DE2832555A1

DE2832555A1 - Hueftgelenkprothese

Info

Publication number: DE2832555A1
Application number: DE19782832555
Authority: DE
Inventors: Caius Prof Dr Burri; Lutz Dr Claes; Dietmar Dr Med Wolter
Original assignee: Sigri GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1978-07-25
Filing date: 1978-07-25
Publication date: 1980-02-07
Also published as: FR2433932A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenkprothese, die aus einem in den Femur einsetzbaren stielförmigen Schaftteil, einer mit dem Schaftteil lösbar verbundenen Gelenkkugel und einem kragenförmig ausgebildeten, sich auf der Resektionsfläche des Knochens abstützenden Mittelteil besteht.

Der Ersatz von belasteten und unbelasteten durch degenerative, entzündliche, traumatische und andersartige Ursachen in ihrer Punktionsfähigkeit wesentlich geschädigte Gelenke durch künstliche Gelenkteile ist bekannte Für eine befriedigende Funktion des implantierten Gelenkersatzes ist es wichtig, daß das Implantat sich gegenüber dem menschlichen Körpergewebe inert verhält, d.h., eine gute Gewebeverträglichkeit aufweist. Weitere Voraussetzungen sind die Beständigkeit gegen die vielfältig auf das Gelenk einwirkenden mechanischen Kräfte und die gleichmäßige Ableitung der Kräfte auf das körpereigene Knochengewebe, wobei der Kraftfluß möglichst ähnlich dem natürlichen Kraftfluß erfolgen sollte, um Änderungen der Knochenstruktur auf ein unschädliches Maß zu beschränken oder vollständig zu vermeiden» Nur auf diese Weise ist es gewährleistet, daß eine wesentliche Ursache für die Lockerung von Gelenkprothesen nicht zum Tragen kommt»

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Die Lockerung des Implantats kann ebenfalls durch Verschleißpartikel verursacht sein, die schädliche Gewebsreaktionen auslösen und auch zu erheblichen abakterielien Entzündungen führen können. Instabilitäten, d.h., Lockerung des Implantates entstehen somit durch mechanische und durch chemisch induzierte Gewebsveränderungen und Resorptionen, wobei sich nach dem Wolf'sehen Transformationsgesetz die örtliche Zusammensetzung und die Struktur des Knochens den jeweiligen Belastungsreizen entsprechend ändert.

Als Werkstoffe für Gelenkprothesen sind besonders Metalle, wie Edelstahle und eisenfreie Legierungen, Kunstharze wie Polytetrafluoräthylen und Polyäthylen sowie Kombinationen dieser Stoffe vorgeschlagen worden. Pur Gelenke, wie das Hüftgelenk, ist wegen der günstigen Abrieb- und Gleiteigenschaft und der ausreichenden mechanischen Festigkeit die Werkstoffkombination Metall - Kunststoffe weit verbreitet. Die prothetische Versorgung durch Einzementieren der Metallteile, z.B. des Prothesenstiels, ist jedoch noch nicht zufriedenstellend gelöst, da metallische Prothesenstiele aufgrund ihrer verhältnismäßig großen Steifigkeit häufig Lockerungs- und Abbauerscheinungen im Knochen induzieren. Weitere mögliche Ursachen für eine Lockerung sind der zur Befestigung des Stiels verwendete Knochenzement selbst und die Fremdkörperreaktion, die zu einer bindegewebigen Abkapselung von Zementpartikeln führen. Da zudem die Kräfte nicht immer direkt auf die Resektionsfläche des Knochens, sondern über den einzementierten Prothesenschaft auf die innere Corticalis aufgebracht werden, ist auch ein struktureller Umbau des Knochengewebes entsprechend dem Wolf'sehen Gesetz kaum zu vermeiden. Sämtliche Faktoren bewirken eine Begrenzung der Funktionszeit des Gelenkersatzes, so daß beispielsweise für Hüftgelenkprothesen

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nur Halbwertzeiten von etwa 5 bis 7 Jahre erreicht werden. Da in zunehmendem Maße auch jüngere Patienten durch Gelenkprothesen versorgt werden müssen, wächst entsprechend der Anteil jener Patienten, deren Prothese mehrmals ausgetauscht werden muß. Mit jedem erneuten Eingriff nimmt dabei die Komplikationsrate zu und die Erfolgschancen werden deutlich geringer.

