DE2819178A1 - Hip bone cap prosthesis - has protrusion with surfaces at right angles to mounting face and leaving spaces forming net pattern - Google Patents
Hip bone cap prosthesis - has protrusion with surfaces at right angles to mounting face and leaving spaces forming net patternInfo
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Abstract
Description
Beschreibung description
Die Erfindung bezieht sich auf eine alloplastische Endoprothese, insbesondere Kappenprothese, mit einer mittels einer dünnen Zementschicht zu befestigenden, Vorsprünge tragenden Befestigungsfläche.The invention relates to an alloplastic endoprosthesis, in particular Cap prosthesis, with a protrusion to be fixed by means of a thin layer of cement load-bearing mounting surface.
Eine den Verbund mit der Zementschicht verbessernde Oberflächenstrukturierung der Befestigungsfläche ist in zwei Formen bekannt, nämlich erstens als Aufrauhung in Form paralleler Riffeln (Der Orthopäde, 1978, S. A 6 - PROTEK-Annonce) und zweitens bei Kappenprothesen in Form meridialer und ggf. circumferentialer Rippen (DE-OS 25 12 407 r DE-GM 77 14 799). Die Aufrauhung oder Riffelung ergibt eine gewisse Haftungsverbesserung, wenn die Zementschicht vergleichweise dick ist und daher, beispielsweise als ein einen Prothesenschaft umgebender Knochenzementköcher, als zusammenhängender und in sich starrer Körper fest an der Befestigungsfläche der Prothese anliegt. Man strebt jedoch in vielen Fällen möglichst dünne Zementschichten an, die nicht ohne weiteres als starr betrachtet werden können. Man muß damit rechnen, daß sie sich infolge unterschiedlicher Dehnungseigenschaften stellenweise ein wenig von der Befestigungsfläche abheben. Sie verlieren dann infolge der Kleinformatigkeit der durch Aufrauhung oder Riffelung gebildeten Oberflächenvorsprünge den formschlüssigen Kontakt mit der Befestigungsfläche, wodurch der Verbund wirkungslos wird. Man muß auch damit rechnen, daß unter Wechselbeanspruchungen Relativbewegungen zwischen der Befestigungsfläche und der Zementschicht stattfinden, bei der die Aufrauhungen und Riffelungen abrasiv auf den Zement einwirken.A surface structure that improves the bond with the cement layer the fastening surface is known in two forms, namely firstly as a roughening in the form of parallel corrugations (Der Orthopäde, 1978, p. A 6 - PROTEK-Ad) and second with cap prostheses in the form of meridial and possibly circumferential ribs (DE-OS 25 12 407 r DE-GM 77 14 799). The roughening or corrugation results in a certain Adhesion improvement if the cement layer is comparatively thick and therefore, for example as a bone cement quiver surrounding a prosthesis shaft, as coherent and rigid body firmly attached to the mounting surface of the Prosthesis. In many cases, however, the aim is to achieve the thinnest possible cement layers that cannot simply be regarded as rigid. One must expect that they are a little bit different in places as a result of different elongation properties lift off the mounting surface. You then lose because of the small format the surface projections formed by roughening or corrugation the form-fitting Contact with the fastening surface, which renders the bond ineffective. One must also take into account that, under alternating loads, relative movements between the fastening surface and the cement layer where the roughening takes place and corrugations act abrasively on the cement.
Die abgeschabten Partikel werden von der Synovialflüssigkeit herausgespült und entfalten die bekannten schädlichen Wirkungen. Der fortschreitende Verschleiß verschlechtert die Haftung, so daß eine kleinformatige Aufrauhung oder Riffelung in Verbindung mit dünnen Zementschichten unter Umständen schlechtere Endergebnisse liefert als eine aufrauhungsfreie Befestigungsfläche. - Meridiale Rippen bei Kappenprothesen gemäß der anderen Art von Oberflächenstrukturierung haben eine dreiecksförmige, spitze Querschnittsgestalt. Die Haftung zwischen der Befestigungsfläche und der Zementschicht vermögen sie nicht zu verbessern, weil sie die Haftoberfläche kaum vergrößern. Zwischen den einzelnen Rippen bleiben verhältnismäßig große Flächenbereiche, in denen sich unterschiedliche Dehnungen zwischen der die Befestigungsfläche bildenden Prothese und der Zementschicht mit lösender Wirkung auf summieren können.The scraped-off particles are washed out by the synovial fluid and unfold the known harmful effects. The progressive wear and tear deteriorates the adhesion, so that a small-sized roughening or corrugation in conjunction with thin layers of cement underneath Worse circumstances The end result is a roughness-free mounting surface. - Meridiale Have ribs in cap prostheses according to the other type of surface structure a triangular, pointed cross-sectional shape. The adhesion between the mounting surface and the cement layer they are unable to improve because they improve the adhesive surface hardly enlarge. Relatively large areas remain between the individual ribs, in which there are different expansions between the forming the fastening surface The prosthesis and the cement layer can add up with a dissolving effect.
