DE2903366A1

DE2903366A1 - Bizentrische gelenkprothese

Info

Publication number: DE2903366A1
Application number: DE19792903366
Authority: DE
Inventors: Errico Joseph D
Original assignee: Howmedica Inc
Current assignee: MTG Divestitures LLC
Priority date: 1978-02-01
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1979-08-02
Also published as: JPS54113997A; CH630800A5; CA1099055A; IE47912B1; DE2903366C3; FR2416005A1; GB2013503B; US4172296A; FR2416005B1; GB2013503A; JPS5745579B2; DE2903366B2; IE790186L

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf künstliche Vorrichtungen zur Implantation in den menschlichen Körper. Insbesondere betrifft die Erfindung ein prothetisches artikulierendes Gelenk.

Die Verwendung künstlicher Vorrichtungen, die als Ersatz für fehlerhafte, beschädigte oder erkrankte anatomische Strukturen in den menschlichen Körper implantiert werden, ist seit langem bekannt.

Eine Form derartiger prothetischer Vorrichtungen ersetzt anatomische Gelenke des Körpers mit Kugelgelenkeigenschaften, wie beispielsweise das Hüftgelenk. Diese Hüftprothese schafft im wesentlichen eine lösbare Verbindung zwischen dem Oberschenkelknochen und der Hüftgelenkpfannenhöhle des Beckens, um die allseitige Bewegungsart zu erreichen, die mit dem ersetzten natürlichen biologischen Gelenk verbunden ist. Herkömmliche vollprothetische Hüftgelenke enthalten normalerweise einen hüftgelenkpfannenartigen Becherkörper mit einem sphärischen Hohlraum, der in verschiedenen Weisen geeignet an der Hüftgelenkpfannenhöhle des Beckens befestigt werden kann, und einen künstlichen Oberschenkelknocheneinsatz, der passend an dem Oberschenkelknochen befestigt ist. Der Oberschenkelknocheneinsatz enthält einen glatten und im wesentlichen sphärischen Kopfkörper, welcher mit dem sphärischen Hohlraum des Pfannenkörpers zusammenpaßt und drehbar von ihm gelagert wird. Infolge dieser strukturellen Wechselbeziehung wird ein kugelgelenkartiges Gelenk geschaffen, welches die

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übliche Art der artikuliex-ten Bewegung zuläßt, die mit dem menschlichen Hüftgelenk verbunden ist.

Zu den verschiedenen bekannten Konzeptionen zur Schaffung künstlicher artikulierter Gelenke gehören Prothesen, die sich einer bizentrischen Wirkung bedienen, wie beispielsweise diejenigen der US-Patente 3 813 699 und 3 863 273, die hauptsächlich auf Hüftgelenke gerichtet sind, in denen eine Artikulation sowohl zwischen dem Kopf des Oberschenkelknocheneinsatzes und dem Pfannenkörper der Prothese als auch zwischen der Prothese und der Hüftgelenkpfannenhöhle des Beckens stattfinden kann. ¥ährend diese beiden Prothesen bizentrisch sind und eher den Gedanken der Abnutzung zwischen Kunststoff und Metall als zwischen Metall und Knochen berücksichtigen, sieht keine dieser Vorrichtungen Mittel vor, durch welche der Kopf des Oberschenkelknocheneinsatzes leichter in den sphärischen Hohlraum des Hüftgelenkpfannenkörpers eingesetzt als herausgezogen werden kann, so daß die Prothese keiner Gelenkverschiebung unterliegt. Derartige Einrichtungen sind vorgesehen in der Prothese des US Patents h ΟΊΛ 4O3. Diese Prothese sieht jedoch wiederum keinerlei Mittel vor, um den Kunststoffpfannenkörper zweckmäßiger in seiner metallischen Außenschale zu verkapseln. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, Vorrichtungen vorzusehen, durch welche der Kunststoffpfannenkörper einer bizentrischen Gelenkprothese leicht in seine metallische Außenschale eingesetzt

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und wirksam durch diese gehalten werden kann.

