DE19952433C2 - Endoprothese - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Endoprothese für ein künstliches
Gelenk, insbesondere Hüftgelenk, mit einem Endoprothesenschaft,
der in einen Knochen, insbesondere einen Oberschenkelknochen,
implantierbar ist, sowie mit Lagermitteln zur kraftstoß
aufnehmenden Lagerung des Endoprothesenschafts im Knochen.
Eine derartige Endoprothese ist aus der US 4,650,489 bekannt.
Eine solche Endoprothese wird als künstlicher Gelenkersatz in
großen Gelenken, wie dem Hüftgelenk oder dem Kniegelenk, ver
wendet. Mit einer Hüftgelenksendoprothese kann die Gelenkpfanne
am Becken oder der Hüftgelenkkopf einschließlich des Schenkel
halses am Oberschenkelknochen (Femur) des menschlichen Skeletts
oder beides ersetzt werden. Solche Endoprothesen weisen im all
gemeinen einen Endoprothesenschaft auf, der in die noch gesun
den Knochenstrukturen der zu ersetzenden Skelettpartie implan
tiert wird, während Hals und Kugelkopf der Endoprothese aus dem
Knochen vorragen.
Das Oberschenkelteil einer Hüftgelenksendoprothese weist bei
spielsweise einen etwa zylindrischen, konischen oder auch ge
ringfügig gekrümmten Schaft auf, an dessen oberes Ende sich ein
Prothesenhals und an diesen schließlich der künstliche Kugel
gelenkkopf anschließt. Der Endoprothesenschaft des Oberschen
kelteils einer derartigen Endoprothese wird in die operativ
präparierte Markraumhöhle des Oberschenkelknochens eingesetzt.
Während bei jüngeren Patienten, die noch genügend wachstums
fähige Knochensubstanz besitzen, der Endoprothesenschaft in der
Regel direkt in die präparierte Markraumhöhle eingesetzt wird,
so daß das an dem Schaft anliegende Knochengewebe an dem Schaft
anwachsen kann, wird der Endoprothesenschaft bei älteren Pati
enten, bei komplizierten Faktoren der entsprechenden Skelett
partie oder bei instabilen Knochensubstanzen in die Markraum
höhle einzementiert.
Ziel der endoprothetischen Chirurgie ist es stets, eine mög
lichst langlebige stabile Verankerung der Endoprothese im Kno
chen zu erreichen.
Lebensdauerbegrenzend wirken sich bei Hüftgelenksendoprothesen
durch Kraftstöße, etwa beim Laufen, Treppensteigen oder Sprin
gen, verursachte Belastungen, insbesondere Belastungsspitzen,
des Interfaces zwischen Endoprothesenschaft und Knochengewebe
aus. Solche Kraftstöße verursachen ein Reiben des Schafts an
dem Knochengewebe und damit eine allmähliche Zerreibung des
Knochenmaterials mit der Folge, daß sich die Endoprothese im
Laufe der Zeit lockert, was dann zum Verlust der Stabilität des
künstlichen Gelenks führt.
In der bereits genannten US 4,650,489 ist eine Endoprothese be
schrieben, deren Endoprothesenschaft zweiteilig ausgebildet
ist. Der Endoprothesenschaft besteht aus einem inneren Schaft
kern und einer äußeren Schafthülle oder -scheide, wobei der
Zwischenraum zwischen dem Schaftkern und der Schafthülle mit
einem Elastomer ausgefüllt ist. Das Elastomer wirkt bei dieser
bekannten Endoprothese somit als Lagermittel zur kraftstoß
aufnehmenden Lagerung der Endoprothese im Knochen, indem sich
das Elastomer bei auftretenden Kraftstößen verformt und damit
mechanische Energie des Kraftstoßes in Verformungsenergie um
wandelt und somit die Wirkung des Kraftstoßes abmildert und so
mit die abnutzende Belastung des Interfaces verringert.
Weiterhin ist aus der WO 91/08720 eine Endoprothese bekannt,
deren Endoprothesenschaft von einer mit einem thermoplastischen
oder thermostabilen Füllmittel expandierbaren, druckdicht ver
schließbaren Kammer umgeben ist. Der Endoprothesenschaft der
Endoprothese wird durch die expandierbare Kammer mechanisch zum
Knochen mittels des Füllmaterials verbunden. Die mit dem Füll
mittel expandierbare Kammer, die den Endoprothesenschaft um
gibt, soll ebenfalls Kraftstöße aufnehmen und die mechanische
Energie gleichmäßig in der Kammer verteilen, um Punktbelastun
gen zu vermeiden.
Bei den vorgenannten bekannten Endoprothesen werden demnach me
chanische Lagermittel verwendet, die jedoch den Nachteil besit
zen, auf Dauer selbst einem Verschleiß zu unterliegen, weil
diese mechanischen Lagermittel bei jedem Kraftstoß auf Verfor
mung und Stauchung beansprucht werden, was auf Dauer zu einer
Ermüdung der Lagermittel führt. Wenn sich die Elastomerlagen
oder -kammern bei den bekannten Endoprothesen im Laufe der Zeit
abnutzen, beispielsweise zerreiben, tritt wiederum eine Locke
rung der Endoprothese auf.
Ferner ist aus der DE 31 22 730 A1 ein Schaft für oder als
Endoprothese bekannt, der aus Metall, Keramik oder Kohle in ei
nem Stück geformt ist oder als Speichenbündel aus vornehmlich
federnden Metallen oder Sondermaterialien wie Keramik, Glas,
Kohle usw. aufgebaut ist, wobei der Kopf dieses Schaftes in ei
nem Zylinder geformt ist, und wobei jeder beliebige Querschnitt
dieses Schaftkopfes möglich ist und bei Bedarf auf diesen
Schaftkopf Prothesenteile aufgesetzt oder angesetzt werden kön
nen. Der aus einem Stück geformte Schaft oder das aus Speichen
bestehende Schaftbündel kann mit einem Sack umgeben sein, in
dem sich Materialbrocken, die vornehmlich Kugelgestalt haben,
befinden, oder in dem sich Materialpulver befindet, wobei die
ses Material so gestaltet ist, daß die Molekularteile dieses
Materials durch Magnetfelder ausgerichtet werden können und die
Materialteile dieses Magnetfeld permanent behalten oder bei
Einwirkung eines entsprechenden äußeren Magnetfeldes die Perma
nentmagnetkraft verlieren. Bei diesem Schaft bestehen jedoch
keine Maßnahmen zur Dämpfung von Kraftstößen.
