DE3049219A1

DE3049219A1 - Alloplastics endoprosthesis component - has annular grooves in fixing surface at acute angles to plane of cap mouth

Info

Publication number: DE3049219A1
Application number: DE19803049219
Authority: DE
Inventors: Heinz-Joachim Dipl.-Chem. Dr. 6301 Wettenberg Mäurer; Josef 6300 Gießen Winkler
Original assignee: Schunk and Ebe GmbH
Current assignee: Schunk and Ebe GmbH
Priority date: 1980-12-27
Filing date: 1980-12-27
Publication date: 1982-07-29

Abstract

The alloplastics endoprosthesis component is partic. in the form of a femoral cap or socket for a two-shell internal artificial hip joint, having a fixing surface with grooves, secured by a thin layer of cement. The fixing surface (3) has annular grooves (4), whose extended planes form acute angles (5) with the plane (2) of the cap or socket mouth and also with each other. The acute angles can be between 10 and 45 deg., and there can be from 2 to 5 annular grooves, each of them enclosing the pole of the component.

Description

Alloplastisches Endoprothesenteil, insbesondereAlloplastic endoprosthesis part, in particular

Femurklappe oder Gelenkpfanne einer Zweischalenhüftgelenkendoprothese Die Erfindung betrifft ein alloplastisches Endoprothesenteil, insbesondere die Femurkappe oder Gelenkpfanne einer Zweischalenhüftgelenkendoprothese mit einer mittels einer dünnen Zementschicht zu befestigenden, Nuten aufweisenden Befestigungsfläche.Femoral valve or socket of a double-shell hip joint endoprosthesis The invention relates to an alloplastic endoprosthesis part, in particular the femoral cap or socket of a double-shell hip joint endoprosthesis with a by means of a thin cement layer to be fastened, grooves having fastening surface.

Hei der Versorgung von erkrankten menschlichen Hüftgelenken wird angestrebt, so wenig Knochen wie möglich zu reserzieren.The aim is to care for diseased human hip joints resect as little bone as possible.

Dies bedingt den nachfolgenden Einsatz möglichst dünner Zementschichten zur Befestigung der Endoprothese an dem Knochen. Zur besseren Verankerung der Endoprothese wurden Oberflächenstrukturierungen der Endoprothesenbefestigungsfläche in verschiedenen Formen bekannt.This requires the subsequent use of the thinnest possible cement layers for fastening the endoprosthesis to the bone. For better anchoring of the endoprosthesis surface structures of the endoprosthesis attachment surface in different Forms known.

Einerseits sind Oberflächenstrukturierungen der Endoprothesenbefestigungsflüche durch Ausbildung von mehr oder weniger starken Erhebungen bekannt. So sind z.B. prothetische Gelenkpfannen mit einer halbkugelförmigen Schale bekannt, die auf ihrer Außenseite mehrere ringförmigen Rippen aufweisen, DE-PS 20 39 731. Bekannt sind auch schalenförmige Pfannen für eina Prothese, DE-OS 28 57 297, wo an der Außenseite der Pfanne mehrere elastische Vorsprünge vorhanden sind, die über die Hüllfläche der Pfannenaußenseite vorstehen. Weiter sind Hüftkopfklappen in Form einer flohlkugelhälfte bekannt, die an der Befestigungsfläche eine Oberflächenunebenheit, insbesondere eine Erhebung in Form einer Rippe mit dreieckförmigem Querschnitt aufweisen, DE-OS 25 12 407. Die gleichmäßig auf den Umfang verteilten Rippen verlaufen meridial vom Scheitelpunkt zum Rand. Der Zweck dieser Lösungen, n-imlich die bessere Verankerung sowie die Verloinderunq größerer Relativbewegungen, wird nur zeitweiliy erreicht. Durch die scharfkantige Form der Rippen wird infolge Kerbwirkung der Bruch der Zementschicht im Bereich der Rippen erleichtert.On the one hand, there are surface structures of the endoprosthesis fastening surfaces known from the formation of more or less strong elevations. E.g. Prosthetic joint sockets are known with a hemispherical shell resting on their Have several annular ribs on the outside, DE-PS 20 39 731. Are known also shell-shaped pans for a prosthesis, DE-OS 28 57 297, where on the outside the pan has several elastic projections that extend over the envelope surface protrude from the outside of the pan. There are also femoral head valves in the form of a half-ball known to have a surface unevenness on the mounting surface, in particular have an elevation in the form of a rib with a triangular cross-section, DE-OS 25 12 407. The ribs, evenly distributed over the circumference, run meridially from the Vertex to edge. The purpose of these solutions, namely the better anchoring as well as the linking of larger relative movements is only possible temporarily achieved. The sharp-edged shape of the ribs results in a notch effect the breakage of the cement layer in the area of the ribs facilitates.

