DE2950536A1

DE2950536A1 - Hueftpfanne

Info

Publication number: DE2950536A1
Application number: DE19792950536
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Klaus 2351 Rickling Behrens; Prof. Dr. Harry 1000 Berlin Buse; Hans Erich 2301 Probsteierhagen Harder; Karl M. Dipl.-Ing. 2304 Wendtorf Richter
Original assignee: Ceramtec GmbH; Howmedica International Inc
Current assignee: Stryker Ireland Ltd
Priority date: 1979-12-15
Filing date: 1979-12-15
Publication date: 1981-07-02

Description

Hüftpfanne
Die Erfindung bezieht sich auf eine üftpfanne. Diese ist Bestandteil einer Hüftgelenkprothese, bei der die Gelenkkugel am Ende eines Schaftes geformt ist, der im Oberschenkelknochen befestigt wird. Die Gelenkkugel der Prothese besteht normalerweise aus einer hochwertigen Metallegierung, welche für den speziellen Anwendungszweck besonders geeignet ist. Die Hüftpfanne dagegen besteht zumeist aus einem geeigneten Kunststoff ocer auch aus Keramik. Keramik zeiciinet sich durch verhältnismäßig gute Körperverträglichkeit aus und besitzt zudem eine hohe Festigkeit und einen geringen Reibungskoeffizienten.
Nachteilig sind dagegen ein verhältnismäßig hoher Materialverschweiß und auch die Tatsac, daß insbesondere hei schlecht durchgeführten Implantationen Brüche auftreten können. Ein Materialverschieiß ist insofern abträglich, als das abgeriebene Material vom Körper aufgenommen wird und von diesem verarbeitet werden muß. Es braucht nicht näher ausgeführt zu werden, daß Brüche von Implantaten besonders unangenehm sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hüftpfanne zu schaffen, mit der die obigen Nachteile weitgehend vermieden werden, deshalb eine hohe Sicherheit gegenüber Brüchen aufweisen, geringen Materialverschleiß besitzen und darüberhinaus einfach herstellbar und einsetzbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine äußere Schale aus Keramik und eine innere Schale aus Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen, die axial unverschiebbar und drehfest in der äußeren Schale einsetzbar ist.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Hüftpfanne ist eine Verbundkonstruktion, bei der die äußere Schale aus Keramik ausreichend fest im Acetabulum verankert werden kann und durch die gute Körperverträglichkeit des keramischen Materials im Normalfall keine Abwehrreaktion des Körpers des Patienten hervorruft.
Die innere Schale, welche den Kugelkopf aufnimmt, ist hingegen aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, vorzugsweise Polyethylen. Die dementsprechend weichere Innenschale bildet eine Art Puffer, so daß Stöße zwischen Kugel und Hüftpfanne gedämpft von der Kugel auf die verhältnismäßig harte (spröde) Außenschale übertragen werden und diese mithin nicht Bruchberastungen ausgesetzt ist.
Das hierfür geeignete Kunststoffmaterial zeichnet sich durch einen verhältnismäßig geringen Abrieb aus, so daß durch Materialverschleiß ins Gewicht fallende Beeinträchtigungen nicht auftreten.
Es versteht sich, daß für eine einwandfreie Prothese die Innenschale in der Außenschale lagesicher fixiert ist, d.h.
die Innenschale muß sowohl in Drehrichtung als auch in axialer Richtung in der Außenschale fixiert sein.
Herkömmliche Hüftpfannen werden im Acetabulum mit Hilfe eines Knochenzements befestigt. Eine derartige Befestigung birgt jedoch die Gefahr in sich, daß insbesondere nach einem längeren Zeitraum eine Lockerung eintritt. Daher sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor,.daß die Seitenwand der Schale kegelmantelförmig ist mit einem konischen Gewinde an der Außenseite.