Die Prothese der vorliegenden Erfindung enthält einen Pfannenkörper, gebildet aus einem elastischen Polymerisat, welches in einen metallischen Außenschalenkörper eingekapselt ist. Der Pfannenkörper weist eine Innenfläche auf, die in der Lage ist, den prothetischen Einsatzkörper eines artikulierenden Gelenks aufzunehmen, sowie eine Außenfläche, die eine sphärische Zone enthält, welche an ihrer Basis in einer geradzylindrischen Zone endet, deren Höhe geringer ist als der Kreisradius; die Außenfläche des Pfannenkörpers besitzt eine ringförmige Nut etwa an der Verbindung der sphärischen und der zylindrischen Zone, Der Schalenkörper besitzt eine Außenseite, die zur Implantation in einen Skeletthohlraum geeignet ist, und eine Innenfläche im wesentlichen kongruent mit der Außenfläche des Pfannenkörpers, wobei diese Schaleninnenfiäclie. mit Arretiereinrichtungen ausgestattet ist, um die ringförmige Nut in dem Pfannenkörper zu erfassen und den Pfannenkörper dauerhaft in rtem Schalenkörper zu befestigen.

In bevorzugten Ausführungsformen der Prothese enthält die Pfanneninnenseite eine sphärische Zone konzentrisch mit der sphärischen Außenseite der Pfanne und mit einer Höhe, die größer ist als der Kreisradius der Innenfläche der Pfanne; die Außenfläche der Schale enthält eine sphärische Zone konzentrisch mit der sphärischen Innenfläche der Schale und mit einer Höhe, die größer ist als der Kreisradius der

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Außenfläche der Schale; die ringförmige Nut in dem Pfannenkörper ist in Riphtung auf den Pol der ephärischen Zone der Pfannenaußenfläche abgekantet} die Arretierungseinrichtung des Schalenkörpers enthält eine Anzahl Vorsprünge, die auf der ringförmigen Verbindung der sphärischen und der zylindrischen Zone der kongruenten Innenfläche der Schale entlang verteilt sind} das elastische Polymerisat ist ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht 5 und die Außenfläche der Schale ist zur Implantation in die Hüftgelenkpfanne geeignet. Die Außenfläche der Schale kann auch Einrichtungen zur Erleichterung der dauerhaften Befestigung des Schalenkörpers an dem Skeletthohlraum enthalten.

Die obige Aufgabe sowie weitere Vox-züge und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen gleiche Bezugszoicheii gleiche Strtikturen innerhalb der verschiedenen Ansichten darstellen. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Hüftgelenkprothese bei Verkörperung d>ar Grundsätze der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Teilansicht zur klareren Darstellung der die bizentrische Gelenkprothese bildenden Komponenten in größeren Einzelheiten,

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Fig» 3 eine vergrößerte Teilansicht ähnlich derjenigen der Fig. 2 zur Darstellung des Einsatzes des Pfannenkörpers in den Schalenkörper während des Zusammenbaus der Prothese,

Fig. h eine vergrößerte Teilansicht, teilweise im Schnitt, zur Darstellung der Verbindung zwischen den zusammengebauten Komponenten in ihrer Zusammenwirkung,

Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Hüftgelenkprothese in Verbindung mit dem menschlichen Körper,

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Fig. 7 eine auseinandergezoger.e perspektivische Darstellung einer Schultergelenkprothese bei Verkörperung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine implantationsfähige Hüftprothese unter Verkörperung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung, die allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.

Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, enthält die Prothese 10 einen Pfannenkörper 12 und einen Außenschalenkörper i4.In dem zusammengebauten Zustand nach der Darstellung in den Figuren k und 3 bilden diese Bestandteile zusammen mit dem

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Oberschenkelknocheneinsatz 16 ein artikulierendes künstliches anatomisches Gelenk, das allgemein durch das Bezugszeichen bezeichnet ist} dies Gelenk ist für eine Implantation in einen menschlichen Körper als Ersatz für ein krankes, fehlerhaftes oder beschädigtes Hüftgelenk geeignet und ermöglicht im wesentlichen dieselbe Bewegungsart, die normalerweise mit dem natürlichen Hüftgelenk verbunden wäre.

Der Oberschenkelknocheneinsatz 16 kann eine geeignete und herkömmliche prothetische Vorrichtung sein, wie beispielsweise die in dem US-Patent 3 965 490 offenbarte, die zur Implantation in den Oberschenkelknochen 20 durch in der Medizin hinreichend bekannte Verfahren geeignet ist. Nach dem Einsatz in den Oberschenkelknochen 20 soll der Oberschenkelknocheneinsatz 16 allgemein die in Fig. 5 gezeigte Lage einnehmen. Der Oberschenkelknocheneinsatz 16 enthält in einer integralen Kombination einen Schaftabschnitt 22, einen Schulterabschnitt 2k, einen Halsabschnitt 26 und einen Kopf 28. Der natürliche Oberschenkelkopf, der möglicherweise erkrankt, fehlerhaft geworden oder beschädigt worden ist, ist vor dem Einsetzen des Oberschenkelknocheneinsatzes 16 entfernt worden. Der Kopf 28 hat eine allgemein sphärische Gestalt mit einer ununterbrochen glatten und hochpolierten Außenfläche mit niedrigen Reibungseigonschaften. Derartige niedrige Roibungseigenschaften erleichtern eine glatte und ununterbrochene Art dor relativen Bewegung zwischen dem Oberschenkelknochenöinsatz 16

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und dem Pfannenkörper 12. Der Oberschenkelknochenoinsatz Λ6 ist hergestellt .aus herkömmlichem Material, das für oino Implantation in das Körpergewebe einschließlich der anatomischen Knochenstruktur geeignet ist. Ein Beispiel oines solchen Materials ist Vitallium , das Warenzeichen von Howmedica Inc. für eine Kobalt-Chromlegierung, die für gegossene Zahnprothesen und innere Anwendung durch Chirurgen entwickelt wurde und benutzt wird. Diese Legierung hat die folgenden Eigenschaften: spezifisches Gewicht 8,29, Zugfestigkeit mindestens 95000 psi, 2$ Offset-Streckgrenze mindestens 65ΟΟΟ psi, Elastizitätsmodul 30 bin 32 χ 10~ psi, Rockwell "C"-Härte 23 bis 28. Nach dem Poliex-en ist sie überaus glatt und dauerhaft glänzend. Zu ihren hervorstehenden Eigenschaften gehört auch chemische Trägheit in bezug auf das lebende Gewebe und ein hohes Maß an Widerstand gegenüber Korrosion.

Der Pfannenkörper 12 besitzt eine Innenfläche 30, die geeignet ist, den Oberschenlcelknocheneinsatz 16 aufzunehmen, und eine Außenfläche 32 mit einer sphärischen Zone 3^, die an ihrer Basis in einer geradzylindrischen Zone 36 endet, wobei die Höhe der sphärischen Zone 3^ geringer ist als der Kreisradius. Außerdem besitzt der Pfannenkörper 12 eine ringförmige Nut 38 in der Außenfläche 32 etwa on der Verbindung 4o der sphärischen Zone 34 und der zylindrischen Zone 36. ¥ie gezeigt, ist die ringförmige Nut 38 vorzugsweise in Richtung auf den Pol kZ der sphärischen Zono 'Jh zu abgekantet. Wie ebenso gezeigt, enthält die Innonflücho

