DE2840213A1

DE2840213A1 - Endoprothese

Info

Publication number: DE2840213A1
Application number: DE19782840213
Authority: DE
Inventors: William Henry Day
Original assignee: National Research Development Corp UK; National Research Development Corp of India
Current assignee: BTG International Ltd
Priority date: 1977-09-22
Filing date: 1978-09-15
Publication date: 1979-04-05
Also published as: IE47374B1; CH627361A5; GB1603868A; US4231120A; DE2840213C2; IE781904L

Description

Patentanwalt

MICHAEL KORN

DipMng. 2840213

NRDC N 11 P 25

PO box 2%

London SWlE 6SL
ENGLAND

Endoprothese

Die Erfindung befaßt sich mit der dauernden Verankerung von Endoprothesen.

Es ist bekannt, Endoprothesen, wie beispielsweise Gelenkpfannen, Gelenkkugeln und dergl., mit Befestipiingszapfen zu versehen und diese Befestigungszapfen im zelligen Knochengewebe zu verankern. Normalerweise haben dabei die Befestigungsfortsätze kleinere Außenabmessungen als den Innenabmessungen der Höhlung entspricht, in der der Fortsatz verankert werden soll, wobei die eigentliche Verankerung dann durch diesen "Spalt" füllenden Zement, meist Acrylzement, vorgenommen wird. Obwohl die Verankerung solcher Prothesenzapfen mit Acrylzement unbestreitbare Vorteile hat, besteht die Tendenz, keinen Zement oder dergl. zur Verankerung zu verwenden, sondern die eigentliche Verankerung durch Einwachsen des Knochengewebes durchzuführen. Man nennt eine solche Verankerung "natürliche Verankerung". Dabei ist schon vorgeschlagen worden, schraubenförmig gestaltete Verankerungszapfen

D-4000 Düsseldorf 1 · Bahnetraße 62 · Telefon 0211/356338

9098U/0752

zu verwenden, um beispielsweise einen Zement überflüssig zu machen, aber diese Verankerungsart verlangt naturgemäß beim Einschrauben Drehbewegungen, soda? die AnwendungsmögIichiceiten außerordentlich beschränkt sind.

Außerdem hat sich gezeigt, da3 aus praktischen Gründen nur Metalle für solche Verankerungszapfen infrage kommen.

Die vorliegende Erfindung sucht hier eine Weiterentwicklung zu schaffen und gibt eine im Knochen verankerte Endoprothese an, die aus einem thermoplastischen Werkstoff besteht und eine stark reliefartig gestaltete Oberfläche aufweist. Jedes der von der Fläche abstehenden Elemente der Oberfläche hat dabei solche Querschnittabmessungen, daß der Zapfen in enger Passung in eine entsprechende Höhlung im zelligen Knochengewebe eingesetzt werden kann, wobei die endgültige Verankerung eine natürliche Verankerung im oben erläuterten Sinne 1st, das heißt: Es wächst Knochengewebe in die reliefartige Oberflächenstruktur des Befestigungselementes hinein, sodaß eine nahezu ideale Verbindung zwischen der Prothese und dem verbliebenen Knochen erreicht wird. Der feste Sitz der Prothese vor dem eigentlichen Einwachsen wird dabei dadurch erreicht, daß die Vorsprünge ein wenig flexibel sind.

Normalerweise hat der Befestigungszapfen längliche Gestalt und die Vorsprünge, Portsätze oder Pinnen stehen im wesentlichen normal von der Oberfläche des Zapfens ab.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung weist

9098U/0752

die zu verankernde Prothesenfläche die Gestalt eines Zapfens auf, die ringsherum mit abstehenden Finnen oder Fortsätzen "gespickt" ist. Eine solche Gestaltung kann Finnen oder Fortsätze in Form von Ringen oder auch in schraubenlinien-förmiger Gestaltung vorsehen, die den Fortsatz vollständig umgeben; in jedem Falle ist es aber zweckmäßig, daß eine möglichst große Anzahl von Sinzelfortsätzen ausgebildet ist, die ihrerseits jeweils auf nur einem, sehr kleinen Anteil der gesamten Fläche stehen. Eine solche Vielzahl von relativ kurzen Finnen oder Fortsätzen kann dadurch hergestellt werden, daß man entsprechend verlaufende durchgehende rippenartige Erhöhungen auf dor Verankerungsfläche in kleinere Abschnitte durch Schneiden unterteilt; als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, die Gestaltung so vorzunehmen, daß die I.änrsenden der Fortsätze gegen die Innenwand der Höhlung im Knochen anliegen, wodurch eine besondere Torsionsfestigkeit erreicht wird.

