DE2823215A1 - Implanted artificial hip joint - has leaf spring forming damper between shank boss and socket in ball head - Google Patents
Implanted artificial hip joint - has leaf spring forming damper between shank boss and socket in ball headInfo
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Abstract
Description
Stw.: Hüftgelenkprothese-BiegefederStw .: hip joint prosthesis spiral spring
Hüftgelenkprothese Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenkprothese für die Implantation im menschlichen Körper, mit einer im Gelenkpfannenhohlraum des Hüftbeins befestigbaren Gelenkpfanne, einem von der Gelenkpfanne aufgenommenen Kugelkopf sowie einem im Oberschenkelknochen befestigbaren Schaft, wobei Schaft und Kugelkopf über ein eine Relativbewegung zwischen beiden ermöglichendes, stoßabsorbierendes Dämpfungsglied miteinander verbunden sind. Hip joint prosthesis The invention relates to a hip joint prosthesis for implantation in the human body, with one in the acetabular cavity of the hipbone fixable joint socket, one received by the joint socket Ball head and a shaft that can be fastened in the thigh bone, with shaft and ball head via a shock-absorbing one that enables a relative movement between the two Attenuators are connected to each other.
In der Praxis haben sich Hüftgelenkprothesen der eingangs genannten Art durchgesetzt, deren Oberschenkelteil durch einen metallischen Kugelkopf gebildet ist, während das Hftgelen4pfannentei1 aus Kunststoff, wie z.B. Polyäthylen, besteht.In practice, hip joint prostheses of the type mentioned at the beginning have proven to be useful Type enforced, the thigh part of which is formed by a metallic ball head while the hip gel socket part is made of plastic such as polyethylene.
Diese Metall/Kunststoffkombination wurde als annehmbarer Kompromiß hinsichtlich eines relativ niedrigen Reibungskoeffizienten und einer weniger gUnstigen, jedoch noch als zulässig erachteten Verschleißfestigkeit betrachtet.This metal / plastic combination was found to be an acceptable compromise in terms of a relatively low coefficient of friction and a less favorable, but still considered acceptable wear resistance.
Der Werkstoff Polyäthylen kommt darüber hinaus in seinen elastischen Eigenschaften dem menschlichen Knochen sehr nahe, so daß an sich auch eine stoßdämpfende Wirkung vorhanden ist. Trotzdem kommt es immer wieder zu Lockerungen der mittels üblicher Knochenzemente im Becken befestigten Gelenkpfanne, wobei als ursächlich Vibrationsbevegungen im Mikrobereich angesehen verden, die beim Belasten und Bewegen des Gelenkes von der Pfanne durch den Knochen- Stw.: Hüftgelenkprothese-Biegefeder zement hindurch auf den Knochen übertragen werden.The material polyethylene also comes in its elastic Properties very close to human bones, so that they are also shock-absorbing Effect is present. Nevertheless, there are always loosening of the means common bone cements in the pelvis attached to the joint socket, being the causative factor Vibration movements in the micro range are considered that when loading and moving of the joint from the socket through the bone Stw .: hip joint prosthesis spiral spring cement can be transferred through to the bone.
Beünstigt wird die Pfannenlockerung noch durch die bekanntlich schlechte Verklebungsfähigkeit des Polyäthylens.The loosening of the pan is favored by the well-known bad Bondability of polyethylene.
Nachteilig auf die Verankerung wirkt sich auch der Umstand aus, daß Polyäthylen fließt und einen relativ großen Ausdehnungskoeffizienten hat. Durch das Verankern mit Knochenzement treten Reaktionstemperaturen zwischen 800 und 120°C auf.The fact that the anchoring also has a disadvantageous effect Polyethylene flows and has a relatively large coefficient of expansion. By anchoring with bone cement, reaction temperatures between 800 and 120 ° C occur on.
Um die Stoßenergie zu absorbieren und zerstörende Kräfte an- den Grenzflächen zwischen künstlichem Gelenk und rnochenstruktur zu reduzieren, hat man bereits vorgeschlagen, in stoffschlüssiger Verbindung, z.B. durch Vulkanisieren, Zwischenlagen aus gummielastischem Material entweder an der Gelenkpfanne oder zwischen Schaft und Kugelkopf anzubringen, d.h. dem Kugelkopf eine allseitig elastische Ausweichmoglichkeit zu verleihen.To absorb the impact energy and destructive forces at the interfaces between the artificial joint and the bone structure, it has already been suggested that in a cohesive connection, e.g. by vulcanizing, intermediate layers made of rubber-elastic To attach material either to the socket or between the shaft and the ball head, i.e. to give the ball head an elastic evasion possibility on all sides.
