DE2324865C3

DE2324865C3 - Thigh part of a hip joint prosthesis

Info

Publication number: DE2324865C3
Application number: DE19732324865
Authority: DE
Inventors: Günther Dr.rer.nat. 6800 Mannheim; Griss Peter Dr.med. 6831 Plankstadt; Andrian-Werburg Hanns Frhr. von Dr.med. 6804 Ilvesheim Heimke
Original assignee: Friedrichsfeld GmbH Steinzeug und Kunststoffwerke
Current assignee: Friatec AG
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1977-06-08

Description

Die Erfindung betrifft den Oberschenkelteil einer Hüftgelenkendoprothese für die zementfreie Implantation mit gekrümmtem, konisch auslaufendem Prothesenschaft mit einer äußeren, dem Krümmungsmittelpunkt abgewandten Fläche und mit einer inneren, dem Krümmungsmittelpunkt zugewandten Fläche, welche Flächen einen viereckigen Querschnitt aufspannen. Sie betrifft insbesondere Prothesen aus AbOs-Keramik und Prothesen aus einer Kombination eines Keramikkopfes mit einem Metallschaft, bei denen der Metallschaft mit einer Glasur, einem Emaille oder einer Glaskeramik bedeckt ist.The invention relates to the thigh part of a hip joint endoprosthesis for cementless implantation with a curved, conically tapering prosthesis shaft with an outer, the center of curvature facing away surface and with an inner surface facing the center of curvature, which Spanning surfaces with a square cross-section. It relates in particular to prostheses made from AbOs ceramics and Prostheses from a combination of a ceramic head with a metal shaft, in which the metal shaft with a glaze, an enamel or a glass ceramic is covered.

Es ist bei einer derartigen Hüftgelenkendoprothese bekannt (GB-PS 13 06 027), ein angeblich biokompati bles Gewebe bzw. eine Silikon-Beschichtung auf der Prothesenoberfiäche anzubringen. Bezüglich der Schaftform wird von einer im Querschnitt abgerundeten rechteckförmigen Gestalt ausgegangen. Der gekrümmte Schaft läuft gleichmäßig konisch zu. Im gleichen Zusammenhang ist auch eine dreieckige Querschnittsform bekannt. Die dem Krümmungsmittelpunkt der Prothese abgewandte Seite ist jeweils relativ schmal ausgeführt, so daß die Gefahr von Drucknekrosen gegeben ist, weil auf die Prothese ein Drehmoment wirkt, das auf dieser Seite abzufangen ist.It is known for such a hip joint endoprosthesis (GB-PS 13 06 027), an allegedly biocompatible to apply a flexible tissue or a silicone coating to the surface of the prosthesis. Regarding the The shape of the shaft is based on a rectangular shape with a rounded cross section. The curved one The shaft tapers evenly. In the same context, a triangular cross-sectional shape is also known. The center of curvature of the The side facing away from the prosthesis is made relatively narrow, so that there is a risk of pressure necrosis is given because a torque acts on the prosthesis, which is to be absorbed on this side.

