DE2921529A1 - Artificial hip joint plug connection - is positive, but mechanically loose, avoiding wear caused by friction - Google Patents

Artificial hip joint plug connection - is positive, but mechanically loose, avoiding wear caused by friction

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Abstract

The plug connection is for use between the head of an artificial hip joint and the proximal part of the femur anchoring stem. It is positive but mechanically loose, avoiding friction and consequent wear, so that there is no risk of the implant working loose. It can be so designed that no surface damage occurs to the materials either during surgery or subsequently under load, thus avoiding corrosion.

Description

Steckverbindung für Hüftgelenk-Endoprothesen-Köpfe Plug connection for hip joint endoprosthesis heads

Die Erfindung betrifft Gelenkköpfe für Hüftendoprothesen, die nach dem Baukastenprinzip im chirurgisch-technischen Sinn aufgebaut sind, sowie die Materialwahl für deren Femurkomponente (Prothesenschaft und Zapfen) aus fertigungs- und funktionstechnischer Sicht.The invention relates to joint heads for hip endoprostheses, which according to the modular principle in the surgical-technical sense, as well as the choice of materials for their femoral components (prosthesis shaft and pin) from manufacturing and functional engineering View.

Hüftgelenkendoprothesen mit intramedullärer Verankerung Dieser Gelenktyp , dessen Verwendung in der rekontruktiven Gelenkchirurgie in der Häufigkeit seiner Applikation bei weitem überwiegt, besteht im wesentlichen in seiner Femurkomponente aus einem Metallschaft zur intramedullärenVerankerung im Röhrenknochen des Femur, auf dessen proximaler Auflage eine Kugel zum Ersatz des erkrankten Hüftkopfes so aufgebracht ist, daß er mit dem Verankerungsschaft im Femur eine tragfähige Einheit bildet. Bei den meisten Prothesen dieser Art wird der Schaft mit dem Kopf aus ein und demselben Material untrennbar miteinander verschweißt.Hip joint endoprostheses with intramedullary anchorage This type of joint , its use in reconstructive joint surgery in the frequency of its Application by far predominates, consists essentially in its femoral component made of a metal shaft for intramedullary anchoring in the long bone of the femur, on its proximal support a ball to replace the diseased femoral head like this is applied that it is a stable unit with the anchoring shaft in the femur forms. With most prostheses of this type, the stem ends with the head out and inseparably welded to one another in the same material.

Eine andere Art der Verbindung zwischen Prothesenkopf und Verankerungs schaft besteht aus den sogenannten Steckverbindungen. Bei diesen befindet sich ein tragender Zapfen auf dem proximalen Aufsitz des Prothesenverankerungsschaftes, auf den der Prothesenkopf mehr oder minder leicht auswechselbar aufgesteckt wird. Es handelt sich hierbei um eine Konus-und/oder Rotationszapfen-Steckverbindung im Sinne eines Walzlagers oder um eine Schraubverbindungsmöglichkeit zwischen Kopf und tragendem Zapfen. Die Abnehmbarkeit des Kopfes gestattet es, während der Operation je nach Indikation auf den tragenden Zapfen entweder nur einen Kopf mit großem Durchmesser zum Ersatz des erkrankten Hüftkopfes aufzusetzen (sogenannte Hemiprothese) oder, falls das Acetabulum mitbetroffen ist, nach Wahl eines Kopfes kleineren Durchmessers diesen mittels einer Ersatzpfanne aus Metall zu einer sogenannten Total-Hüftendoprothese zu komplettieren. Die Wahl der passenden Länce des Schenkel halses zur Einstellung der optimalen Hüftspannung wird dadurch wesentlich vereinfacht. Auch im Falle der Reoperation hat sich dieses Baukastenprinzip im langjährigen klinischen Einsatz OP-technisch als vorteilhaft erwiesen.Another type of connection between the prosthetic head and anchoring shaft consists of the so-called plug connections. There is a load-bearing peg on the proximal seat of the prosthesis anchoring shaft that the prosthesis head is more or less easily exchangeable. It This is a conical and / or rotary pin plug connection in the sense a roller bearing or a screw connection option between the head and the load-bearing Cones. The head can be removed during surgery ever according to the indication on the supporting pin, either only one head with a large diameter to replace the diseased femoral head (so-called hemiprosthesis) or, if the acetabulum is affected, a smaller diameter head can be selected this by means of a replacement metal socket to form a so-called total hip prosthesis to complete. Choosing the right length of the femoral neck for adjustment the optimal hip tension is thereby considerably simplified. Even in the case of the Reoperation, this modular principle has been used in clinical practice for many years Technically proven to be advantageous.

