DE2205400C2

DE2205400C2 - Acetabulum

Info

Publication number: DE2205400C2
Application number: DE2205400A
Authority: DE
Inventors: Bernhard G. Dr.Med. St. Gallen Weber (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1972-02-04
Filing date: 1972-02-04
Publication date: 1974-02-28
Also published as: DE2205400B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenkpfanne, die Teil eines künstlichen Hüftgelenkes ist und mittels eines aushärtbaren Kunststoffzementes im Beckenknochen zu verankern ist.The invention relates to an acetabular cup that is part of an artificial hip joint and means a hardenable plastic cement is to be anchored in the pelvic bone.

Die Praxis hat gezeigt, daß bei Hüftgelenkprothesen häufig nach einiger Zeit Schwierigkeiten auftreten, die davon herrühren, daß sich die im Becken mit einem der üblichen Knochenzemente verankerte Gelenkpfanne lockert. Als Ursachs für diese Pfannenlockerung werden vor allem Vibrationsbewegungen im Mikrobereich angesehen, die beim Belasten und Bewegen des Gelenkes von der Pfanne durch den Knochenzement hindurch auf den Knochen übertragen werden und wahrscheinlich zu örtlichen Nekrosen und/oder Abbauerscheinungen des Knochens führen.Practice has shown that with hip joint prostheses, difficulties often arise after some time, which result from the fact that the joint socket is anchored in the pelvis with one of the usual bone cements loosens. Vibration movements are the main cause of this loosening of the pan viewed in the microscopic range that occurs when loading and moving the joint from the socket through the Bone cement is transferred through to the bone and likely to local necrosis and / or lead to degradation of the bone.

Aus.der französischen Patentschrift 1 122 634 sind schalenförmige Hüftgelenkpfannen bekannt, deren Ränder im Beckenknochen befestigt sind; diese Schalen sind auf ihrer den natürlichen oder einen künstlichen Gelenkkopf aus Metall oder Kunststoff aufnehmenden Hohlfläche mit einem elastischen Material beschichtet, um die über das Gelenk auf den Kno-. chen übertragenen Stoßbelastungen zu dämpfen.From the French patent specification 1 122 634, cup-shaped acetabular cups are known whose Margins are attached in the pelvic bones; these bowls are natural or an artificial one Articulated head made of metal or plastic receiving hollow surface with an elastic material coated to the over the joint on the knot. to dampen transmitted shock loads.

Da auf die Gelenkpfanne Belastungen bis zu 300 kg wirken können, ergibt diese bekannte Konstruktion kein funktionsfähiges Hüftgelenk; denn bei derartigen Belastungen kann sich ein Gelenkkopf wegen der sehr großen Reibungskräfte in einer elastischen Schicht überhaupt nicht mehr bewegen. Diese. elastische Schicht müßte daher mit einer festen, den Belastungen widerstehenden Lauffläche versehen sein, die darüber hinaus, um bei Belastungen ein Ausweichen und Wegfließen des elastischen Materials zu vermeiden, zumindest nach der Art eines Deckels auf der Gelenkschale oder -pfanne aufliegen müßte. Durch eine derartige, starre Verbindung werden bei der bekannten Konstruktion jedoch Stöße und Vibrationen dann direkt von der Lauffläche auf die Schale und damit auf den Knochen übertragen; somit bleibt aber die elastische Schicht dann wirkungslos.Since loads of up to 300 kg can act on the joint socket, this is the result of this known construction no functional hip joint; because with such loads a joint head can move the very large frictional forces in an elastic layer no longer move at all. This. The elastic layer would therefore have to be provided with a firm tread that can withstand the loads Be that, moreover, in order to give way and flow away of the elastic material in the event of stress should be avoided, at least in the manner of a lid on the joint socket or socket. Such a rigid connection, however, in the known construction, shocks and vibrations then transferred directly from the running surface to the shell and thus to the bone; thus remains but the elastic layer then has no effect.