Ferner ist bereits die Belastungssituation des Schaftes eines Oberschenkelteiles einer Prothese sowohl für die zementfreie als auch für die mit Knochenzement durchgeführte Implantation bis auf die eingangs genannten Materialhinweise aufgezeigt worden (»The journal of Bone and Joint Surgery« Vol. 47 B No. 2, Mai 1 £165, S. 354 -363). Der Verfasser, J.Charnley. stellt die Belastung des Schaftes einer Prothese für die Fälle mit und ohne Belastung durch die Muskelkraft und unter der Voraussetzung dar, daß längs des Schaftes der Prothese von ihrem unteren Ende bis zu dem Kragen, unter dem die Abstützkraft verteilt angreift, keine Längskräfte, d. h. keine Tangentialkräfte, wirksam sind. Diese Situation entspricht auch weitgehend dem Fall dar zementfreien Implantation. In diesem Fall überträgt alTo der Schaft der ProUiese unterhalb des Kragens 1 · »rl*; !.äneskräfte auf den Oberschenkelknochen. Dir_giäm^ESmht auf dem Kragen der Prothese. Weiterhin beschreibt C h a r η I e y im einzelnen, wie, im GeTensa« zu dem vorherbeschriebenen FaH, sich die Verankerung einer derartigen Prothese bei Benutzung von Knochenzement ergibt Dabei dringt der noch weiche Zement beim Hereindrücken des Prothesenschaftes in die unregelmäßig geformte Spongiosa der Knocheninnenseite ein. Erst diese Verzahnung gestattet «Tangentialkräfte an der Oberfläche des Prothesen- «•haftes über den Knochenzement hinweg auf die Knochenwand zu übertragen, wobei allerdings unkontrollierbare Druckspitzen im Feinbereich möglich sind. Diese Möglichkeit zur Übertragung von Tangentialkräftead h von achsparallel wirkenden Kräften vom in herkömmlicher Weise meist aus Metall bestehenden Prothesenschaft über den Zement auf die Wand des Oberschenkelknochens, fehlt bei der ™tfreien Implantation, jedenfalls so lange wie die Schaftoberflache elatt ausgeführt ist. Da sich der Zement in jedem Fall eng um den Prothesenschaft anlagert, ist für diese Krafteinleitung die Gestalt des Prothesenschaftes praktisch bedeutungslos.Furthermore, the load situation of the shaft of a thigh part of a prosthesis for both cementless and bone cement implantation has already been shown, with the exception of the material information mentioned at the beginning ("The journal of Bone and Joint Surgery" Vol. 47 B No. 2, May 1 £ 165, pp. 354-363). The author, J.Charnley. represents the load on the shaft of a prosthesis for the cases with and without load by the muscle force and provided that along the shaft of the prosthesis from its lower end to the collar under which the supporting force acts, no longitudinal forces, ie none Tangential forces, are effective. This situation largely corresponds to the case of cementless implantation. In this case, the shaft of the ProUiese transmits 1 · »rl * below the collar; ! .ean forces on the thighbone. You _g ^ IAEM ESmht on the collar of the prosthesis. Furthermore, C har η I ey describes in detail how, in the GeTensa, to the previously described FaH, the anchoring of such a prosthesis results when using bone cement. Only this interlocking allows tangential forces on the surface of the prosthesis to be transferred over the bone cement to the bone wall, although uncontrollable pressure peaks in the fine range are possible. This possibility of transferring tangential forces ad h of axially acting forces from the conventionally mostly metal prosthesis shaft via the cement to the wall of the thigh bone is absent with the t-free implantation, at least as long as the shaft surface is smooth. Since the cement is always deposited tightly around the prosthesis shaft, the shape of the prosthesis shaft is practically irrelevant for this application of force.

Wie oben erwähnt und von C h a r η 1 e y schematisch zum Ausdruck gebracht worden ist, dient der Prothe senschaft bei zementfreier Implantation nicht der Einleitung von Tangentialkräften an seiner Oberfläche. Vielmehr müssen die parallel zur Achse des Oberschenkelknochens bzw. Prothesenschaftes wirksamen Kräfte durch den Prothesenkragen in den Oberschenkelknochen eingeleitet werden. Erfahrungsgemäß ist die zementfreie Befestigung ohne weitere Maßnahme unbefriedigend, weil die Prothesenteile tiefer und tiefer in den Oberschenkelknochen einsinken, wenn sich der Knochen unter Stellen, an denen die Belastung zu hoch ist auflöst Weiterhin kann sich die Prothese nach einiger Zeit lockern, weil es wegen der ungünstigen Biokompatibilität der Metalle meist nicht zu einer festen Verbindung des Prothesenschaftes mit dem Knochengewebe kommt. . ,, ,As mentioned above and by C h a r η 1 e y schematically has been expressed, the prosthesis shaft does not serve the purpose of cementless implantation Introduction of tangential forces on its surface. Rather, they must be parallel to the axis of the thigh bone or prosthesis shaft effective forces through the prosthesis collar in the thighbone be initiated. Experience has shown that cement-free fastening does not require any further measures unsatisfactory because the prosthesis parts sink deeper and deeper into the thigh bone when the Bones dissolve under places where the load is too high Loosen it for some time, because it usually does not become a firm one due to the unfavorable biocompatibility of the metals Connection of the prosthesis shaft with the bone tissue comes. . ,,,

