gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element aus Metall eine mehr oder weniger gewellte Form­ gestalt besitzt.

9. Kugelkopf gemäß einen der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß parallel zum elastischen Zwischenglied aus Metall ein Zwischenglied aus einem Elastomer, vorzugsweise einem Elasto­ mer gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 6, in den Nebenschluß des Kraftübertragungsweges eingefügt ist.

10. Kugelkopf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als metallischer Werkstoff eine biokompatible Legierung, z. B. eine Chrom-Kobalt-Molybdän-Legierung, bzw. vor­ zugsweise eine Titanlegierung, z. B. eine Titan-Aluminium-Niob-Le­ gierung verwendet ist.

11. Kugelkopf gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenbeschichtung zur Verminderung des Abriebs des Gegenlaufpartners aufgebracht ist, z. B. aus TiN, bzw. vorzugsweise aus einem elastischen diamantar­ tigen Kohlenstoff hoher Härte und Glätte.