Aus der US 5,879,386 sind Implantate bekannt, die aus abstoßend
magnetischen Elementen bestehen, die in gegenüberliegenden Kno
chen in einem Körpergelenk angeordnet werden, um die gegenüber
stehenden Knochen während der Gelenkbewegung der Knochen in dem
Gelenk auf Abstand zu halten.
Ebenso ist aus der US 4,332,037 ein künstliches Gelenk zur Im
plantation in einen Patienten beschrieben, das zwei Elemente
aufweist, die über anziehende Magnetkräfte zusammengehalten
werden, wobei die Magnetkraftlinien im wesentlichen in Richtung
der Schwenkachse und quer zur Hauptbewegungsrichtung der beiden
Elemente verlaufen.
In der DE 31 26 401 A1 wird eine Dämpfung für Beinprothesen be
schrieben, bei der Magnete angewendet werden, die gleichpolig
gegenüberliegend eine dämpfende Wirkung ergeben. Das durch die
Magneten erzeugte Magnetfeld soll den Abrollvorgang bei Abrol
len des Fußes dämpfen.
Aus der EP 0 311 208 A1 ist ein Fixierelement zum Sichern einer
Endoprothese in einem Knochen bekannt, wobei der wirksame
Durchmesser des Fixierelements durch Erhöhung der Temperatur
zumindest eines Elements aus einem Material, das bei Erwärmung
mittels eines induktiven Magnetfeldes schrumpft oder sich aus
dehnt, erhöht werden kann, wobei die durch Schrumpfung oder
Ausdehnung des Materials erzeugte Formveränderung in eine Zu
nahme des Durchmessers des Fixierelements umgewandelt wird.
Die magnetisch anziehende Wirkung kann gemäß der FR 84 107 42 A1
dazu verwendet werden, die beiden gegenüberliegenden Teile
einer Gelenkendoprothese zusammenzuhalten. Anstelle anziehender
Magnetkräfte können auch abstoßende Magnetkräfte dazu verwendet
werden, die beiden gegenüberstehenden Gelenkteile auf Abstand
zu halten und somit Reibungen zwischen beiden Partien zu ver
meiden, ähnlich, wie bereits in der zuvor genannten
US 5,879,386 beschrieben ist.
Die DE 43 28 779 C2 offenbart ferner eine Magnetanordnung für
die Befestigung von Prothesen, die einen in einer Prothese ein
setzbaren Magneten und einen zu implantierenden oder an einem
Implantat zu befestigenden Magneten umfaßt. Die beiden Magnete
sind durch eine Führung derart aneinandergeführt, daß sie in
Halterichtung der Prothese teleskopartig relativ zueinander
verschiebbar sind.
Alle zuvor genannten Dokumente geben keinen Hinweis darauf, wie
das Problem der den Verbund zwischen der Endoprothese und dem
Knochenmaterial abträglichen Kraftstöße durch eine geeignete
Dämpfung beseitigt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Endo
prothese der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern,
daß die Lebensdauer der Endoprothesenverankerung im Knochen er
höht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs
genannten Endoprothese dadurch gelöst, daß die Lagermittel er
ste Mittel zum Erzeugen zumindest eines ersten Magnetfeldes,
die mit dem Endoprothesenschaft mechanisch in Wirkverbindung
stehen, und zweite Mittel zum Erzeugen zumindest eines zweiten,
das erste Magnetfeld abstoßenden Magnetfeldes aufweisen, wobei
die zweiten Mittel von den ersten Mitteln beabstandet sind und
den ersten Mitteln gegenüberliegend angeordnet sind, derart,
daß der Endoprothesenschaft durch die einander abstoßenden Ma
gnetfelder umfänglich zumindest teilweise eine magnetfeld
kissenartige Lagerung erfährt.
Die erfindungsgemäße Endoprothese sieht demnach vor, den Endo
prothesenschaft in zwei sich gegenseitig abstoßenden Magnet
feldern kraftstoßaufnehmend zu lagern. Eine solche Magnetfeld
lagerung des Endoprothesenschafts hat den Vorteil, daß diese
Lagerung im Unterschied zu einer rein mechanischen Lagerung
keinem Verschleiß unterworfen ist. Die Magnetfeldlagerung kann
auch im Sinne der Erfindung als unterstützende Maßnahme vorge
sehen sein, zusätzlich zu mechanischen Lagermitteln, wie Ela
stomeren oder viskosen Flüssigkeiten. In diesem Fall entlastet
die Lagerung über die beiden sich abstoßenden Magnetfelder das
mechanische Lagermittel, wodurch der Verschleiß der mechani
schen Lagermittel vorteilhaft vermindert wird.
Ein weiterer Vorteil der Magnetfeldlagerung besteht darin, daß
die abstoßende Kraftwirkung der beiden Magnetfelder vom inver
sen Quadrat des Abstandes zwischen den ersten und zweiten Mit
teln abhängt, d. h. bei einer Annäherung der ersten und zweiten
Mittel, die die Magnetfelder erzeugen, wird die abstoßende
Kraft größer. Dies bedeutet, daß starke Kraftstöße, die zu
einer Auslenkung des Endoprothesenschafts führen, stärker abge
federt werden. Die mechanische Energie der Kraftstöße wird von
den beiden sich abstoßenden Magnetfeldern aufgenommen.