Das Gewinde ist vorzugsweise ein Rundgewinde und mehrgängig, vorzugsweise dreigängig. Mit Hilfe des konischen Gewindes an der Außenseite der Außenschale wird die Außenschale in das Acetabulum eingeschraubt, wobei ein mehrgängiges Gewinde die nötigen Umdrehungen auf ein Mindestmaß herabsetzt. Auch das sog. Anschnäbeln beim Eindrehen der Außensehale wird durch ein mehrgängiges Gewinde erleichtert. Das Gewinde kann mit dem Knochengewebe gut verwachsen, so daß relativ kurze Zeit nach der Implantation eine sichere Verankerung der Außenschale im Acetabulum gewährleistet ist. Diese Verankerung wird noch dadurch erhöht, daß gesäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Gewindegänge durch querverlaufende Nuten unterbrochen sind. Derartige Nuten sind bei Schrauben mit selbstschneidende Gewinde oder bei sog. Gewindeschneidern an sich bekannt. Dort haben sie die Funktion der Späneabfuhr. Bei der Erfindung dienen die Nuten jedoch auch zur Sekundärsicherung gegen Lockerung, indem Gewebe in sie einwächst und die Verankerung verbessert.
Es ist naturgemäß erwünscht, daß das Eindrehen der Außenschale mit möglichst geringen Kräften erfolgen soll, während die Losdrehkräfte möglichst groß sein sollen. Daher sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Nuten so profiliert, daß das in Drehrichtung gesehen vordere Ende eines Gewindegangsegments eine flache und das hintere Ende eine steile Flanke aufweisen. Die steile Flanke, welche z.B. in radialer Richtung verlaufen kann, bietet somit einen großen Widerstand gegen ein ungewolltes Sich-Los-Drehen der Elüftpfanlle.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Außendurchmesser der Gewindegangsegmente vom in Drehrichtung gesehen vorderen zum hinteren Ende stetig etwas zunimmt. Auf diese Weise wirkt jedes Gewindegangsegment beim Eindrehen der Außenschale wie ein Keil, der vorzugsweise maßlich so abgestimmt ist, daß die Knochenverformung im elastischen Bereich stattfindet. Am Ende dieser Keilform und mit Beginn der Quernut endet die Verformung, und es findet im Bereich der Quernut eine Entspannung der Knochensubstanz statt. Ein ungewolltes Sich-Los-Drehen der Außenschale wird dadurch besonders gut verhindert.
Das Außengewinde an der Außenschale erfordert zum Eindrehen in das Acetabulum naturgemäß ein geeignetes Werkzeug. In diesem Zusammenhang sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Innenseite der Außenschale mehrere taschenartige Aussparungen aufweist, die sich vorzugsweise zum freien Rand der Außenschale öffnen. In die taschenartigen Aussparungen können z. B. Stifte eines Eindrehwerkzeuges eingreifen. Die taschenartigen Aussparungen haben jedoch noch eine weitere Aufgabe. Denn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Innenschale an der Außenseite Erhebungen auf, die formschlüssig mit den Aussparungen in Eingriff bringbar sind.
Die Erhebungen oder Nocken können formschlüssig in die taschenförmigen Aussparungen eingreifen und somit eine Drehung der Innenschale gegenüber der keramischen Außenschale verhindern.
Die Innenschale soll, wie erwähnt, fest in der Außenschale sitzen. In diesem Zusammenhang sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Innenraum der Außenschale über den größten Teil seiner Länge konisch ausgebildet ist und die Außenseite der Innenschale ebenfalls konisch ausgebildet ist und passend in den konischen Raum der Außenschale einsetzbar ist. Der konische Innenraum der Außenschale zentriert die Innenschale. Außerdem werden die axialen Kräfte über eine derartige Konusverbindung von der Innen- auf die Außenschale übertragen.
Die Innenschale soll nach Möglichkeit in der Außenschale auch in entgegengesetzter Richtung axial gesichert sein.