Derartige Lösungsmöglichkeiten sind hingegen mehr theoretischer Natur und in ihrer Realisierung in vielerlei Hinsicht problematisch.Such possible solutions, on the other hand, are more theoretical in nature and problematic in many ways in their implementation.
Andere, papierner Stand der Technik gebliebene Vorschläge in Form von Pumpvorrichtungen zum Pumpen von Gewebeflüssigkeit unter Stoßbelastung zwischen die Lagerflächen des Gelenkes sind viel zu aufwendig, kompliziert und störanfällig und somit für den Träger der Prothese risikobehaftet.Other prior art paper proposals remained in shape of pumping devices for pumping tissue fluid under shock loads between the bearing surfaces of the joint are far too expensive, complicated and prone to failure and therefore risky for the wearer of the prosthesis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Aufbau einfaches, sicheres und gegebenenfalls austauschbares Dämpfungsglied zu schaffen, das in der Lage ist, Stoßbelastungen aus unterschiedlichen Richtungen sowohl axial als auch radial elastisch aufzufangen und das dabei dem Gelenk trotzdem eine ausreichende Stabilität verleiht.The invention is based on the object of a simple structure, to create safe and possibly replaceable attenuator that is in the Is capable of shock loads from different directions both axially and to absorb radially elastic and the joint is still sufficient Gives stability.
Stw.: Hüftgelenkprothese-Biegefeder Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Dämpfungsglied als eine in einem freien Raum zwischen einem Zapfen des Schaftes und einer Ausnehmung des Kugelkopfes angeordnete Biegefeder ausgebildet ist, welche den Zapfen zumindest teilweise bzw. im Bereich der Hauptbelastungsrichtung des Hüftgelenkes umschließt, derart, daß die Biegefeder wenigstens mit einem inneren Sttltzabschnitt und einem äußeren Stützabschnitt versehen ist, die jeweils an einem der Teile (Zapfen oder Kugelkopf) anliegen und durch einen federnden Biegeabschnitt miteinander verbunden sind.Stw .: Hip joint prosthesis spiral spring This object is achieved according to the invention solved in that the attenuator as one in a free space between a The spiral spring is arranged on the pin of the shaft and a recess in the ball head is formed, which the pin at least partially or in the area of the main load direction of the hip joint encloses in such a way that the spiral spring with at least one inner Sttltzabschnitt and an outer support portion is provided, each on a of the parts (pin or ball head) are in contact and through a resilient bending section are connected to each other.
Zveckmäßigerueise liegt der innere Stützabschnitt am Zapfen und der äußere Stützabschnitt am Kugelkopf an.The inner support section is located on the pin and the outer support section on the ball head.
An sich wäre es ausreichend, die Biegefeder im Bereich der Hauptlastrichtung des Hüf#lenkes, d.h. über einen Winkel von ca. 1200 anzuordnen. In diesem Sinne könnte die Biegefeder beispielsweise als Teilring ausgebildet oder auch aus einzelnen Ringsegmenten zusammengesetzt sein, die sich auf entsprechenden ebenen Stützflächen des Zapfens oder auf einer Ringfläche des Zapfens abz stützen könnten.In itself it would be sufficient to place the spiral spring in the area of the main load direction of the hip joint, i.e. to be arranged over an angle of approx. 1200. In this sense the spiral spring could, for example, be designed as a partial ring or also from individual ones Be composed of ring segments, which are on corresponding flat support surfaces of the pin or on an annular surface of the pin could support abz.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist hingegen dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefeder als ein den Zapfen vollständig umschließender geschlossener Ring ausgebildet ist, wobei der Zapfen eine zylinderförmige Gestalt aufweist.In contrast, a particularly advantageous development of the invention is characterized in that the spiral spring as a completely enclosing the pin closed ring is formed, wherein the pin has a cylindrical shape having.
Eine vielseitige Stoßabsorption wird gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung dadurch erreicht, daß die Biegefeder zwei äußere Stützabschnitte und einen zwischen beiden angeordneten inneren Stützabschnitt aufweist.Versatile shock absorption is achieved according to one of the present invention Further development achieved in that the spiral spring has two outer support sections and has an inner support section arranged between the two.