So kann bei festem Sitz des Prothesenverankerungsschaftes im Femur relativ leicht eine Hemi- in eine Total-Hüftendoprothese umgewandelt werden oder, nach Auswechseln einer gelockerten Hüftpfanne, auf den primär implantierten Prothesenverankerungsschaft ein neuer artikulierender Prothesenkopf aufgesetzt werden. Das Resultat dieses Baukastenprinzips im Falle der Reoperation ist im Vergleich zu einteiligen Femurkomponenten neben den vorher beschriebenen OP-technischen Vorteilen eine wesentliche Verkürzung der OP-Zeit und der damit verbundenen Operationsrisiken. Die langjährigen klinischen Erfahrungen mit den o.g. Steckverbindungen beweisen jedoch , daß die Vorteile des Baukastenprinzips an Hüftendoprothesen nur dann real genutzt werden können, wenn neben der einwandfreien stabilen Verankerung des intrameduXãren Prothesenschaftes im Femur die Intaktheit des den Kopf tragenden Zapfenlagers garantiert werden kann. Das jedoch ist über die bisherigen üblichen Steckverbindungen nicht risikolos zu verwirklichen. Im einzelnen treten, je nach Art der Verbindung, folgende Fehler am Zapfenlager auf, die eine Wiederverwendung des Intramedullärenverankerungsschaftes einer Hüftendoprothese wie oben beschrieben nicht gerechtfertigt erscheinen lassen: Schraubenverbindungen Schraubenverbindungen sind erfahrungsgemäß bei Hüftendoprothesen nur brauchbar, wenn ein zufällines, ungewolltes Lösen des Kopfes der Prothese von seinem Gewindezapfen mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Eine solche Luxationssicherung kann durch Kleber und/oder Nylocks, d.h. zwischen die Gewinde interponierte Kunststoffkörper bewerkstelligt werden. Nachteilig insbesondere bei Klebern ist, daß eine Entriegelung des Kopfes im Falle der Reoperation nur mit Gewaltanwendung möglich ist, dadurch jedoch wird das Verankerungslager des Femurverankerungsschaftes zerstört. Das Baukastenprinzip ist hierbei infrage gestellt.In this way, when the prosthesis anchoring shaft is firmly seated in the femur a hemi prosthesis can be converted into a total hip prosthesis relatively easily or, after replacing a loosened acetabulum, on the primary implanted prosthesis anchoring stem a new articulating prosthetic head can be put on. The result of this modular principle in the case of reoperation is in addition to one-piece femoral components the previously described surgical technical advantages a significant reduction in the Operating time and the associated operating risks. The longstanding clinical However, experience with the above plug-in connections shows that the advantages of the The modular principle of hip endoprostheses can only really be used if in addition to the perfect, stable anchoring of the intramedullary prosthesis stem in the femur the intactness of the journal bearing carrying the head can be guaranteed. However, this is not without risk using the conventional plug-in connections up to now realize. Depending on the type of connection, the following errors occur on the journal bearing, which means that the intramedullary anchoring stem can be reused one Make the hip endoprosthesis appear unjustified as described above: screw connections Experience has shown that screw connections can only be used for hip endoprostheses if an accidental, unintentional loosening of the head of the prosthesis from its threaded pin can be excluded with absolute certainty. Such a dislocation protection can be done with glue and / or nylocks, i.e. plastic bodies interposed between the threads be accomplished. A disadvantage, especially with adhesives, is that unlocking of the head in the case of reoperation is only possible with the use of force however, the anchorage bearing of the femoral anchorage shaft is destroyed. The modular principle is questioned here.

