DE19654409C5

DE19654409C5 - Hüftgelenkpfanne

Info

Publication number: DE19654409C5
Application number: DE19654409A
Authority: DE
Inventors: Horst Worsch; Gisela Herma Martin
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: DE19654409C1

Abstract

Endoprothetische Hüftgelenkpfanne mit wenigstens einer Außenschale (1) und einer Innenschale (2), wobei die Innenschale (2) auf wenigstens einem Teil ihrer Außenseite (3) über einen Klemmsitz in wenigstens einem Teilbereich der Innenseite (5) der Außenschale (1) festlegbar ist, 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 Außenkonus ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) des Außenkonus der Innenschafe (2) kleiner als der Winkel (β) des Innenkonus der Außenschale (1) ist und die Differenz zwischen dem Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) und dem Winkel (β) des Innenkonus der Außenschale (1) etwa 0' bis 20' ist, ausgenommen der Bereich von 0' bis 5'.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine endoprothetische Hüftgelenkpfanne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Hüftgelenkpfannen, die nach einer Implantation die Gelenkkugel einer implantierten Hüftkopfschaftendoprothese aufnehmen, zweiteilig aus einer Innen- und Außenschale auszubilden. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil die Innenschale, deren kugelförmige Innenfläche durch die hohe mechanische Beanspruchung nach einer gewissen Zeit verschleißt, 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 Innenschale sicher in der Außenschale festzulegen. Es ist in solchen fällen Stand der Technik, die Innen- und Außenschale in beslimmten 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 Hüftgelenkendoprothese mit einer metallischen Außenschale und einer Innenschale als Einsatz in der Außenschale beschrieben. Die Innenfläche der Außenschale und die Außenfläche der Innenschale 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 angebrachten Zapfen, der in eine zentral in der Außenschale angebrachte Bohrung ragt. Optional werden an der Innen- bzw. Außenseite der beiden schalen Gewinde- und/oder Befestigungselemente 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 Verbindung von Mantelhülse und Gelenkpfanne wird eine Zwischenhülse vorgeschlagen, die mit ihrer Außenfläche zur Mantelhülse und mit ihrer Innenfläche zur Gelenkpfanne eine selbstklemmende Konusverbindung herstellt. Die Zwischenhülse ist mit einem Rand versehen, der über die Stirnfläche der Mantelhülse hervorsteht. Der Rand ist als Widerlager für eine Abdrückvorrichtung ausgebildet, um die Zwischenhülse an der Stirnfläche abdrücken zu können. Es können beispielsweise Gewindebohrungen an einem angebrachten Flansch vorgesehen sein, um Gewindestifte 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 Hüftgelenkpfanne mit einer einen nach unten offenen Innenraum aufweisenden Außenschale und einen in diesen einsetzbaren Gelenkeinsatz, 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 Anlagefläche für den Gelenkeinsatz bildet, der an dem Ring festgelegt 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 endopmthetische Hüftgelenkpfanne mit einer äußeren Metallschale und einer inneren Gleitschale zur Aufnahme des Kopfs der Hüftgelenkschaftprothese. 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 Auspreßkräfie 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 vorgeschlagen. 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 Verklemmung gleichmäßig entlang der gesamten Ko- nuslänge durchzuführen.
Bei realisierten Ausführungsformen einer solchen Hüftgelenkpfanne 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 2a und 2b dargestellt.
Als nachteilig hat sich jedoch bei der bekannten Hüftgelenkpfanne 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 Konuswinkel 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 Ausnehmungen in der Außenschale auftretenden Spannungsspitzen brechen können.
Ohne die Ausnehmungen kann jedoch die Innenschale in- traoperativ nicht mehr aus der Außenschale entfernt werden, und die Hüftgelenkpfanne muß bei Verschleiß einschließlich der mit dem Knochen verwachsenen Außenschale entfernt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Hüftgelenkpfanne wird die Klemmzone zwischen Innen- uad Außenschale vom Randbereich der Schalen in Richtung auf deren Bodenbereich verlagert, d. h. bei in einem Patienten eingesetzter Hüftgelenkpfanne 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, sondern 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 anzubringen. 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 Wirkdurchmesser der Reibkraft zwischen Innen- und Außenkonus und damit theoretisch auch das übertragbare Drehmoment verringert. Da die größte Belastung im cranialen Bereich der Innenschale auftritt, führt die Verlagerung der Klemmzone zudem zu einer Verkürzung 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 erfinduagsgemäßen 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, insbesondere, wenn die Diffrenz zwischen dem Winkel α des Außenkonus 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 AuBenkonus der Innenschale und dem Winkel β des Innenkonus der Außenschale etwa 0' bis 20' beträgt.
Eine Schwächung der Knochen eines Patienten durch Materialabtrag 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 Verwendung 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 insbesondere auch bei relativ weichen Kunststoffen, wenn die Augenschale 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 beeiaträchtigt, da die Nut(en) nun außerhalb der höchstbelasteten Bereiche der Außenschale angeordnet werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Innenschale aus einem keramischen Werkstoff hergestellt. Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn die Innenschale aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.
Gute Reibungs- und Dämpfungsweite für eine Hüftgelenkendoprothese können erhalten werden, wenn die Innenschale aus einem Kunststoff hergestellt ist. Dieser Vorzug kann zusätzlich mit dem Vorteil der Verwendung einer einzigen Augenschale für Innenschalen verschiedener Werkstoffe kombiniert werden, wenn die Innenschale auf ihrer Außenseite Vorsprünge zum Eingriff 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 Außenschale eingebracht werden kann.
Die Vorteile und Vorzüge der Erfindung lassea sich besonders gut nutzen eine einer Endoprothese enthaltend eine Hüftgelenkpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezug auf ein in den beigefügten Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
1a zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Hüftgelenkpfanae;
1b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer Hüftgelenkpfanne nach 1a;
2a zeigt einen Schnitt durch eine Hüftgelenkpfanne nach dem Stand der Technik; und
2h zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer Hüftgelenkpfanne nach 2a
Die in 1a und 1b dargestellte erfindungsgemäße endoprothetische Hüftgelenkpfanne umfaßt zumindest eine Außenschale 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 wenigstens 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 angeordnet. 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 Innenkonus 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' vorzusehen. 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 Vor sprünge oder einer umlaufenden Rippe zum Eingriff in eine Nut 8 auf der Innenseite 5 der Außenschale 1 versehen, oder umgekehrt. Die Nut 8 kann dabei teilweise 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 aufweisen, 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 vorzugsweise 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 Aufnahme von Hilfswerkzeugen beim Befestigen der Hüftgelenkpfanne dienen können. Der Übersichtlichkeit halber sind solche an sich bekannten Details nicht dargestellt.
2a zeigt die geometrischen Verhältnisse einer Hüftgelenkpfanne nach dem Stand der Technik. Insbesondere in 2b werden die geometrischen Verhältnisse einer solchen bekannten Hüftgelenkpfanne nochmals genauerdargestellt. 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' vorzusehen. Dementsprechend erfolgt eine Klemmung zwischen Innenschale 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 eingesetzt werden.