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des Pfannenkörpers 12 eine sphärische Zone, welche konzentrisch mit der sphärischen Zone 34 der Außenfläche 32 ist und eine Hohe hat, die größer ist als der Kreisradius der Innenfläche 30. Der Kreisradius der Innenfläche 30 ist von einer solchen Abmessung, daß er den Oberschenkelknochenkopf 28 in einem zentral ausgebildeten und im wesentlichen kongruenten Hohlraum eng anliegend aufnimmt und lagert und
somit eine allseitige Bewegung vorsieht. In der Ausführungsform der Figuren 1 bis 5 weist die Innenfläche 30 zusätzlich eine ringförmige Lippenvorrichtung 44 auf, die in dem US-Patent 4 044 4O3 offenbart ist, welche nicht nur ein
leichtes Einsetzen des Oberschenkelknocheneinsatzes 16 in den Pfannenköxper 12 gestattet, sondern auch zwangsläufig eine Lösung dieser Teile in einfacher Weise verhindert.

Der Pfannenkörper 12 ist hecgesteilt aus einem elastischen Polymerisat, welches für eine Implantation in den menschlichen Körper mit diesem verträglich ist. Ferner sollte
das Polymerisat eine gute Festigkeit haben, sowie geringe Reibung und hohe Gleitfähigkeit, da der Pfannenkörper 12
den Kopf 28 für eine allseitige Bewegung während ausgedehnter Zeitspannen lagert. Ein Polyethylen von ultrahohem Molekulargewicht bildet ein für diesen Zweck äußerst
zufriedenstellendes Material, obwohl andere Polymerisate
mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden können.

Der Pfannenkörper 12 ist in einen metallischen Außen-

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schalenkörper 14 eingekapselt, der eine Innenfläche 46 im wesentlichen kongruent mit der Außenfläche 32 dos Pfannenkörpers 12 aufweist, sowie eine Außenfläche 48, die geeignet ist, in die Hüftgelenkpfannenhöhle 50 des Beckens 52 implantiert zu werden. Die Innenfläche 46 des Schalenkörpers 14 ist mit einer Anzahl Vorsprünge $h versehen, die auf dor ringförmigen Verbindung $6 der sphärischen Zone 58 und der zylindrisehen Zone 60 der Innenseite 46 des Schalenkürpers 14 verteilt sind. ¥ährend die dargestellte Ausführungsform die Vorsprünge 54 in der Form von Ansätzen zeigt, können auch andere Arretierungseinrichtungen zur Zusammenwirkung mit der ringförmigen Nut 38 verwendet werden, um den Pfannenkörper 12 dauerhaft in dem Schalenkörper 14 zu befestigen.

Der Schalenkörper 14 ist aus einem Metall mit geringer Reibung hergestellt, das eine ausreichende Festigkeit hat, um bei wiederholten Belastungen seine Haltbarkeit zu bewahren, und welches außerdem mit dem Körpergewebe verträglieh ist. Ein derartiges Metall ist Vitallium , wie im vorhergehenden beschrieben, jedoch können auch andere Metalle mit derartigen Eigenschaften verwendet werden.

Bei der Implantation der Prothese 10 in die Hüftgelenkpfannenhöhle 50 des Beckens 52 wird die Huftgelenkpfannonhöhle 50 in der üblichen Weise chirurgisch präpariert, um den Schalenkörper 14 aufzunehmen. In einem solchen Falle •wird der Schalenkörper 14 nicht an der Huftgelonkpfnnnon-

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höhle befestigt« In der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform enthält die Außenfläche 48 des Schalenkörpers 14 eine sphärische Zone konzentrisch mit der sphärischen Zone 58 der Innenfläche 46 und mit einer Höhe,die größer ist als der Kreisradius der' Außenfläche 48 „ Wenn eine freie Artikulation innerhalb der Hüftgelenkpfannenhöhle 50 erwünscht ist, dann wird die Außenfläche 48 des Schalenkörpers 14 hochgradig poliert. Eine begrenzte Artikulation wird mit einer weniger polierten Oberfläche erreicht»