Mit der erfindungsgemäßen Kraftstöße aufnehmenden Lagerung
durch einander abstoßende Magnetfelder kann die Lebensdauer der
Endoprothesenverankerung im Knochen gegenüber rein mechanischen
Lagermaßnahmen weiter erhöht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten Mittel und
die zweiten Mittel so ausgebildet, daß das zumindest eine erste
Magnetfeld und das zumindest eine zweite Magnetfeld den Endo
prothesenschaft zumindest axial abschnittsweise allseitig um
geben.
Hierbei ist von Vorteil, daß der Endoprothesenschaft eine all
seitige magnetfeldkissenartige Lagerung in den einander absto
ßenden Magnetfeldern erfährt, so daß in beliebigen Richtungen
wirkende Kraftstöße abgefedert werden können. Des weiteren wer
den die von den Magnetfeldern aufgenommenen Kraftstöße auch
vorteilhaft gleichmäßig verteilt, so daß punktuell auf das In
terface wirkende Belastungsspitzen vermieden werden. Dabei ist
es ausreichend, wenn die ersten Mittel und die zweiten Mittel
in axialer Richtung gesehen nur an wenigen, beispielsweise zwei
Stellen vorgesehen sind, beispielsweise einmal in einem oberen
Bereich und einmal in einem unteren Bereich des Endoprothesen
schafts angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten
Mittel und die zweiten Mittel so angeordnet, daß das zumindest
eine erste Magnetfeld und das zumindest eine zweite Magnetfeld
den Endoprothesenschaft in einer etwa zentrischen Ruhelage hal
ten.
Hierbei ist von Vorteil, daß der Endoprothesenschaft im kräfte
freien Zustand stets an seiner durch die Implantation vorge
gebenen vorbestimmten Ruhelage gehalten wird, und bei Auftreten
eines Kraftstoßes, der möglicherweise zur Auslenkung des Endo
prothesenschaftes aus seiner Ruhelage führt, der Endoprothesen
schaft wieder in diese Ruhelage zurückgestellt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die Lager
mittel weiterhin zumindest ein mechanisches Dämpfungsmedium
auf, das für Magnetfelder durchlässig ist, und das zwischen den
ersten Mitteln und den zweiten Mitteln angeordnet ist.
Das hier zusätzlich vorgesehene mechanische Dämpfungsmedium hat
bei der erfindungsgemäßen Endoprothese die Funktion, ein Federn
des Endoprothesenschaftes in den sich abstoßenden Magnetfeldern
zu vermeiden und den Endoprothesenschaft lagezufixieren. Wegen
der erfindungsgemäß vorgesehenen Magnetfeldlagerung wird das
mechanische Dämpfungsmedium auch nicht wie bei den im Stand der
Technik bekannten Endoprothesen einem Verschleiß unterworfen,
zumindest jedoch wird der Verschleiß gegenüber den bei den im
Stand der Technik bekannten Endoprothesen allein vorgesehenen
mechanischen Dämpfungsmedien herabgesetzt, da ein Großteil bzw.
der größte Teil der mechanischen Energie der Kraftstöße durch
die einander abstoßenden Magnetfelder aufgenommen wird. Die
Kombination aus Magnetfeldlagerung und mechanischer Dämpfung
führt zu einer besonders stabilen Lagerung der Endoprothese.
Durch geeignete Wahl der Magnetfelder und Dämpfungsmedien kann
ein optimales Steifigkeits-/Dämpfungsverhältnis erzielt werden,
das eine maximale Lebensdauer der Prothese gewährleistet.
Dabei ist es bevorzugt und vorteilhaft, wenn das Dämpfungsmedi
um ein Elastomer oder eine viskose Flüssigkeit ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten
Mittel zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes am
Endoprothesenschaft selbst angeordnet.
Dies kann vorteilhafterweise zu einem im Durchmesser klein bau
enden Endoprothesenschaft führen, wenn die ersten Mittel be
reits in den Endoprothesenschaft integriert sind.
Bevorzugt wird dies dadurch erreicht, daß der Endoprothesen
schaft zumindest im Bereich seiner Oberfläche zumindest teil
weise einen magnetisch polarisierten Werkstoff aufweist
und/oder daß die ersten Mittel als in den Endoprothesenschaft
integrierte, beispielsweise eingebettete oder angesetzte, Per
manentmagnete ausgebildet sind.
Es sind permanentmagnetische Werkstoffe, beispielsweise Legie
rungen, bekannt, die sich für den Einsatz bei der Erfindung
eignen, wie Seltenerdmagnete in den Legierungen Samarium-Cobalt
oder Neodym-Eisen-Bor, beispielsweise. Für die Zwecke der Er
findung reicht es aus, wenn nur eine Oberflächenschicht des
Endoprothesenschaftes aus einem magnetisch polarisierten Werk
stoff besteht. Die Oberflächenschicht ist dann bevorzugt eine
magnetische Dipolschicht. Anstelle einer flächigen Schicht kön
nen jedoch auch in den Endoprothesenschaft im Bereich seiner
Oberfläche einzelne miniaturisierte magnetische Dipole, bei
spielsweise Stabmagnete, integriert sein. Um die Magnetisierung
der ersten Mittel dauerhaft aufrechtzuerhalten, werden bevor
zugt hartmagnetische Werkstoffe verwendet.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die zweiten Mittel durch ein
den Endoprothesenschaft zumindest teilweise umgebendes, von
diesem beabstandetes flächiges Element aus einem magnetisch po
larisierten Werkstoff gebildet werden.