Selbstverständlich werden die Querschnitts-Abmessungen eines jeden Fortsatzes in Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes und auch des zelligen Knochenmaterials gewählt. Die Fortsätze dürfen nicht so dick sein, daß sie sich nicht mehr verbiegen lassen und dadurch beim Einsetzen der Prothese die Innenwand der Aushöhlung im Knochen beschädigen. Andererseits dürfen die Finnen oder Fortsätze aber nicht so dünn sein, daß sie zu flexibel sind, um eine ausreichende Haltekraft entwickeln zu können; oder gar so dünn, daß sie beim Einsetzen der Prothese in den Knochen abbrechen. Ähnliche Überlegungen gelten für die von der Oberfläche der Prothese aus gerechnete Höhe der Finnen, wie für den Abstand der Finnen zueinander oder der Steigung der Finnen.

9098H/0752

-X-

Bei Verwendung der zur Verfügung stehenden ultrahochmolekularen Polyäthylene für die Prothesen ist es möglich, Fortsätze bzw. Finnen anzuwenden, deren Dicke zwischen 0,6 und 2 mm liegt, deren Tiefe zwischen lmm und 6 mm liegt und deren jeweiliger Abstand von Finne zu Finne etwa 1 - 7 mm in Längsrichtung der Prothese liegt. Ein mit solchen Finnen versehener und im wesentlichen zylindrischer Verankerungszapfen für eine Prothese von insgesamt etwa Io mm Durchmesser hatte dabei auf seiner Oberfläche Fortsätze oder Finnen bis zu einer Dicke von 1 mm, einer Länge von j> mm und 3 mm Abstand von Finne zu Finne. Die bevorzugten V/er te waren dabei etwa 0,7 mm Dicke, 2 mm Tiefe und ein Abstand von 1,5 mm. Zu diesen Werten ist zu sagen, daß sie selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der Gesamtgröße der Prothese zu sehen sind.

Die erfindungsgemäßen Endoprothesen wurden primär in Hinblick auf endoprothetische Gelenkprothesen entwickelt; eine solche Prothese hat dabei zweckmäßig einen oder mehrere mit den hier diskutierten Finnen oder Fortsätzen auf der Oberfläche versehenen Zapfen, der dann im Knochengewebe verankert wird. Selbstverständlich kann auch die eigentliche Prothese selbst - im Gegensatz zu einem daran befindlichen Verankerungszapfen - auf ihrer Oberfläche da, wo sie am natürlichen Knochen anliegt, mit entsprechenden Oberflächengestaltungen nach der Erfindung versehen sein. Wenn eine solche Prothese mehr als einen solchen Verankerungszapfen aufweist, dann haben diese Zapfen zueinander parallele Längsachsen und sind sweckmäßigerweise zylindrisch gestaltet» Dies hat den Vorteile daß man nicht eine Vielzahl von Einzelteilen verwenden oder verschiedene Werkstoffe,, was bei einer

9 0 9*8 1 4~/ 0 7 S 2

gegebenen Prothese dann sicher der Fall 1st, wenn die Prothese aus Kunststoff besteht, der mit Schrauben Im Knochen verankert ist. Erkennbar ist es auch nicht mehr erforderlich, einen Zement, insbesondere den dafür bekannten Acrylzement, zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen Höhlung im Knochen und dem Verankerungszapfen zu verwenden. Es hat sich gezeigt, daß nach der Erfindung mit Fortsätzen oder Finnen versehene Prothesenoberflächen besonders gut mit dem Knochengewebe verwachsen.

Mit den vorstehenden Ausführungen soll selbstverständlich nicht ausgeschlossen werden, daß in bestimmten Einzelfällen eine mehrfache Verankerung der Prothese vorgesehen wird, z.B. gleichzeitig durch natürliche Verankerung im oben definierten Sinne und durch Verankerung mittels eines Acrylzementes.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel^ für die Erfindung einen mit Finnen bzw. Fortsätzen auf seiner Oberfläche versehenen Zapfen eines Protheseteils, der in einer Knochenhöhlung verankert werden soll. Der dargestellte Verankerungszapfen besteht aus dem oben erläuterten Polyäthylen und ist im wesentlichen zylindrisch gestaltet. Der Zapfen hat in Längsrichtung gesehen auf seiner Oberfläche ringförmige Nuten, wodurch zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Nuten eine Folge von einzelnen Fortsätzen oder Finnen Io entsteht. Der so entstandene zylindrische Kern 11 des Fortsatzes hat einen Durchmesser von etwa 9 rom; der Durchmesser des ganzen Zapfens mit den vielen kleinen Finnen oder Fortsätzen liegt bei etwa 13 mm. Die einzelnen Finnen oder Fortsätze haben eine Dicke von etwa 0,7 mm* einen

9098U/0752

- in Längsrichtung des Zapfens gesehenen - Abstand von etwa 1,5 mm zueinander und die einzelnen Finnen oder Fortsätze sind seitlich an ihren Wurzeln mit Ubergangsradien versehen, deren Werte bei 0,2 bis 0,3 mm liegen. Die - soweit beschrieben noch ringförmigen - Finnen oder Fortsätze sind durch Schnitte 12 in 16 mit gleichem Umfangsabstand angeordnete Teile unterteilt, wobei die Schnitte 12 bis zum Kern 11 des Zapfens reichen.

