DE2454013A1 - Gelenk-endoprothese - Google Patents

Gelenk-endoprothese

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DE2454013A1 DE19742454013 DE2454013A DE2454013A1 DE 2454013 A1 DE2454013 A1 DE 2454013A1 DE 19742454013 DE19742454013 DE 19742454013 DE 2454013 A DE2454013 A DE 2454013A DE 2454013 A1 DE2454013 A1 DE 2454013A1
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DE19742454013
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Markus Dipl Ing Lehmann
Manfred Dr Semlitsch
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Sulzer AG
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Sulzer AG
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    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/043—Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]
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Description

üder S u 1 ζ e r Aktiengesellschaft.,. Winterthur/S ehwoi·/.
Gelenk - Endoprothese
Die Erfindung betrifft eine Gelenk ~ Endoprothese, bei der die Oberflächen zweier Prothesenteile sich, unter Belastung gleitend und reibend, aufeinander bewegen.
Es sind sowohl Gelenk » Endoprothese*! bekannt, bei denen die beiden aufeinander gleitenden Flächen aus keramischem Werkstoff, insbesondere Aluminiumoxid (Al2O3), bestehen (FR-PS 2.096.895), als auch solche, bei denen die eine Gleitfläche aus einem thermoplastischen Kunststoff, z. B. Polyäthylen, und die andere aus einem der bekannten, für die Herstellung von Gelenk - Endoprothesen verwendeten Metalle oder Metallegierungen besteht«
Wegen des auftretendes Verschleisses und des entstehenden Abriebes bereitet die zuletzt genannte Werkstoffpaarung immer wieder Schwierigkeiten, während Gelenk - Endoprothesen, bei denen die
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relativ zueinander bewegten Teile aus Keramik bestehen wegen der hohen Steifigkeit dieses Material stossartige Belastungen ohne wesentliche Dämpfungen auf die Verankerung im Knochen übertragen^ diese ungedämpften Stösse führen sehr häufig zur Lockerung der Prothesenverankerungen im bzw. am Knochen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde5 eine verschleissarme Werkstoffpaarung für die Gleitflächen von Gelenk - Endoprothesen zu finden, bei der die an sich vorhandenen Vorteile der Paarung Metall/Kunststoff, die vor allem in einer guten Stoss- und Schwingungsdämpfung liegen, erhalten bleiben.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass eine der beiden Gleitflächen aus einem keramischen Werkstoff und die andere aus einem Kunststoff bestehen. Entgegen dem Vorurteil, das.s in der Fachwelt gegen eine derartige Werkstoffpaarung wegen der grossen Härteunterschiede der beiden Komponenten besteht - siehe z. B. G. Heimke und andere "Aluminiumoxidkeramik, ein neues Biomaterial" aus "Archiv für orthopädische und Unfall-Chirurgie" 78. (1974) Seite 216 - 226, insbesondere 223/224 oder M. Ungethüm "Tribologische Aspekte beim totalen Gelenkersatz der Hüfte"5 erschienen in "Zeitschrift für Orthopädie und ihre Grenzgebiete", 111 (1974) Seite 168 - 176 - haben Versuche bei der Anmelderin das überraschende Ergebnis gebracht, dass diese Werkstoffpaarung ganz ausgezeichnete Versehleisseigenschaften hat und darüberhinaus den Vorteil aufweist, dass das Reibmoment Mp mit steigender Belastung einen konstanten, oberen Grenzwert
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annimmt. Dieses Reibmoment M ist die Kraft, die benötigt wird, um den Gelenkkopf in der künstlichen Gelenkpfanne aus dem Stillstand heraus zu bewegen, multipliziert mit dem Radius des Gelenkkopfes.
Als besonders vorteilhaft hat sich als keramischer Werkstoff Al„0-3 mit einer Reinheit von mindestens 99,5 Gew.% erwiesen, mit einem arithemtischen Mittelrauhwert R (gemäss Werkstoffblatt Nr. 10321 des Verbandes der schweizerischen Maschinenindustrie (VSM) bezw. DIN 4760) kleiner als 1 lim, einer Dichte grosser als
3,96 g/cm , einer Korngrösse kleiner als 10 pm und einer Porosität kleiner als 0,5 %.
Die Kunststoffgleitfläche besteht vorteilhaft aus fluorfreien Thermoplasten, insbesondere hochmolekularem Hart-Polyäthylen (HDPE), hergestellt nach dem Niederdruckverfahren von Ziegler.
