DE2646478C2

DE2646478C2 - Gelenk-Endoprothese

Info

Publication number: DE2646478C2
Application number: DE2646478A
Authority: DE
Inventors: Anton Dr. 8561 Ottensoos Zeibig
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1982-06-09
Also published as: GB1585672A; SE7613205L; DE2646478A1; US4268919A; JPS5349891A; SE415322B; CH607747A5; NO764112L; US4198711A; FR2367480A1; AT344310B; ATA868476A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenk-Endoprothese nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Prothese ist aus der DE-OS 25 30 254 bekannt. Bei ihr erweitert sich das radiale Loch im kugelförmigen Gelenkkörper kegelstumpfförmig nach innen, und das Ende des in dieses Loch eingesetzten Zapfens des implantierbaren Schaftes ist durch den Spreizkörper derart aufgeweitet, daß dieses Loch durch den Zapfen samt Spreizkörper vollständig ausgefüllt ist. Damit der Spreizkörper in dieser Weise wirksam werden kann, muß er mit einer sehr großen axialen Kraft in die Ausnehmung des Zapfens eingetrieben werden. Der Kegelwinkel des radialen Lochs im kugelförmigen Gelenkkörper ist derart gering, daß die Verbindung zwischen dem Gelenkkörper und dem Zapfen noch kaum als in axialer Richtung formschlüssige Verbindung bezeichnet werden kann, sondern im wesentlichen als reibschlüssige Klemmverbindung bewertet werden muß, deren Haltbarkeit davon abhängt, daß bestimmte, vorgegebene Reibwerte der miteinander gepaarten Bauteile genau eingehalten werden. Gerade dies läßt sich aber während und nach einer Implantation nicht gewährleisten, da die Reibwerte beispielsweise durch eindringende Gewebsflüssigkeit erheblich vermindert werden können. Die Festigkeit der Verbindung zwischen dem kugelförmigen Gelenkkörper und dem Zapfen läßt sich bei dieser bekannten Prothese nicht ohne weiteres erhöhen, denn dazu wären axiale Krafteinwirkungen auf den Gelenkkörper erforderlich, die diesen zerspringen lassen könnten, wenn es sich, wie für die vorliegende Erfindung vorausgesetzt, um einen Gelenkkörper aus sprödem Werkstoff handelt.

Bei einer anderen bekannten gattungsgemäßen Prothese, die in Fig. 3 bis 5 und 11 der US-PS 31 02 536 dargestellt ist, läßt sich eine in axialer Richtung formschlüssige Verbindung zwischen dem Zapfen und dem kugelförmigen Gelenkkörper überhaupt nicht erzielen, denn das radiale Loch dieses Gelenkkörpers ist zylindrisch. Die Ausnehmung des Zapfens ist hier eine kegelförmige Gewindebohrung, und der Spreizkörper ist eine entsprechend kegelförmige Madenschraube. Durch Festziehen dieser Schraube wird auch hier der im radialen Loch des kugelförmigen Gelenkkörpers stekkende Teil des Zapfens insgesamt derart geweitet, daß er auf seiner gesamten Länge an der Wandung des radialen Lochs anliegt Auch hier besteht die Gefahr, daß entweder die Verbindung zwischen Zapfen und

ίο kugelförmigem Gelenkkörper auf Dauer nicht hinreichend sicher ist oder das Bemühen, diese Sicherheit zu erhöhen, dazu führt daß die als Spreizkörper dienende Schraube allzu fest angezogen und dadurch der aus sprödem Werkstoff bestehende kugelförmige Gelenkkörper mit übermäßigen Sprengkräften belastet wird und infolgedessen schon während einer Operation, oder — was noch schlimmer ist — nach der Operation beim Hinzukommen axialer Belastungen und daraus resultierender zusätzlicher Sprengkräfte zerspringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenk-Endoprothese der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß die Verbindung zwischen dem Gelenkkörper und dem Zapfen einerseits hinreichend fest ist, andererseits aber die Gefahr vermeidet, daß der Gelenkkörper bei hohen Belastungen zerspringt

Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird erreicht, daß der Zapfen in einem genau definierten Bereich an seinem Ende vom Spreizkörper geweitet wird und dadurch eine Form annimmt, die in Verbindung mit der vorgegebenen Form der Erweiterung des Lochs im Gelenkkörper eine in jeder Richtung, insbesondere in axialer Richtung, ausgeprägt formschlüssige Verbindung bildet. Die radialen Kräfte, die vom Spreizkörper über das sich verformende Ende des Zapfens auf die 1 nnenwand des Gelenkkörpers ausgeübt werden, sind in einem Bereich konzentriert, in dem die Widerstandsfähigkeit des kugelförmigen Gelenkkörpers gegen Sprengkräfte am größten ist, und überdies sind diese Kräfte wegen ihrer Konzentration auf einen definierten Bereich hinreichend genau vorherbestimmbar, so daß sich eine bei weitem ausreichende Sicherheit gegen Zerspringen des Gelenkkörpers erzielen läßt.

