DE2527865C3 - Künstliche Gelenkpfanne für ein Hüftgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine künstliche Gelenkpfanne für ein Hüftgelenk, deren konkave, den kugelförmigen Gelenkkopf aufnehmende Schalenfläche mindestens eine vertiefte Nut aufweist.

Ein bei Gelenkendoprothesen bisher im allgemeinen noch nicht gelöstes Problem ist der Verschleiß an den aufeinandergleitenden Oberflächen der Prothese; vor allem bei dem hochbelasteten Gleiten des kugelförmigen Gelenkkopfes in einer Gelenkpfanne einer Totalprothese für ein Hüftgelenk versucht man daher, mit Hilfe von Körperflüssigkeit eine Flüssigkeitsschmierung zwischen den aufeinandergleitenden Flächen der genannten Elemente zu erreichen.

In diesem Zusammenhang sind Konstruktionen bekannt, bei denen in mindestens einer der aufeinandergleilenden Flächen Schmiernuten vorgesehen sind (GB-PS 13 22 680). Weiterhin ist es bei Total-Endoprothesen für das Hüftgelenk besonders vorteilhaft, wenn der Gelenkkopf des Femurteils und die konkave Schalenfläche der künstlichen Gelenkpfanne den gleichen Radius haben; denn dadurch wird das »Tragmuster« der Abstützung des Kugelkopfes in der Pfanne verbessert, d. h., die tragenden Teilflächen zwischen Kugelkopf und Pfanne sind bei Belastungen relativ größer als bei Prothesen, bei denen, wie bisher üblich (DE-PS 15 66 386), die Pfanne einen geringfügig größeren Radius als die Kugel hat. Denn dadurch verteilen sich die Belastungen insgesamt auf eine größere Fläche, und die auftretenden Druckspitzen sind vermindert. Die Vergrößerung des Tragmusters ist bei den heute allgemein verwendeten Kunststoff-Pfannen besonders wichtig, weil dadurch das bei Endoprothesen unbedingt zu vermeidende Kaltfließen des Kunststoffes verhindert wird. Darüber hinaus ist mit dem vergrößerten Tragmuster auch die empirische Regel, daß pro 100 kg Belastung mindestens 1 cm² Auflagefläche vorhanden sein soll, bei den üblichen Abmessungen von I lüftgelenkpfannen erheblich leichter erfüllbar.

Ein weiterer Nachteil der Totalprothesen, bei denen die Pfanne einen größeren Radius hat als der Kugelkopf, besteht darin, daß bei einer Belastung in der Höhe des ω Scheitelpunktes der Pfanne die Randteile nach innen gebogen werden. Sie legen sich dann wie eine Art Bremsschuh um den Gelenkkopf und klemmen diesen ein, was die Reibung und den Verschleiß stark erhöhen. Da bei den Prothesen mit gleichem Krümmungsradius für Gelenkkopf und Kugclpfanne, im Schnitt gesehen, si;111 einer Punktauflage eine Linieriberührung zwischen beiden Teilen stattfindet, kann dieser Klemmeffekt bei diesen Prothesen nicht in Erscheinung treten.

Wegen der genauen Anpassung der Radien der beiden Gelenkflächen aneinander ist bei diesen neuen Prothesen die eingangs geschilderte Schmierung besonders schwierig zu gewährleisten. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gelenkpfanne für eine Total-Endoprothese eines Hüftgelenks zu schaffen, bei der gegenüber den bisherigen Konstruktionen, bei denen die Pfannen einen größeren Radius als die zugehörigen Gelenkköpfe haben, das Tragmuster verbessert ist und bei denen auf der anderen Seite eine ausreichende Schmierung der aufeinandergleitenden Oberflächen gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemälJ dadurch gelöst, daß die konkave Schalenfläche eine Rotationsfläche ist, deren erzeugendes Kreisbogenstück einen Radius hat, der demjenigen des zugeordneten Gelenkkopfes entspricht, dessen Mittelpunkt jedoch gegenüber der Rotationsachse einen Abstand aufweist Die erfindungsgemäße Schalenflärhe ergibt sich dabei, wenn ein Kreissektor von 90° um eine Achse rotiert wobei sein Mittelpunkt einen Abstand von der Rotationsachse hat und daher, in Richtung der Rotationsachse gesehen, selbst eine Kreisfläche mit diesem Abstand als Radius und der Drehachse als Mittelpunkt einschließt und erzeugt.

In der erfindungsgemäßen Konstruktion hat der Gelenkkopf— trotz der beiden gleichen Knimmungsradien — in der Pfanne genügend Spiel, um die bei Druckbelastung in der an sich bekannten Nut in der Schalenfläche verdrängte Flüssigkeit bei Entlastung zurück in den zwischen den aufeinandergleitenden Flächen entstehenden Spalt fließen zu lassen, so daß eine gute Benetzung dieser Flächen unter Ausbildung eines ausreichenden Schmierfilms bewirkt wird, wobei aus dem bei Entlastung kleiner werdenden Volumen auf der nicht belasteten Seite des Gelenkes zusätzlich Flüssigkeit durch die Nut zwischen die zuvor aufeinandergepreßten Gleitflächenteile verdrängt wird.