Treten dann parallel gerichtete Relativverschiebungen zwischen der Befestigungsfläche und der Zementschicht auf, so sprengen die schrägen Flanken der Rippen die Zementschicht von der Befestigungsfläche ab und fördern somit mehr die Lösung dieser Teile voneinander als die Haftung Ihre Aufgabe besteht deshalb auch weniger in einer Haftungsverbesserung als vielmehr in einer Verhinderung größerer Relativbewegungen der Kappe nach Lösung des Verbunds mit der Zementschicht. Die scharfkantige Form der Rippen hat überdies den Nachteil, daß sie infolge Kerbwirkung den Bruch der Zementschicht im Bereich der Rippen erleichtert. Außerdem führen sie bei Relativbewegungen zu einer Schabewirkung mit entsprechend vermehrtem Zementabrieb. - Wenn gemäß der anderen bekannten Kappenprothese eine Vielzahl dicht angeordneter circumferential verlaufender Rippen mit meridial verlaufenden Nuten kombiniert wird, so erreicht man einen besseren Verbund zwischen der Befestigungsfläche und der Zementschicht; jedoch haben auch dabei die flach geneigten Flanken der Rippen den Nachteil, daß sie im Falle einer schichtparallelen Relativbewegung die Zementschicht von der Befestigungsfläche absprengen, weil sie der Bewegung eine senkrecht zur Schichtfläche gerichtete Komponente verleihen. Wenn einmal eine Lockerung stattgefunden hat, so führt die Vielzahl der scharfen Rippen zu starkem Zementabrieb Schließlich hat diese bekannte Kappenprothese den Nachteil, daß bei sehr dünner Zementschicht die parallelen Rippen einzelne, dünne Zementstreifen voneinander abtrennen, die infolge mangelnder gegenseitiger Verbindung ihren Halt und ihre korrekte Lage verlieren können, wodurch sie nicht nur ihre Fähigkeit zur paßgenauen Verbindung der Prothese mit dem Knochen verlieren sondern bei unkorrekter Lage im Gegenteil als scharfkantige Grobelemente eine zerstörerische Wirkung auf die Knochenoberfläche ausüben können.Then occur parallel relative displacements between the Fixing surface and the cement layer on, the sloping flanks of the burst Rip the cement layer from the fastening surface and thus promote more of the So solving these parts from one another as the liability is your job too less in improving liability than in preventing larger ones Relative movements of the cap after loosening the bond with the cement layer. the Sharp-edged shape of the ribs also has the disadvantage that they are due to the notch effect facilitates the breakage of the cement layer in the area of the ribs. They also lead in the case of relative movements to a scraping effect with correspondingly increased cement abrasion. - If, according to the other known cap prosthesis, a plurality of densely arranged circumferential ribs are combined with meridial grooves, in this way a better bond is achieved between the fastening surface and the cement layer; however, the flat inclined flanks of the ribs have the disadvantage that they remove the cement layer from the fastening surface in the case of a relative movement parallel to the layer blast off because they are a component of the movement that is perpendicular to the layer surface to lend. Once there has been a relaxation, the multitude of leads sharpen Ribs too strong cement abrasion Finally, this well-known cap prosthesis has the Disadvantage that with a very thin layer of cement the parallel ribs are individual, thin Separate cement strips from each other due to a lack of mutual connection can lose their grip and their correct position, thereby not only reducing their ability for a precisely fitting connection between the prosthesis and the bone but lose if it is incorrect On the contrary, as sharp-edged coarse elements, they have a destructive effect exercise the bone surface.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine alloplastische Endoprothese, insbesondere Kappenprothese, mit haftungsverbessernden Vorsprüngen an der Befestigungsfläche zu schaffen, die auch bei Verwendung dünner Zementschichten einen dauernden, festen Verbund gewährleisten, ohne den mechanischen Zusammenhang der Zementschicht zu gefährden und ohne im Falle einer unerwünschten Lockerung des Verbunds zu erhöhter Abrasion zu führen.The invention is therefore based on the object of an alloplastic Endoprosthesis, in particular cap prosthesis, with protrusions that improve adhesion to create the attachment surface, even when using thin layers of cement ensure a permanent, solid bond without the mechanical connection endangering the cement layer and without in the event of undesired loosening of the To lead composite to increased abrasion.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die allseits begrenzt ausgebildeten Vorsprünge einen im wesentlichen lotrecht zur Befestigungsfläche verlaufenden Oberflächenanteil aufweisen.The solution according to the invention is that it is limited on all sides formed projections extending substantially perpendicular to the mounting surface Have surface area.