Es ist weiterhin bekannt, daß gewisse Keramiksorten, ζ B dichte AljOj-Keramik mit 99% Al₂O₃-Gehalt, sowie gewisse Glaskeramiken eine ausgezeichnete Gewebeverträglichkeit besonders gegenüber Knochengewebe besitzen (Journal of Biomed. Material Research, VoI 6(1972), S. 451 -461). Unter gewissen Bedingungen bildet sich eine mechanisch feste Verbindung zwischen den Oberflächen derartiger Implantate und dem Knochengewebe aus. Keramik oder Glaskeramik ist Kunststoffen wie einer Silikonschicht hinsichtlich der Biokompatibilität weit überlegen. Dadurch ergibt sich nunmehr prinzipiell die Möglichkeit, die Oberschenkelteile von Totalhüftgelenkendoprothesen zemen;frei und mechanisch stabil im Markraum des Oberschenkelknochens zu verankern.It is also known that certain types of ceramics, ζ B dense AljOj ceramics with 99% Al ₂ O ₃ content, and certain glass ceramics have excellent tissue compatibility, especially with bone tissue (Journal of Biomed. Material Research, Vol 6 (1972), p . 451-461). Under certain conditions, a mechanically strong connection is formed between the surfaces of such implants and the bone tissue. Ceramic or glass ceramic is far superior to plastics such as a silicone layer in terms of biocompatibility. In principle, this now results in the possibility of cementing the thigh parts of total hip joint endoprostheses; free and mechanically stable anchoring in the medullary canal of the thigh bone.

Für die zementfreie Implantation sind jedoch die bekannten Prothesenkonstruktionen nicht geeignet, weil die Lasteinleitung vom Implantat in den Oberschenkelknochen nicht so geschieht, daß Biege- und Zugspannungen in der Grenzfläche zwischen Implantat und Knochen möglichst weitgehend vermieden und hohe Druckbelastungen ausgeschaltet werden.For cementless implantation, however, the known prosthesis constructions not suitable because the load transfer from the implant into the thigh bone does not happen in such a way that bending and tensile stresses in the interface between the implant and bones are avoided as far as possible and high pressure loads are eliminated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter voller Berücksichtigung der anatomischen Verhältnisse und ihrer Variationsbreite beim Menschen eine Prothesenkonstruktion zu schaffen, die den Lasi.verhält-The invention is based on the object, taking full account of the anatomical conditions and their range of variation to create a prosthesis design in humans that

nissen Rechnung trägt und außerdem möglichst den Gegebenheiten der Aluminiumoxydkeramik angepaßt ist. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß oben, dicht unterhalb des Kragens des Prothesenschaftes die Breite de; inneren Fläche mindestens 10 mm groß und größer als oder mindestens gleich groß ist wie die Breite der äußeren Fläche und daß im unteren Bereich des Prothesenschaftes die Breite der innereu Fläche kleiner ist als die Breite der äußeren Fläche.Nissen takes into account and also adapted as possible to the conditions of the aluminum oxide ceramic is. The solution to this problem is that according to the invention above, just below the collar of the Prosthesis shaft the width de; inner area at least 10 mm in size and larger than or at least is the same as the width of the outer surface and that the width in the lower area of the prosthesis shaft the inner area is smaller than the width of the outer area.

Vorteilhaft sind die stark belasteten Flächen dieser Prothese so groß wie anatomisch möglich gehalten, so daß der Flächendruck relativ klein und die Gefahr von Drucknekrosen vermieden ist. Der Schaft liegt höchstens an der breiteren Fläche und an den vier Ecken an der Knochenwand an. Damit können die übrigen Teile der Knochenwand auch im Bereich des Prothesen-Schaftes aus dem Markraum heraus mit Blut- und Nährstoffen versorgt werden. Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung des Prothesen-Schaftes kann folglich die der natürlichen Versorgung des Knochens entsprechende Situation mit einer erheblich besseren Näherung aufrechterhalten werden als bei allen Prothesenbefestigungen mit Hilfe von Knochenzement und generell bei allen Befestigungen, die den Markraum vollständig ausfüllen.The heavily loaded surfaces of this prosthesis are advantageously kept as large as anatomically possible, so that the surface pressure is relatively small and the risk of pressure necrosis is avoided. The shaft is at most on the wider surface and on the four corners of the bone wall. In this way, the remaining parts of the bone wall can also be supplied with blood and nutrients in the area of the prosthesis shaft from the medullary canal. With the design of the prosthesis shaft according to the invention, the situation corresponding to the natural supply of the bone can consequently be maintained with a considerably better approximation than with all prosthesis fastenings with the aid of bone cement and generally with all fastenings that completely fill the medullary canal.