Im Zusammenhang mit der vorhergehenden Ausgestaltung, nach der
der Endoprothesenschaft selbst die ersten Mittel zum Erzeugen
des zumindest einen ersten Magnetfeldes aufweist, ergibt sich
mit der genannten Maßnahme ein insgesamt im Durchmesser klein
bauender Endoprothesenschaft, der die erfindungsgemäße Wirkung
der Kraftstoßdämpfung durch die durch die ersten und zweiten
Mittel erzeugten Magnetfelder bietet. Der Aufbau einer solchen
Endoprothese ist konstruktiv besonders einfach. Das zuvor er
wähnte mechanische Dämpfungsmedium, bevorzugt in Form einer
Elastomerlage, kann dann zum Verbinden des oder der flächigen
Elemente mit dem Endoprothesenschaft verwendet werden, um einen
insgesamt einstückigen Verbund der Komponenten zu bilden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Endoprothesen
schaft aus einem Schaftkern und einer Schafthülle gebildet, wo
bei der Schaftkern die ersten Mittel und die Schafthülle die
zweiten Mittel aufweist, und ist ein den Schaftkern und die
Schafthülle trennender Zwischenraum mit dem mechanischen Dämp
fungsmedium gefüllt.
Diese Ausgestaltung entspricht der Ausgestaltung gemäß der
US 4,650,489, jedoch mit dem Vorteil, daß das den Zwischenraum
ausfüllende Dämpfungsmedium, beispielsweise ein Elastomer, auf
grund der erfindungsgemäß vorgesehenen Abstoßung zwischen dem
Schaftkern und der Schafthülle weniger stark bei Kraftstößen
belastet wird, und somit keine oder nur wesentlich geringere
Verschleißerscheinungen zeigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Endoprothe
senschaft von einem köcherartigen Gefäß umgeben, das eine den
Endoprothesenschaft einfassende Innenwand und eine von dieser
beabstandete Außenwand aufweist, wobei die Außenwand die zwei
ten Mittel zum Erzeugen des zumindest einen zweiten Magnet
feldes aufweist.
Bei dieser Ausgestaltung ist von Vorteil, daß die ersten Mittel
und die zweiten Mittel an dem köcherartigen Gefäß vorgesehen
sein können, während der Endoprothesenschaft ein herkömmlicher
Endoprothesenschaft sein kann, der demnach selbst keine Magnet
elemente aufweisen oder aus einem magnetisierten Werkstoff her
gestellt sein muß.
Dabei ist die Außenwand bevorzugt und vorteilhaft aus einem ma
gnetisch polarisierten Werkstoff gebildet oder weist, wie zuvor
erwähnt, Magnetelemente auf.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Innenwand die ersten Mit
tel zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes auf
weist.
Wie bereits erwähnt, werden dann die beiden die Aufnahme von
Kraftstößen bewirkenden Magnetfelder allein durch das köcher
artige Gefäß, nämlich durch die Innenwand und die Außenwand,
erzeugt, während der Endoprothesenschaft selbst ein herkömmli
cher Endoprothesenschaft sein kann, der keine Maßnahmen zur Er
zeugung eines Magnetfeldes aufweisen muß.
Ebenso ist es jedoch bevorzugt und vorteilhaft, wenn der Endo
prothesenschaft selbst die ersten Mittel zum Erzeugen des zu
mindest einen ersten Magnetfeldes aufweist, und die Innenwand
für Magnetfelder durchlässig ist.
Hierbei ist von Vorteil, daß die Innenwand aus einem flexiblen
Kunststoff nachgiebig ausgebildet werden kann, so daß sich die
Innenwand besser an den Endoprothesenschaft anschmiegen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Innenraum
zwischen der Innenwand und der Außenwand mit dem mechanischen
Dämpfungsmedium gefüllt.
Durch diese Maßnahme wird ein Federn des Endoprothesenschaftes
durch das mechanische Dämpfungsmedium in dem köcherartigen Ge
fäß vermieden. Aufgrund der dann dicht geschlossenen Ausgestal
tung des köcherartigen Gefäßes zwischen der Innenwand und der
Außenwand kann hier als Dämpfungsmedium auch eine geeignete
viskose Flüssigkeit verwendet werden, ohne daß diese in den
Körper austreten kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist am oberen Ende
des Endoprothesenschafts eine umfängliche Dichtung angeordnet,
wodurch vorteilhafterweise eine vollständige Kapselung des
Endoprothesenschafts erreicht wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei
bung und der beigefügten Zeichnung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher be
schrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine in einen Oberschenkelknochen implantierte Endo
prothese gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im
Längsschnitt;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1
durch die Endoprothese allein;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung in einer
geringfügig abgewandelten Ausführung der Endoprothe
se;
Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Längsschnittdarstellung
einer Endoprothese gemäß einem weiteren Ausführungs
beispiel;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4 durch
die Endoprothese allein;
Fig. 6 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung eines noch
weiteren Ausführungsbeispiels einer Endoprothese;
und
Fig. 7 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel einer Endo
prothese im Längsschnitt.
In Fig. 1 und 2 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen
10 versehene Endoprothese dargestellt, die in einem Knochen 12,
genauer gesagt einem Oberschenkelknochen (Femur), des menschli
chen Skeletts implantiert ist. In dem gezeigten Ausführungs
beispiel ist die Endoprothese 10 genauer gesagt das Ober
schenkelteil einer Hüftgelenksendoprothese.
Die Endoprothese 10 weist einen Endoprothesenschaft 14 auf. Am
oberen Ende des Endoprothesenschafts 14 schließt sich ein Hals
16 an, der schräg zur Längsachse des Endoprothesenschafts 14
gerichtet ist und an seinem oberen Ende eine Kugel 18 aufweist,
die die Gelenkkugel des künstlichen Hüftgelenkes bildet.
Ohne darauf beschränkt zu sein, sind der Endoprothesenschaft
14, der Hals 16 und die Kugel 18 insgesamt einstückig ausgebil
det.
Der Endoprothesenschaft 14 ist in seiner Längsrichtung gesehen
gerade ausgebildet, jedoch ist auch diese geometrische Form des
Endoprothesenschaftes 14 für die vorliegende Erfindung nicht
notwendig. Es können auch andere Formen, beispielsweise ge
krümmte Formen (siehe beispielsweise Fig. 7) und am unteren En
de spitz zulaufende Formen (vgl. ebenfalls Fig. 7), in Betracht
gezogen werden.