Da durch die Rippen die Zementschicht in einzelne Streifen bzw. Bereichaufgeteilt ist, kommt es nach einsetzender Lockerung zu immer stärkerem Zementabrieb. Nach einem weiteren Stadium können grobe Knochenzementstücke abgeschert werden, die eine zerstörerische Wirkung auf die Knochenoberfläche ausüben können. Because the cement layer is divided into individual strips or areas by the ribs is, after the onset of loosening, increasingly stronger cement abrasion occurs. To At a further stage, coarse pieces of bone cement can be sheared off can have a destructive effect on the bone surface.

Es ist weiter bekannt, die tragende Befestigungsflächen mit allseits begrenzt ausgebildeten Vorsprüngen zu versehen, die Vorsprünge sind vorzugsweise kugelig ausgebildet, DE-OS 28 19 178. Diese Oberflächenstrukturierung erlaubt im Gegensatz zu der Anordnung von Rippen weitgehend geschlossene bzw. netzartige dünne Zementschichten. Nachteilig ist jedoch, daß diese kugelförmigen Oberflächenstrukturierungen noch mehr, als dies bereits für die Rippen gilt, nur auf Befestigungsflächen von Metallprothesen aufgebracht werden können, da man sich hierzu Gieß- bzw. It is also known to use the load-bearing mounting surfaces on all sides to provide limited projections, the projections are preferably spherical, DE-OS 28 19 178. This surface structure allows im In contrast to the arrangement of ribs, largely closed or network-like thin Cement layers. However, it is disadvantageous that these spherical surface structures even more than it already applies to the ribs, only on mounting surfaces of Metal prostheses can be applied, as this requires casting or

Schweiß oder Lötverfahren bedienen muß. Must use welding or soldering processes.

Zum anderen sind alloplastische Endoprothesenteile bekannt die auf der Befestigungsfläche Vertiefungen zum Zwecke der Oberflächenstrukturierung aufweisen. So sind bereits prothetische Gelenkpfannen bekannt, bei denen die Schale auf ihrer Außenfläche Nuten aufweist, US-PS 2 668 531, um sie unverrückbar in Acrylzement einzubetten, welcher in einer antsprechen präparierten Höhlung im Knochenmaterial eingebracht ist. Die Nuten sind vorzugsweise schalbenschwanz förmig ausgebildet. On the other hand, alloplastic endoprosthesis parts are known the fastening surface have depressions for the purpose of surface structuring. So prosthetic joint sockets are already known in which the shell on their Outer surface has grooves, U.S. Patent 2,668,531, to make them immovable in acrylic cement to embed, which in an responding prepared cavity in the bone material is introduced. The grooves are preferably formed in the shape of a shell.

Es ist weiter eine Hüftgelenkkappe bekannt, DE-CM 77 14 799, bei der die Innenfläche ein Raster, bestehend aus parallelen, lich -reuzenden Nuten, vorzugsweise mit winkliger Querschnittsfigur, aufwist. Zusätzlich können die Innenflächen mehrere meridial veriaufende Rillen aufweisen, die breiter als die Nuten sind. Die Rillen verlaufen mexidial, während die eine Schar gluten senkrecht auf die Rillen treffen, während die andere Schar annähernd meridial verläuft.There is also a hip joint cap known, DE-CM 77 14 799, in which the inner surface is a grid, consisting of parallel, Lich-crossing grooves, preferably with angled cross-sectional figure, up. In addition, the inner surfaces can have several have meridial grooves that are wider than the grooves. The grooves run Mexican, while a group of gluten meet vertically on the grooves, while the other set runs approximately meridially.