Durch Charnley sind zwar die Lastverhältnisse anschaulich beschrieben, jedoch sind für die zementfreien Implantate weder Konsequenzen hinsichtlich der Verringerung des Flächendruckes in der stationären Phase, noch ist die mögliche Optimierung der Versorgung des Knochens mit Blut- und Nährstoffen in der Umbauphase und in der stationären Phase in Betracht gezogen worden.The load conditions are through Charnley clearly described, however, there are no consequences for the cementless implants with regard to the Reduction of the surface pressure in the stationary phase is still the possible optimization of the Supply of the bone with blood and nutrients in the remodeling phase and in the stationary phase in Been considered.

Die Gestaltung der aus der GB-PS 13 Ob 027 bekannten Prothese für die zementfreie Implantation zeigt im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Oberschenkelendoprothese, daß der Querschnitt des festen Teils des Prothesenschaftes innen und außen von gleicher Gestalt ist, d. h. sowohl an der dem Krümmungsmittelpunkt zugewandten ails auch an der dem Krümmungsmittelpunkt des Prothesenschaftes abgewandten Seite. Die bekannte Prothese ist der Querschnittsform des Oberschenkelknochens im wesentlichen formschlüssig angepaßt, womit die Versorgung dts Knochens erschwert ist und eine schmale äußere untere Fläche denselben in der stationären Phase in einem zu kleinen Bereich belastet.The design of the prosthesis known from GB-PS 13 Ob 027 for cementless implantation shows in contrast to the thigh endoprosthesis according to the invention that the cross section of the solid part the inside and outside of the prosthesis socket are of the same shape, d. H. both at the center of curvature facing ails also on the side facing away from the center of curvature of the prosthesis shaft. The known prosthesis is essentially form-fitting to the cross-sectional shape of the thigh bone adapted, so that the supply of the bone is difficult and a narrow outer lower surface loaded the same in the stationary phase in an area that is too small.

Vorzugsweise wird erfindungsgemäß von einer Ganzkeramik-Hüftgelenkendoprothese ausgegangen, bei der das Verhältnis der Breiten des Schaftes im unteren Bereich höchstens 0,9 zu 1,0 beträgt, wobei die zuerst genannte Zahl der Breite der inneren Fläche, die zweite Zahl der Breite der äußeren Fläche zugeordnet ist.According to the invention, an all-ceramic hip joint endoprosthesis is preferably assumed, in which the ratio of the widths of the shaft in the lower region is at most 0.9 to 1.0, the the first-mentioned number is assigned to the width of the inner surface, the second number to the width of the outer surface is.

Die Erfindung wind nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to the embodiment shown in the drawing. It shows

Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen Oberschenkelteil einer Hüftgelenkendoprothese,Fig. 1 is a side view of a thigh part a hip joint prosthesis,

Fig.2 eine Ansicht derselben von ihrem Krümmungsmittelpunkt aus und2 shows a view of the same from its center of curvature off and

F i g. 3 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie IlI-IIIinFig.2.F i g. 3 shows a cross section according to the section line II-III in FIG. 2.

In Fig. 1 ist für eine Prothese aus dichter Al₂OrKeramik der gekrümmte Oberschenkelteil einer Hüftgelenkendoprothese in der Seitenansicht dargestellt Er besteht aus einem Kopf 1, einem Schenkelhals 2 mit einem Kragen 3 und einem Schaft 4. Mit einer inneren, dem Krümmungsmittelpunkt zugewandten Fläche 5 bzw. mit einer Hohlkehle liegt die Prothese auf der Stirnseite der Wand eines Oberschenkelknochens auf (nicht dargestellt). Diese Fläche 5 ist so breit wie möglich gestaltet, um bei der Lasteinteilung von der Prothese in den Oberschenkelknochen jegliche Drucküberhöhung zu vermeiden. Die äußere obere Fläche 6, d. h. auf der Rückseite, auf der dem Krümmungsmittelpunkt des Schaftes der Prothese abgewandten Seite, braucht lediglich die Breite aufzuweisen, die aus Festigkeitsgründen notwendig ist. Die Breiten des Prothesenschaftes an seinem oberen Ende, den mit 5 und mit 6 bezeichneten Flächen, sind entweder gleich, oder aber die Breite an der inneren Fläche ist größer als die Breite der Fläche 6. Dabei ist die Breite der inneren Fläche 5 des Prothesenschaftes 4 nicht kleiner als 10 mm.1 shows the curved thigh part of a hip joint endoprosthesis for a prosthesis made of dense Al ₂ Or ceramic in a side view. It consists of a head 1, a femoral neck 2 with a collar 3 and a shaft 4. With an inner surface 5 facing the center of curvature or with a chamfer, the prosthesis rests on the face of the wall of a thigh bone (not shown). This surface 5 is designed as wide as possible in order to avoid any excess pressure when distributing the load from the prosthesis into the femur. The outer upper surface 6, that is to say on the rear side, on the side facing away from the center of curvature of the shaft of the prosthesis, only needs to have the width that is necessary for reasons of strength. The widths of the prosthesis socket at its upper end, the areas marked 5 and 6, are either the same, or the width on the inner surface is greater than the width of area 6. The width of the inner area 5 of the prosthesis socket is 4 not smaller than 10 mm.