Die erfindungsgemäße Lösung setzt sich somit aus zwei Merkmalen zusammen, nämlich einerseits aus dem Merkmal, daß die Vorsprünge allseits begrenzt ausbildet sind, daß es sich also um Einzelvorsprünge handelt, die irgendwie auf der Befestigungsfläche verteilt sein mögen und zwischen sich ausreichend Platz für eine durchgehende Schichtstruktur lassen, und andererseits aus dem Merkmal, daß die einzelnen Vorsprünge im wesentlichen lotrecht zur Befestigungsfläche verlaufende Oberflächenanteile aufweisen, so daß schichtparallel verlaufende Spannungen der Zementschicht von den Vorsprüngen aufgenommen werden können, ohne daß eine senkrecht dazu wirkende, trennende Kraftkomponente erzeugt wird.The solution according to the invention is thus composed of two features, namely on the one hand from the feature that the projections are limited on all sides are that it is therefore about individual projections that somehow on the mounting surface may be distributed and there is enough space between them for a continuous layered structure let, and on the other hand from the feature that the individual projections substantially Have surface portions running perpendicular to the fastening surface, so that layer-parallel tensions of the cement layer from the Protrusions can be absorbed without a separating force component acting perpendicular thereto is produced.
Die seitliche Ausdehnung der Vorsprünge ist zweckmäßigerweise in keiner Richtung größer als ihre fünffache Höhe, wobei sogar vorzugsweise die seitliche Ausdehnung der Vorsprünge (in zumindest einer Querrichtung) nicht wesentlich größer als ihre Höhe ist. Man vermeidet auf diese Weise Längsstrukturierungen innerhalb der Befestigungsfläche, die zu Aufspaltungen der Zementschicht Anlaß geben können. In diesem Sinne ist es auch vorteilhaft, wenn die Vorsprünge eine von scharfen Ecken freie Oberflächenform haben, damit in der Zementschicht keine Kerbwirkungen entstehen.The lateral extent of the projections is expediently in none Direction greater than five times its height, even preferably the lateral Extension of the projections (in at least one transverse direction) is not significantly greater than their height is. This avoids longitudinal structuring within the fastening surface, which can give rise to splitting of the cement layer. In this sense, it is also advantageous if the projections have one of sharp corners Have a free surface shape so that no notch effects arise in the cement layer.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung der Vorsprünge in kugeliger Form. Mit anderen Worten soll die Oberfläche der Vorsprünge in wesentlichen Bereichen angenäherte Kugelgestalt haben.It is particularly advantageous to make the projections spherical Shape. In other words, the surface of the projections should be in essential areas have approximate spherical shape.
Die Höhe und mindestens eine Querabmessung der Vorsprünge liegen zweckmäßigerweise zwischen o,4 und 2 mm. Eine besonders bevorzug-te Größenordnung liegt bei 1 mm.The height and at least one transverse dimension of the projections are expediently between 0.4 and 2 mm. A particularly preferred order of magnitude is 1 mm.
Dabei sollen zwischen den Vorsprüngen ausreichende Zwischenräume verbleiben, damit die Zementschicht nicht nur oberhalb sondern auch (im Falle sehr dünner Ausführung) zwischen den Vorsprüngen in sich einen netzartigen und damit stabilen Verbund zeigt.Sufficient spaces should remain between the projections, so that the cement layer is not only above but also (in the case of a very thin design) shows a network-like and therefore stable bond between the projections.
