DE2517702B2

DE2517702B2 - Femurteil einer Hüftgelenktotalendoprothese

Info

Publication number: DE2517702B2
Application number: DE19752517702
Authority: DE
Inventors: P. Dr.Med. 6831 Plankstadt Griss; Guenther Dr. 6800 Mannheim Heimke
Original assignee: Friedrichsfeld GmbH Steinzeug und Kunststoffwerke
Current assignee: Friatec AG
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1975-04-22
Publication date: 1978-03-16
Also published as: DE2517702C3; DE2517702A1

Description

Die Erfindung betrifft den Femurteil einer Hüftgelenktotalendoprothese zur zementfreien Implantation mit länglichen Vertiefungen an mindestens zwei Seiten des Schaftes mit zumindest angenähert rechteckigem Querschnitt.

Der Femurteil einer Totalhüftgelenkendoprothese dient zum Ersatz 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 Eiweißkoagulationstemperalur 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 lnngzeitallerung ihrer mechanischen Eigenschaften, wodurch ebenfalls die Gefahr der Protheseniockcrung auftritt. Die für diese Art der Befestigung benutzten Femuricile von Tolalendoprothesen bestehen bisher überwiegend aus Metall.

Es sind auch schon derartige Prothesen aus Metall für die zementfreie Verankerung im oberen Merkraum des Femurs vorgeschlagen worden. Außerdem sind bereits derartige Prothesen für die /ementfreie Implantation

ii> aus Keramik, besonders aus dichter hoeh-AljOi-haltiger Keramik erprobt worden (iMi-OS 23 24 865).

Es ist auch schon vorgeschlagen worden (DE-OS 24 11617), die Schafte von Prothesen, 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 l.üngsaiisdchnungcn bzw. ihren tragenden Flächen im wesentlichen stets senkrecht zur Achse des Schaftes ;jii der jeweiligen Stelle der Nut oder Tragrippe ausgerichtet.

Indem DE-Gbm 71 37 b2J ist eine Femurkopfprothese bildlich dargestellt, die an der Innenseite des Schaftes einige olfenbar längliche Vertiefungen aufweist. Diese Vertiefungen sind einseitig angebracht, eine Neigung

-'i der Längsachse dieser Vertiefungen gegen die .Schaftachse ist nicht zu erkennen. Diese Vertiefungen können daher ebensowenig wie die im vorigen Abschnitt erwähnten Tragrippen eine Stabilität der Prothese gegen Verdrehungen um die Achse des Femurs

w bewirken.

Im DE-Gbm 74 07 463 sind einige längliche, schräg zur Achse der Prothese orientierte Erhebungen oberhalb der Oberfläche des Schaftes dargestellt. Sie dienen mit ihrer nach oben abgeflachten Seite der

'· Entfernung des Knochenzementes bei einer notwendig werdenden Prothesenentfernung. Für die Herstellung einer Verdrehungsstabililät einer zementfrei eingesetzten Prothese sind diese Erhebungen ungeeignet, da sie eine viel zu große Aushöhlung des Markraumes

'· erzwingen und das feste Anliegen weiter Teile des Schaftes de Prothesenoberfläche an der Innenseite der Corticalis verhindern würden. Auch das Anbringen eines Gewindes auf dem Schaft einer Femurkopfprothese führt höchstens zu einer Stabilisierung gegen das

< · Einsinken der Prothese parallel zur Achse des Femur. Um dieses Gewinde durch Einschrauben in den Femur nutzen zu können, muß der Prothesenschafl im wesentlichen gerade und rund sein. Dies schließt eine Verdrehungsstabilisierung aus. Außerdem besteht keine ) Möglichkeit, die Neigung der lastübertragenden Flächen den unterschiedlichen biomechanischen Reaktionsmöglichkeiten des Knochengewebes an den verschiedenen Stellen des Femurs anzupassen.
Auf die mit der Verwendung von Kunststoffknochen-

■■■■' zement 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 Totalhüftgelenkeridoprothesen führen.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß es mit Hilfe der bisher

·>■> vorgeschlagenen Profilierungen der Prothesenschäfte zwar gelingt, eine Stabilisierung dos Implantats im oberen Femurteil gegen Verschiebungen der Prothese etwa parallel zur Femurachse zu verhindern. Bei

biomechaniscli richtiger Anordnung von tragenden flächen längs des Prothesenschaftes gelingt es auch eine Knochenrcsorplion 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 Verdrehungsstabilitä! des Femurteils dieser Prothesenart gewährleisten. Auch bei im wesentlichen ovalen, trapezförmigen oder rechteckigen Querschnitt ίο des Prothesenschaftes wurde immer wieder gefunden, daß die Prothesen nicht verdrehungsstabil bezüglich der Femurachse verankert waren. Dies gilt z. B. für am Schaft implantierte Prothesen aus dem praktisch vollständig bioinerten Werkstoff A^Oi-Keramik nach !5 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 Corticalis angreifen. Es wurde sogar beobachtet, daß primär fest fixierte Femurteile von Totalendoprothesen aus AliOs-Keramik bezüglich der Drehung um die Femurachse locker geworden waren. 2^r>

Für die Schaffung von zementfrei implantierbaren Hüftgelenktotalendoprothesen ergab sich daher die Aufgabe, eine Form des Schaftes der Prothese zu finden, die die notwendige Verdrehungsstabilitiit bezüglich der Femurachse gewährleistet. i»

Es zeigte sich, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß der Schaft der Prothese an mindestens zwei Seiten längliche Vertiefungen trägt, die in ihrer Längsausdehnung wesentlich von 90° abweichende Winkel mit der Schaftachse bilden und daß diese <; von 90" abweichenden Winkel auf gegenüberliegenden Seiten umgekehrte Vorzeichen aufweisen.