Weiterhin erfolgt die Verjüngung des Prothesenschaftes nach unten hin in der Art und Weise, daß die Breite der Fläche auf der dem Krümmungsmittelpunkt zugewandten Seite schneller kleiner wird als diejenige auf der vom Krümmungsmittelpunkt abgewandten Seite. Im unteren Teil des Prothesenschaftes 4, also etwa in der Höhe 7 der F i g. 2, ist die Breite an der Innenseite, d. h. der dem Krümmungsmittelpunkt zugewandten Seite, kleiner als an der dem Krümmungsmittelpunkt abgewandten äußeren Seite des Prothesenschaftes. Hier kann z. B. die Flächenbreite an der Innenseite 5 bis 7 mm, an der Außenseite 8 bis 9 mm betragen.Furthermore, the tapering of the prosthesis shaft takes place downwards in such a way that the Width of the surface on the side facing the center of curvature becomes smaller faster than that on the side facing away from the center of curvature. In the lower part of the prosthesis shaft 4, so about at level 7 of FIG. 2, is the width on the inside, i.e. H. the one facing the center of curvature Side, smaller than on the outer side of the prosthesis shaft facing away from the center of curvature. here can e.g. B. the surface width on the inside 5 to 7 mm, on the outside 8 to 9 mm.

Die Quotienten aus der Breite an der inneren Fläche 5 zu der Breite an der äußeren Fläche 6 am oberen Ende des Prothesenschaftes betragen mindestens 1,0 zu 1,0. Im unteren Teil des Prothesenschaftes sollten diese Quotienten höchstens 0,9 zu 1,0 betragen. Diese Abmessungen sind für eine Ganzkeramik günstig.The quotients of the width on the inner surface 5 to the width on the outer surface 6 at the upper end of the prosthesis socket are at least 1.0 to 1.0. These should be in the lower part of the prosthesis shaft Quotients are at most 0.9 to 1.0. These dimensions are favorable for an all-ceramic.

In Tierversuchen und in Experimenten, bei denen die Lastübertragungsverhältnisse, wie sie im menschlichen Körper vorliegen, simuliert wurden, hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Prothesen die auftretenden Gesamtlasten tragen können und daß gleichzeitig an keiner Stelle Drücke auftreten, die größer sind als die Druckbelastung im natürlichen Knochen. Damit besteht bei Benutzung der erfindungsgemäßen Endoprothese nicht die Gefahr der Kiiochendegeneration durch Drucknekrose.In animal experiments and in experiments where the load transfer conditions are as they are in human Body present, were simulated, it has been shown that the prostheses according to the invention the occurring Can bear total loads and at the same time that no pressures occur at any point that are greater than the Pressure load in natural bone. This means that when the endoprosthesis according to the invention is used there is no danger of degeneration of the boil from pressure necrosis.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1.Thigh part of a hip joint endoprosthesis for cementless implantation with a curved, conically tapering prosthesis shaft with an outer one facing away from the center of curvature Surface and with an inner surface facing the center of curvature, which Revenge spanning a square cross-section, characterized in that at the top, just below the collar (3) of the prosthesis clip (4) the width of the inner surface (5) at least 10 mm tall and larger than or at least equal to is as large as the width of the outer surface (6) and that in the lower area of the Piothesenschaites The width of the inner surface is smaller than the width of the outer surface.

2. thigh part of an all-ceramic hip joint endoprosthesis according to claim 1, characterized in that the ratio of the widths of the shaft in the lower region is at most 0.9 to 1.0, the first-mentioned number being the width of the inner surface, the second number being the width is assigned to the outer surface. ² ^