Weiterhin sind Konstruktionen bekannt, z. B. britische Patentschrift 1 126 961, die aus einer dem Knochen zugewandten Metallschale bestehen, in die als Lauffläche eine zweite Metallschale oder eine Kunststoffschale eingebettet ist. Da diese Kunststoffkörper wegen der durch sie übertragenenen Belastungen, ebenso wie die Metallschaten, steif und iest ausgebildet sein müssen, fehlt ihnen die notwendige Elastizität, um eine Weitergabe von Vibrationen zu verhin-Furthermore, constructions are known, for. B. British Patent specification 1 126 961, which consist of a metal shell facing the bone, in the as Tread a second metal shell or a plastic shell is embedded. Because this plastic body because of the loads they transmit, just like the metal shells, are stiff and well-developed must be, they lack the necessary elasticity to prevent the transmission of vibrations.

dem. Das gleiche gilt für Konstruktionen mit einschaligen Kunststoffgelenkpfannen, die mit Knochenzement unmittelbar im Becken verankert werden.to the. The same applies to constructions with single-shell Plastic joint sockets that are anchored directly in the pelvis with bone cement.

Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten Pfannenlockerungen zu vermeiden, d. h. das Auftre-The object of the invention is to avoid the described socket loosening, d. H. the occurrence

ten von Vibrationen im Mikrobereich an der Grenzfläche Knochenzement/Knochen möglichst zu verhindern. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Verankerungsfläche der steif und tragfähig ausgebildeten Pfanne ein hochelastisches Mate-to prevent vibrations in the micro range at the bone cement / bone interface as far as possible. The invention is characterized in that the anchoring surface is rigid and stable formed pan a highly elastic material

rial fest aufgebracht ist, das auf seiner Außenseite mit Rillen und Vertiefungen versehen ist. L'ntei hochelastischen Materialien werden in dieser Anmeldung Stoffe verstanden, deren Endhärte nach dem Aushärten Shore A-Werte < 90 besitzt. Neben seiner Elastizität muß das Material selbstverständlich auch körpervvrträglich und möglichst körperbeständig sein. Es soll darüber hinaus eine hohe Scherfestigkeit und eine hohe Reiß-, insbesondere eine hohe Weiterreißfestigkeit besitzen. Als sehr geeigneter Werkstoffrial is firmly applied, which is provided on its outside with grooves and depressions. L'ntei Highly elastic materials are understood in this application, substances whose final hardness after Hardening has Shore A values <90. In addition to its elasticity, the material must of course also Be compatible with the body and be as resistant to the body as possible. In addition, it should have a high shear strength and have a high tear strength, in particular a high tear propagation resistance. As a very suitable material

hat sich besonders ein Silikonkautschuk erwiesen, der unter dem eingetragenen Warenzeichen »Silastic« E RTV im Handel erhältlich ist. Selbstverständlich können auch andere Stoffe, wie z. B. Naturkautschuk, als hochelastische Materialien dienen, sofern sie die geschilderten Bedingungen erfüllen. Neben seiner schwingungsdämpfenden Eigenschaft wirkt das elastische Material gleichzeitig stoßdämpfend.In particular, a silicone rubber has proven to be available under the registered trademark »Silastic« E RTV is commercially available. Of course, other substances, such as. B. natural rubber, serve as highly elastic materials, provided they meet the conditions described. Next Due to its vibration-damping properties, the elastic material also has a shock-absorbing effect.

Für die angestrebte Wirkung besteht eine wesentliche Voraussetzung in der festen Verankerung der elastischen Schicht auf der steifen und — für die auftretenden, wie bereits erwähnt bis zu 300 kg betragenden Belastungen — tragfähigen Pfanne, die selbst aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein kann. Es ist daher vorteilhaft, wenn die auf ihrer Verankerungsfläche in an sich bekannter Weise mit Rippen versehene Gelenkpfanne mit in verschiedenem Abstand vom Pfannenrand in Umfangsrichtung verlaufenden Verankerungselementen versehen ist, die beispielsweise als an die Rippen angelötete Drahtringe ausgebildet sein können.An essential prerequisite for the desired effect is the firm anchoring of the elastic layer on the stiff and - for the occurring, as already mentioned up to 300 kg Loads - load-bearing pan, which itself can be made of metal or plastic. It is therefore advantageous if the ribs are provided on their anchoring surface in a manner known per se Joint socket with different distances from the socket edge in the circumferential direction Anchoring elements is provided, which are designed, for example, as wire rings soldered to the ribs could be.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment in connection with Drawing explained in more detail.

F i g. 1 zeigt eine Ansicht einer steifen und tragfä-F i g. 1 shows a view of a rigid and load-bearing

ss higen Hüftgelenkpfanne.ss higen acetabulum.