Die erwähnten Verschleissversuche sind - in Anlehnung bezüglich Form und Grosse an den bisher in der Prothesentechnik häufigsten Fall der implantierbaren Hüftgelenk-Totalprothese - an einem Gelerikkopf, dessen Durchmesser 30 mm beträgt, aus Al3O3 von einer Reinheit von 99,7 Gew.$ und einer Dichte von 3,99 g/cm ausgeführt worden; die Korngrösse des Keramikteils beträgt 2-5 Jim, während die Porosität kleiner als 0,3 % ist. Der arithmetische Mittelrauhwert der verwendeten Keramik beträgt 0,3 Jim.
Von den sonstigen Eigenschaften des keramischen Werkstoffes seien
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erwähnt: Druckfestigkeit in N/mm grosser 4000·, Biegfestigkeit in N/mm grosser 500 und Vickers-Härte in N/mm als 201OOO.
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Als Kunststoffgleitfläche dient eine huftgelenkpfannenahnliehe Schale aus Polyäthylen einer für Endo-Prothesen handelsübliche Form und Qualität, deren Durchmesser einige Zehntel Millimeter grosser als der Durchmesser des Hüftgelenkkopfes ist.
Die Versuche sind in einer Gehsimulationseinrichtung durchgeführt worden, die an anderer Stelle beschrieben ist - siehe H. Beutler und andere "Verschleissverhalten medizinaltechnischer Werkstoffe", erschienen in "Sulzer Technische Rundschau", Forschungsheft 197 4. Bei den erwähnten Versuchen kann ein Abrieb gravimetrisch, bei einer Nachweisgenauigkeit von + von 0,1 mg . nicht nachgewiesen werden, da eine geringfügige Wasseraufnähme des Kunststoffes zu einer Verfälschung der Wägungen führt und sogar Gewichtszunahmen verursacht.
Der Verschleiss ist daher aus einer Messung der Eindringtiefe des Gelenkkopfes 1 (siehe Fig. 1) in die Schale 2, d. h. durch Messung der Grosse d ermittelt worden. Die Ergebnisse zeigt Fig. 1, in der die Eindringtiefe E der Kugel (in pn) in Abhängigkeit von der Versuchsdauer (in h) aufgetragen worden ist.
Neben der Keramik/Kunststoffpaarung (Kurve c) sind zum Vergleich die Vierte für eine in der Prothesentechnik viel verwendeten CoCr-Mo-GussIegierung in Paarung ebenfalls mit Polyäthylen aufgezeichnet worden, wobei für die Kurve a der Kunststoff mit Kohlenstoffasern armiert worden ist, während Kurve b für den gleichen Schalenwerkstoff gilt, der auch als Gegenfläche für die Keramik benutzt worden ist.
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Das in Fig. 2 gezeichnete Reibmoment M (in ramkp) ist ebenfalls in dem erwähnten Simulator aufgenommen worden, wobei mit.unterschiedlicher Belastung, d. h. unterschiedlichen. Anpresskräften, zwischen der Kugel 1 und der Schale 2, ein Gehzyklus simuliert worden ist, bei dem die Kugel in einer Oszillationsbewegung einer Verdrehung von +. 15° ausgesetzt und das für diese Bewegung benötigte Drehmoment am Drehhebel 3 (Fig. 1) mittels eines Schreibers registriert worden ist. In der Abszissenricbtung ist in Fig. 2 daher die Belastung g (in kp) und auf der Ordinate das genannte Reibmoment M (in mmkp) aufgetragen worden. Die Kurven b und c gelten dabei für die im Zusammenhang mit Fig. 1 angegebenen Werkstoff paarungen. Die Kurve c lässt erkennen, dass das Reibmoment für die erfindungsgemässe Paarung bis zu einer gewissen Belastung von etwa 150 kp nahezu linear ansteigt, um dann bei grösseren Belastungen bei dem erreichten Wert konstant zu beharren.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Gelenk - Endoprothese, bei der die Oberflächen zweier Prothesenteile sich unter Belastung gleitend und reibend aufeinander bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der beiden Gleitflächen (1, 2) aus einem keramischen Werkstoff und die andere aus einem Kunststoff bestehen.
2. Gelenk - Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Werkstoff einen arithmetischen Mittelrauhwert kleiner 1 Jim, eine Dichte grosser 3,96 g/cm ; eine Korngrösse kleiner 10 Jim und eine Porosität kleiner 0,5 % aufweist.
3. Gelenk - Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff fluorfreie Thermoplaste dienen.
4. Gelenk - Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als keramischer Werkstoff Aluminiumoxid und als Kunststoff hochmolekulares Hart-Polyäthylen verwendet ist.
5. Gelenk - Endoprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinheit des Aluminiumoxids mindestens 99,5 Gew.% beträgt.
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1 e e r s e i t e
DE19742454013 1974-11-08 1974-11-14 Gelenk-endoprothese Ceased DE2454013A1 (de)

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