DE202021003249U1

DE202021003249U1 - Orthopädische Gelenk Endoprothesen Komponenten bestehend aus Teilen, welche aus verschiedenen Materialien mit stabiler Verbindung untereinander angefertigt sind zur Gewährleistung sowohl einer Oberflächenbeschaffenheit mit zum Beispiel geeigneten Gleiteigenschaften gegenüber zum Beispiel Polyethylen einerseits und einer guten Gewebeverträglichkeit bzw. Einwachsverhaltens zum Beispiel gegenüber Knochengewebe andererseits

Info

Publication number: DE202021003249U1
Application number: DE202021003249.5U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-01-20
Anticipated expiration: 2031-10-20

Abstract

Mindestens eine Komponente einer Endoprothese, dadurch gekennzeichnet,dass, zum Beispiel ein Teil der Prothesenkomponente zum Beispiel aus Titan und ein zweiter Teil aus einer weiteren zum Beispiel Edelstahllegierung aus Chrom Kobalt Molybdän besteht unddass der Teil der Prothesenkomponente, welcher den großflächigen Kontakt mit dem Knochen bzw. dem Weichteil herstellt zum Beispiel aus Titan angefertigt und der zweite Teil, welcher zum Beispiel mit einem meistens aus ultrahochmolekularen Polyethylen bestehendem Gelenkspartner artikuliert zum Beispiel aus Chrom Kobalt Molybdän angefertigt wurden und welche eine annähernd kongruente, zum Beispiel nut- und federartige Verbindung an der Kontaktstelle zwischen den beiden Teilen der Prothesenkomponente aufweisen und hierbei zum Beispiel durch eine gewisse Über- und oder Unterdimensionierung der sogenannten Feder und oder der sogenannten Nutöffnung eine sogenannte Pressfit-Verankerung aufweisen.Diese wird zum Beispiel dadurch erreicht, dass durch Thermodilatation und/oder Kryokontraktion die jeweiligen Feder- bzw. Nutöffnungen einpassbar gemacht und nach Einpassung durch Abkühlung und oder Erwärmung durch den hieraus resultierenden Anpressdruck zwischen Feder und Nutoberfläche derart verklemmt werden, dass eine unlösliche, stabile Verbindung der beiden Teile miteinander erreicht wird.