Die Endoprothese 10 wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist, in
einen Markraum 19 des Knochens 12, der zuvor entsprechend prä
pariert wurde, implantiert.
Der für die Implantation der Endoprothese 10 vorgesehene Teil
des Markraums 19 ist von dem übrigen Markraum 19 durch einen
konischen Stopper 20 getrennt.
Die Endoprothese 10 weist weiterhin Lagermittel 22 auf, um auf
die Endoprothese 10 wirkende Kraftstöße so aufzunehmen und ab
zumildern, daß die Kraftstöße nicht zu einer übermäßigen Bela
stung der Grenzfläche zwischen dem Knochengewebe des Knochens
12 und der Endoprothese 10 führen.
Die Grenzfläche ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 24 bezeich
net. Die Grenzfläche 24 wird auch als Interface bezeichnet.
Die Lagermittel 22 weisen erste Mittel 26 auf, die ein erstes
Magnetfeld erzeugen, sowie zweite Mittel 28, die ein das erste
Magnetfeld abstoßendes zweites Magnetfeld erzeugen. Die sich
gegenüberstehenden Pole der ersten Mittel 26 und der zweiten
Mittel 28 sind demnach gleichnamig.
In Fig. 1 und 2 ist dies durch eine Vielzahl von + und -
veranschaulicht, wobei sich die mit + bezeichneten Pole der er
sten und zweiten Mittel 26 und 28 gegenüberstehen.
Die ersten Mittel 26 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
an dem Endoprothesenschaft 14 selbst vorgesehen. Der Endo
prothesenschaft 14 besteht dazu im Bereich seiner Oberfläche
aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche des Endo
prothesenschafts 14 mit einer magnetischen Dipolschicht 30 ver
sehen, die beispielsweise aus einer ferromagnetischen Legierung
besteht. Diese magnetische Dipolschicht läßt sich als Aneinan
derreihung von miniaturisierten Stabmagneten mit einem Nord-
und Südpol (+ und -) verstehen, wobei jedoch die erzeugten Ma
gnetfelder in axialer Richtung über die Länge des Endoprothe
senschafts 14 gesehen im wesentlichen homogen sind.
Anstelle einer solchen Dipolschicht können die ersten Mittel
jedoch auch durch einzelne Magnetelemente in Form von einzelnen
magnetischen Dipolen, beispielsweise Stabmagneten, gebildet
sein, die in den Endoprothesenschaft 14 integriert, beispiels
weise eingebettet, sind, oder angeklebt oder sonstwie befestigt
sind.
Als ferromagnetische Legierungen eignen sich insbesondere hart
magnetische Werkstoffe, beispielsweise Seltenerdmagnete in den
Legierungen Samarium-Cobalt oder Neodym-Eisen-Bor.
Die ersten Mittel 26 zur Erzeugung des zumindest einen ersten
Magnetfeldes in Form der magnetischen Dipolschicht 30 erstrec
ken sich über den Endoprothesenschaft 14 über dessen im wesent
lichen gesamte Länge zwischen dem Hals 16 und dem unteren Ende
des Endoprothesenschafts 14.
Die zweiten Mittel 28 zum Erzeugen des zumindest einen zweiten
Magnetfeldes werden durch vier den Endoprothesenschaft 14 zu
mindest teilweise umgebende und von diesem beabstandete flächi
ge Elemente 32, 34, 36, 38 gebildet. Die flächigen Elemente
32-38 bestehen ebenfalls aus einem magnetisch polarisierten
Werkstoff, der gegebenenfalls der gleiche sein kann wie der
jenige der magnetischen Dipolschicht 30 des Endoprothesen
schafts 14. Die magnetische Polarisierung der flächigen Elemen
te 32-38 ist nun so, daß sich das von diesen flächigen Elemen
ten 32-38 jeweils erzeugte Magnetfeld und das von der Dipol
schicht 30 erzeugte Magnetfeld abstoßen.
Anstelle daß sich die ersten Mittel 26 und die zweiten Mittel
28 über die gesamte Länge des Endoprothesenschafts 14 erstrec
ken, ist es ebenso vorteilhaft, die ersten Mittel 26 und die
zweiten Mittel 28 in axialer Richtung gesehen nur an wenigen
Lagerstellen vorzusehen, beispielsweise an zwei Lagerstellen.
Eine erste Lagerstelle kann dabei am oberen Ende des Endo
prothesenschafts 14 und eine zweite Lagerstelle am unteren Ende
des Endoprothesenschafts 14 vorgesehen sein. In Umfangsrichtung
kann die Magnetlagerung vollumfänglich sein, beispielsweise in
dem die ersten Mittel 26 und die zweiten Mittel 28 in Form von
Ringmagneten ausgebildet sind.
Aus der Anordnung der flächigen Elemente 32-38 und dem Endo
prothesenschaft 14 der Endoprothese 10 ergibt sich, daß die von
den flächigen Elementen 38 einerseits erzeugten Magnetfelder
und das von diesen abgestoßene Magnetfeld der Dipolschicht 30
den Endoprothesenschaft 14 aufgrund der symmetrischen Anordnung
der vorgenannten Elemente etwa in einer zentrischen Ruhelage
halten.
Wirkt nun auf die Endoprothese 10 ein Kraftstoß ein, beispiels
weise beim Springen, Laufen oder Treppensteigen des Endoprothe
sepatienten, so werden diese Kraftstöße von den sich abstoßen
den Magnetfeldern abgefedert. Eine Auslenkung des Endoprothe
senschaftes 14 aus der in Fig. 2 gezeigten zentrischen Lage in
Richtung eines oder zweier der flächigen Elemente 32-38 erhöht
wegen der Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke vom inversen
Quadrat des Abstandes zwischen zwei magnetischen Polen die ab
stoßende Magnetkraft und bewirkt damit eine Rückstellung des
Endoprothesenschaftes 14 in die zentrische Ruhelage.