Die Verbindung zwischen Zapfen und Gelenkkörper ist zwar wegen ihrer ausgeprägten Formschlüssigkeit absolut sicher; bei Bedarf kann der duktile Werkstoff des Zapfens an dessen Ende durchaus bis in den Bereich

so plastischer Verformung hinein durch den Spreizkörper belastet werden. Weil aber die Verformung des Zapfens auf einen eng definierten ringförmigen Endbereich beschränkt ist, läßt sich die Verbindung zwischen dem Zapfen und dem kugelförmigen Gelenkkörper, wenn eine Reoperation nötig werden sollte, wieder aufheben, indem der Gelenkkörper mit einer Abziehvorrichtung vom Zapfen abgezogen wird.

Als duktile Werkstoffe für den Schaft und den mit ihm meist einstückig ausgebildeten Zapfen eignen sich besonders Cr-Co-Mo-Legierungen, Cr-Ni-Mo-Legierungen sowie Titanlegierungen. Als Werkstoff für den kugelförmigen Gelenkkörper hat sich hochreines Aluminiumoxid wegen seiner guten Abriebfestigkeit und Gewebeverträglichkeit besonders bewährt.

Die Erfindung ist bei zylindrischen Zapfen mit kreisförmiger oder nicht-kreisförmiger, beispielsweise elliptischer Basisfläche und bei prismatischen Zapfen ebenso anwendbar wie bei kegelstumpfförmigen Zapfen

mit kreisförmiger oder nicht-kreisförmiger Grundfläche und bei pyramidenstumpfförmigen Zapfen. Bei zylindrischen oder prismatischen Zapfen läßt sich der Preßsitz dadurch herstellen, daß der Zapfen auf eine bestimmte Temperatur unterkühlt wird, ehe er in den Gelenkkörper eingesetzt wird. Bei kegelstumpf- oder pyramidenförmigen Zapfen ergibt sich der Preßsit'. in der üblichen Weise durch Aufdrücken des Gelenkkörpers.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführuiigsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung mit weiteren Einzelheiten beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch Teile einer Hüftgelenkprothese mit Konusverbindung, und

F i g. 2 einen entsprechenden Schnitt durch Teile einer Hüftgelenkprothese mit Zylinderverbindung.

Die in F i g. 1 dargestellte Hüftgelenk-Prothese weist einen Schaft 10 aus einer Metallegierung auf, der sich bis zu einem an ihm ausgebildeten Bund 11 in einen Schenkelknochen eintreiben läßt. Oberhalb des Bundes 11 ist ein mit dem Schaft 10 einstückiger Zapfen 12 vorgesehen, der in seinem oberen Bereich eine kegelstumpfförmige Außenfläche 14 und eine von seinem Ende ausgehende Ausnehmung 16 aufweist. Die Ausnehmung 16 ist im wesentlichen zylindrisch und gleichachsig mit der kegelstumpfförmigen Außenfläche 14 angeordnet. Der Boden der Ausnehmung 16 ist mit verhältnismäßig großem Radius ausgerundet und weist ein Gewindeloch 18 auf.

Auf dem Zapfen 12 ist ein aus hochreinem Aluminiumoxid bestehender, kugelförmiger Gelenkkörper 20 mit Preßsitz befestigt. Der Gelenkkörper 20 weist zu diesem Zweck ein radiales Loch 22 auf, das sich mit gleichem Kegelwinkel wie die Außenfläche 14 verjüngt, in seinem Endbereich eine Erweiterung 14 aufweist und eine Fortsetzung 26 in Gestalt eines Durchgangslochs hat, das sich längs der gemeinsamen Achse 28 des Zapfens 12 und des Lochs 22 nach außen erstreckt.

