DE2461339B2

DE2461339B2 - Oberschenkelteil einer totalhueftgelenkendoprothese fuer die zementfreie implantation

Info

Publication number: DE2461339B2
Application number: DE19742461339
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Phys. Dr. 6800 Mannheim; Griss Peter Dr.med. 6831 Plankstadt Heimke
Original assignee: Friedrichsfeld GmbH Steinzeug und Kunststoffwerke
Current assignee: Friatec AG
Priority date: 1974-12-24
Filing date: 1974-12-24
Publication date: 1976-10-07
Also published as: DE2461339A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Oberschenkelteil tiner Huftgelenktotalendoprothese für die zementfreie Implantation mit Oberschenkelkopf, -hals, Halsauflage- lläche und Oberschenkelschaft aus einem zumindest Oberflächlich bioinerten oder bioaktiven Werkstoff bzw. einer ent .prechenden Werkstoffkombination. Ein solches Oberschcnkclteil findet Anwendung als Hüftgelenkersatz, z. B. bei schwerster Hüftgelenkarthrose.

Ein bekanntes derartiges Oberschenkelteil einer TotalhüftgelenkendopiOthese für die zementfreie Implantation bestem aus dichter Aluminiumoxid-Keramik, deren Oberflächenteile, die der Verankerung im Oberschenkelknochen dienen, gegebenenfalls mit einer das Wachstum und Anwachsen des Knochengewebes stimulierenden Schicht bedeckt sind (DT-OS 23 24 867), oder aus einem oder mehreren hochfesten Metallen, deren der Verankerung dienende Oberflächen ebenfalls mit das Anwachsen stimulierenden und gleichzeitig das Metall von dem Gewebe vollständig trennenden Schichten bedeckt sind (DT-OS 23 06 552). Ein schnelles Anwachsen des Knochengewebes an die Prothese ist zum einen günstig, weil der Patient nach der Operation zur Vermeidung von Thrombosen möglichst rasch aufstehen soll und zum anderen, weil die auftretenden Kräfte gut in den Knochen übergeleitet werden können.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Gegenstand der eingangs genannten Gattung die Aufgabe zugrunde, die biomechanische Stabilität weiter zu verbessern, insbesondere für eine langzeitige und den natürlichen Gegebenheiten Rechnung tragende feste Verankerung der Huftgelenktotalendoprothese im Knochen zu

sorgea

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, das erfindungsgemäß alle der Lastübertragung dienenden Flächen stets senkrecht zu den trajektoriell orientierten Spongiosastrukturen angeordnet und in mehreren Stufen verteilt sind, wobei sich diese Stufen sowohl auf der medialen Seite — zur unmittelbaren Druckübertra gung — als auch auf der lateralen Seite — zur mittelbaren Zugaufnahme — des Schaftes der Prothese befinden.

Es ist ein theoretisches Modell einer Prothese bekannt, bei der der Schaft des Oberschenkelteils ebenfalls Stufen bzw. eine »Tannenbaum«-artige Struktur besitzt (J. Charnley »biomechanical analysis of the use of cement to anchor the femoral head prothesis«. Journal of bone and joint surgery, VoI 47 B. No. 2, May 1965, S. 354 - 363). Diese Prothese ist jedoch im Zusammenhang mit Implantationen mittels Knochenzement und lediglich /ur Dmonstration der Lastverteilung erwähnt.

Weiterhin ist eine Metallprothese für die /ementfreie Implantation bekannt, die auf ihrer medialen Seile kleinere Sägezahnflächen gleicher Art besitzt (Mittelmeier H., »Zementlose Verankerung...«. Z Orthop. 112. 27 — 33/1974). Solche Metallprothesen besitzen bekanntlich keine bioinerte Oberfläche: es kommt vielmehr zu Abstoßungsreaktionen mit dem Knochengewebe.

Bei beiden vorerwähnten bekannten Prothesen fehli die Eigenschaft, daß alle der Lastübertragung dienenden Flächen senkrecht zu den trajektoriell orientierten Spongiosastrukturen angeordnet sind. Diese Orientierung ergibt eine überraschend günstige biomechanische Belastung. Wenn man die Spongiosastrukturen bzw. die Knochenbälkchen als Kurvenscharen ansieht, so kann man begrifflich auch mathematisch von einer rechtwinkligen Trajektorie der Kurvenschar sprechen.

Em weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Gesamtauflagefläche erheblich größer ist als bei bisherigen Prothesen, wodurch die Drücke an diesen Auflageflächen entsprechend kleiner werden.

