DE19654409C1

DE19654409C1 - Hüftgelenkpfanne

Info

Publication number: DE19654409C1
Application number: DE19654409A
Authority: DE
Inventors: Horst Worsch; Gisela Herma Martin
Original assignee: Chiropro 90766 Fuerth De GmbH; CHIROPRO GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: DE19654409C5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine endoprothetische Hüft gelenkpfanne, die eine Außenschale und eine Innenschale auf weist, wobei die Innenschale auf wenigstens einem Teil ihrer Außenseite über einen Klemmsitz in wenigstens einem Teil bereich der Innenseite der Außenschale festlegbar ist, bzw. die Außenschale auf wenigstens einem Teil ihrer Innenseite als Innenkonus und die Innenschale auf wenigstens einem Teil ihrer Außenfläche als Außenkonus ausgebildet ist.

Es ist bekannt, Hüftgelenkpfannen, die nach einer Implantation die Gelenkkugel einer implantierten Hüftkopfschaftendoprothese aufnehmen, zweiteilig aus einer Innen- und Außenschale auszu bilden. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil die Innenschale, deren kugelförmige Innenfläche durch die hohe mechanische Beanspruchung nach einer gewissen Zeit ver schleißt, prinzipiell gegen eine neue Innenschale ausgetauscht werden kann, ohne die mit dem Knochen des Patienten verbundene Außenschale zu entfernen. Da die mit dem Knochen verwachsene Außenschale in der Hüfte verbleibt, wird der operative Aufwand für den Operateur vermindert und die Belastung für den Patienten minimiert.

Wegen der hohen und stark wechselnden mechanischen Belastung der Hüftgelenkpfannen ist es dabei erforderlich, die Innen schale sicher in der Außenschale festzulegen. Es ist in sol chen fällen Stand der Technik, die Innen- und Außenschale in bestimmten Bereichen konisch auszubilden und so beim Einsetzen der Innenschale einen Klemmsitz zu erreichen, durch den die Innenschale kraftschlüssig fixiert wird.

In der DE 42 22 218 A1 wird eine Pfanne für eine Hüftgelenk endoprothese mit einer metallischen Außenschale und einer Innenschale als Einsatz in der Außenschale beschrieben. Die Innenfläche der Außenschale und die Außenfläche der Innen schale sind als Konus ausgeformt, wobei diese Außenfläche von einem an der Innenschale angebrachten Flansch gebildet wird. Die Befestigung der Innen- in der Außenschale geschieht über eine konische Klemmung und einen an der Innenschale ange brachten Zapfen, der in eine zentral in der Außenschale ange brachte Bohrung ragt. Optional werden an der Innen- bzw. Außenseite der beiden schalen Gewinde- und/oder Befestigungs elemente vorgeschlagen.

Die EP 694 294 A1 beschreibt eine Hüftgelenkpfanne, in der die Innenhülse oder Gelenkpfanne über eine konische Klemmung in der Außen- oder Mantelhülse befestigt wird. Zur lösbaren Ver bindung von Mantelhülse und Gelenkpfanne wird eine Zwischen hülse vorgeschlagen, die mit ihrer Außenfläche zur Mantelhülse und mit ihrer Innenfläche zur Gelenkpfanne eine selbst klemmende Konusverbindung herstellt. Die Zwischenhülse ist mit einem Rand versehen, der über die Stirnfläche der Mantelhülse hervorsteht. Der Rand ist als Widerlager für eine Abdrückvor richtung ausgebildet, um die Zwischenhülse an der Stirnfläche abdrücken zu können. Es können beispielsweise Gewindebohrungen an einem angebrachten Flansch vorgesehen sein, um Gewinde stifte einzuschrauben und gegen die Stirnfläche zu drücken, wodurch die Zwischenhülse herausgehebelt wird. So soll ein Austausch der Gelenkpfanne schnell durchgeführt werden können.