Der Abstand des Mittelpunktes von der Drehachse kann zweckmäßigerweise 0,1 bis 0,5 mm betragen. Eine weitere Verbesserung der Schmierung ergibt sich zusätzlich, wenn die Schalenfläche im Bereich ihrer erzeugenden Drehachse eine an sich bekannte, vertiefte Tasche hat, deren Fläche mindestens der Kreisfläche entspricht, die der im Abstand von der Drehachse der Rotationsfläche gelegene Mittelpunkt des Kreisbogenstücks bei der Rotation zur Erzeugung der konkaven Schalenfläche beschreibt.

Auf der anderen Seite bleibt durch die neuartige Ausbildung der Pfanne die eingangs geschilderte Vergrößerung des Tragmusters mit allen ihren Vorteilen erhalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert, deren Figur eine Gelenkpfanne, in die der zugehörige Gelenkkopf unter einer angenommenen Belastung aus der Richtung des Pfeiles von links oben eingezeichnet ist, im Schnitt darstellt.

Die vergrößert dargestellte Gelenkpfanne 1, die vorteilhafterweise aus hochmolekularem Hartpolyäthylen hergestellt ist, hat auf ihrer konvexen Außenseite ringartige Vorsprünge 2 und Vertiefungen 3, mit denen ihre Verankerung im Beckenknochen verbessert werden soll; diese Verankerung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines bekannten Knochenzenients auf Ml iiylmethacrylat-Basis.

Am Äquator endet die halbkugclartige Schale 1 in c.ineii Mansch 4, der gegen die konkave, innere

Schalenfläche 5 abgeschrängt ist

Die Schale 5 dient zur Aufnahme eines kugelartigen Gelenkkopfes 6 einer nicht weiter dargestellten, im Femurknochen verankerbaren Hüftgelenkprothese; diese ist vorzugsweise aus einem der in anr Implantattechnik verwendeten Metalle oder einer Metallegierung gefertigt, wobei der Kopf jedoch auch aus sogenannter Biokeramik — beispielsweise aus sehr reinem Aluminiumoxid (AI2O3) — bestehen kann. In der Zeichnung ist die relative Lage der Pfanne 1 zum Gelenkkopf 6 so dargestellt, wie sie sich unter der Wirkung einer in Richtung des Pfeiles 8 wirkenden Belastung einstellt.

In der konkaven Schalenfläche 5 ist eine Nut 7 vorgesehen, die in dem gezeigten Beispiel eine Ringnut ist. Die Nut kann dabei jedoch beliebig — beispielsweise auch als Schraubennut — ausgebildet sein, sofern darauf geachtet wird, daß ihre freien Enden innerhalb der durch den Gelenkkopf bei Belastungen abgedichteten rotationsflächenartigen Schalenfläche liegen.

Nach der Erfindung ist die Schalenflächr 5 nicht eine Hohlkugelfläche, sondern stellt eine Rotationsfläche dar, die durch Rotation eines Viertelkreisbogens um die Rotationsachse R entsteht, wobei der Kreisbogen den gleichen Radius wie der zugehörige Gelenkkopf 6 hat, sein Mittelpunkt M jedoch um einen geringen Abstand, der etwa 0,1 bis 0,5 mm beträgt, gegen die Rotationsachse R versetzt ist. Auf diese Weise erhält der Gelenkkopf 6 bei Be- und Entlastungen in der Pfanne mehr Spielraum, ohne daß die bei gleichen Durchmessern von Kopf und Pfanne relativ großen — relativ iu denjenigen bei den bekannten Pfannen, die einen größeren Durchmesser als der Gelenkkopf haben — tragenden Teilflächen verkleinert werden.

Eine weitere Teilmenge von Flüssigkeit kann bei Belastung des Gelenkes in eine Tasche 9, die im Scheitelbereich der Schale 5 angeordnet ist, verdrängt und dort gespeichert werden und bei Entlastung zusätzlich als Schmierfilm auf die aufeinandergleitenden Oberflächen ausfließen.

Die Herstellung der neuartigen Schalenfläche erfolgt beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung des rotierenden Pfannenkörpers 1 mit einem auf einer entsprechenden Kurve bewegten Werkzeug oder mit einem solchen, das auf einem Kreisbogen geführt und gegenf-ber tier P.oiütionsachse des Körpers 1 versetzt angeordnet Lt.

Wie schon kurz angedeuiet, dient die Nut 7 beim Belasten des Gelenks als Auffang- und Sammelgefäß für verdrängte Körperflüssigkeit, die dann beim Entlasten diese Flüssigkeit wieder zwischen die Gleitflächen abgibt; die gleichzeitig Verbindung mit einem sich beim Entlasten verkleinernden Volumen auf der zuvor entlasteten Seite des Gelenks bewirkt darüber hinaus, daß durch die Nut zusätzlich Flüssigkeit in den Bereich zwischen die beim Belasten aufeinandergleitenden Flächen gelangt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Künstliche Gelenkpfanne für ein Hüftgelenk, deren konkave, den kugelförmigen Gelenkkopf aufnehmende Schalenfläche mindestens eine vertiefte Nut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Schalenfläche eine Rotationsfläche ist, deren erzeugendes Kreisbogenstück einen Radius hat, der demjenigen des zugeordneten Gelenkkopfes (6) entspricht, dessen Mittelpunkt (M) jedoch gegenüber der Rotationsachse (R) einen Abstand (/^aufweist

2. Gelenkpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand 0,1—0,5 mm beträgt