Der Abstand der einzelnen Vorsprünge voneinander sollte 1o mm im Mittel nicht übersteigen, damit die innerhalb eines Flächenelements zwischen den Vorsprüngen auftretenden Deiinungskräfte möglichst ohne Relativbewegungen von den zugehörigen Vorsprüngen aufgenommen werden. Besser ist ein mittlerer Abstand der Vorsprünge, der nicht größer als die mittlere fünffache Höhe der Vorsprünge ist. Wenn die Vorsprünge eine längliche Struktur (in Richtung parallel zur Befestigungsfläche) aufweisen, sollen sie im allgemeinen nicht parallel zueinander angeordnet sein, damit nicht Dehnungskräfte in der Zementschicht sich parallel zur Richtung der Vorsprünge auf summieren und zu Relativbewegungen führen können. Länglich ausgebildete Vorsprünge sollen deshalb einen von Oo deutlich verschiedenen Winkel miteinander einschließen.The distance between the individual projections should be 10 mm on average not exceed, so that the within a surface element between the projections occurring forces of de fi nition as far as possible without relative movements of the associated Projections are added. A medium distance between the projections is better, which is no greater than five times the mean height of the protrusions. When the protrusions one should have elongated structure (in the direction parallel to the mounting surface) they are generally not arranged parallel to one another, so that no stretching forces in the cement layer add up parallel to the direction of the projections and can lead to relative movements. Elongated projections should therefore enclose an angle with one another that is clearly different from Oo.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Darin zeigen: Fig. 1 eine Kappenprothese in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 u. 3 Schnittdarstellung durch die Befestigungsfläche einer Prothese mit Zementschicht in vergrößerter Darstellung und Fig 4 bis 6 Draufsichten auf die Befestigungsfläche einer Prothese in weniger stark vergrößerter Darstellung.The invention is described in more detail below with reference to the in Illustrated embodiments shown in the drawing. Show in it: 1 is a perspective view of a cap prosthesis, FIGS. 2 and 3 are sectional views through the fastening surface of a prosthesis with a cement layer in an enlarged view and FIGS. 4 to 6 show plan views of the fastening surface of a prosthesis in less greatly enlarged representation.
Hüftkopfkappen gemäß Fig. 1 werden nach Abfräsen des Femurkopfes auf den verbliebenen Knochenteil mit einer Zementzwischenlage aufgesetzt, um eine neue Gleitschale gegenüber dem Azetabulum zu bilden. Eine solche Kappenprothese 1 ist gemäß der Erfindung auf der Innen seite mit perlenartigen Vorsprüngen 2 besetzt. Meridial verlaufende Streifen 3 sind im wesentlichen frei von derartigen Vorsprüngen gelassen, um einen Luftausweg zu bilden.Femoral head caps according to FIG. 1 are opened after the femoral head has been milled off the remaining part of the bone was put on with a cement layer to create a new one Form sliding cup opposite the acetabulum. Such a cap prosthesis 1 is according to the invention on the inside with pearl-like projections 2 occupied. Meridially extending strips 3 are essentially free of such projections left to form an airway.
Das Zusammenwirken der Vorsprünge mit der Zementschicht veranschaulichen Fig. 2 und 3, in denen die Vorsprünge zum einen in dichter und zum anderen in lockerer, einschichtiger Anordnung vorgesehen sind. Auf der Befestigungsfläche 4 der Prothese 1 sind die Vorsprünge 5 mit kugelförmiger Grundform aufgebracht. Sie können mit der Prothese aus einem Stück, beispielsweise im Gießverfahren, hergestellt sein. Sie könnten auch nachträglich mit der Befestigungsfläche 4 verbunden sein, beispielsweise durch ein Schweiß-, Löt- oder Klebeverfahren.Illustrate the interaction of the projections with the cement layer Fig. 2 and 3, in which the projections on the one hand in denser and on the other hand in looser, single-layer arrangement are provided. On the mounting surface 4 of the prosthesis 1, the projections 5 are applied with a spherical basic shape. You can go with the one-piece prosthesis, for example by casting be. They could also be connected to the fastening surface 4 at a later date, for example by a welding, soldering or gluing process.