Weiterhin kann man die Halsauflagefläche an einem Kragenteil in einem Winkel zur Horizontalen orientieren, der flacher ist als der Wert, der sich aus dem natürlichen Schenkclhalswinkel für die Winkellage dieser Fläche ergibt. Aus der vorerwähnten Literatur von Charnley entnimmt man, daß der Wert, der sich aus dem natürlichen Schenkelhalswinkel für die Winkellage der Halsauflagefläche ergibt, etwa bei 45° liegt. Ein gemäß vorliegender Erfindung orientierter flacherer Winkel ergibt eine größere Halsauflagefläche als bisher und eröffnet damit die Möglichkeit, eine Medialisierung oder Lateralisierung durch unterschiedliche Anordnung des den Oberschenkelkopf tragenden Halszapfens auf der Halsauflagefläche parallelen Fläche am Kragenteil zu erreichen. Damit wird eine biomechanisch günstigere Anordnung der Prothese möglich, die den individuellen Gegebenheiten besser Rechnung zu tragen gestattet. Es können natürlich auch verschiedene Typen dieser Prothesen zur Auswahl des Chirurgen gestellt werden.

Im Gegensatz zur vorerwähnten Metallprothese mit

medialen Sägezahnflächen sind bei der erfindungsgemäßen Prothese auch auf der lateralen Seite des Prothesenschaftes Stützstufen vorgesehen. Nach der Maßgabe, daß alle der Lastübertragung dienenden Flächen stets senkrecht zu den trajektorioll orientierten Spongiosastrukturen auszurichten sind, sind die druckbeaufschlagten Flächen auf der lateralen Seite jedoch umgekehrt orientiert als auf der medialen Seite, d. h. an diese Flächen grenzt der Knochen nach oben hin. Nach tierexperimentellen Befunden besteht die Aussicht, daß sich auf diesen Flächen druckaufnehmende Knochenstrukturen (unter Wechsellast) bilden. An diesen Knochenstrukturen würden sich Colagenfasern anlagern, die eine Überleitung der Druckkräfte in Zugkräfte und deren Einleitung in den dafür vorgesehenen und natürlicherweise dafür geeigneten Teil der Oberschenkelknochenkorikales, nämlich ihres lateralen Teiles, bewirken. Diese Art der Lasteinleitung von der Prothese in den Knochen, die auch als »Zuggurtung« bezeichnet werden kann, stellt eine Kraftumlenkung und mittelbare Lastaufnahme sicher. Die laterale Anordnung wird daher der natürlich gegebenen biomechanischen Belastungskonfiguration im oberen Teil des Oberschenkelknochens sehr nahe kommen und ermöglicht damit eine dauerhafte Fixierung der Prothese.

Es ist ferner zweckmäßig, daß die lastübertragenden Flächen der einzelnen Stufen in unterschiedlichen Winkeln zur Horizontalen ausgerichtet sind. Bevorzugt werden die Stufenflächen in ihrer Orientierung -mif die sich nach der Implantation ergebenden Verhältnisse der Spongiosastruktur abgestimmt. Auch hier ist eine Abstimmung auf die individuelle Anatomie möglich. Die Reaktionsprinzipien des Knochenbaues lassen sich durch Versuchsreihen, z. B. an Schafen, ermitteln.

Bei gewissen anatomischen Verhältnissen, wie sie insbesondere oei deformierten Hüftgelenken häufiger anzutreffen sind, ist eine gerade oder ebene Halsauflagefläche der Prothese auf dem Oberschenkelknochen nicht möglich. Hierfür werden abgewinkelte Halsauflageflächen vorgesehen. Mit den vorbeschriebenen Maßnahmen ist es auch bei deformierten Hüftgelenken möglich, eine optimale Anpassung an die trajektoriell orientierte Spongiosa zu erreichen und damit eine biomechanisch günstige Krafteinleitung.

Der Schaft des Oberschenkelteiles der Hüftgelenktotalendoprothese wird bevorzugt in einer senkrecht zur lateralen Blickrichtung liegenden Ebene asymmetrisch bezüglich des Oberteiles der Prothese fixiert. Der Vorteil besteht darin, daß durch die Asymmetrie die Krafteinleitung in die rohrförmigen Teile des Oberschenkelknochens biomechanisch günstiger wi^rd als bei bisherigen Prothesenkonstruktionen. Die Beanspruchung des gesamten Oberscheukelteils der Prothese puf Biegung wird erheblich herabgesetzt. Dies ist sowohl für die Festigkeit und Haltbarkeit der Prothese unter ihrer S Wechselbelastung günstig als auch für die biomeehanbch bessere Knochenreaktion auf den Prothesenkörper.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher

ίο beschrieben.