In diesem Zusammenhang schlägt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Innenseite der Außenschale im Bodenbereich eine eine Hinterschneidung bildende Ausnehmung, vorzugsweise eine Ringnut aufweist, und an der Außenseite der Innenschale ein elastisch verformbarer Vorsprung, vorzugsweise ein ringförmiger Vorsprung, angeformt ist, der rastend mit der Ausnehmung in Eingriff bringbar ist. Beim Einsetzen der Innenschale in die Außenschale schnappt der elastisch verformbare Vorsprung, beispielsweise ein ringförmiger Wulst, in die entsprechende Ausnehmung in der Außenschale und garantiert somit die axiale Fixierung der Innenschale in der Außenschale.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Innenschale an der offenen Seite einen radialen Flansch auf, dessen flache Unterseite im Einbauzustand ruicet gegen dvie flache Stirnseite der Außenschale anliegt. Der Radialflansch kann eine Fixierungsbohrung zur Aufnahme und Positionierung am Einsetzgerät aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Zahl der taschenartigen Ausnehmungen der Außenschale größer ist als die der Erhebungen der Innenschale und die Achse der kugelförmigen Ausnehmung der Innenschale zur Achse der Außenkontur versetzt liegt. Dadurch besteht die Möglichkeit, in geringem Umfang die Lage des Femur-Prothesen-Kopfes in bezug auf die bereits eingeschraubte Keramikpfanne zu variieren. Es versteht sich, daß für diesen Zweck die Teilung der taschenartigen Ausnehmungen so gewählt ist, daß die Innenschale um jeweils einen Winkel versetzt zur Außenschale angeordnet werden kann, der zwischen benachbarten Ausnehmungen gebildet ist. Beispielsweise können drei Erhebungen im gleichen Umfangsabstand an der Innenschale vorgesehen sein, während die Außenschale zz taschenartige Ausnehmungen aufweist.. Bei dieser Ausführung kann die Innenschale jeweils um 3C ° gedreht werden. Dabei ist jedoch anzustreben, daß der Bereich der Innenschale mit der größten Wandstärke in der Zone der größten Belastung und des größten Verschleißes zu liegen kommt.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Hüftpfanne wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf die offene Seite der Außenschale der erfindungsgemäß ausgebildeten Hüftpfanne.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Außenschale nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf die geschlossene Seite der Außenschale.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Innenschale.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die geschlossene Seite der Innenschale nach Fig. 4.
Bevor auf die in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten näher eingegangen wird, sei vorangestellt, daß jedes der gezeigten und beschriebenen Merkmale für sich oder in Verbindung mit Merkmalen der Ansprüche von erfindungswesentlicher Bedeutung ist.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Außenschale einer Prothesenhüftpfanne besitzt eine konische Seitenwand 10 und eine Bodenwand 11. Die Bodenwand 11 ist an der Innenseite eben und an der Außenseite kugelkappenförmig gewölbt. An der Außenseite ist die Seitenwand 10 mit einem dreigängigen konischen Rundgewinde 12 versehen. Aus den Fig. 1 bis 3 entnimmt man, daß quer zu den Gewindegängen Nuten 13 eingeformt sind.
Die Nuten 13 bilden einzelne Gewindegangsegmente 14. Die in Drehrichtung 15 gesehen vorderen Flanken 16 der Gewindegangsegmente sind verhältnismäßig flach, während die in Drehrichtung 15 gesehen hinteren Flanken 17 steil geformt sind, im vorliegenden Fall radial zur Achse der Außenschale verlaufen.
Mithin ist der Querschnitt der Nuten 13 asymmetrisch, und die Nutwände bzw. die Flanken 16, 17 an der Nut 13 bilden einen Winkel von 75 0. Der Nutgrund ist gerundet.
Wie man im übrigen Fig. 1 ferner entnimmt, sind die Nuten 13 in einem Umfangsabstand von 45 ° angeordnet.