Man erkennt, daß sich eine innige Verzahnung zwischen der Zementschicht 6 und der Befestigungsfläche ergibt. Je enger die Vorsprünge angeordnet sind, umso inniger ist die Verbindung. Jedoch sind auch noch bei der relativ lockeren Anordnung gemäß Fig. 3 die zwischen benachbarten Vorsprüngen 5 befindlichen Zementfelder 7 von begrenzter Größe, so daß die darin durch gegenüber dem Prothesenmaterial unterschiedliche Dehnungseigenschaften entstehenden Kräfte von den Vorsprüngen 5 aufgenommen werden können. Da diese abgerundet sind, geschieht die Kraftübertragung ohne Entstehung schädlicher Kerbwirkungen im Zementmaterial, die zu Rissebildung Anlaß geben könnten. Bei der Kraftübertragung entstehen auch keine quer zur Befestigungsfläche verlaufenden Kraftkomponenten, weil die Vorsprünge Oberflächenteile aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zur Befestigungsfläche verlaufen.It can be seen that there is an intimate interlocking between the cement layer 6 and the mounting surface results. The closer the projections are arranged, the more so the connection is more intimate. However, they are still in the relatively loose arrangement according to FIG. 3, the cement fields 7 located between adjacent projections 5 of limited size, so that the different in it compared to the prosthetic material Forces arising from elongation properties are absorbed by the projections 5 can. Since these are rounded, the power transmission takes place without creation harmful notch effects in the cement material which could give rise to the formation of cracks. When the force is transmitted, there are also no transverse to the fastening surface Force components, because the projections have surface parts that are essentially run perpendicular to the mounting surface.
Die zwischen den einzelnen Vorsprüngen befindlichen Felder der Zementschicht werden durch die Vorsprünge nicht wesentlich voneinander getrennt, so daß zwar einerseits eine verteilte Kraftaufnahme durch die Vorsprünge gewährleistet ist, so daß sich die Kräfte nicht über größere Strecken summieren können, daß aber andererseits der Verbund zwischen den einzelnen zementgefüllten Feldern erhalten bleibt. Damit erreicht man, daß sowohl eine Lockerung der Zementschicht gegenüber der Befestigungsfläche als auch Risse in der Zementschicht weitgehend ausgeschlossen werden. Die Zementschicht verhält sich starr, weil sie praktisch ganzflächig von der Prothese abgestützt ist.The fields of the cement layer between the individual projections are not significantly separated from one another by the projections, so that on the one hand a distributed force absorption is guaranteed by the projections, so that the forces cannot add up over longer distances, but on the other hand the The bond between the individual cement-filled fields is retained. Achieved with it one that both a loosening of the cement layer against the fastening surface and cracks in the cement layer are largely excluded. The cement layer behaves rigidly because it is supported practically over the entire surface of the prosthesis.
Wie man aus Fig. 3 und 5 erkennt, ist es nicht unbedingt erforderlich, die Vorsprünge so dicht anzuordnen, wie es in Fig. 1, 2 und 4 gezeigt ist. Welche Anordnungsdichte für jeden Einzelfall für jedes gewählte Prothesen- bzw. Zementmaterial am geeignetsten ist, läßt sich durch Versuch leicht bestimmen.As can be seen from Fig. 3 and 5, it is not absolutely necessary, to arrange the protrusions as close together as shown in Figs. 1, 2 and 4 shown is. Which arrangement density for each individual case for each selected prosthesis or cement material is most suitable can easily be determined by experiment.
Fig. 6 zeigt in Draufsicht längliche Vorsprünge, die mit unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind.Fig. 6 shows in plan view elongated projections with different Directions are arranged.
Die kugelige Form der Vorsprünge führt dazu, daß diese in Richtung quer zur Befestigungsfläche teilweise hinterschnittene Oberflächenteile aufweisen, wie dies deutlich bei dem mittleren Vorsprung in Fig. 3 erkennbar ist. Dadurch wird eine Ablösung der Zementschicht von der Befestigungsfläche zusätzlich erschwert.The spherical shape of the projections leads to them in the direction have partially undercut surface parts at right angles to the fastening surface, as can be clearly seen in the middle projection in FIG. This will detachment of the cement layer from the fastening surface is additionally made more difficult.
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