Diese Ausbildung dient gleichzeitig einer sicheren FUhrung bzw. zentrischen Lagerung des Zapfens im Kugelkopf. Stw.: Hüftgelenkprothese-Biegefeder Ein zusätzlicher Vorschlag, gemäß dem die Biegefeder stirnseitig mit einem Tellerfederabschnitt versehen ist, der sich an einem Ringflansch des Schaftes abstützt, zielt darauf hin, insbesondere und überwiegend in axialer Richtung einwirkende Stoßbelastungen elastisch nachgiebig aufzufangen und unwirksam zu machen.This training serves at the same time a safe guidance or centric Storage of the pin in the ball head. Stw .: hip joint prosthesis spiral spring An additional suggestion, according to which the spiral spring has a plate spring section on the end face is provided, which is supported on an annular flange of the shaft, aims at it towards, in particular and predominantly impact loads acting in the axial direction to be elastically yielding and rendered ineffective.
Zum Auffangen der Axialkräfte weist zusätzlich die dem Tellerfederabschnitt entgegengesetzte Stirnseite der Biefeder einen am Kugelkopf anliegenden Stützringabschnitt auf. Um eine Relativverdrehung des Kugelkopfes gegenüber dem Za>in auszuschalten, wird gemäß einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß der äußere und der innere Stützabschnitt der Biegefeder mit einem nasenartigen Vorsprung versehen sind, welche in entsprechende Rastnuten des Kugelkopfes bzw. des Zapfens eingreifen. Zwecks Erhöhung der Elastizität bzw. der gezielten lokalen Einfederungsmöglichkeit ist die Biegefeder vorschlagsgemäß mit axial verlaufenden Schwächungsschlitzen versehen, welche abwechselnd von den entgegengesetzten Stirnseiten her eingebracht sind bzw. diese durchbrechen.To absorb the axial forces, the cup spring section also has opposite end face of the spiral spring has a support ring section resting on the ball head on. To avoid a relative rotation of the ball head with respect to the Za> in, it is proposed according to a further development that the outer and the inner support section the spiral spring are provided with a nose-like projection, which in corresponding Engage the locking grooves of the ball head or the pin. To increase elasticity or the targeted local deflection option, the spiral spring is as proposed provided with axially extending weakening slots, which alternate from the opposite end faces are introduced or break through.
Stw.: Hüftgelenkprothese-Biegefedel Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Stw .: Hip-joint prosthesis-bending feather The invention is described below explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing.
Es zeigen: Figur 1 schematisch, teilweise im Schnitt, eine erfindungsgemäße Hüftgelenkprothese in der Gebrauchsstellung und Figur 2 die erfindungsgemäße Biegefeder in der Seitenansicht.The figures show: FIG. 1 schematically, partially in section, an inventive device Hip joint prosthesis in the position of use and FIG. 2 the spiral spring according to the invention in side view.
Stw.: Hllftgelenkprothese-Biegefeder Bei der in Figur 1 wiedergegebenen Anordnung ist die Hüftpfanne 1 des Hilftbeins 2 in ihrem unteren seitlichen Abschnitt annähernd halbkugelförmig ausgefräst. In diese halbkugelförmige Kammer ist eine Gelenkpfanne 3 einzementiert, die auf bekannte Weise aus einem Polyäthylen hoher Dichte geformt ist. Um eine bessere Verankerung des die Gelenkpfanne 3 mit dem Hut bein 2 verbindenden Knochenzements zu erhalten, ist die Gelenkpfanne an ihrer Außenfläche mit Rillen 4 versehen, in die der Knochenzement beim Befestigen der Gelenkpfanne eindringen kann.Stw .: Half-joint prosthesis spiral spring In the case of the one shown in FIG The arrangement is the acetabulum 1 of the auxiliary leg 2 in its lower lateral section Milled out approximately hemispherical. Inside this hemispherical chamber is a Joint socket 3 cemented in, the high in a known manner made of a polyethylene Density is shaped. To better anchor the joint socket 3 with the hat In the 2 connecting bone cement, the joint socket is on its outer surface provided with grooves 4, in which the bone cement when attaching the joint socket can penetrate.