Diese gegenüberliegenden Seiten können die vordere und die rückwärtige 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 trajekloriell orientierten Spongiosastruktur ausgerichtet sind. Als Material für derartige erfindungsgemäße Prothesen kommt jeder bioinerte Werkstoff m Frage. Als besonders günstig hat sich dichte AI₂O3-Keramik erwiesen mit mehr als 96% AbOj. Diese A^Ch-Keramik kann vorteilhafterweise noch mit oberflächenaktivierenden Substanzen versehen sein. Derartige oberflächenaktive Substanzen bewirken eine Verbesserung der Knochenbildung an der Implantatfläche und sind bekannt aus der DE-OS 23 24 867.- 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 glasähnliche Überzug bevorzugt die Struktur einer Glaskeramik erhält, wie es aus der DE-OS 23 06 552 bekannt ist. mi

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 Hüftge- ι» lenktotalendoprothese, insbesondere in Verbindung mit den in der genannten Weise angeordneten Stufen für die Stabilisierung bezüglich der Bewegungen in achsenparallcler Richtung erzielt werden konnten. Dabei ist es verhältnismäßig bequem, die beiden Funktionen der achsparallelen Stabilisierung und der Verdrehungssicherui'.g 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 besonders günstige Übertragung der achsparallelen Kräfte von der Prothese in den Femur. Die Vorteile des erfindungsgemäß gestalteten Schaftes des Femurteüs einer Hüftgelenktotalendoprothese wirken sich besonders günstig aus, wenn als Prothesenwerkstoff die bioinerte AhOj-Keramik benutzt wird, da dann die Gewvbereaktionen an der Prothesenoberfläche keine Abstoßung des !mplantats bewirken. Das Anwachsen von Knochengewebe an die Implanlatoberfläche wird durch oberflächenaktive Substanzen beschleunigt, was /u einer Verkürzung der Integration der Prothese und damit zu einer frühzeitigen Belastungsfähigkeit mit allen für den Patienten damit verbundenen 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 Fig. 1 und Fig. 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 Fig. 1 die Nr. 1 der. Kopf des Femurteils, mit 2 wird der Hals des Femurteils, mit 1 der Kragen bezeichnet. 4 weist auf den Schaft des Femurteils hin. Mit 5 sind die verschiedenen Stufen am Schaft 4 gekennzeichnet. In Fig. 2 ist die Ansicht des gleichen Femurteils von außen, d. h. aus der Richtung des Pfeiles 6 in Fig. I bezeichnet. Mit innen wird die Seite bezeichnet, auf die der Pfeil 7 in Fig. 1 weist. In F i g. 2 weist der Pfeil 8 auf die Vorderseite, der Pfeil 9 auf die Rückseite des Femurteils. In Fig. 1 blickt man auf die Vorderseite des Femurteils. Hier werden die erfindungsgemäßen länglichen Vertiefungen mit 10 bezeichnet. Es sind deren in diesem Beispiel 2 vorgesehen. In der Darstellung der Fig. 2 sind diese Vertiefungen 10 im Profil zu erkennen. In der Fig. 1 sind die auf der Rückseite 9 angebrachten erfindungsgemäßen Vertiefungen mit U bezeichnet. Sie sind in F i g. 2 ebenfalls in ihrem Profil dargestellt. Betrachtet man die Linie 12 in F i g. 1 und die Linie 13 in F i g. 2 als Achsen des Schaftes des Femurteils, so zeigt die Darstellung in F i g. I 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 < "j 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 Rotationssiabilität durch das fesie 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, daU der Verfesiigungseffekt in Achsrichtung überwiegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Femurteil einer Huftgelenktotalendoprothe.se zur zementfreien Implantation mit länglichen Vertiefungen an mindestens zwei Seiten des Schaftes mil zumindest angenähert rechteckigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (10 und 11) in ihrer Längsausdehnung wesentlich von 90° abweichende Winkel mit der Schaftachse (12 bzw. 13) bilden und daß diese von 90" abweichenden Winkel auf gegenüberliegenden Seiten umgekehrte Vorzeichen aufweisen.

2. Femurteil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Seiten die vordore (8) und die rückwärtige Seite (9) des Prothcsenschaftes (4) bilden.

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

4. Femurteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (5) so orientiert sind, daß die lastübertragenden Flächen senkrecht zur trajektoriell orientierten Spongiosastruktur ausgerichtet sind.

5. Femurteil nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus dichter AI₂O)-Keramik mit mehr als 96% AI₂O₁ besteht.

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 einen Glas- oder glasähnlichen oder Glaskeramiküberzug aufweist.