F i g. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Oberschenkelteil einer Hüftgelenktotalendoprothese im Oberschenkelknochen, Fig.2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie H-II in

is F i g. 1 in lateraler Draufsicht.

Das Oberschenkelteil einer Hüftgelenkiotalendopro- these besteht aus einem Oberschenkelkopf 1, einem Oberschenkelhals 2, einem Kragenteil 3 mit Halsauflagefläche 4 und dazu paralleler Fläche 5 und Oberschen- kelschaft 6. Zur besseren Orientierung sind die üblichen Betriffe »medial« und »lateral· eingeführt. Die mediale Seite bzw. Blickrichtung ist mit dem Pfeil 7, die laterale mit dem Pfeil 8 bezeichnet. Weiterhin sind eine Horizonale χ und eine Vertikale y eingeführt. Mit der Horizontalen χ bildet die Haisauflagefläche 4 einen Winkel λ, der flacher ist als der Wert, der sich aus dem natürlichen Schenkelhalswinkel für die Winkellage dieser Fläche ergibt. Der Wert für t\ kann bei etwa 30° liegen.

Im Knochen 9 selbst ist anhand einer etwas stärkeren Linie 10 die Begrenzung zur äußeren Kompakta 11 ersichtlich. Weiterhin sind die »Knochenbälkchen« bzw. Spongiosastrukturen angedeutet. Man erkennt, daß die medialen Flächen 12 bis 17 und die lateralen Flächen 18 bis 20 senkrecht zu den trajektoriell orientierten Spongiosastrukturen angeordnet sind, wobei die Zahl der Flächen natürlich nicht festgelegt sein soil. Wie bereits beschrieben, können diese Flächen in unterschiedlichen Winkeln zur Horizontalen χ ausgerichtet und auf die sich nach der Implantation ergebenden Verhältnisse der Spongiosastruktur abgestimmt sein.

Auf der lateralen Seite 8 ist insbesondere im trochanda major anhand der »Knochenbälkchen« ersichtlich, wie die Orientierung der Flächen 18 bis 20 qualitativ zu erfolgen hat.

Aus F i g. 2, in der ein Schnitt gemäß der Linie 11-11 der F i g. 1 dargestellt ist, entnimmt man die asymmetrische Anordnung des Prothesenschaftes 6 bezüglich des Oberteiles der Prothese. Zur Orientierung ist wieder der Knochen 9, in diesem Fall mit dem charakteristischen trochanda minor 22, eingezeichnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Oberschenkeheil einer Hüftgelenktotalendoprothese für die zementfreie Implantation mit Oberschenkelkopf, -hals, Halsauflagefläche und Oberschenkelschaft aus einem zumindest oberflächlich bioinerten oder bioaktiven Werkstoff bzw. einer entsprechenden Werkstoffkombination, dadurch gekennzeichnet, daß alle der Lastübertragung dienenden Flächen (12 bis 17; 18 bis 20; 23) stets senkrecht zu den trajektoriell orientierten Spongiosastrukturen angeordnet und in mehrere Stufen verteilt sind, wobei sich diese Stufen sowohl auf der medialen Seite (7) — zur unmittelbaren Druckübertragung — als auch auf der lateralen Seite

(8) — zur mittelbaren Zugaufnahme — des Schaftes (6) der Prothese befinden.

2. Oberschenkelteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halsauflagefläche (4) an einem Kragenteil (3) in einem Winkel (λ) zur Horizontalen (x) orientiert ist, der flacher ist als der Wert, der sich aus dem natürlichen Schenkelhalswinkel für die Winkellage dieser Fläche ergibt.

3. Oberschenkelteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lastübertragenden Flächen (12 bis 17; 18 bis 20; 23) der einzelnen Stufen in unterschiedlichen Winkeln zur Horizontalen (x) ausgerichtet sind.

4. Oberschenkelteil nach Anspruch 1, 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Oberschenkelhals (2) an auf die individuelle Anatomie abstimmbaren Stellen der der Halsauflagefläche (4) parallelen Fläche (5) am Kragenteil (3) fixiert ist.

5. Oberschenkelteil nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Prothesenschaft (6) in einer senkrecht zur lateralen Blickrichtung (8) liegenden Ebene asymmetrisch bezüglich des Oberteils der Prothese fixiert ist.

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