Description

2 Anwendungsgebiet der Erfindung
Anwendung in Zusammenhang mit der endoprothetischen Versorgung in der orthopädischen Chirurgie
3 Charakterisierung des Standes der Technik
3.1 derzeit übliche Materialien und Verfahren:
Titan stellt aufgrund seiner atomaren und mikrostrukturellen Eigenschaften den idealen Werkstoff für orthopädische Implantate an knöchernen Strukturen des Bewegungsapparates dar.
Es zeigt eine einmalige Oxidationsresistenz, welches in Kontakt mit menschlichem Körpergewebe eine außergewöhnliche Verträglichkeit bewirkt und gleichzeitig weist es, trotz eines niedrigeren Gewichtes gegenüber anderen Metallen eine überlegene Festigkeit auf.
Leider lassen sich jedoch bei Titanlegierungen tribologisch in der gelenk endoprothetischen Gleitpaarung mit einem gängigen Gelenkspartner zum Beispiel aus ultrahochmolekularem Polyethylen selbst bei optimal geglätteten Oberflächen vergleichsweise nur ein ungünstiges Abriebverhalten erzielen und es können selbst nach Oberflächenbehandlungen, durch Polieren, Verdichtung, Bedampfung u.ä. den Anforderungen den Belastungen von metallischen Gleitflächen in einem künstlichen Gelenk nicht so gute tribologische Werte, wie zum Beispiel bei Chrom Kobalt Molybdänlegierungen erreichen.
Rein mechanische Verbindungen durch Schrauben, Zapfen oder Ähnliches dieser Endoprothesen Teilen aus verschiedenen Materialien wurden schon frühzeitig verlassen, da diese den insbesondere repetitiven Dauerbelastungen einer Gelenks Endoprothese nicht zuverlässig standhalten konnten.
Es wurden auch eine Vielzahl von aufwendigen und technisch komplexen sogenannten Oberflächenvergütungen des Titans mit Aluminium, Vanadium, Mangan, Molybdän, Palladium, Kupfer, Zirconium und Zinn u.a. versucht, um möglichst diese beiden Eigenschaften, die gute Gewebeverträglichkeit und Festigkeit einerseits sowie eine ausreichende tribologische Belastbarkeit andrerseits zu vereinen.
Bislang waren diese Versuche jedoch nur bedingt erfolgreich.
3.2 Probleme bei der Verwendung der derzeit üblichen Materialien:
Ursächlich hierfür ist, dass aufgrund der unzureichenden Ähnlichkeit der physikalischen Eigenschaften der für die Oberflächenvergütung verwendeten Materialien mit dem Trägermaterial, dem Titan, langfristig eine mikrostrukturelle Schädigung unter mechanischer Belastung mit Ablösung und Abplatzen von Beschichtungen und Oberflächenvergütungen auftritt.
Da die meisten für die Oberflächenvergütung verwendeten Materialien eine deutlich niedrigere Elastizität bzw. Duktilität als das Titan besitzen kommt es unter den repetitiven Druck- und Stoßbelastungen im Gelenk, zum Beispiel unter Gehbelastung, zu mikrostrukturellen Bewegungen der Materialien von jeweils unterschiedlicher physikalischer Quantität und Qualität, welche mit dem Auftreten u. a. von Scherkräften zwischen denselben einhergehen und im Rahmen einer Materialermüdung letztendlich zu Brüchen mit Ablösung von Materialfragmenten an der Prothese einhergehen.
Am nächsten kommt einer möglichen Lösung die Oberflächenvergütung der Titanprothese mit z.B. Cerid, einer Legierung auf Titan-Niob-Basis.
Doch auch bei den mit Cerid oberflächenvergüteten Endoprothesen wurden gelegentlich nicht unerhebliche Oberflächenschäden auf der Gleitfläche des Metallimplantates nach einer gewissen Tragezeit der Endoprothese beobachtet.
Auch stellt die Herstellung und die anschließende Prothesenoberflächenvergütung mit dieser Cerid Legierungen einen erheblichen Mehraufwand bzw. erhebliche Mehrkosten dar, sodass aktuell ausschließlich bei nachgewiesener Allergie eines Patienten gegen die verwendeten Standard Prothesenmetalle Chrom Kobalt Molybdän auf diese Legierungen zurückgegriffen wird.
Ähnlich verhält es sich mit vielen anderen auch aktuell noch entwickelten Oberflächen Legierungen und Vergütungen an Prothesen.
4 Zu lösende Problemstellung der Erfindung
4.1 Ziel:
zum Beispiel metallische Gelenks Endoprothese mit idealer Gewebeverträglichkeit an der Knochenkontaktstelle und ausreichender Abriebfestigkeit an der Gleitfläche durch Verwendung zweier verschiedener zum Beispiel metallischen Materialien.
4.2 Aufgabe: Welche Ursachen der Nachteile/Mängel sollen beseitigt/abgestellt werden.
Vermeidung von zum Beispiel beschichtungs- oder vergütungsbedingter struktureller Anfälligkeit des Endoprothesen Materials beim Versuch einer Kombination dieser zum Beispiel metallischen Materialien.
5 Erfindungsgemäße Lösung
5.1 Darstellung der Erfindung
Zur Gewährleistung der oben aufgeführten gewünschten Eigenschaften zum Beispiel einer Gelenks Endoprothese wird diese aus zwei Teilen, bestehend zum Beispiel aus jeweils zwei verschiedenen Materialien zusammengesetzt.
Hierbei wird der eine Teil, welcher den großflächigen Kontakt mit dem Knochen eingeht zum Beispiel aus Titan und der zweite Teil, welcher die mit dem Gleitpartner aus ultrahochmolekularem Polyethylen artikulierende Gelenksoberfläche bildet, zum Beispiel aus einer Edelstahllegierung wie Chrom Kobalt Molybdän hergestellt.
Um eine zuverlässig stabile und ausreichend feste Verbindung dieser beiden Teile zu gewährleisten, kann zum Beispiel auf chemische, schweißtechnische oder auch konventionelle mechanische Verbindung unter Zuhilfenahme von zum Beispiel Klebstoffen, Schweißtechnologien, Schrauben, Nieten,- und Spannvorrichtungen o.ä. verzichtet werden.
Stattdessen kann zum Beispiel eine annähernd kongruente, zum Beispiel nut- und federartige Kontaktfläche von beliebiger Form und Größe zwischen den beiden Teilen hergestellt, wobei die seitlichen Wände der Nut- und Federkonstruktion zum Beispiel senkrecht zu den Grund- und Oberflächen konstruiert werden.
Dabei wird dann zum Beispiel eine gewisse Überdimensionierung der sogenannten Feder und/oder eine Unterdimensionierung der sogenannten Nutöffnung an einem oder beiden Teilen vorgenommen werden, so dass ein einfaches Ineinanderfügen dieser beiden Teile zunächst nicht möglich ist.
Durch zum Beispiel starke Unterkühlung und oder gegebenenfalls starke Erhitzung der Feder und oder der Nut kann jedoch entsprechend dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials bei einer bestimmten Temperatur eine definierte Größe der Nutöffnung und oder der Feder des jeweiligen Prothesenteiles erreicht werden, sodass beide Teile nun annähernd passgenau ineinandergefügt werden können.
Nach Erwärmung und oder gegebenenfalls Abkühlung der behandelten Teile kommt es zu einer starken Kompression innerhalb der z. B. Nut und Feder Verfugung, so dass aufgrund der erzeugten Anpresskraft eine unter physiologischen Bedingungen unlösliche Verbindung der beiden Teile miteinander erreicht wird. (1 und 2)
Die hierbei entstehenden erheblichen Kompressionsdruckkräfte führen hierbei auch zu einer mikrostrukturellen erheblichen Immobilisierung der beiden Prothesenteile bzw. eine ausgeprägte Resistenz gegen Mikrobewegungen und damit auch gegen Ermüdungsfrakturen.
5.2 Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung
Bei Erhalt der idealen Oberflächenstruktur bzw. der Gleiteigenschaft an der gelenksseitigen Prothesenoberfläche durch Auswahl der am besten geeigneten Metalllegierung zum Beispiel Chromkobalt und den kann gleichzeitig an der knochenseitigen Prothesenoberfläche die materialbedingte gute Primärverankerung sowie ein ideales Einwachsverhalten von Knochen, gegebenenfalls auch von Gefäßen und anderen organischen Weichteilstrukturen durch Verwendung einer Titanlegierung stattfinden.
Dieses ist sowohl bei der Primärversorgung mit einer Endoprothese insbesondere aber auch in der Sekundärversorgung bzw. Revisionsendoprothetik, bei welcher oftmals ein ausgedehnter Knochenverlust mit besonders kritischen Implantationsverhältnissen und erhöhten Lockerungsrisiko vorliegt, von größter Bedeutung, um eine optimale und langfristige Fixierung des Metallimplantates selbst unter diesen erschwerten Bedingungen für den Patienten zu erreichen.
5.3 Weitere Ausgestaltung der Erfindung (kann sich auch an 5.1 anschließen)
Auch kann durch Strukturierung, zum Beispiel im Sinne einer Gitterstruktur, des für das knöcherne Einwachsen vorgesehenen Titan-Endoprothesen Teiles das tiefe Einwachsen des Knochens und anderer Gewebe zusätzlich unterstützt werden.
Durch Verwendung der Gitterstruktur kommt es auch zu einem weiteren Gewichtsverlust des Implantates, wodurch die Lockerungsgefahr durch das „Ausschlagphänomen“ an der Endoprothese weiter reduziert wird. (3 u. 4)
Zusätzlich kann auch eine weitere Strukturierung dieses Titan Endoprothesen Teiles ausschließlich an der dem Knochen zugewandte Oberfläche in Form von zum Beispiel Zapfen, Nägeln, Tripoden, Rillen, Maserungen, Kugelkonglomerate oder anderen Formen vorgenommen werden, so dass eine zusätzlich optimierte Primär- und Sekundärverankerung des Knochens an der Prothesenoberflächen erreicht werden.
Durch die oben beschriebenen Gewichts- bzw. Materialreduzierung der Endoprothese infolge der Verwendung einer Gitterstruktur z. B. der Titan Komponente, sind auch deutlich niedrigere Materialkosten bei den zwischenzeitlich erheblich evolutionierten und ebenfalls preiswerter gewordenen 3-D Druckverfahren zu erreichen.
Weiterhin sind auch Kunststoff- und Keramikkomponenten sowie andersartige Werkstoffe unter anderem auch für die Herstellung von sogenannten Platzhaltern, bzw. Spacern in der Revisionsendoprothetik auf diese Weise optimierbar, strukturierbar und gegebenenfalls auch thermisch verzahnbar.
6 Ausführungsbeispiel(e)
in werden beispielhaft Kniegelenks Endoprothesen als Standardendoprothese bzw. als Primärimplantat und eine individuell angepasste Kniegelenkendoprothese bzw. ein langstieliges Revisionsimplantat mit einer jeweils aus einem Chrom Kobalt Molybdän bestehenden Teil und aus einem aus Titan bestehendem Teil zusammengesetzten Femur Komponente dargestellt.
Beschreibung:

1:
1. 1. Gelenkoberfläche bildendes Prothesenkomponenten Teil als Gleitpaarung zur Polyethylen Komponente aus Chrom Kobalt Molybdän Komponente
2. 2. Titaninlays als Prothesenkomponenten Teil mit Kontakt zum Knochen.
2:
1. 1. Gelenkoberfläche bildendes Prothesenkomponenten Teil als Gleitpaarung zur Polyethylen Komponente aus Chrom Kobalt Molybdän
2. 2. Titaninlays als Prothesenkomponenten Teil mit Kontakt zum Knochen vor dem thermisch unterstützten Ineinanderfügen
3:
1. 1. Gelenkoberfläche bildendes Prothesenkomponenten Teil als Gleitpaarung zur Polyethylen Komponente aus Chrom Kobalt Molybdän
2. 2. Schaft und Kondylen bildendes Prothesenkomponenten Teil aus Titan
3. 3. Prothesenkomponente als Gleitpaarung aus Polyethylen
4. 4. Restknochen des Femurs
4:
1. 1. Gelenkoberfläche bildendes Prothesenkomponenten Teil aus Chrom Kobalt Molybdän
2. 2. Schaft und Kondylen bildendes Prothesenkomponenten Teil aus Titan vor dem vollständigen Einbringen in die Femur Diaphyse
3. 3. Prothesenkomponente als Gleitpaarung aus Polyethylen
4. 4. Restknochen des Femurs