Aus Fig. 1 ist weiterhin zu erkennen, daß die Flankenhöhe der einzelnen Gewindegangsegmente 14 nicht konstant ist. Der maximale Außendurchmesser des aus der Sicht in Fig. 1 zu sehenden Gewindeganges ist mit der strichpunktierten Bogenlinie 18 bezeichnet. Daran ist zu ersehen, daß der Außendurchmesser eines Gewindegangsegmentes stetig von der vorderen Flanke 16 bis zur hinteren Flanke 17 zunimmt. Der Unterschied im Radius beträgt annähernd 1 mm.
Mit Hilfe des Gewindes 12 WiLd die Außenschale nach den Fig. 1 bis 3 in das Acetabulum eingeschraubt, wobei die einzelnen Gewindesegmente durch ihre positive Hinterschneidung eine Primärsicherung gegen Lockerung durch partiell elastische Verformung der Knochensubstanz bewirken. Jedes Gewindesegment 14 wirkt beim Eindrehen der Außenschale wie ein Keil, der maßlich so abgestimmt ist, daß die Knochenverformung im elastischen Bereich stattfindet. Am Ende der Keilform und mit Beginn der Quernut 13 endet die Verformung, und es findet im Bereich der Quernut eine Entspannung der Knochensubstanz statt. Dadurch wird das ungewollte Sich-Los-Drehen der Außenschale verhindert. Die quer verlaufenden Nuten dienen als Sekundärsicherung gegen eine Lockerung durch einwachsendes Gewebe.
Die Stirnseite 19 der Außenschale ist eben.Zwflf taschenförmige Aussparungen 20 sind in die Innenwand der Außenschale geformt. Sie münden nach außen in die Stirnseite 19. Die Kontur der Aussparungen 20 ist insbesondere anhand von Fig. 1 zu erkennen. Die Aussparungen 20 sind in gleichmäßigem Winkelabstand von 30 0 angeordnet.
Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Innenseite 25 der Außenschale konisch ist. Im Bodenbereich weitet sich der Innenraum zu einer ringförmigen Nut 22 auf. Die Nut 22 besitzt eine kegelmantelartige Wand 23 im Anschluß an die Innenseite 21. Der Nutgrund ist gerundet und geht übergangslos in die flache Innenseite der Bodenwand 11 über. Die Bodenwand 11 besitzt im übrigen eine zentrische Durchbohrung 24. Sie gestattet einen Druckausgleich von gasförmigen und flüssigen Medien.
Während die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Außenschale aus Keramik besteht, ist die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Innenschale aus Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen geformt.
Sie besitzt ebenfalls eine konische Seitenwand, welche mit 30 bezeichnet ist. Durch eine zur Achse 31 der Außenkontur versetzte kugelige Ausnehmung 32 ergibt sich eine unterschiedliche Wandstärke für die Seitenwand 30. Die Stirn-oder Bodenwand ist mit 33 bezeichnet. Die Außenseite 34 der Seitenwand 30 ist passend zur Innenseite 21 der Außenschale gebildet, so daß die Innenschale in der Außenschale wirksam zentriert werden kann und die axialen Kräfte von der Innenauf die Außenschale übertragen werden können. Wie man aus Fig. 4 entnimmt, ist in die Außenseite 34 eine ringförmige Nut 35 eingeformt, durch die ein ringförmiger, sich radial erstreckender Wulst 36 gebildet ist. Die Außenseite der Bodenwand 33 besitzt einen ringförmigen axial erhabenen Absatz 37, der an der Außenseite eben ist.
An der offenen Seite weist die Innenschale einen radialen Flansch 38 auf, der an beiden Seiten durch ebene radiale Flächen begrenzt ist. Wie aus Fig. 5 in Verbindung mit Fig. 4 zu ersehen, sind an der Außenseite 34 drei radiale Erhebungen oder Vorsprünge 38 angeformt, die sich bis zur Unterseite des radialen Flansches 38 erstrecken. Die Erhebungen 38 sind in gleichäßigem Umfangsabstand von 120 ° angeordnet.
