DE2517702A1

DE2517702A1 - Femurteil einer hueftgelenktotalendoprothese

Info

Publication number: DE2517702A1
Application number: DE19752517702
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Med Griss; Guenther Dr Heimke
Original assignee: Friedrichsfeld GmbH Steinzeug und Kunststoffwerke
Current assignee: Friatec AG
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1975-04-22
Publication date: 1976-10-28
Also published as: DE2517702C3; DE2517702B2

Description

??FEMURTEIL EINER HÜFTGEENA2,NDOPROTESE" Die Erfindung betrifft den Femurteil einer Hüftgelenktotalendo prothese zur zementfreien Implantation :Der Femurteil einer Totalhüftgelenkendoprothese dient zum Er-Satz eines durch Krankheit oder Unfall beschädigten Femurkopfes oder -halses in Verbindung mit einer im Hüftknochen einzusetzenden Pfanne.
Bisher werden die Femurteile von Totalhüftgelenkendoprothesen durch einen Kunststoffknochenzement im oberen Teil des Markraumes des Femurs befestigt und verankert. Diese Verankerungsweise hat gewisse Nachteile, die besonders in den Aushärteeigenschaften der genannten Kunststoffknochenzemente liegen: Diese Zemente erreichen beim Aushärten Oberflächentemperaturen, die oberhalb der Eiweißkoagulationstemperatur liegen und geben gleichzeitig während des Aushärtens größere Mengen Monomer an das umliegende Gewebe ab. Dadurch wird das angrenzende Gewebe geschädigt, so daß sich meist kein inniger Kontakt zwischen Knochengewebe und der Oberfläche des Knochenzementes einstellt. Dies birgt die Gefahr der Lockerung des Implantates im Femur in sich. Außerdem zeigen diese Kunststoffknochenzemente eine Langzeitalterung ihrer mechanischen Eigenschaften, wodurch ebenfalls die Gefahr der Prothesenlockerung auftritt. Die für diese Art der Befestigung benutzten Femurteile von Totalendoprothesen bestehen bisher überwiegend aus Metall.
Es sind auch schon derartige Prothesen aus Metall für die zementfreie Verankerung im oberen Markraum des Femurs vorgeschlagen worden. Außerdem sind bereits derartige Prothesen für die zementfreie Implantation aus Keramik, besonders aus dichter hoch-Al2O5-haltiger Keramik erprobt worden. (DOS 2 324 865) Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Schäfte von Prothese, die für die zementfreie Implantation vorgesehen sind, mit Stufen oder Nuten, für die auch das Wort Tragrippen geprägt wurde, zu versehen. Dabei waren diese Nuten oder Tragrippen in ihren Längs-ausdehnungeribzw. ihren tragenden Flächen im wesentlichen stets senkrecht zur Achse des Schaftes an der jeweiligen Stelle der Nut oder Tragrippe ausgerichtet.
Auf die mit der Verwendung von Kunststoffknochenzement verbundenen Schwierigkeiten und Gefahren für die Prothesenbefestigung ist bereits hingewiesen worden. Umfangreiche Tierexperimente haben jedoch gezeigt, daß auch die für die zementfreie Implantation bisher vorgeschlagenen Formen des Prothesenschaftes und der dafür vorgesehenen Profilierungen, wie die genannten Nuten und Tragrippen, noch nicht zu einer vollständig befriedigenden Verankerung der Femurteile von Totalhüftgelenkendoprothesen führen.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß es mit Hilfe der bisher vorgeschlagenen Profilierungen der Prothesenschäfte zwar gelingt, eine Stabilisierung des Implantats im oberen Femurteil gegen Verschiebungen der Prothese etwa parallel zur Femurachsë zu verhindern. Bei biomechanisch richtiger Anordnung von tragenden Flächen längs des Prothesenschaftes gelingt es auch eine Knochenresorption in der Corticalis im Prothesenbereich und damit eine erhöhte Bruchgefahr zu verhindern oder zumindest drastisch herabzusetzen. Die gleichen umfangreichen Tierexperimente haben jedoch auch gezeigt, daß alle bisher genannten Maßnahmen noch keine Verdrehungsstabilität des Femurteils dieser Prothesenart gewährleisten. Auch bei im wesentlichen ovalen, trapezförmigen oder rechteckigen Querschnitt des Prothesenschaftes wurde immer wieder gefunden, daß die Prothesen nicht verdrehungsstabil bezüglich der Femurachse verankert waren. Dies gilt z.B. für am Schaf implantierte Prothesen aus dem praktisch vollständig bioinerten Werkstoff A1203-Keramik nach Versuchsdauern von bis zu einem Jahr.
Als Ursache für dieses Verhalten wird angenommen, daß der Femur zumindest in diesem Bereich nicht in der Lage ist, Knochenstrukturen zu bilden, die auf die Dauer Kräfte aufnehmen können, die senkrecht zur Femurachse an der Innenseite der Cordicalis angreifen. Es wurde sogar beobachtet, daß primär völlig fest fixierte Femurteile von Totalendoprothesen aus Al 205-Keramik bezüglich der Drehung um die Femurachse locker geworden waren.
Für die Schaffung von zement frei implantierbaren Hüftgelenktotalendoprothesen ergab sich daher die Aufgabe eine Form des Schaftes der Prothese zu finden, die die notwendige Verdrehungsstabilität bezüglich der Femurachse gewährleistet.
Es zeigte sich, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß der Schaft der Prothese an mindestens zwei Seiten längliche Vertiefungen auSweist, die in Längsausdehnung von 900 abweichende Winkel mit der allgemeinen Schaftachse bilden und daß diese 0 von 90 abweichenden Winkel auf den mindestens zwei Seiten umgekehrte Vorzeichen aufweisen.