F i g. 2 ist ein in F i g. 4 angezeigter Schnitt H-II.
F i g. 3 und 4 stellen eine Ansicht und eine Aufsicht auf die in F i g. 1 gezeigte Pfanne nach dem Aufbringen des elastischen Materials dar.F i g. 2 is a figure shown in FIG. 4 shown section H-II.
F i g. 3 and 4 represent a view and a plan view of the in FIG. 1 represents the pan shown after the elastic material has been applied.

Fig.5 schließlich ist in gleicher Darstellung wie Fig.2 ein Schnitt, der eine im Beckenknochen verankerte Gelenkpfanne zeigt. Finally, FIG. 5 is, in the same representation as FIG. 2, a section showing a joint socket anchored in the pelvic bone.

Die Gelenkpfanne, die steif und unter den erwähnten Belastungen sich nicht bleibend verformend, d. h.The joint socket, which is stiff and does not permanently deform under the loads mentioned, i. H.

tragfähig, ausgebildet ist, besteht in bekannter Weise aus einer körperverträglichen Metallegierung oder aus einem ebenfalls physiologisch unbedenklichen Kunststoff. Ihre kugelkalottenfÖrmige, innere Aus-stable, is formed, consists in a known manner of a body-compatible metal alloy or made of a likewise physiologically harmless plastic. Their spherical, inner shape

nehmung 2 (F i g. 2) dient zur Aufnahme eines nichtgezeigten Gelenkkopfes.Take 2 (Fig. 2) is used to accommodate a not shown Swivel head.

Ihre äußere Verkankerungsfläche 3 ist in bekannter Weise mit Rippen 4 versehen, die nach der Verankerung Relativbewegungen zwischen der Pfanne 1 und dem auf sie aufgebrachten Materia! — bisher im • allgemeinen einem Knochenzement, im vorliegenden Fall aber einem hochelastischen Zwischenmaterials (F i g. 3 und 4) — verhindern sollen. Um die Verankerung des Zwischenmaterials auf der Fläche 3 zu verbessern, sind als Verankerungselemente in verschiedenem Abstand vom Rand in Umfangsrichtung verlaufende Drahtringe 8 an den Rippen 4 befestigt, z. B. angelötet.Your outer anchoring surface 3 is provided in a known manner with ribs 4, which after the anchoring Relative movements between the pan 1 and the material applied to it! - so far in • generally a bone cement, but in the present case a highly elastic intermediate material (F i g. 3 and 4) - intended to prevent. To the anchoring of the intermediate material on the surface 3 to improve, are as anchoring elements at different distances from the edge in the circumferential direction extending wire rings 8 attached to the ribs 4, for. B. soldered.

Wie F i g. 3 und 4 zeigen, ist die Verankerungsfläche 3 mit dem hochelastischen Material 5 überzogen. Dieses ist z. B. ein Silikonkautschuk. Auf ihrer Außenfläche ist die Kautschukschicht ihrerseits mit Rillen 6, die in Umfangsrichtung und in Meridianrichtung verlaufen, und mit Vertiefunger! 7 versehen. Das Aufbringen der Kautschukmasse auf die Verankerungsfläche 2 erfolgt beispielsweise so, daß zunächst die Pfanne 1 in gewissem Abstand von einer das Negativ der Außenfläche der Schicht 5 bildenden Fonn fixiert wird. Der mit dem zugehörigen Katalysator oder Vernetzer im vorgeschriebenen Verhältnis von beispielsweise 1 :10 innig vermischten Silikonkautschuk wird dann in die Form eingebracht, z. B. eingegossen. Die Fließfähigkeit kann dabei notfalls mit HUfe eines Verdünners erhöht werden.Like F i g. 3 and 4 show, the anchoring surface 3 is covered with the highly elastic material 5. This is e.g. B. a silicone rubber. On its outer surface, the rubber layer is in turn with grooves 6, which run in the circumferential direction and in the meridional direction, and with indentations! 7 provided. The rubber compound is applied to the anchoring surface 2, for example, in such a way that the pan 1 is initially fixed at a certain distance from a mold forming the negative of the outer surface of the layer 5. The silicone rubber, which is intimately mixed with the associated catalyst or crosslinker in the prescribed ratio of, for example 1:10, is then introduced into the mold, e.g. B. poured. The flowability can thereby be increased if necessary with hooves of a diluent.