Zur Verbesserung der biomechanischen Bedingungen sind im wesentlichen zwei Lösungswege vorgeschlagen und untersucht worden. Durch die Verwendung von Werkstoffen ausreichender Festigkeit, welche die gleiche oder wenigstens eine angenähert gleiche Elastizität wie das Knochengewebe aufweisen - wie etwa' durch Kohlenstoffasern verstärkter Kohlenstoff sollen nach dem einen Vorschlag die Differenz der Elastizitätsmodule von Knochen und Implantat verringert und dadurch die unphysiologische Dehnungshinderung des Knochens abgebaut werden. Die von MORSCHER, RITTER, GRELL und ENGELHARDT vorgeschlagenen konstruktiven Änderungen zielen vor allem auf eine verbesserte Krafteinleitung von der Prothese auf den Knochen ab. Zu diesem Zweck werden beispielsweise in der Verbindung auftretende Biegezugkräfte durch eine besondere Gurtung aufgenommen und abgeleitet. So ist beispielsweise durch G. Ritter (Arch.f.orthop.Unfall-Chirurgie 86, 1 14 (1976) ) eine Zuggurtungsprothese bekanntgeworden, deren kragenförmiger Teil sich auf der Resektionsfläche abstützt und durch einen Metallstift mit einer Metallplatte fest verbunden ist, die an der lateralen Femurfläche anliegt und mit dieser verschraubt ist. Durch eine derartige Zuggurtung können jedoch besonders unter einer Biegeschwellast schwellende Belastungen und Mikrobewegungen im Bereich der medialen Auflagefläche nicht ausgeschlossen werden, die wie oben beschrieben, einen strukturellen Umbau des Knochenge-

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webes bedingen und eine Lockerung der Prothese verursachen,

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Hüftgelenksprothesen auszuschließen und insbesondere durch eine bessere Krafteinleitung die Überlebensrate des künstlichen Gelenks zu erhöhen. Nach einer weiteren Aufgabe der Erfindung sollen Fremdkörperreaktionen vermieden und der Gelenkersatz ohne einen besonderen Knochenzement im unbeschädigten Knochen verankert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Hüftgelenkprothese der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß halbschalenförmige, mit dem Mittelteil der Prothese fest verbundene an der medialen und der lateralen Femurflache anliegende Platten mit dem Femur verschraubt sind und der kragenförmige Prothesenteil durch die Verschraubung mit einer vorgegebenen Kraft gegen die gesamte Resektionsfläche gepreßt wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß wesentliche Nachteile herkömmlicher Prothesen, nämlich die unphysiolögische Krafteinleitung und das Abheben des Prothesenkragens von der medialen Knochenauflagefläche durch die kraftschlüssige vorgespannte Verbindung zwischen Prothese und Knochengewebe verhindert werden. Insbesondere werden durch Mikrobewegungen ausgelöste Schwellbelastungen großer Amplitude vollständig ausgeschlossen. Eine Spannungskonzentration im Bereich der Auflagefläche wird dadurch vermieden, daß die am medialen Teil des Prothesenkragens .auftretenden Druckspannungen mit Hilfe der medialen Platte auf die distalen Teile des Knochens abgeleitet werden.

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Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung bestehen wenigstens der stielförmige Schaftteil und der kragenförmige Mittelteil der Prothese aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff. Unter kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff sind Werkstoffe zu verstehen, die als Matrix carbonisierte Duro- und Thermoplaste oder auch Steinkohlenteerpeche und als Verstärkungselemente Kohlenstoff- oder Graphitfasern in der Form von Filamenten, Kurzschnittfasern, Matten und anderen textlien Flächengebilden enthalten und die einen Elastizitätsmodul aufweisen, der im wesentlichen dem Modul des Knochengewebes entspricht. Durch die Ausführung wenigstens eines Teils der Prothese aus kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff wird die unphysiologische Dehnungshinderung des Knochens und der Aufbau schädlicher Spannungsspitzen wirksam verringert und die Krafteinleitung in dem Knochen verbessert. In an sich bekannter Weise kann dieser Effekt durch eine der Struktur des Knochengewebes entsprechende Anordnung der Verstarkungsfasern in der Matrix noch verstärkt werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der stielförmige Schaftteil der Prothese mit einem Gewinde versehen. Die am Femur anliegenden Platten haben dann die Aufgabe, die Flächenpressung an der Resektionsfläche durch Ableitung der Kräfte in die distalen Knochenbereiche zu vermindern. Es ist in diesem Fall zweckmäßig, die Vorspannung durch die Verschraubung des Schafts zu erzeugen. Im allgemeinen wird die Verbindung durch eine selbstspannende Verschraubung der Platten vorgespannt, wobei die Größe der Vorspannung in einfacher Weise durch Vorrichtungen zur Kraftmessung bestimmt werden kann.