Claims

Mindestens eine Komponente einer Endoprothese, dadurch gekennzeichnet, dass, zum Beispiel ein Teil der Prothesenkomponente zum Beispiel aus Titan und ein zweiter Teil aus einer weiteren zum Beispiel Edelstahllegierung aus Chrom Kobalt Molybdän besteht und dass der Teil der Prothesenkomponente, welcher den großflächigen Kontakt mit dem Knochen bzw. dem Weichteil herstellt zum Beispiel aus Titan angefertigt und der zweite Teil, welcher zum Beispiel mit einem meistens aus ultrahochmolekularen Polyethylen bestehendem Gelenkspartner artikuliert zum Beispiel aus Chrom Kobalt Molybdän angefertigt wurden und welche eine annähernd kongruente, zum Beispiel nut- und federartige Verbindung an der Kontaktstelle zwischen den beiden Teilen der Prothesenkomponente aufweisen und hierbei zum Beispiel durch eine gewisse Über- und oder Unterdimensionierung der sogenannten Feder und oder der sogenannten Nutöffnung eine sogenannte Pressfit-Verankerung aufweisen. Diese wird zum Beispiel dadurch erreicht, dass durch Thermodilatation und/oder Kryokontraktion die jeweiligen Feder- bzw. Nutöffnungen einpassbar gemacht und nach Einpassung durch Abkühlung und oder Erwärmung durch den hieraus resultierenden Anpressdruck zwischen Feder und Nutoberfläche derart verklemmt werden, dass eine unlösliche, stabile Verbindung der beiden Teile miteinander erreicht wird.
Mindestens eine Komponente dieser Endoprothese, dadurch gekennzeichnet, dass auch verschiedene Materialien, Metalle, Titan- und Edelstahllegierungen, gegebenenfalls auch Kunststoff- und Keramikkomponenten sowie andersartige Werkstoffe verwendet werden.
Mindestens eine Komponente dieser Endoprothese dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Strukturierung zum Beispiel dieses aus Titan bestehenden Teils der Prothesenkomponente an der Kontaktstelle mit dem Knochen in Form von zum Beispiel Zapfen, Nägeln, Tripoden, Rillen, Maserungen, Kugelkonglomerate, Gitterstrukturen und weiterer Strukturierungen zum Beispiel im Sinne einer Oberflächenrauhigkeit mit verschiedenen Rauheitswerte vorgenommen wird und ein optimiertes Einwachsverhalten und eine optimierte Verankerung des Knochens an diesem Prothesenteil erreicht wird.