Konische Steckverbindungen Die bei der Einführung von Prothesenköpfen aus Sinterkeramik notwendigerweise entwickelten konischen Steckverbindungen zur Herstellung einer mechanisch festen und schlupffreien Verklemmung zwischen Lagerzapfen des Verankerungsschaftes und Metall oder Keramikköpfen stellen wegen des Verlustes einer mechanisch sicheren Verbindung im Falle der Reoperation für den neuen Kopf und wegen des unkalkulierbaren Lockerungsrisikos der Femurkomponente beim gewaltsamen Entfernen eines alten Kopfes keine Alternative im Sinne der Gewährleistung des Baukastenprizips dar. Auch hier fehlt die Möglichkeit der leichten Auswechselbarkeit des Kopfes. Hinzu kommt die Zerstörung der Oberfläche der gepaarten Werkstoffe im Lager und dadurch ausgelöste korrosionsähnliche Prozesse, die sowohl die Langzeitfunktion, als auch das Baukastenprinzip infrage stellen.Conical plug-in connections The one used in the introduction of prosthetic heads conical plug connections developed from sintered ceramics for Creation of a mechanically strong and slip-free jamming between bearing journals of the anchoring stem and metal or ceramic heads due to loss a mechanically secure connection in the event of reoperation for the new head and because of the incalculable risk of loosening of the femoral component during violent Removing an old head is not an alternative in terms of guaranteeing the modular principle Here, too, the possibility of the easy interchangeability of the head is missing. Added to this is the destruction of the surface of the paired materials in the warehouse and through this triggered corrosion-like processes that affect both the long-term function, as well as question the modular principle.

Rotations-Endoprothesen Bei den sogenannten Rotationsendoprothesen wird der artikulierende Kopf mittels Steckhülse auf ein am proximalen Aufsitz des Femurverankerungsschaftes der Endoprothese befindlichen, zylindrischen Zapfen im Sinne eines Walzlagers rotierbar aufgesetzt. Diese Kombination gewährleistet einen wünschenswerten Entlastungsmechanismus bei verschleibbedingter Erhöhung der Reibungsmomente zwischen Kopf und Pfanne an der Prothesenverankerung. Dieser scheinbare Vorteil wird jedoch durch die rotationsähnlichen dauernden Bewegungen des Kopfes auf dem Walzlager und dem auf diesem Wege zusätzlich entstehenden Abrieb wieder aufgehoben. Das Abriebphänomen stellt sogar ein so schwerwiegendes Problem auch im Sinne der Korrosionsauslösung und der Bildung von Metallose dar, daß ein solches System aus den dargelegten und damit im Zusammenhang stehenden Problemen nicht zuletzt aus Gründen der Sicherheit abgelehnt werden muß.Rotation endoprostheses With the so-called rotation endoprostheses the articulating head is attached to the proximal seat of the Femur anchoring shaft of the endoprosthesis located, cylindrical pin in Mounted in a rotatable manner in the sense of a roller bearing. This combination ensures you desirable relief mechanism with wear-related increase in the frictional torque between the head and the socket at the denture anchorage. This apparent advantage However, it is caused by the rotation-like constant movements of the head on the Rolling bearings and the additional abrasion that occurs in this way are repealed. The abrasion phenomenon poses such a serious problem even in terms of the Corrosion initiation and the formation of metallosis constitute such a system Last but not least, the outlined and related problems Must be rejected for security reasons.

Vorteilhaft ist die leichte Auswechselbarkeit des Kopfes, die aber aufgrund der den Zapfen zerstrenden Faktoren in Bezug auf das Baukastenprinzip eine völlig untergeordnete Bedeutung hat. Zwar wird im Falle der Reoperation die Intaktheit der stabilen Verankerung nicht gefährdet, aber der Verschleiß am Bolzen des Walzlagers läßt eine risikolose Wiederverwendung eines solchen Schaftes nicht mehr zu. Die praktizierte Methode, bei einteiligen Femurkomponenten im Falle einer intakten Femurschaftverankerung bei Reoperation nur die gelockerte Pfanne bei Totalendoprothesen auszuwechseln und den verschlissenen alten Kopf gegen die neue Pfanne artikulieren zu lassen, ist technisch ebenso unhaltbar, wie der Versuch, neue Köpfe bei Rotations-Hüftendoprothesen unter den vorher beschriebenen Verankerungsbedingungen auf einen verschlissenen Bolzen aufzusetzen. Die unvermeidbare Rotationsbewegung, die mit zunehmendem Kopfdurchmesser intensiviert wird, macht die ERhaltung des OP-technisch wünschenswerten Baukastenprinzips zunichte.The easy interchangeability of the head is advantageous, but that due to the factors destroying the pin in relation to the modular principle a has completely subordinate importance. True, in the case of reoperation, the intactness the stable anchoring is not endangered, but the wear on the bolt of the roller bearing no longer allows a risk-free reuse of such a shaft. the Practiced method for one-piece femoral components in the case of an intact femoral stem anchoring in the case of reoperation only the loosened cup in the case of total endoprostheses to replace and let the worn old head articulate against the new pan, is just as unsustainable from a technical point of view as trying to find new heads for rotational hip prostheses under the previously described anchoring conditions on a worn one Put on bolts. The unavoidable rotational movement that occurs with increasing head diameter is intensified, makes the maintenance of the OP-technically desirable modular principle nullify.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abriebsproduktion bei artikulierenden Materialien innerhalb des Funktionsbereichs der Femurkomponente (Prothesenschaft, Zapfen und gesteckter Gelenkkopf) zu unterbinden und damit ein physiologisch und operationstechnisch vorteilhafteres Baukastenprinzip gegenüber bisherigen Verfahren zu erhalten.The invention is based on the problem of abrasion production articulating materials within the functional area of the femoral component (Prosthesis shaft, pin and inserted joint head) to prevent and thus a Physiologically and operationally more advantageous modular principle compared to to obtain previous procedures.