In anderen Fällen kann eine dauerhafte Befestigung einer bizentrischen Prothese an dem Skeletthohlraum erwünscht sein. Eine derartige Befestigung kann erwirkt werden mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach Fig. In dieser Prothese, die allgemein mit 110 bezeichnet wird, hat der Pfannenkörper 112 eine Innenseite 13O zur Aufnahme des Oberschenkelkopfes, bestehend in einer sphärischen Zone konzentrisch mit der sphärischen Zone 134 der Außenfläche 132j wobei die Höhe der Innenfläche I30 gleich dem Kreisradius oder etwas geringer als dieser ist, und eine Außenfläche 132 mit einer relativ kurzen geradzylindrischen Zone 136»

Der Außenschalenkörper 114 der Prothese 110 besiezt eine Innenfläche 146, die im wesentlichen kongruent mit der Außenfläche I32 des Pfannenkörpers 112 und mit Ansätzen 154 versehen ist, die auf der ringförmigen Verbindung der sphärischen Zone 158 und der zylindrischen Zone 160

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verteilt sind, um die ringförmige Nut 138 des Pfannenkörpers 112 zu erfassen und den Pfannenkörper 112 dauerhaft in dem Schalenkörper 114 zu befestigen. Die ringförmige Nut 138 ist vorzugsweise in einem Winkel von etwa 45° in Richtung auf den Pol 142 der sphärischen Zone 134 zu abgekantet. Die Außenfläche 148 des Schalenkörpers 114 enthält eine sphärische Zone konzentrisch mit der sphärischen Zone I58 und mit beabstandeten ringförmigen Vertiefungen oder Nuten 162, welche eine Klebbefestigung der Prothese 110 in der Beckenknochenpfanne voosehen.

Die Wechselwirkung der beiden Körper der Prothese der vorliegenden Erfindung während des Zusammenbaus wird durch Fig. in Verbindung mit der Ausführungsform 10 im einzelnen erläutert. Beim Einsetzen des Pfannenkörpers 12 in den Außenschalenkörper 14 berühren die Ansätze 54 des Schalenkörpers 14 das Scharnier 62 des Pfannenkörpers 12, welches durch eine ringförmige Nut 38 und den Abschnitt der Außenfläche 32 in Richtung auf den Pol 42 zu gebildet wird. Da der Pfannenkörper 12 aus einem elastischen Polymerisat hergestellt ist, biegt sich das Scharnier 62 nach innen in Richtung auf die Nut 38 zu durch und gestattet den Ansätzen 54 ein Vorbeigleiten an dem Scharnier 62 und in die Nut 68 hinein. Die Außenfläche 32 des Pfannenkörpers 12 ist somit in der Lage, die kongruente Innenfläche 46 des Schalenkörpers 14 in enger Anlage zu berühren. Wenn einmal der Pfannenkörper 12 vollständig in den Schalenkörper 14 eingesetzt worden ist, sind

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die beiden Körper dauerhaft aneinander befestigt* da das Scharnier 6*2 nicht an den Ansätzen 54 vorbeigleiten kann« Somit ist ein leichtes Einsetzen und ein wirksames Zurückhalten des Pfannenkörpers 12 in dem Schalenkörper 14 verwirklicht.