Es hat sich gezeigt, daß bekanntgewordene Oberflächenstrukturierungen nicht universell einsetzbar sind, daß insbesondere für keramische Materialien wie Aluminiumoxid, Kohlenstoff, Graphit oder Siliciumcarbid-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe optimale Lösungen fehlen. Bei Endoprothesenteilen aus keramischen Materialien sind Erhöhungen schon aus fertigungstechnischen Gründen unzweckmäßig.It has been shown that surface structures that have become known are not universally applicable that in particular for ceramic materials such as Aluminum oxide, carbon, graphite or silicon carbide-carbon composites there are no optimal solutions. In the case of endoprosthesis parts made of ceramic materials Elevations are inexpedient for manufacturing reasons.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde cin Endoprothesenteil mit einer Nuten aufweisenden Befestigungsfläche zu schaffen, die auch bei Verwendung dünner Zementschichten einen festen und dauerhaften Verbund gewährleistet, ohne den mechanischen Zusammenhang der Zementschicht zu gefahren und ohne im Falle einer unerwünschten Lockerung des Verbundes zu erhöhter Abrasion zu führen. Wichtige zu erfüllende Anforderungen sind gute Verdrehsicherheit, einfache lIerstellbarkeit, vom Material unabhängige Gestaltung sowie möglichst geringe Schwächung der Endoprothesenfestigkeit.The present invention is accordingly based on the object cin To create endoprosthesis part with a fastening surface having grooves, which a firm and permanent bond even when using thin layers of cement guaranteed without affecting the mechanical connection of the cement layer and without increased abrasion in the event of an undesired loosening of the bond respectively. Important requirements to be met are good security against rotation, simple ones Creatability, design independent of the material and the lowest possible weakening the endoprosthesis strength.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Befestigungsfläche Ringnuten aufweist, deren gedachte Verlängerungsebenen mit der Pfannen- bzw. Kappeneingangsebene sowie untereinander spitze Winkel einschließen.To solve this problem it is provided according to the invention that the mounting surface has annular grooves whose imaginary extension planes with the socket or cap entry level and include acute angles with each other.

Der Winkel beträgt normalerweise 10 bis 45 Zur Trloöhunq der Haftfläche sollte eine möglichst hohc Zahl von sich schneidenden Ringnuten vorgeseìlen werden.The angle is usually 10 to 45 to the depth of the adhesive surface As high a number of intersecting grooves as possible should be provided.

Andererseits müssen die zunehmende Schwächung der Prothesenfestigkeit sowie die höheren Kosten mit zunehmender Anzahl der Ringnuten berücksichtigt werden. Anordnungen mit 2 bis 5 Ringnuten haben sich als vorteilhaft erwiesen. Eine vorteilhafte Anordnung besteht darin daß jede einzelne Ringnut den Pol des Endoprothesenteils umschließt.On the other hand must the increasing weakening of the prosthesis strength as well as the higher costs with increasing number of ring grooves are taken into account. Arrangements with 2 to 5 ring grooves have proven to be advantageous. An advantageous one Arrangement is that each individual annular groove the pole of the endoprosthesis part encloses.

Die Nuten sind normalerweise in ihrem Grund abgerundet.The grooves are usually rounded in their base.

Das Verhältnis von Breite zu Tiefe der Nut beträg vorzugsweise 5 : 1 bis 1 : 1, die Tiefe der Nut o, 4 bis 2 nun, wobei die besonders bevorzu<;t-en tJ'eilc bei 1 mm liegt.The ratio of width to depth of the groove is preferably 5: 1 to 1: 1, the depth of the groove o, 4 to 2 now, with the particularly preferred <; t-en tJ'eilc is 1 mm.

Die erfindungsgemäßte Gestaltung der Befestigungsfläche führt trotz ihrer Einfachheit zu nennenswerten Vorteilen.The inventive design of the fastening surface leads despite their simplicity to significant advantages.