Der erwähnte Silikonkautschuk polymerisiert bzw. vulkanisiert bei Raumtemperaturen von 25° C innerhalb von 24 Std. nach der Zugabe des Katalysators aus, wodurch eine feste Verankerung zwischenThe mentioned silicone rubber polymerizes or vulcanizes at room temperatures of 25 ° C within 24 hours. After the addition of the catalyst, whereby a firm anchoring between

15 der Pfanne 1 und der Schicht 5 entsteht. Durch Anwendung höherer Temperataren läßt sich die Aushärtung der elastischen Schicht erheblich beschleunigen. Bei Raumtemperaturen erreicht der genannte Kautschuk dann seine Endhärte von etwa Shore A 35 bis 45 nach einigen Tagen. 15 of the pan 1 and the layer 5 is created. The hardening of the elastic layer can be accelerated considerably by using higher temperatures. At room temperatures, the rubber mentioned then reaches its final hardness of approximately Shore A 35 to 45 after a few days.

Nach Erreichen der Endhärte des Zwischenmaterials 5 kann die Pfanne 1 in üblicher Weise mit einem der bekannten Knochenzemente 12 (Fig.5), z.B. ι mit Methylmetacrylat. im Beckenknochen 10 verankert werden. Der Knochenzement 12, der im Becken in künstliche, das dichtere Knochengewebe durchstoßende Ausnehmungen 11 fließt und so Verankerungszapfen 13 bildet, dringt dabei andererseits in die Rillen 6 und die Vertiefungen 7 ein, so daß sich eine ebenfalls feste und besonders gegen Drehung und gegen Verschiebungen Jängs der Außenfläche der Schicht S widerstandsfähige Verbindung zwischen der Schicht 5 und dem Knochenzement 12 er-After reaching the final hardness of the intermediate material 5, the pan 1 in the usual way with a the known bone cement 12 (Fig.5), e.g. ι with methyl methacrylate. anchored in the pelvic bone 10 will. The bone cement 12, which is in the pelvis in artificial, the denser bone tissue piercing Recesses 11 flows and thus forms anchoring pegs 13, on the other hand penetrates into the grooves 6 and the depressions 7, so that a likewise firm and particularly against rotation and displacements along the outer surface of the layer S between the layer 5 and the bone cement 12

ao gibt.ao there.

Die Schwingungsdämpfen de Wirkung der neuartigen Zwischenschicht S beruht höchstwahrscheinlich auf den sehr großen Unterschieden in den Elastizitätsmoduln der Pfanne 1, den Komponenten ihrerThe vibration damping de effect of the new intermediate layer S is most likely based on the very large differences in the modulus of elasticity of the pan 1, the components of its

»5 Verankerung und des Knochens. In dem beschriebenen Beispiel betragen diese Moduln in kp/mm^a für die Metallpfanne etwa 20 000, für die Schicht 5 etwa 2 bis 3, für den Knochenzement etwa 100 bis 200 und für den Knochen selbst etwa 1000. Dabei dürfte»5 anchorage and bone. In the example described, these modules in kp / mm ^a for the metal socket are about 20,000, for layer 5 about 2 to 3, for the bone cement about 100 to 200 and for the bone itself about 1000

besonders an der Grenzfläche zwischen der Schicht 5 und dem Knochenzement 12 eine Weitergabe der Schwingungsenergie aus dem sehr weichen Silikonkautschuk, an den weniger elastischen Knochenzement 12 praktisch nicht mehr stattfinden.especially at the interface between the layer 5 and the bone cement 12 a passing on of the Vibration energy from the very soft silicone rubber to the less elastic bone cement 12 practically no longer take place.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Hip joint socket, which by means of a hardening Plastic cement is to be anchored in the pelvic bone, characterized in that that on the anchoring surface (3) of the rigid and stable pan (1) highly elastic material (5) is firmly applied, which on its outside with grooves (6) and depressions (7) is provided.

2. acetabulum according to claim !, characterized in that on its anchoring surface (3) in a known manner with ribs (4) provided joint socket (1) with in anchoring elements running in the circumferential direction at different distances from the edge of the socket (8) is provided.

3. acetabulum according to claim 1, characterized in that the highly elastic Material is a silicone rubber.