Obwohl sich die obige Beschreibung hauptsächlich auf ein menschliches Hüftgelenk rxchtet, ist doch zu betonen, daß der Gedanke der Erfindung auch seine Anwendung in anderen artikulierenden anatomischen Gelenken bei Mensch und Tier mit ins Auge faßt. Im weiteren Sinns rxchtet sich die Erfindung somit auf eine Verwendung beispielsweise in dem in Fig. 7 gezeigten Schultergeleziko Die Prothese 70 enthält einen Pfannenkörper J2 und einen Schalenkörper 7**·« Der implantationsfähige Einsatz J6 besitzt einen im wesentlichen sphärischen glatten Kopf 78 mit geringer Reibung und einen Schenkel 80_s der in die entsprechende anatomische Schulterstruktur eingesetzt werden kann» Der Schalenkörper 74 ist mit einem länglichen Schenkel 82 versehen, der eine Anzahl verzahnter Vorsprünge 84 aufweist„ die zur Befestigung des Schalenkörpers 74 an einer entsprechenden anatomischen Struktur ausgelegt sind. Der Schalenkörper 74 ist auch mit einer Innenfläche wie in den Prothesen 10 und 110 versehen, welche den Pfannenkörper 72 fest aufnimmt, der dem Pfannenkörper 12 ähnlich ist. Die Materialien zur Bildung der oben beschriebenen Schulterprothese können denjenigen der vorher beschriobenon Ausführungsfornien ähnlich sein, obwohl andere geeignete Materialien in "Übereinstimmung mit dieser Erfindung vorgesehen

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werden können.

Während die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden doch vom Gedanken und Bereich der beigefügten Ansprüche wahlweise mögliche Ausführungsformen, Abwandlungen und Äquivalente mit umfaßt.

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HAUCK- CARSTENS

New York, New York 10017 mozartstrassk2:1-8000München 2

TELEFON + TELECOPIER (080) Π:ί »2 30 USA CABLE NEGEDAPATENT MÜNCHEN

WEHN EKT - D Ö RING

K.-WILH.-RING41-4OOO DÜSSELDORF 11

TELEFON (0211) 57 ÖO 27'28

TKLEX 08 584 380 DYNA D

CABLE NEGEDAPATENT D(JSSELDOKF

zusTELLUXGSANSCHRiFT/please reply το: HAMBUKG, 29. Januar 1979

Bizentrische Gelenkprothese

1·/ Bizentrische Gelenkprothese mit einem Pfannenkörper, der aus einem in einen metallischen Außsnschalenkörper eingekapselten elastischen Polymerisat gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Pfannenkörper eine Innenfläche aufweist, die geeignet ist, den prothetischen Einsatzkörper eines artikulierenden Gelenks aufzunehmen, sowie eine Außenfläche mit einer sphärischen Zone, die an ihrer Basis in einer geradzylindrischen Zone endet, und deren Höhe geringer ist als der Kreisradius, und daß dieser Pfannenkörper in seiner Außenseite annähernd an der Verbindung der sphärischen und der zylindrischen Zone eine ringförmige Nut aufweist, während der Schalenkörper eine Außenfläche besitzt, die goeignet ist, in einen Skeletthohlraum implantiert zu worden, sowie oina

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Innenfläche, die im wesentlichen kongruent zu der Außenfläche des Pfannenkörpers ist und Arretierungseinrichtungen zur Zusammenwirkung mit der ringförmigen Nut in dem Pfannenkörper aufweist, um den Pfannenkörper permanent in dem Schalenkörper zu befestigen.

2, Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Pfanne eine sphärische Zone konzentrisch mit der sphärischen Außenfläche der Pfanne aufweist, die eine größere Höhe hat als der Kreisradius der inneren Pfannenfläche·

3. Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Schale eine sphärische Zone enthält, die konzentrisch mit der inneren Oberfläche der sphärischen Schale ist und eine Höhe hat, die größer ist als der Kreisradius der Schalenaußenfläche.

h. Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche der Schale für eine Implantation in die Beckenknochenpfanne geeignet ist»

5. Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Schale Einrichtungen zur Erleichterung der dauerhaften Befestigung des Schalenkörpers an dem Skeletthohlraum enthält.

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6. Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut in Richtung auf den Pol der sphärischen Zone abgekantet ist.

7· Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungseinrichtung eine Anzahl Vorsprünge enthalt, die auf der ringförmigen Verbindung der sphärischen und der zylindrischen Zone der kongruenten Schaleninnenfläche verteilt sind.

8. Prothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat ein Polyethylen von ultrahohem Molekulargewicht ist.

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