Durch die Anordnung der Rinynuten in einem spitze Winkel von 1o bis 45 ° zu der Pfannen- bzw. Kappeneingangsebene erleidet die Prothese eine Materialschwächung nur in solchen Richtungen, in denen nicht die Hauptbeanspruchungen auftreten. Spannungsspitzen treten nämlich bei halbkugeligen Gebilden wie Pfanne und Kappe vorwiegend in meridialer und circumferentialer Richtung auf.Due to the arrangement of the ring grooves at an acute angle from 1o to The prosthesis suffers from material weakening at 45 ° to the socket or cap entry plane only in those directions in which the main stresses do not occur. Voltage peaks namely occur in hemispherical structures such as the pan and cap predominantly in a meridial manner and circumferential direction.

Es ist hervorzuheben, daß durch die spezifische Anordnung der Nuten ein ausreichender Schutz gegen Verdrehung und Lockerung erzielt wird. Für die Stabilität der Zementschicht sind Vertiefungen in der Befestigungsfläche günstiger als Erhebungen, da keinerlei Kerbwirkuncj auf die Zementschicht ausgeübt wird. Die Rundung der Nuten in ihrem Grund minimiert andererseits die Kerbwirkung auf das Prothesenmaterial.It should be emphasized that due to the specific arrangement of the grooves adequate protection against twisting and loosening is achieved. For stability the cement layer, depressions in the fastening surface are more favorable than elevations, since no notch effect is exerted on the cement layer. The rounding of the grooves on the other hand, it minimizes the notch effect on the prosthesis material.

die erfindungsge ist (;estaltung ist bei allen bekannten Protlesenworksttoffen, wie z.B. Metall, Kunststoff oder keramischen Material verwendbar. Besonders vorteilhaft hat sie sich bei Prothesen aus keramischem Material, wie Kohlenstoff, Graphit, Siliciumcarbid oder Siliciumcarbid-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff erwiesen.the erfindungsge is (; design is in all known Protlesenworksttoffen, such as metal, plastic or ceramic material can be used. Particularly beneficial she has found herself with prostheses made of ceramic material such as carbon, graphite, silicon carbide or silicon carbide-carbon composite.

Die erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung hat sich hier meridial und/oder circumferential angeordneten Nuten, Lochreihen und versetzt angeordneten Lochreihen überlegen gezeigt, da bei gleicher Nuten- bzw. Lochtiefe eine deutliche geringere Prothesenschwächung feststellbar war. Die Prothesenfestigkeit einer erfindungsgemäßen Prothese ist nur unwesentlich geringer als die Festigkeit einer Prothese ohne Oberflächenstrukturierung. Dieses überraschende Ergebnis wird durch Vergleichsmessungen bestätigt.The surface structuring according to the invention has become meridial here and / or circumferentially arranged grooves, rows of holes and staggered ones Rows of holes shown superior, as a clear one with the same groove or hole depth lower prosthesis weakening was noticeable. The prosthesis strength of an inventive The prosthesis is only slightly less than the strength of a prosthesis without surface structuring. This surprising result is confirmed by comparative measurements.

Ober f 1 ächens tru kturierung Verdreh- Abzugs- Bruchsicher- sicher- last heit heit kN 1 . ohne e - - 87 maridial angeordnete Nuten + - 50 3. moridial angeordnete Vertiefungsreihe + - 50 4. circumferential angeordnete Ringe - + 81 5. meridial angeordnete Nuten und + + 52 circumferential angeordnete Ringe gegeneinander versetzte Vertiefungen + - 64 7. Drei sich schneidende Ringnuten , als + t 84 erfindungsgemäße Lösung + gut - weniger befriedigend Die Tabelle gibt die Bruchlasten wieder, die bei Abdrückversuchen von Kappen aus Siliziumcarbid-Kohlenstoff- Verbundwerkstoff erhalten wurden. Der Kappenaussendurchmesser betrug jeweils 44 mm, die Wandstärke 5 mm. Die Tiefe der Oberflächenstrukturen 1 mm, der Querschnitt der Vertiefungen entsprach einem Halbkreis.Surface structuring Twist Trigger Break Safe Safe load is kN 1. without e - - 87 grooves arranged maridally + - 50 3. moridially arranged row of wells + - 50 4th circumferentially arranged rings - + 81 5. meridially arranged grooves and + + 52 circumferentially arranged rings against each other offset depressions + - 64 7. Three intersecting annular grooves, as + t 84 according to the invention Solution + good - less satisfactory The table shows the breaking loads that when attempting to push off caps made of silicon carbide-carbon composite material were obtained. The outer diameter of the cap was 44 mm and the wall thickness 5 mm. The depth of the surface structures 1 mm, the cross section of the depressions corresponded to a semicircle.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert.The invention is referred to below using an exemplary embodiment further explained on a drawing.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße, schalenförmige Gelenkpfanne.Fig. 1 shows a side view of a cup-shaped according to the invention Joint socket.