In die Ausnehmung 16 greift ein Spreizkörper 30 ein, der einen sich nach unten, also in entgegengesetzter Richtung wie die Außenfläche 14, verjüngenden Außenkonus 32 aufweist und mit diesem am Rand der Ausnehmung 16 anliegt. Der Spreizkörper 30 weist ferner an seiner Oberseite einen Innensechskant 34 für einen Sechskantschlüssel auf und an seiner Unterseite einen Gewindeausatz 36, der in das Gewindeloch 18 eingeschraubt ist.

Die Ausnehmung 16 verleiht dem Zapfen 12 eine solche Elastizität, daß die durch den Preßsilz hervorgerufenen Ringspannungen im Gelenkkörper 20 auf der gesamten Länge des Lochs 22 im wesentlichen gleich groß sind Die Erweiterung 24 trägt zusätzlich dazu bei, Spannungshäufungen im Endbereich des Lochs 22 zu vermeiden.

Der Spreizkörper 30 läßt sich mit dem Sechskantschlüssel derart festziehen, daß er, wie in der rechten Hälfte der Fig. 1 angedeutet, den ringförmigen oberen

ίο Endbereich des Zapfens 12 weitet und in die Erweiterung 24 hineindrückt Auf diese Weise ergibt sich eine den Preßsitz zwischen dem Zapfen 12 und dem Gelenkkörper 20 unterstützende Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lockern des Gelenkkörpers.

Wenn es nötig werden sollte, den Gelenkkörper 20 bei einer Reoperation wieder zu lösen, dann kann auch dazu der Spreizkörper 30 verwendet werden, indem er über die im linken Teil der F i g. 1 gezeigte Stellung hinaus nach oben geschraubt wird, so daß er den Gelenkkörper 20 vom Zapfen 12 abdrückt.

Die in Fig. 2 dargestellte Hüftgelenk-Prothese hat mit der in F i g. 1 dargestellten zahlreiche Gemeinsamkeiten, derentwegen die gleichen, in F i g. 2 jedoch mit einem Index versehenen Bezugszeichen verwendet werden. Gemäß Fig. 2 weist ein an einem Schaft 10' ausgebildeter Zapfen 12' eine zylindrische Außenfläche 14' und eine sich nach unten kegelstumpfförmig verjüngende Ausnehmung 16' auf. Auf der Außenfläche 14' ist mit Preßsitz ein Gelenkkörper 20' befestigt, der zu diesem Zweck ein radiales, zylindrisches Loch 22' aufweist. Das Loch 22' endet mit einer Erweiterung 24'.

Zwischen dem Ende des Lochs 22' und der infolge der

Ausnehmung 16' ringförmigen Stirnfläche des Zapfens 12' ist ein scheibenförmiger Spreizkörper 30' angeordnet, der einen Außenkonus 32' aufweist. Beim Aufdrücken des Gelenkkörpers 20' auf den Zapfen 12' ist der Spreizkörper 30' zwischen dem Zapfen 12' und dem Ende des Lochs 22' derart eingeklemmt worden, daß er mit seinem Außenkonus 32' den ringförmigen oberen Endbereich des Zapfens 12' in die Erweiterung 24' hineindrängt und dadurch eine zusätzliche Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen des Gelenkkörpers 20' schafft, wenn der Gelenkkörper 20' aus der gezeichneten Zwischenstellung vollständig auf den Zapfen 12' aufgedrückt wird.

Der Spreizkörper 30' ist beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 ein Metallteil; er kann aber auch mit dem Gelenkkörper 20' einstückig ausgebildet sein und wie dieser aus Aluminiumoxid bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gelenk-Endoprothese, insbesondere Hüftgelenk-Prothese, bei der an einem implantierbaren Schaft ein Zapfen aus duktilem Werkstoff ausgebildet ist, auf dem ein mit einem radialen Loch versehener kugelförmiger Gelenkkörper aus sprödem Werkstoff mit Preßsitz befestigt ist, und der Zapfen eine von seinem Ende ausgehende Ausnehmung aufweist, die einen Spreizkörper aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (22; 22') im Gelenkkörper (20; 20') rings um das Ende des Zapfens (12; 12') eine Erweiterung (24; 24) aufweist, in die sich dieses Ende mittels des Spreizkörpers (30; 30') hineinspreizen läßt.

2. Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizkörper (30; 30') nur in einem ringförmigen Bereich radial innerhalb der Erweiterung (24; 24') des Lochs (22; 22') im Gelenkkörper (20; 20') am Zapfen (12; 12') anliegt

3. Prothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizkörper (30') scheibenförmige gestaltet und zwischen dem ringförmigen Ende des Zapfens (12') und dem Boden des Lochs (22') im Gelenkkörper (20') eingeklemmt ist.