Claims

Endoprothetische Hüftgelenkpfanne mit wenigstens einer Außenschale (1) und einer Innenschale (2), wobei die Innenschale (2) auf wenigstens einem Teil ihrer Außenseite (3) über einen Klemmsitz in wenigstens einem Teilbereich der Innenseite (5) der Außenschale (1) festlegbar ist, 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 Außenkonus ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) des Außenkonus der Innenschafe (2) kleiner als der Winkel (β) des Innenkonus der Außenschale (1) ist und die Differenz zwischen dem Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) und dem Winkel (β) des Innenkonus der Außenschale (1) etwa 0' bis 20' ist, ausgenommen der Bereich von 0' bis 5'.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) etwa 10° bis 25° beträgt.
Hüftgelenkpfanne nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) des Außenkonus der Innenschale (2) etwa 18° bis 20° beträgt.
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 teilweise umlaufende Nut(en) (8) aufweist.
Hüftgelenkpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (2) aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist.
Hüftgelenkpfannenach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (2) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.
Hüftgelenkpfanne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (2) aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Hüftgelenkpfanne nach einem der Ansprüche4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (2) auf ihrer Außenseite (3) Vorsprünge zum Eingriff in die Nut (8) aufweist.
Hüftgelenkpfanne nach einem der 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 Außenschale (1) eingebracht werden kann.