Die DE 295 17 637 U1 beschreibt eine endoprothetische Hüft gelenkpfanne mit einer einen nach unten offenen Innenraum auf weisenden Außenschale und einen in diesen einsetzbaren Gelenk einsatz, der eine kugelige Gelenkfläche aufweist, wobei in den Innenraum der Außenschale ein Ring eingesetzt ist, der in der Außenschale fixiert ist und dessen Innenfläche eine Anlage fläche für den Gelenkeinsatz bildet, der an dem Ring festge legt ist. In einer als bevorzugt beschriebenen Ausführungsform soll der Ring eine konische Außenfläche aufweisen, die an einer konischen Innenfläche des Innenraums der Außenschale anliegt. Ferner soll es vorteilhaft sein, die Innenfläche des Rings und die Außenfläche des Gelenkeinsatzes, die an dieser Innenfläche anliegt, konisch auszubilden.

Als nächstliegender Stand der Technik wird die DE 43 35 931 A1 angesehen. Diese Druckschrift beschreibt eine endoprothetische Hüftgelenkpfanne mit einer äußeren Metallschale und einer inneren Gleitschale zur Aufnahme des Kopfs der Hüftgelenk schaftprothese. Die Metallschale ist innen im kaudalen Bereich konisch ausgebildet, und die innere Gleitschale wird durch eine konische Klemmung in der äußeren Schale fixiert. Für den Konuswinkel werden Werte von zwischen 10 und 25°, insbesondere 18°, vorgeschlagen.

Dadurch soll eine höhere mechanische Festigkeit erreicht werden, wodurch die Pfanne bei gleicher Festigkeit kleiner und flacher gebaut werden kann. Weiterhin sollen die Auspreßkräfte der Gleitschale aus der äußeren Schale nur etwa die Hälfte der Einpreßkräfte betragen, was ein Entfernen einer verschlissenen Innenschale wesentlich erleichtern soll. Zum Entfernen der inneren Gleitschale werden eine oder mehrere Ausnehmungen auf der Kontaktfläche zwischen Metallschale und Gleitschale vorge schlagen. In diese sollen Ausdrückwerkzeuge, beispielsweise mit der Form eines Golfschlägers, eingeführt werden, mit denen die innere Gleitschale ausgedrückt werden kann.

In der Praxis ist es aufgrund der nicht zu vermeidenden Fertigungstoleranzen bei einer solchen konischen Verklemmung der Innenschale mit einer Außenschale nicht möglich, die Ver klemmung gleichmäßig entlang der gesamten Konuslänge durch zuführen.

Bei realisierten Ausführungsformen einer solchen Hüftgelenk pfanne wird daher eine Innenschale, die einen etwas größeren Konuswinkel aufweist als die Außenschale, in die Außenschale eingeschlagen. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß auch bei ungünstigem Zusammentreffen von Fertigungstoleranzen ein fester Sitz der Innenschale sichergestellt ist und eine definierte Krafteinleitung in die Außenschale erfolgt. Eine solche Hüftgelenkpfanne ist in Fig. 2a und 2b dargestellt.

Als nachteilig hat sich jedoch bei der bekannten Hüftgelenk pfanne herausgestellt, daß ein fester Sitz von Innenschalen aus Kunststoff nicht immer sicher erreicht werden kann. Die häufig für Hüftgelenkpfannen verwendeten Innenschalen aus UHMWPE-Polyethylen (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) können deshalb nicht benutzt werden, da ein anderer Konus winkel benötigt wird, um einen festen Sitz zu gewährleisten, als bei Keramikschalen. Bei geeigneten Innenschalen aus Keramik besteht jedoch das Problem, daß diese beim Einschlagen oder bei harter Belastung aufgrund der im Bereich der Aus nehmungen in der Außenschale auftretenden Spannungsspitzen brechen können.

Ohne die Ausnehmungen kann jedoch die Innenschale intra operativ nicht mehr aus der Außenschale entfernt werden, und die Hüftgelenkpfanne muß bei Verschleiß einschließlich der mit dem Knochen verwachsenen Außenschale entfernt werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ver besserte endoprothetische Hüftgelenkpfanne bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine endoprothetische Hüft gelenkpfanne der eingangs erwähnten Art, bei der der Teilbe reich der Innenseite der Außenschale von der offenen Seite der Außenschale entfernt in Richtung des Bodens der Außenschale angeordnet ist, bzw. der Winkel α des Außenkonus der Innen schale kleiner oder gleich dem Winkel β des Innenkonus der Außenschale ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Hüftgelenkpfanne wird die Klemmzone zwischen Innen- und Außenschale vom Randbe reich der Schalen in Richtung auf deren Bodenbereich verla gert, d. h. bei in einem Patienten eingesetzter Hüftgelenk pfanne vom kaudalen in den cranialen Bereich der Schalen. Bei Belastung der Hüftgelenkpfanne treten die auf die Innenschale wirkenden Kräfte nicht mehr an ihrem kaudalen Teil auf, son dern an einer nach cranial verlagerten Stelle.