Der dargestellte Verankerungszapfen steht von einem einen wesentlichen Teil der Prothese bildenden Körper 13 ab und ist einstückig damit ausgebildet. Der Körper 13 kann z.B. eine Gelenkkappe oder eine Gelenkpfanne tragen und damit Teil einer Gelenkendoprothese sein.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Einschnitte 12 fortzulassen und/oder anstelle der gezeigten ringflansch-förmigen Fortsätze Io einen schraubenlinien-förmig verlaufenden Radialfortsatz anzuwenden. Eine solche schraubenlinien-förmige Gestaltung könnte in der Herstellung einfacher sein, so weit spanabhebend gearbeitet wird, während dies bei einem Gießen der gezeigten Oberflächengestaltung des Zapfens weniger kritisch ist. Wenn man sich .für eine Herstellung durch Gießen entschließt, kann man den Fortsätzen natürlich auch andere Gestaltungen geben als die gezeigten.

Bei der Entwicklung, die zu der vorliegenden Erfindung führte, waren zwei der gezeigten Fortsätze

9098U/07S2

an der Tibia!-Komponente einer Knieprothese einstückig ausgebildet, wobei die beiden Portsätze parallel zueinander vom Gelenkteil abstanden und intracondylar verankert wurden. Es ist auch mit Erfolg versucht worden, nur einen solchen Fortsatz von der Acetabular-Seite bei einer Hüftgelenkprothese abstehen zu lassen, wobei der Hauptkörper der Pfanne weitere Pinnen auf seiner Außenseite hatte, die parallel vom Verankerungszapfen abstanden, aber die größeren Abmessungen in den oben genannten Bereichen hatten.

Patentansprüche

i098U/07

L e e r s e

it

Claims

Patentanwalt

MICHAEL KORN

Dipl. Ing.

284Q213

NRDC N 11 P 25

PO box 236

London SWlE 6 SL
ENGLAND

Patentans prilche

Endopro the tische s Gelenkteil aus Kunststoff mitre He fertiger Gestaltung der Verankerungsfläche, wobei jede der von der Verankerungsfläche hochstehenden "Finnen" seitlich flexibel ist, um in enger Passung in Knochengewebe eingedrliclt werden zu-können, wobei zur Aufnahme der gesamten - vorzugsweise insgesamt zapfenförmigen - Verankerungsfläche im Knochen eine Ausnehmung im Knochen dient, die etwas kleinere Abmessungen hat, als die lesamtabmessungen der mit den Finnen bzw. Fortsätzen versehenen Verankerungsfläche.

2. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsfläche an der Oberfläche eines Verankerungszapfens ausgebildet ist, der von einem endoprothetischen Element absteht.

35. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reliefartige Oberflächengestalt

D-4000 Düsseldorf 1 -eahnetraße 62 · Telefon 0211/35 63 38

90 9 814/0 7S2 ^;

ORlGfNAL INSPECTED

durch Ausbildung von Pinnen bzw. Portsätzen auf der Oberfläche bestimmt ist.

4. Endoprothese nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze miteinander mindestens einen Ring bildend auf der Oberfläche des Verankerungszapfens ausgebildet sind, und daß dieser "Ringflansch" achsparallel zum Zapfen durch schnitten ist, sodaß eine Vielzahl einen gleichen Umfangsteil überdeckenden Einzelrippen entsteht.

5. Endoprothese nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, daß die Finnen oder Rippenteile etwa 0,6 bis 2 mm dick, 1 - β mm tief und mit 1 - 7 mm Abstand zueinander in Längsrichtung des Zapfens angeordnet sind.

6. Endoprothese nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze oder Finnen 0,6 - 1 mm dick, 1 - 3 mm tief und mit einem Abstand von 1 - Jim in Längsrichtung des Zapfens angeordnet sind.

7· Endoprothese nach Anspruch 4„ dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze oder Finnen etwa 0,7 mm dick, etwa 2 mm tief und mit 1,5 mm Abstand in Längsrichtung des Zapfens zueinander angeordnet sind.

8. Endoprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen im wesentlichen zylindrisch gestaltet ist und einen Kerndurchmesser von etwa Io mm hat«