Die Wandung der Gelenkpfanne 3 ist von unterschiedlicher Stä#rke,und zwar ist der obenliegende Wandungsabschnitt, über den die Druckkräfte von dem Hut bein 2 auf den Oberschenkel 6 übertragen werden, stärker ausgebildet als der untenliegende Wandungsabschnitt. Dies wird dadurch erreicht, daß die etwa halbkugelförmige Innenkammer 7 der Gelenkpfanne 3 exzentrisch zu der ebenfalls halbkugelförmigen Außenfläche der Gelenkpfanne 3 angeordnet ist.The wall of the socket 3 is of different thickness, and although the overhead wall section is via which the pressure forces from the hat leg 2 are transferred to the thigh 6, more strongly formed than the one below Wall section. This is achieved in that the approximately hemispherical inner chamber 7 of the joint socket 3 eccentric to the likewise hemispherical outer surface the joint socket 3 is arranged.
In der Innenkammer 7 der Gelenkpfanne 3 ruht drehbar ein metallischer Kugelkopf 8, z.B. aus Vitallium, welcher mit einem Schaft 9 versehen ist, der in das Mark des Oberschenkelknochens 6 eingeschlagen bzw. einzementiert ist.A metallic one rests rotatably in the inner chamber 7 of the joint socket 3 Ball head 8, e.g. made of Vitallium, which is provided with a shaft 9, which is in the marrow of the femur 6 is hammered in or cemented in.
Zu diesem Zweck ist der obere Teil des Oberschenkelknochens 6 entlang der Verbindungslinie zwischen dem großen Rollhügel 11 und dem kleinen Rollhügel 12 abgeschnitten und ausgehöhlt.For this purpose the upper part of the femur 6 is along the connecting line between the large rolling mound 11 and the small rolling mound 12 cut off and hollowed out.
Das gemäß Figur 1 montierte Hüftgelenk läßt Bewegungen des Kugelkopfes 8 in der Gelenkpfanne 3 sowohl in der Schwenkrichtung gemäß Pfeil F1 als auch in der Drehrichtung F2 zu, wobei in jeder Stellung des Oberschenkelknochens 6 Stw.: Hu#ftgelenkprothese-Biegefeder beim Stehen oder beim normalen Gang die wesentlichen durch die Pfeile F3 gekennzeichneten Stützkräfte vom Hüftbein 2 auf den Oberschenkelknochen 6 über denjenigen Abschnitt der Gelenkpfanne 3 übertragen werden, welcher relativ stark ausgebildet ist.The hip joint mounted according to Figure 1 allows movements of the ball head 8 in the joint socket 3 both in the pivoting direction according to arrow F1 and in FIG the direction of rotation F2, whereby in each position of the thigh bone 6 Stw .: Hip joint prosthesis bending spring is essential when standing or walking normally Supporting forces marked by the arrows F3 from the hip bone 2 on the thigh bone 6 are transmitted over that portion of the joint socket 3 which is relatively is strongly trained.
Der im Oberschenkelknochen 6 befestigte Schaft 9 ist unter Freilassung eines Ringflansches 13 mit einem zentrisch angeordneten, zylindrischen Zapfen 14 versehen, welcher in eine ebenfalls zylindrische Ausnehmung 16 des Kugelkopfes 8 hineinragt. Die Innenabmessungen der Ausnehmung t sind hierbei größer als die Außenabmessungen des Zapfens 14, so daß allseitig ein freier Raum in Form eines Spaltes 17 gebildet wird. Im Spalt 17 erstreckt sich eine metallische Biegefeder 18, welche unter Vorspannung eingelegt ist und den Zapfen 14 gegenüber dem Kugelkopf 8 zentriert. Zu diesem Zweck ist die Biegefeder als geschlossener einteiliger Ring ausgebildet und mit zwei äußeren, an der Innenwand des Kugelkopfes 8 anliegenden Stützabschnitten 19 und 21 sowie mit einem inneren, sich in einer Ringnut 22 des Zapfens 14 abstützenden Stützabschnitt 23 versehen, wobei die äußeren Stützabschnitte 19 und 21 mit dem inneren Stützabschnitt 23 durch einen federnden Biegeabschnitt 24 bzw. 26 verbunden sind.The shaft 9 fastened in the thigh bone 6 is released an annular flange 13 with a centrally arranged, cylindrical pin 14 provided, which in a likewise cylindrical recess 16 of the ball head 8 protrudes. The internal dimensions of the recess t are larger than the external dimensions of the pin 14, so that a free space in the form of a gap 17 is formed on all sides will. In the gap 17 extends a metallic spiral spring 18, which is pretensioned is inserted and the pin 14 is centered with respect to the ball head 8. To this end the spiral spring is designed as a closed one-piece ring and with two outer, on the inner wall of the ball head 8 abutting support sections 19 and 21 and with an inner support section supported in an annular groove 22 of the pin 14 23, the outer support sections 19 and 21 with the inner support section 23 are connected by a resilient bending section 24 and 26, respectively.