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Der vorzugsweise als Prothesenwerkstoff verwendete Kohlenstoff weist eine vorzügliche Gewebeverträglichkeit auf, so daß besondere Vorsichtsmaßnahmen entfallen können. Es ist jedoch zweckmäßig, die Oberfläche des Prothesenschafts in an sich bekannter Weise mit einem dünnen Be'lag zu beschichten, der eine oder mehrere das Verwachsen des Knochengewebes mit dem Prothesenstiel begünstigende unter der Bezeichnung "Biogläser" bekanntgewordenen keramische Kompositionen enthält.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen -

Fig. 1 - den schematischen Querschnitt eines Oberschenkelknochens mit einer in den Markraum eingelegten .Hüftgelenkprothese,

Fig. 2 - den schematischen Querschnitt eines Oberschenkelknochens mit einer durch eine Schraubverbindung befestigten Hüftgelenkprothese.

In den Figuren ist 1 ein Oberschenkelknochen oder Femur mit dem Markraum 2 in welchen der stielförmige Prothesenschaft 3 formschlüssig in einen vor der Implantation hergestellten Hohlraum eingreift. Der kragenförmige Mittelteil der Prothese 4 ist derartig gestaltet, daß seine Sockelfläche der Resektionsfläche des Knochens anliegt. Der Teil 4 ist mit den an der lateralen und medialen .Fläche des Femurs anliegenden Platten 5 kraftschlüssig verbunden, beispielsweise durch Schrauben, wobei die .laterale Verbindung zweckmäßig durch eine den Trochanter durchsetzende Bohrung 6 geführt ist. Die Vorspannung wird ..dadurch erzeugt, daß die Platten 5 Löcher oder Schlitze

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nach dem Gleitlochprinzip aufweisen und beim Anziehen der Schrauben 7 die anliegenden Platten von der Resektionsfläche weg bewegt werden, bis der kragenförmige Teil mit der gewählten Vorspannung auf die Resektionsfläche drückt. In den Figuren ist 8 schließlich die Gelenkkugel, die in eine zeichnerisch nicht dargestellte Gelenkpfanne eingreift.

In der Ausbildung nach Fig. 2 ist der Prothesenstiel mit einem Gewinde 9 versehen und kraftschlüssig mit dem Knochen verschraubt. Beiden Ausführungsformen gemeinsam ist die an der gesamten Resektionsflache anliegende Vorspannung, die derart bemessen ist, daß bei schwellender Biegebelastung die Spannung niemals Null wird und die Prothese sich entsprechend nicht von der medialen Stützfläche abheben kann.

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Claims

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Patentansprüche

f 1.jHüftgelenkprothese, bestehend aus einem in den Femur — einsetzbaren stielförmigen Schaftteil, einer mit dem Schaftteil lösbar verbundenen Gelenkkugel und einem kragenförmig ausgebildeten, sich auf der Resektionsfläche des Knochens abstützenden Mittelteil, dadurch gekennzeichnet , daß halbschalenförmige, mit dem Mittelteil der Prothese fest verbundene an der medialen und der lateralen Femurfläche anliegende Platten mit dem Femur verschraubt sind und der kragenförmige Prothesenteil durch die Verschraubung mit einer vorgegebenen Kraft gegen die gesamte Resektionsfläche gepreßt ist·
2. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens der stielförmige Schaftteil und der kragenförmige Mittelteil der Prothese aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff bestehen.
3. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schaftteil mit einem Schraubgewinde versehen ist.

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