Diese mindestens zwei Seiten können die vordere und die rückwertige Seite des Prothesenschaftes sein. Die innere und die äußere Seite des Prothesenschaftes werden dann vorteilhaft mit Tragrippen oder Stufen versehen, wobei die Stufen so orientiert sind, daß die lastübertragenden Flächen senkrecht zur trajektoriell orientierten Sp ongiosastruktur ausgerichtet sind. Als Material für derartige erfindungsgemäße Prothesen kommt jeder bioinerte Werkstoff in Frage.Als besonders günstig hat sich dichte A120D-Keramik erwiesen mit mehr als 96 % 25 Al 205 Diese A120)-Keramik kann vorteilhafterweise noch mit oberflächenaktivierenden Substanzen versehen sein. Derartige oberflächenaktive Substanzen bewirken eine Verbesserung der Knochenbildung an derlmplantatfiäche und sind bekannt aus der DOS 2 524 867.- Besteht der Schaft eines erfindungsgemäßen Femurteils aus einem Metall oder einer Metallegierung, so ist es günstig alle mit dem Gewebe in Berührung kommenden Flächen mit mindestens einem dichten Glas- oder glasähnlichen Überzug zu versehen, wobei dieser glas ähnliche Überzug bevorzugt die Struktur einer Glaskeramik erhält, wie es aus der DOS 2 506 552 bekannt ist.
Tierexperimentelle Untersuchungen an Schafen haben gezeigt, daß die erfindungsgemäß am Schaft der Prothese angebrachten Vertiefungen eine genauso feste Verdrehungssicherung bewirken, wie sie durch einen gut ausgebildeten Kragen des Femurteils einer Hüftgelenktotalendoprothese, insbesondere in Verbindung mit den in der genannten Weise angeordneten Stufen für die Stabilisierung bezüglich der Bewegungen in achsenparalleler Richtung erzielt werden konnten. Dabei ist es verhältnismäßig bequem die beiden Funktionen der achsparallelen Stabilisierung und der Verdrehungssicherung dadurch zu trennen, daß die erwähnten Stufen auf der Innen- und Außenseite der Prothese angebracht werden und die der Verdrehungssicherung dienenden länglichen Vertiefungen auf der Vorder- und Rückseite. Die Anordnung der Stufen in der genannten Weise ergibt eine besonders günstige Übertragung der achsparallelen Kräfte von der Prothese in den Femur. Die Vorteile des erfindungsgemäß gestalteten Schaftes des Femurteils einer Hüftgelenktotalendoprothese wirken sich besonders günstig aus, wenn als Prothesenwerkstoff die bioinerte Al205-Keramik benutzt wird, da dann die Gewebereaktionen an der Prothesenoberfläche keine Abstoßung des Implantats bewirken.
Das Anwachsen von Knochengewebe an die Implantatoberfläche wird durch oberflächenaktive Substanzen beschleunigt, was zu einer Verkürzung der Integration der Prothese und damit zu einer frühzeitigen Belastungsfähigkeit mit allen für den Patienten damifverbundenen Vorteilen führt. - Wird der Schaft des Femurteils in Metall ausgeführt, so ergeben insbesondere Glaskeramiküberzüge ähnliche Beschleunigungen des Einheilprozesses.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Femurteils einer Hüftgelenktotalendoprothese ist in Figur 1 und Figur 2 dargestellt. Dabei handelt es sich um ein im Tierexperiment an Schafen erprobtes Prothesenmodell, das auf seiner Vorder-und Rückseite die erfindungsgemäßen länglichen Vertiefungen aufweist und an seiner Innen- und Außenseite die oben beschriebenen Stufen besitzt.
Im Einzelnen bedeutet in Figur 1 die Nr. 1 den Kopf des Femurteils, mit 2 wird der Hals des Femurteils, mit 5 der Kragen bezeichnet. 4 weist auf den Schaft des Femurteils hin. Mit 5 sind die verschiedenen Stufen am Schaft 4 gekennzeichnet. In Figur 2 ist die Ansicht des gleichen Femurteils von außen, d.h. aus der Richtung des Pfeiles 6 in Figur 1 bezeichnet. Mit innen wird die Seite bezeichnet, auf die der Pfeil 7 in Figur 1 weist. In Figur 2 weist der Pfeil 8 auf die Vorderseite, der Pfeil 9 auf die Rückseite des Femurteils. In Figur 1 blickt man auf die Vorderseite des Femurteils. Hier werden die erfindungsgemäßen länglichen Vertiefungen mit 1Q bezeichnet. Es sind deren in diesem Beispiel 2 vorgesehen. In der Darstellung der Figur 2 sind diese Vertiefungen 10 im Profil zu erkennen.
In der Figur 1 sind die auf der Rückseite 9 angebrachten erfindungsgemäßen Vertiefungen mit 11 bezeichnet. Sie sind in Figur 2 ebenfalls in ihrem Profil dargestellt. Betrachtet man die Linie 12 in Figur 1 und die Linie 15 in Figur 2 als Achsen des Schaftes des Femurteils, so zeigt die Darstellung in Figur 1 die gegenseitige Orientierung der länglichen Vertiefungen auf der Vorder- und Rückseite des Schaftes des Femurteiles und zugleich die Orientierung dieser länglichen Vertiefungen bezüglich der Achse des Femurteils. Es ist außerdem zu erkennen, daß diese längliche Vertiefung auf der Vorderseite des Schaftes einen Winkel umgekehrten Vorzeichens mit der Achse einschließt als die entsprechende Vertiefung auf der Rückseite. Als Beispiel sind zwei dieser Winkel mit 14 und 15 angedeutet.
Wie bereits erwähnt, waren erfindungsgemäß gestaltete Femurteile rotationsstabil eingewachsen im Femur von Schafen, während es ohne diese Vertiefungen auch nach langen Verweilzeiten nicht gelungen war, eine derartige Stabilität zu erzielen. Es wird vermutet, daß die Rotationsstabilität durch das feste Heranwachsen an die und in die Vertiefungen 10 und 11 bewirkt wurde, wobei die auf den Knochen wirkenden Kräfte, die senkrecht zur Knochenachse orientiert sind, durch die Schrägstellung so klein bleiben, daß der Verfestigungseffekt in Achsrichtung überwiegt.