Wird die Innenschale nach den Fig. 4 und 5 in die Außenchl nach Fig. 1 bis 3 eingesetzt, verformt sich zunächst der ringförmige Wulst 36 in die Nut 35 hinein, bis er in die ringförmige Nut 22 der Außenschale einschnappen kann. Ist dies geschehen, liegt die Außenseite 34 der Wand 30 satt an der Innenseite 21 der Seitenwand 10 der Außenschale an, um wirksam axiale Kräfte übertragen zu können. Voraussetzung ist jedoch, daß die drei Erhebungen 38 in drei der taschenförmigen Aussparungen 20 formschlüssig einsitzen. Da insgesamt zwe]f Aussparungen 20 vorgesehen sind, kann die Innenschale in gegeneinander verdrehten Positionen in die Außenschale einge -setzt werden. Die Unterseite des radialen Flansches 38 der Innenschale liegt dabei nichtgegen die Stirnseite 19 der Außenschale an.
Die taschenförmigen Aussparungen 20 haben nicht nur die Aufgabe, die Drehsicherheit der Innenschale herbeizuführen, sondern dienen auch als Aufnahmeöffnungen für ein entsprechendes Eindrehwerkzeug, damit die Außenschale in das Acetabulum eingeschraubt werden kann.
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Claims

A n s p r ü c h e ~.

Hüftpfanne, gekennzeichnet durch eine Außenschale aus Keramik und eine Innenschale aus Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen, die axial unverschiebbar und drehfest in der Außenschale einsetzbar ist.
2. Hüftpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (10) der Außenschale kegelstumpfförmig ist mit einem konischen Gewinde (12) an der Außenseite.
3. Hüftpfanne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde ein Rundgewinde ist.
4. Hüftpfanne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (12) mehrgängig ist, vorzugsweise dreigängig.
5. Hüftpfanne nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge durch querverlaufende Nuten (13) unterbrochen sind.
6. Hüftpfanne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (13) so profiliert sind, daß das in Drehrichtung gesehen vordere Ende (16) eines Gewindegangsegmentes (14) eine flache und das hintere Ende (17) eine steile Flanke aufweist.
7. Hüftpfanne nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenrlzeichnet daß der Außendurchmesser der Gewindegangsegmente (14) vom in Drehrichtung gesehen vorderen zum hinteren Ende stetig etwas zunimmt.
8. Hüftpfanne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite (21) der Außenschale mehrere taschenartige Aussparungen (20) aufweist, die sich vorzugsweise zum freien Rand der Außenschale öffnen.
9. Hüftpfanne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale an der Außenseite Erhebungen (38) aufweist, die formschlüssig mit den Aussparungen(20) in Eingriff bringbar sind.
10. Hüftpfanne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Außenschale iiber den größten Teil seiner Länge konisch ausgebildet ist und die Außenseite (34) der Innenschale ebenfalls konisch ist und passend in den konischen Raum der Außenschale einsetzbar ist.
11. Hüftpfanne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeicbnet, daß die Innenseite der Außenschale im Bodenbereich eine eine Hiricrschneidug bildende Ausnehmung, vorzugsweise eine Ringnut (22) aufweist und an der Außenseite der Innenschale ein elastisch verformbarer Vorsprung, vorzugsweise ein ringförmiger Vorsprung (36) angeformt/ist, der rastend mit der Ausnehmung in Eingriff bringbar ist.
12. Hüftpfanne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadul-cll gekennzeichnet, daß die Innenschale an der offenen Seite einen radialen Flansch (38) aufweist, dessen flache Unterseite im Einbauzustand nicht genen die f]ac.e Stirncieite (19) der Außenschale anliegt.
13. Hüftpfanne nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der taschenartigen Ausnehmungen (20) derAußenschale größer ist als die der Erhebungen (38) der Innenschale und die Achse der kugelförmigen Ausnehmullg (32) der Innenschale zur Achse (31) der Außenkontur versetzt liegt.
14. lltftpfanne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (11) der Außenschale eine durchgehende Öffnung (24) hat.