Zwischen den ersten Mitteln 26 und den zweiten Mitteln 28 wei
sen die Lagermittel 22 ein mechanisches Dämpfungsmedium in Form
einer Elastomerlage 40 auf. Die Elastomerlage 40 weist bevor
zugt eine Härte von 50 Shore auf. Die Elastomerlage 40 ist mit
dem Endoprothesenschaft 14 einerseits und den flächigen Elemen
ten 32-38 andererseits verklebt, so daß die flächigen Elemente
32-38 mit dem Endoprothesenschaft 14 einen festen Verbund bil
den.
Im implantierten Zustand liegen die flächigen Elemente 32-38
eng an der Grenzfläche 24 des Knochens 12 an. Zusätzlich kann
die Endoprothese 10 mit den flächigen Elementen 32-38 in den
Markraum 18 einzementiert sein.
Im implantierten Zustand ist der Endoprothesenschaft 14 auf
grund der zuvor genannten Magnetfelder magnetfeldkissenartig
gelagert, wobei das Dämpfungsmedium in Form der Elastomerlage
40 ein Schwingen des Endoprothesenschaftes 14 vermeidet.
Die Endoprothese 10 weist weiterhin an ihrem oberen Ende eine
Verschlußplatte 42 auf, die mit einer entsprechenden Dichtung
43 versehen ist und eine vollständige Kapselung der Endoprothe
se 10 bewirkt. Die Dichtung 43 wird durch eine Elastomerscheibe
mit einem Federring am Endoprothesenschaft 14 gebildet.
Am unteren Ende der Endoprothese 10 ist noch eine lose Trenn
platte 44 vorgesehen, über die sich die Endoprothese 10 auf
einer Tellerfederanordnung 46 abstützt, die über ein weiteres
Lagermittel 48 in Form eines Elastomerstücks, das bevorzugt
härter ist als die Elastomerlage 40, kraftstoßgedämpft ist. Die
Tellerfederanordnung 46 und das Dämpfungselement 48 können be
sonders starke, vertikal wirkende Kraftstöße auf die Endo
prothese 10 abdämpfen.
Die Stärke der zuvor genannten erzeugten Magnetfelder hängt von
den verwendeten magnetisch polarisierten Werkstoffen ab. Je
nach Wahl dieser Materialien kann die Härte der Magnetfeld
lagerung und damit die Steifigkeit der Endoprothesenanordnung
voreingestellt werden. Bei starken Magnetfeldern wird eine be
sonders harte Lagerung erreicht, während mit kleineren Magnet
feldern eine weichere Lagerung erzielt werden kann. Dies kann
unter Umständen auch vom Körpergewicht des Patienten und von
der Knochensubstanz des Patienten abhängig gemacht werden.
Die Härte der magnetfeldbasierten Lagerung kann dabei ebenfalls
mit der Härte der Elastomerlage 40 abgestimmt sein, also etwa
gleich der Härte der Elastomerlage 40, oder härter oder wei
cher. Die Abstimmung zwischen der Härte der Magnetfeldlagerung
und der Dämpfung durch die Elastomerlage 40 wird so gewählt,
daß ein optimales Steifigkeits-/Dämpfungsverhältnis erreicht
wird.
Der Querschnitt des Endoprothesenschaftes 14 der Endoprothese
10 ist gemäß Fig. 2 zumindest axial abschnittsweise etwa recht
eckig, wodurch eine zusätzliche Verdrehsicherung der Endopro
these 10 in dem Knochen 12 erreicht wird.
In Fig. 3 ist ein demgegenüber abgewandeltes Ausführungs
beispiel einer Endoprothese 50 dargestellt, die sich von der
Endoprothese 10 durch einen im Querschnitt dreieckigen Endo
prothesenschaft 52 unterscheidet.
Der Endoprothesenschaft 52 weist wiederum erste Mittel 54 zum
Erzeugen eines ersten Magnetfeldes auf, während zweite Mittel
56 in Form von drei flächigen Elementen 58, 60, 62 wiederum den
Endoprothesenschaft 52 umgeben und jeweils Magnetfelder erzeu
gen, die das von den ersten Mitteln 54 in Form einer magneti
schen Dipolschicht 64 erzeugte Magnetfeld abstoßen. Die flächi
gen Elemente 58, 60, 62 sind ebenfalls wieder durch eine Ela
stomerlage 66 von dem Endoprothesenschaft 52 getrennt.
In Fig. 4 und 5 ist ein noch weiteres Ausführungsbeispiel
einer Endoprothese 70 dargestellt.
Die Endoprothese 70 weist einen Endoprothesenschaft 72 auf, der
von einem köcherartigen Gefäß 74 eingefaßt ist. Bei diesem Aus
führungsbeispiel wird demnach die Anordnung aus Endoprothesen
schaft 72 und dem köcherartigen Gefäß 74 in den Knochen 12 im
plantiert.
Das köcherartige Gefäß 74 weist eine Innenwand 76 und eine von
dieser beabstandete Außenwand 78 auf, wobei die Innenwand 76
und die Außenwand 78 zwischen sich einen nach außen hin luft-
und flüssigkeitsdichten Raum einschließen. Die Innenwand 76
faßt den Endoprothesenschaft 72 ein.
Erste Mittel 80 zum Erzeugen zumindest eines ersten Magnet
feldes sind bei dieser Endoprothese 70 an der Innenwand 76 des
köcherartigen Gefäßes 74 vorgesehen. Dazu besteht die Innenwand
76 des köcherartigen Gefäßes 74 aus einem magnetisch polari
sierten Werkstoff, beispielsweise einer ferromagnetischen Le
gierung. In Fig. 5 ist mit + und - wiederum die Polarisierung
des von der Innenwand 76 erzeugten Magnetfeldes angedeutet.