Die zum Patent angemeldete Erfindung stellt eine Vorrichtung dar, die durch eine formschlüssige Steckverbindung verschleiß- und korrosionsfördernde Bewegungen zwischen den über die Steckverbindung gepaarten Materialien ausschließt. Außerdem gewährleistet diese Vorrichtung bei Reoperationen ein müheloses, ohne Gewaltanwendung mögliches Zusammen-Fügen und Entfernen von Femurverankerungsschaft und Kopf einer Hüftendoprothese, ohne daß dadurch die stabile Verankerung des Prothesenschaftes im Femur gefährdet wird. Erst dadurch ist die Anwendbarkeit des Baukastenprinzips ohne zusätzliche Risiken möglich. Die Vorrichtung erlaubt eine Verbindung von Prothesenkopf und Femurverankerungsschaft einer einzigen tragenden Einheit, wie sie sonst nur bei festverschweißten, einteiligen Femurkomponenten möglich ist, ohne gleichzeitig ihre Nachteile insbesondere für den Fall der Reoperation mit zu beinhalten.The invention for which a patent is pending represents a device the one that promotes wear and corrosion thanks to a form-fitting plug connection Excludes movements between the materials paired via the connector. In addition, this device ensures effortless reoperations without the use of force possible joining and removal of femoral anchoring shaft and head of a Hip endoprosthesis without compromising the stable anchoring of the prosthesis shaft in the femur is at risk. Only then is the modular principle applicable possible without additional risks. The device allows the prosthesis head to be connected and femoral anchorage shaft of a single load-bearing unit, as otherwise only with permanently welded, one-piece femoral components is possible without simultaneously to include their disadvantages, especially in the event of reoperation.

Statisch dynamisch wird durch die zum Pantent angemeldete formschlüssige Steckverbindung eine Prothese im Baukastenprinzip in ihrer Funktion im Vergleich zu einer einteiligen Variante nicht verändert.Statically dynamic becomes through the form-fitting registered as a pantent Plug connection a prosthesis based on the modular principle in their function in comparison not changed to a one-piece variant.

Die Herstellung von Femurverankerungsschäften und im proximalen Bereich befindlichen Zapfen für die Steckverbindung'kann durch diese Vorrichtung im Gegensatz zu Rotations-Hüftendoprothesenaus ein und demselben Material statt aus mit chemo-galvanischen und somit korrosionsauslösenden Prozessen behafteten Verbundlegierungen gefertigt werden.The manufacture of femoral anchoring stems and in the proximal area located pin for the plug connection 'can be contrasted by this device to rotational hip prostheses made from one and the same material instead of chemo-galvanic and thus made of composite alloys subject to corrosion-inducing processes will.