Da also die Kontaktfläche zwischen Innen- und Außenschale nicht mehr im kaudalen Bereich der Außenschale liegt, ist es nun möglich, in diesem Bereich Ausnehmungen zum Ansetzen eines Werkzeuges zum Trennen von Innenschale und Außenschale anzu bringen. Die Stabilität der Innenschale wird dadurch nicht gefährdet. Da bei Belastung die Kräfte nicht mehr durch den Randbereich der Innenschale übertragen werden, ergibt sich auch eine erhöhte Sicherheit gegen Abreißen der Innenschale. Dieses Problem der Verklemmung wird im Stand der Technik nicht erwähnt.

Die Anmelderin hat herausgefunden, daß bei Belastung der Innenschale eine ausreichende Sicherheit gegen Verdrehen der Schalen gegeben ist, obwohl sich durch die Verlagerung der Klemmzone in den schlankeren Bereich des Konus der Wirkdurch messer der Reibkraft zwischen Innen- und Außenkonus und damit theoretisch auch das übertragbare Drehmoment verringert. Da die größte Belastung im cranialen Bereich der Innenschale auf tritt, führt die Verlagerung der Klemmzone zudem zu einer Ver kürzung und Versteifung der kraftübertragenden Bereiche der Innenschale, wodurch die Gefahr von Spitzenbelastungen durch Schwingungen und damit einem Abreißen der Innenschale weiter vermindert wird.

Bei üblichen Materialpaarungen lassen sich die erfindungs gemäßen Vorteile besonders gut nutzen, wenn die Differenz zwischen dem Winkel α des Außenkonus der Innenschale und dem Winkel β des Innenkonus der Außenschale etwa 1/300 bis 1/50 des Winkels β des Innenkonus der Außenschale entspricht, ins besondere, wenn die Differenz zwischen dem Winkel α des Außen konus der Innenschale und dem Winkel β des Innenkonus der Außenschale etwa 1/300 bis 1/200 des Winkels β des Innenkonus der Außenschale entspricht, bzw., wenn die Differenz zwischen dem Winkel α des Außenkonus der Innenschale und dem Winkel β des Innenkonus der Außenschale etwa 0' bis 20' beträgt.

Eine Schwächung der Knochen eines Patienten durch Material abtrag für das Einsetzen der Außenschale läßt sich gering halten, wenn der Winkel α des Außenkonus der Innenschale etwa 10° bis 25° beträgt, insbesondere, wenn der Winkel α des Außenkonus der Innenschale etwa 18° bis 20° beträgt.

Da bei einer erfindungsgemäßen Hüftgelenkpfanne auch bei Ver wendung von nachgiebigeren Materialien für die Innenschale eine geringere Verformung auftritt, können Innenschalen aus einer Vielzahl von Werkstoffen mit einer einzigen Außenschale kombiniert werden, wodurch sich sowohl die Herstellungs-, als auch die Lagerhaltungskosten verringern. Dies gilt insbeson dere auch bei relativ weichen Kunststoffen, wenn die Außen schale auf ihrer Innenseite über wenigstens einen Teil ihres Umfangs eine oder mehrere, zumindest teilweise umlaufende Nut(en) aufweist. Dadurch wird die mechanische Stabilität der Hüftgelenkpfanne nicht beeinträchtigt, da die Nut(en) nun au ßerhalb der höchstbelasteten Bereiche der Außenschale angeord net werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Innen schale aus einem keramischen Werkstoff hergestellt.

Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn die Innenschale aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.

Gute Reibungs- und Dämpfungswerte für eine Hüftgelenk endoprothese können erhalten werden, wenn die Innenschale aus einem Kunststoff hergestellt ist. Dieser Vorzug kann zusätz lich mit dem Vorteil der Verwendung einer einzigen Außenschale für Innenschalen verschiedener Werkstoffe kombiniert werden, wenn die Innenschale auf ihrer Außenseite Vorsprünge zum Ein griff in die Nut aufweist.