Zweite Mittel 82 zum Erzeugen zumindest eines zweiten Magnet
feldes, das dem von den ersten Mitteln 80 erzeugten Magnetfeld
entgegengesetzt orientiert ist, sind an der Außenwand 78 des
köcherartigen Gefäßes 74 vorgesehen. Dazu weist die Außenwand
78 ebenfalls einen magnetisch polarisierten Werkstoff auf, bei
spielsweise eine ferromagnetische Legierung. Die Polarisierung
des von der Innenwand 76 erzeugten Magnetfeldes und die Polari
sierung des von der Außenwand 78 erzeugten Magnetfeldes ist
wiederum so, daß sich beide Magnetfelder abstoßen. Mit anderen
Worten stoßen sich die Innenwand 76 und die Außenwand 78 des
köcherartigen Gefäßes 74 ab.
Da jedoch die Außenwand 78 des köcherartigen Gefäßes 74 an dem
Knochen 12 anliegt, und die Innenseite der Innenwand 76 am
Endoprothesenschaft 72 anliegt, können sich die Innenwand 76
und die Außenwand 78 nicht weiter voneinander beabstanden. Es
ergibt sich nun wiederum, daß bei einem auf den Endoprothesen
schaft 72 wirkenden Kraftstoß aufgrund der sich abstoßenden Ma
gnetfelder zwischen der Innenwand 76 und der Außenwand 78 die
mechanische Energie des Kraftstoßes von den sich abstoßenden
Magnetfeldern in Form magnetischer Energie aufgenommen wird.
In dem Zwischenraum zwischen der Innenwand 76 und der Außenwand
78 ist weiterhin ein Dämpfungsmedium in Form einer viskosen
Flüssigkeit 84 vorhanden, die eine ausreichende Zähigkeit be
sitzt, um ein Federn des Endoprothesenschaftes 72 ausreichend
zu dämpfen und dem Endoprothesenschaft 72 die erforderliche
stabile Lage in dem Gefäß 74 zu verleihen.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2
werden auch auf die Endoprothese 70 wirkende rein vertikale
Kraftstöße durch sich abstoßende Magnetfelder aufgenommen. Dazu
sind ein Bodenabschnitt 86 der Innenwand 76 und ein Boden
abschnitt 88 der Außenwand 78 ebenfalls wie vorstehend be
schrieben aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff gebil
det, so daß sich der Bodenabschnitt 86 und der Bodenabschnitt
88 gegenseitig abstoßen. Um ein Ausweichen des Bodenabschnitts
86 der Innenwand 76 nach oben zu vermeiden, ist der Boden
abschnitt 86 der Innenwand 76 an dem Bodenabschnitt 88 durch
entsprechende Maßnahmen gesichert, wie hier durch einen Zug
anker 90 veranschaulicht ist.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist der Endoprothesenschaft 72 der
Endoprothese 70 im Querschnitt nicht rund, sondern mit Einbuch
tungen 92 ausgebildet, die mit entsprechenden Einbuchtungen 94
des köcherartigen Gefäßes 74 zusammenwirken, um den Endoprothe
senschaft 72 in dem köcherartigen Gefäß 74 drehfest zu halten.
In Fig. 6 ist ein gegenüber den Fig. 4 und 5 geringfügig ab
gewandeltes Ausführungsbeispiel einer Endoprothese 100 darge
stellt, bei der im Unterschied zu der Endoprothese 70 erste
Mittel 102 zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes
nicht an einer Innenwand 104 eines köcherartigen Gefäßes 106
vorgesehen sind, sondern an einem Endoprothesenschaft 108 der
Endoprothese 100 selbst. Entsprechend ist der Endoprothesen
schaft 108, vergleichbar mit dem Endoprothesenschaft 14 der
Endoprothese 10 aus Fig. 1 und 2, mit einer magnetischen Di
polschicht versehen, um das zumindest eine erste Magnetfeld zu
erzeugen.
Zweite Mittel 110 zum Erzeugen des zumindest einen zweiten Ma
gnetfeldes sind wiederum an einer Außenwand 112 des köcherarti
gen Gefäßes 106 vorgesehen. Die Innenwand 104 des köcherartigen
Gefäßes 106 ist dementsprechend für Magnetfelder durchlässig,
um die gewünschte abstoßende Wirkung zwischen den durch die er
sten Mittel 102 und die zweiten Mittel 110 erzeugten Magnet
felder zu bekommen. Die Innenwand 104 des köcherartigen Gefäßes
106 kann entsprechend aus einem flexiblen Material, beispiels
weise einem flexiblen Kunststoff, gebildet sein.
Schließlich ist in Fig. 7 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel
einer Endoprothese 120 dargestellt.
Die Endoprothese 120 weist einen Endoprothesenschaft 122 mit
Rotationssicherung auf, der insgesamt zweiteilig aufgebaut ist.
Der Endoprothesenschaft 122 weist einen Schaftkern 124 und eine
den Schaftkern 124 umgebende Schafthülle 126 auf. Die Schaft
hülle 126 ist von dem Schaftkern 124 beabstandet, wobei der
Zwischenraum zwischen dem Schaftkern 124 und der Schafthülle
126 durch ein Dämpfungsmedium in Form einer Elastomerlage 128
aufgefüllt ist. Die Schafthülle 126, die Elastomerlage 128 und
der Schaftkern 124 stellen einen festen Verbund dar, d. h. die
Schafthülle 126 ist über die Elastomerlage 128 fest mit dem
Schaftkern 124 verbunden.
Erste Mittel 130 zum Erzeugen zumindest eines ersten Magnet
feldes sind an dem Schaftkern 124 in Form einer magnetischen
Dipolschicht 132 vorgesehen, entsprechend dem Endoprothesen
schaft 14 der Endoprothese 10 in Fig. 1 und 2.
Zweite Mittel 134 zum Erzeugen zumindest eines zweiten Magnet
feldes sind entsprechend an der Schafthülle 125 vorgesehen,
vergleichbar mit den flächigen Elementen 32-38 der Endoprothese
10 in Fig. 1 und 2.