Claims (7)

Steckverbindung für HUftgelenk-Endoprothesen-Köpfe Ansprüche: W Steckverbindung für Köpfe von Hüftgelenkendoprothesen auf dem proximalen Teil ihrer Femur-Verankerungsschäfte dergestalt, daß durch formschlüssige jedoch mechanisch lose Verbindung (Bild 1 ) Abriebproduktion im Zapfenlager (Bild 2 ) vermieden wird, so daß abriebsbedingte, zur Lockerung des Implantats führende Prozesse im Sinne der Metallose vermieden werden. Plug connection for hip joint endoprosthesis heads Claims: W plug connection for heads of hip joint prostheses on the proximal part of their femoral anchoring shafts in such a way that a form-fitting but mechanically loose connection (Fig. 1) Abrasion production in the journal bearing (Fig. 2) is avoided, so that abrasion-related, Processes leading to loosening of the implant in the sense of metallosis avoided will. 2. Vorrichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die formschlüssige Steckverbindung beim intra-operativen Aufbringen des Kopfes auf das Zapfenlager keine Oberflächenbeschädigung an der Kontaktfläche hervorgerufen wird und/oder bei Beanspruchung des Implantats unter Belastung weiterer Beschädigungen an den Passivschichten der über die Steckverbindung gepaarten Werkstoffe vermieden werden, so daß ein hierdurch bedingter, korrosionsauslösender Prozess ausgeschlossen wird. 2. Device according to 1, characterized in that by the form-fitting Plug connection when the head is placed on the journal bearing intra-operatively no surface damage is caused on the contact surface and / or at Stress on the implant with further damage to the passive layers of the materials paired via the plug connection are avoided, so that a conditional, corrosion-inducing process is excluded. 3. Vorrichtung nach 1 und 2 dergestalt, daß durch die vorgenannte Art der Steckverbindung die statisch mechanischen Eigenschaften des Zapfens nicht beeinträchtigt werden. 3. Device according to 1 and 2 such that by the aforementioned Type of plug connection does not affect the static mechanical properties of the pin be affected. 4. Vorrichtung nach 1 dergestalt, daß unter Beibehaltung der mechanisch mühelosen und ohne zusätzliche Abzieh- und Schlaginstrumente zu bewerkstelligende Trennbarkeit des Kopfes von seinem tragenden Zapfen erreicht werden kann , daß beim Luxieren des Kopfes weder die Kontaktfläche des Zapfens, noch die feste Verankerung des Femurteils des Dauerimplantats beschädigt und damit unbrauchbar wird.4. The device according to 1 such that while maintaining the mechanical effortless and can be done without additional extractor and percussion instruments Separability of the head from its supporting pin can be achieved that when Dislocation of the head neither the contact surface of the pin nor the fixed anchorage of the femoral part of the permanent implant is damaged and thus unusable. 5. Vorrichtung nach 1 bis 4 dergestalt, daß dadurch eine Wiederverwendbarkeit eines fest in seiner Verankerung sitzenden Femurschaftes mit seinem Zapfen einer Hüftgelenkendoprothese im Falle der Reoperation risikolos gewährleistet ist und dergestalt, daß dadurch die Austauschbarkeit von Köpfen im Falle der Notwendigkeit der Umstellung einer Hemi- in eine Totalhüftendoprothese oder bei Reoperation nach Lockerung der künstlichen Hüftpfanne an einer Total-Hüftendoprothese im Sinne des Baukastenprinzips ermöglicht wird.5. The device according to 1 to 4 such that it can be reused a femoral shaft firmly seated in its anchorage with its pin one Hip joint endoprosthesis is guaranteed without risk in the event of reoperation and in such a way that this allows the interchangeability of heads in case of need after changing from a hemi to a total hip prosthesis or during reoperation Loosening of the artificial hip socket on a total hip prosthesis in the sense of The modular principle is made possible. 6. Vorrichtung nach 1 bis 5 dergestalt, daß neben den operationstechnischen Vorteilen dieser formschlüssigen Verbidnung sowohl die statisch dynamischen Bedingungen als auch die tribolonischen Eigenschaften einer Femurkopf- Endoprothese im Baukastenprinzip denen einer einteiligen Femurkopf- Endoprothese entsprechen.6. The device according to 1 to 5 such that in addition to the operational Advantages of this form-fitting connection both the statically dynamic conditions as well as the tribolonic properties of a femoral head endoprosthesis based on the modular principle correspond to those of a one-piece femoral head endoprosthesis. 7. Vorrichtung nach 1 und 5 dergestalt, daß der Femur-Verankerungsschaft der Hüftendoprothese zusammen mit seinem Zapfen aus ein und demselben Material hergestellt werden kann und somit eine chemo-galvanisch neutrale Einheit bildet.7. The device according to 1 and 5 such that the femur anchoring shaft the hip endoprosthesis is made from one and the same material together with its pin and thus forms a chemo-galvanically neutral unit.
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