Aus medizinischer Sicht ergeben sich besondere Vorzüge der Erfindung, wenn die Innenschale und/oder Außenschale im Bereich ihres Randes wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, in die ein Werkzeug zum Trennen von Innenschale und Außenschale oder Ein- oder Ausdrehen, oder Ein- oder Ausschlagen der Au ßenschale eingebracht werden kann.

Die Vorteile und Vorzüge der Erfindung lassen sich besonders gut nutzen mit einer Endoprothese enthaltend eine Hüftgelenk pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung soll unter Bezug auf ein in den bei gefügten Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1a zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Hüft gelenkpfanne;

Fig. 1b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer Hüftgelenk pfanne nach Fig. 1a;

Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch eine Hüftgelenkpfanne nach dem Stand der Technik; und

Fig. 2b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer Hüftgelenk pfanne nach Fig. 2a.

Die in Fig. 1a und 1b dargestellte erfindungsgemäße endo prothetische Hüftgelenkpfanne umfaßt zumindest eine Außen schale 1 und eine Innenschale 2, wobei die Innenschale 2 auf einem Teil ihrer Außenseite 3 über einen Klemmsitz in einem Teilbereich 4 der Innenseite 5 der Außenschale 1 festgelegt gezeigt ist. Dazu ist zweckmäßig die Außenschale 1 auf wenig stens einem Teil ihrer Innenseite 5 als Innenkonus und die Innenschale 2 auf wenigstens einem Teil ihrer Außenfläche 3 als Außenkonus ausgebildet.

Wie gut zu erkennen ist, ist der Teilbereich der Innenseite 5 der Außenschale 1 von der offenen Seite 6 der Außenschale 1 entfernt in Richtung des Bodens 7 der Außenschale 1 ange ordnet. Dies erfolgt zweckmäßig dadurch, daß der Winkel α des Außenkonus der Innenschale 2 kleiner oder gleich dem Winkel β des Innenkonus der Außenschale 1 ist.

Bei Verwendung einer geeigneten Metallegierung als Werkstoff für die Außenschale 1, z. B. einer Ti-Legierung, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Winkel β des Innen konus der Außenschale 1 im Bereich von etwa 18,5° bis 19,5° zu wählen. Bei einer geeigneten Paarung mit einer Innenschale 2 aus einem keramischen Werkstoff hat es sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, eine Winkeldifferenz zwischen dem Winkel α des Außenkonus der Innenschale 2 und dem Winkel β des Innenkonus der Außenschale 1 von etwa 4' bis 5' vorzu sehen. Dies entspricht etwa 1/300 bis 1/200 des Winkels β des Innenkonus der Außenschale 1.

Anstelle einer Innenschale 2 aus einem keramischen Werkstoff kann auch eine Innenschale 2 aus einem geeigneten metallischen Werkstoff, z. B. einer Co-Cr-Legierung, mit der Außenschale 1 kombiniert werden.

Auch die Verwendung einer Innenschale 2 aus einem geeigneten Kunststoff, z. B. UHMWPE-Polyethylen, kann vorgesehen werden, ohne eine andere Außenschale verwenden zu müssen. Eine solche Innenschale 2 aus Kunststoff wird zweckmäßig je nach den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffes mit einer Anzahl nicht dargestellter Vorsprünge oder einer umlaufenden Rippe zum Eingriff in eine Nut 8 auf der Innenseite 5 der Außen schale 1 versehen, oder umgekehrt. Die Nut 8 kann dabei teil weise oder, fertigungstechnisch besonders einfach, umlaufend ausgebildet sein. Die Nut 8 ist von der Klemmzone 4 zwischen Innenschale 2 und Außenschale 1 in Richtung zur offenen Seite 6 der Außenschale 1 angeordnet und beeinträchtigt so die Stabilität der Hüftgelenkpfanne nicht.

Aus dem gleichen Grund kann nun auch die Innenschale 2 (hier nicht dargestellt) und/oder die Außenschale 1 im Bereich ihres wenig belasteten Randes 9 wenigstens eine Ausnehmung 10 auf weisen, in die ein Werkzeug zum Trennen von Innenschale 2 und Außenschale 1 eingebracht werden kann. Somit ist ein Austausch einer verschlissenen Innenschale 2 möglich, ohne die im Knochen des Patienten verwachsene Außenschale 1 mit entfernen zu müssen.