Zur Verdrehsicherung des Zapfens 14 gegenUber dem Kugelkopf 8 weist die Biegefeder an einem ihrer äußeren Stützabschnitte 19 sowie an ihrem inneren Stützabschnitt 23 Stw.: Hüftgelenkprothese-Biegefeder nasenartige Vorsprünge 27 bzw. 28 auf, welche in entsprechende Rastnuten des Kugelkopfes 8 bzw. des Zapfens 14 eingreifen und den Zapfen 14 sowohl gegen axiale Verschiebung als auch gegen Verdrehung sichern.To prevent the pin 14 from rotating with respect to the ball head 8, it points the spiral spring on one of its outer support sections 19 and on its inner one Support section 23 Stw .: hip joint prosthesis spiral spring, nose-like Projections 27 and 28, which in corresponding locking grooves of the ball head 8 and of the pin 14 engage and the pin 14 against both axial displacement also secure against twisting.
Eine zusätzliche, insbesondere axiale Einfederungsmöglichkeit der Biegefeder 18 ist dadurch gegeben, daß sie stirnseitig mit einem Tellerfederabschnitt 29 versehen ist, der sich am Ringflansch 13 des Schaftes 9 abstützt.An additional, in particular axial deflection option of the Spiral spring 18 is given by the fact that it has a plate spring section on the end face 29 is provided, which is supported on the annular flange 13 of the shaft 9.
Darüber hinaus weist die dem Tellerfederabschnitt 29 entgegengesetzte Stirnseite der Biegefeder 18 einen am Kugelkopf 8 anliegenden Stützringabschnitt 31 auf.In addition, the plate spring section 29 opposite has The end face of the spiral spring 18 has a support ring section resting on the ball head 8 31 on.
Gemäß Figur 2 ist die Biegefeder 18 darüber hinaus mit axial verlaufenden Schwächungsschlitzen t2 versehen, welche abwechselnd von den entgegengesetzten Stirnseiten her eingebracht sind bzw. entweder den Tellerfederabschnitt 29 oder den Stützringabschnitt 31 durchbrechen.According to Figure 2, the spiral spring 18 is also axially extending Weakening slots t2 provided, which alternate from the opposite end faces are introduced or either the plate spring section 29 or the support ring section Break through 31.
Der Kugelkopf 8 ist außerdem mit einer Durchgangsbohrung 33 versehen, welche den Spalt 17 mit der Innenkammer 7 der Gelenkpfanne 3 verbindet, so daß zum Schmieren der Gelenkflächen beim Einfedern des Zapfens 14 in die Ausnehmung 16 des Kugelkopfes 8 Gewebeflüssigkeit zwischen die Gelenkflächen gedrückt wird.The ball head 8 is also provided with a through hole 33, which connects the gap 17 with the inner chamber 7 of the joint socket 3, so that for Lubrication of the joint surfaces when the pin 14 is compressed into the recess 16 of the Ball head 8 tissue fluid is pressed between the joint surfaces.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß eine derart ausgebildete Biegefeder einerseits eine sichere, stabile Verbindung zwischen Schaft und Kugelkopf bildet und leicht auswechselbar ist und andererseits aus allen Richtungen Stoßkräfte elastisch auffangen kann. Diese Biegefeder ermöglicht es somit auch, an sich bekannte, äußerst stoßempfindliche, aber nahezu ideale Werkstoffpaarungen für Gelenkpfanne und Kugelkopf in Form von Keramik vorzunehmen.The advantage achieved by the invention is that such formed spiral spring on the one hand a secure, stable connection between the shaft and ball head forms and is easily exchangeable and on the other hand from all directions Can absorb shock forces elastically. This spiral spring also makes it possible to known, extremely shock-sensitive, but almost ideal material pairings for the joint socket and ball head in the form of ceramic.
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