Die Gelenkpfanne 1 weist eine Pfanneneingangsebene 2, 2a, eine innere, nicht dargestellte Gleitfläche sowie eine äußere Befestigungsfläche 3 auf. in der Befestigungsfläche 3 sind 3 Ringnuten 4a, 4b und 4c eingelassen, die mit der gedachten Verlängerung der Pfanneneingangsebene 2a sowie untereinander spitze Winkel (5a, 5b) einschließen.The joint socket 1 has a socket entrance plane 2, 2a, an inner, sliding surface, not shown, as well as an outer fastening surface 3. in the Fastening surface 3 are 3 ring grooves 4a, 4b and 4c let in, the imaginary with the Extension of the socket entrance plane 2a as well as acute angles between each other (5a, 5b).

Fig. 2 gibt eine Draufsicht auf die Pfanne gem-iß Fig. 1 wieder.FIG. 2 shows a plan view of the pan according to FIG. 1.

Drei Ringnuten (4a, 41>, 4c) siiid derart aus der Befestigungsfläche 3 angeordnet, daß jede einzelne Ringnut den Pol (, 11111-schließt.Three annular grooves (4a, 41>, 4c) emerge from the fastening surface in this way 3 arranged so that each individual ring groove closes the pole (, 11111-.

Hier ist nur ein Ausführungsbeispiel gezeigt, es könnten jedoch auch wesentlich mehr Ringnuten, die auch nicht sämtlich den Pol umschließen müßten, auf der Befestigungsfläche angebracht werden.Only one embodiment is shown here, but it could also considerably more ring grooves, which also do not have to all enclose the pole attached to the mounting surface.

Auf die Darstellung einer Femurkappe, bei der die innere Fläche die Befestigungsfläche am Knochen ist, konnte verzichtet werden, da die Draufsicht von Fig. 2 auch die Verhål-tnisse bei der Kappe zeigt, wobei 1 dann die innere Bc-E(stigungsflticlle wcjre.On the representation of a femoral cap, the inner surface of which the The attachment surface to the bone could be dispensed with, since the top view of Fig. 2 also shows the situation in the case of the cap, with 1 then the inner Bc-E (stigungsflticlle wcjre.

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Claims

P a t e n t a n s p r ii c 1 h - to e 1. Alloplastic endoprosthesis part, in particular the femoral cap or socket of a double-shell hip joint endoprosthesis, with a grooves to be fastened by means of a thin layer of cement Fastening surface, d u r g e k e n n n z e i c h u c L, that the Ucf estigungsf Lache (3) has annular grooves (4), dereti imaginary extension planes (4 /) with the Pan or

Include the cap entry level (2) as well as acute angles (5) below each other.

2. Endoprosthesis part according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the acute angle (5) between 10 ° and 45 is.

3. Endoprosthesis part according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the number of annular grooves is 2 to 5.

4. Endoprosthesis part according to claim 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that each individual ring nut (4) the pole (6) of the endoprosthesis part (1) encloses.

5. Endoprosthesis part according to claim 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i h n e t that the annular grooves (4) are rounded in their base.

6. Endoprosthesis part according to claim 1 to 5, d a d u r c h g e k e It is noted that the ratio of width to depth of the groove is 5: 1 to 1 : 1 is.

7. Endoprosthesis part according to claim 1 to 6, d a d u r c h g e k e It is noted that the depth of the groove is 0.4 to 2 mm.