Die Außenschale 1 kann in üblicher Weise noch mit Löchern vor zugsweise in ihrem Boden 7 und/oder umfänglich versehen sein, z. B. um ein Verschrauben der Außenschale 1 mit dem Knochen eines Patienten zu ermöglichen. Gleiches gilt für Löcher im Bereich des Randes 9, die z. B. mit oder ohne Gewinde zur Auf nahme von Hilfswerkzeugen beim Befestigen der Hüftgelenkpfanne dienen können. Der Übersichtlichkeit halber sind solche an sich bekannten Details nicht dargestellt.

Fig. 2a zeigt die geometrischen Verhältnisse einer Hüftgelenk pfanne nach dem Stand der Technik. Insbesondere in Fig. 2b werden die geometrischen Verhältnisse einer solchen bekannten Hüftgelenkpfanne nochmals genauer dargestellt. Es ist bekannt, den Winkel α des Außenkonus der Innenschale 2 zu 18°58' und den Winkel β des Innenkonus der Außenschale 1 zu 18°55' vorzu sehen. Dementsprechend erfolgt eine Klemmung zwischen Innen schale 2 und Außenschale 1 unmittelbar an der offenen Seite 6 der Außenschale 1.

Durch die direkte Gegenüberstellung der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem Stand der Technik werden die Vorzüge der Erfindung besonders deutlich.

Besonders gut lassen sich die Vorzüge der Erfindung nutzen bei Endoprothesenenthaltend eine Hüftgelenkpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Dabei ist das Einsatzgebiet der Erfindung nicht nur auf menschliche Hüftgelenke beschränkt, sondern kann sinngemäß auch bei anderen Kugelgelenken einge setzt werden.

Claims

1. Endoprothetische Hüftgelenkpfanne mit wenigstens einer Außenschale (1) und einer innenschale (2), wobei die Innen schale (2) auf wenigstens einem Teil ihrer Außenseite (3) über einen Klemmsitz in wenigstens einem Teilbereich der Innenseite (5) der Außenschale (1) festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich der Innenseite (5) der Außenschale (1) von der offenen Seite (6) der Außenschale (1) entfernt in Richtung des Bodens (7) der Außenschale (1) angeordnet ist.

2. Endoprothetische Hüftgelenkpfanne nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei die Außenschale (1) auf wenigstens einem Teil ihrer Innenseite (5) als Innenkonus und die Innenschale (2) auf wenigstens einem Teil ihrer Außenfläche (3) als Außen konus ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) kleiner dem Winkel (β) des Innenkonus der Außenschale (1) ist.

3. Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) und dem Winkel (β) des Innenkonus der Außen schale (1) etwa 1/300 bis 1/50 des Winkels (β) des Innenkonus der Außenschale (1) entspricht.

4. Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) und dem Winkel (β) des Innenkonus der Außen schale (1) etwa 1/300 bis 1/200 des Winkels (β) des Innenkonus der Außenschale (1) entspricht.

5. Hüftgelenkpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) und dem Winkel (β) des Innenkonus der Außen schale (1) etwa 0' bis 20' beträgt.

6. Hüftgelenkpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) etwa 10° bis 25° beträgt.

7. Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) etwa 18° bis 20° beträgt.

8. Hüftgelenkpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (1) auf ihrer Innenseite (5) über wenigstens einen Teil ihres Umfangs eine oder mehrere, zumindest teil weise umlaufende Nut(en) (8) aufweist.

9. Hüftgelenkpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale (2) aus einem keramischen Werkstoff herge stellt ist.

10. Hüftgelenkpfanne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale (2) aus einem metallischen Werkstoff herge stellt ist.

11. Hüftgelenkpfanne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale (2) aus einem Kunststoff hergestellt ist.

12. Hüftgelenkpfanne nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale (2) auf ihrer Außenseite (3) Vorsprünge zum Eingriff in die Nut (8) aufweist.

13. Hüftgelenkpfanne nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale (2) und/oder Außenschale (1) im Bereich ihres Randes (9) wenigstens eine Ausnehmung (10) aufweisen, in die ein Werkzeug zum Trennen von Innenschale (2) und Außenschale oder Ein- oder Ausdrehen, oder Ein- oder Ausschlagen der Au ßenschale (1) eingebracht werden kann.