Claims

Patentansprüche:

Femurteil einer Hüftgelenktotalendoprothese zur zementfreien Implantation, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (4) der Prothese an mindestens zwei Seiten längliche Vertiefungen (10 und 11) aufweist, die in Längsausdehnung von 0 90 abweichende Winkel (14 und 15) mit der allgemeinen Schaftachse (12 bzw. 15) bilden und daß diese von 900 abweichenden Winkel auf den mindestens zwei Seiten umgekehrte Vorzeichen aufweisen.

2. Femurteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Seiten die vordere (8).und die rückwärtige Seite (9) des Prothesenschaftes (4) bilden.

5. Femurteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere (7) und äußere (6) Seite des Prothesenschaftes (4) Tragrippen oder Stufen (5) aufweisen.

4. Femurteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (5) so orientiert sind, daß die lastübertragenden Flächen senkrecht zur trtektoriell orientierten Spongiosastruktur ausgerichtet sind.

5. Femurteil nach Anspruch 1, 2, 5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus dichter Al205-Keramik mit mehr als 96 % A1203 besteht.

25 6. Femurteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mit oberflächenaktiven Substanzen versehen ist.

7. Femurteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Schaft aus Metall besteht und einem Glas- oder glasähnlichen oder Glaskeramiküberzug aufweist.