Die so erzeugten Magnetfelder stoßen wiederum einander ab, so
daß die Schafthülle 126 von dem Schaftkern 124 abgestoßen wird.
Auf den Schaftkern 124 wirkende Kraftstöße werden somit durch
die einander abstoßenden Magnetfelder abgefedert. Entsprechend
ist das Elastomer 128 zwischen der Schafthülle 126 und dem
Schaftkern 124 entlastet. Des weiteren ist es möglich, das Ela
stomer 128 mit einer geringeren Härte auszuwählen als dies der
Fall ist, wenn das Elastomer 128 alleine die Dämpfung der
Kraftstöße übernimmt. Das Elastomer 128 hat hier vielmehr die
Funktion, eine Schwingung des Schaftkerns 124 relativ zur
Schafthülle 126 zu vermeiden.
Claims (15)
1. Endoprothese für ein künstliches Gelenk, insbesondere
Hüftgelenk, mit einem Endoprothesenschaft (14; 52; 72;
108; 122), der in einen Knochen (12), insbesondere einen
Oberschenkelknochen, implantierbar ist, sowie mit Lager
mitteln (22; 48) zur kraftstoßaufnehmenden Lagerung des
Endoprothesenschafts (14; 52; 72; 108; 122) im Knochen
(12), dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermittel (22; 48)
erste Mittel (26; 54; 80; 102; 130) zum Erzeugen zumindest
eines ersten Magnetfeldes, die mit dem Endoprothesenschaft
(14; 52; 72; 108; 122) mechanisch in Wirkverbindung ste
hen, und zweite Mittel (28; 56; 82; 110; 134) zum Erzeugen
zumindest eines zweiten, das erste Magnetfeld abstoßenden
Magnetfeldes aufweisen, wobei die zweiten Mittel (28; 56;
82; 110; 134) von den ersten Mitteln (26; 54; 80; 102;
130) beabstandet sind und den ersten Mitteln (26; 54; 80;
102; 130) gegenüberliegend angeordnet sind, derart, daß
der Endoprothesenschaft (14; 52; 72; 108; 122) durch die
einander abstoßenden Magnetfelder umfänglich zumindest
teilweise eine magnetfeldkissenartige Lagerung erfährt.
2. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten Mittel (26; 54; 80; 102; 130) und die zweiten
Mittel (28; 56; 82; 110; 134) so ausgebildet sind, daß das
zumindest eine erste Magnetfeld und das zumindest eine
zweite Magnetfeld den Endoprothesenschaft (14; 52; 72;
108; 122) zumindest axial abschnittsweise allseitig um
geben.
3. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die ersten Mittel (26; 54; 80; 102; 130) und die
zweiten Mittel (28; 56; 82; 110; 134) so angeordnet sind,
daß das zumindest eine erste Magnetfeld und das zumindest
eine zweite Magnetfeld den Endoprothesenschaft (14; 52;
72; 108; 122) in einer etwa zentrischen Ruhelage halten.
4. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lagermittel (22; 48) weiterhin zu
mindest ein mechanisches Dämpfungsmedium (40) aufweisen, das
für Magnetfelder durchlässig ist, und das zwischen den er
sten Mitteln (26; 54; 80; 102; 130) und den zweiten Mit
teln (28; 56; 82; 110; 134) angeordnet ist.
5. Endoprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Dämpfungsmedium (40) ein Elastomer oder eine viskose Flüs
sigkeit ist.
6. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die ersten Mittel (26; 54; 102; 130) zum
Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes am Endo
prothesenschaft (14; 52; 108; 122) selbst angeordnet sind.
7. Endoprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Endoprothesenschaft (14; 52; 108; 122) zumindest im
Bereich seiner Oberfläche zumindest teilweise einen magne
tisch polarisierten Werkstoff aufweist.
8. Endoprothese nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß die ersten Mittel (26; 54; 102; 130) als in den
Endoprothesenschaft (14; 52; 72; 108; 122) integrierte
Permanentmagnete ausgebildet sind.
9. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zweiten Mittel (28; 56) durch ein
den Endoprothesenschaft (14; 52) zumindest teilweise umge
bendes, von diesem beabstandetes flächiges, Element (32,
34, 36, 38; 58, 60, 62) aus einem magnetisch polarisierten
Werkstoff gebildet sind.
10. Endoprothese nach Anspruch 4 oder 5 und nach Anspruch 7
oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Endoprothesen
schaft (122) aus einem Schaftkern (124) und einer Schaft
hülle (126) gebildet ist, wobei der Schaftkern (124) die
ersten Mittel (130) und die Schafthülle (126) die zweiten
Mittel (134) aufweist, und daß ein den Schaftkern (124)
und die Schafthülle (126) trennender Zwischenraum mit dem
mechanischen Dämpfungsmedium (128) gefüllt ist.
11. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Endoprothesenschaft (72; 108) von
einem köcherartigen Gefäß (74; 106) umgeben ist, das eine
den Endoprothesenschaft (72; 108) einfassende Innenwand
(76; 104) und eine von dieser beabstandete Außenwand (78;
112) aufweist, wobei die Außenwand (78; 112) die zweiten
Mittel (82; 110) zum Erzeugen des zumindest einen zweiten
Magnetfeldes aufweist.
12. Endoprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Innenwand (76; 104) die ersten Mittel (80; 102) zum
Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes aufweist.
13. Endoprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Endoprothesenschaft (72; 108) selbst die ersten Mittel
(80; 102) zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnet
feldes aufweist, und die Innenwand (76; 104) für Magnet
felder durchlässig ist.
14. Endoprothese nach Anspruch 4 oder 5 und einem der Ansprü
che 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum
zwischen der Innenwand (76; 104) und der Außenwand (78;
112) mit dem mechanischen Dämpfungsmedium (84) gefüllt ist.
15. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Endoprothesen
schafts (14; 52; 72; 108; 122) eine umfängliche Dichtung
angeordnet ist.
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