DE3130732C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenkpfanne zur zementfreien Implantation in einer Knochenausnehmung mit einer Vielzahl von Löchern zur Verankerung einwachsender Knochensubstanz.

Es ist bekannt, die zementfreie Haftung eines Implantats am Knochen dadurch zu verbessern, daß die Implantatoberfläche mit einer Vielzahl von kleinen oder großen Ausnehmungen versehen wird, in die später der Knochen einsprossen kann. Feinporige Oberflächenstruktur wird beispielsweise in der DE-OS 26 14 169 empfohlen. Die meisten Entwicklungen bevorzugen grobere Öffnungsstrukturen, die durch Hinterschneidungen oder hinter einem durchbrochenen Bauteil liegende Erweiterungen gekenn­ zeichnet sind, so daß das durch einen verengten Querschnitt einwachsende Knochenmaterial sich in der dahinterliegenden Erweiterung verankern kann. Beispielsweise empfiehlt die DE-OS 27 30 004 die Belegung der Prothesenoberfläche mit einer Schicht von sphärischen Verankerungskörpern. Die DE-OS 29 32 744 offenbart eine Implantatoberfläche mit einer Viel­ zahl von Vertiefungen, die sich hinter einer engen Stelle erweitern. Die DE-OS 26 34 954 und DE-OS 28 51 598 empfehlen einen rohrförmigen Prothesenschaft, der Bohrungen enthält. Die DE-OS 28 42 847, DE-OS 24 04 214, DE-OS 27 58 541 und DE-GM 76 19 986 schlagen vor, um einen Prothesenschaft herum einen von einem Lochblech oder einem Drahtgewebe gebildeten Mantel zu bilden, wobei das Knochengewebe durch die Öffnungen dieses Mantels hindurch wachsen und sich in dem weiteren Zwischenraum zwischen dem Mantel und dem Prothesenschaft verankern kann. Die DE-OS 21 38 881 offenbart ein offenporiges Gewebe, das am Implantat zur Verankerung des Knochengewebes anvulkanisiert ist. Schließlich ist es aus Ztschr. Orthopädie f. 1974, 27-33, bekannt, das Implantat mit groben Rippen zu versehen, zwischen die der Knochen einwachsen kann.

Infolge der Er­ weiterung dieser Hafträume nach außen hin entstehen breitbasige, poröse Annagelungsspitzen, so daß die gesamte Oberfläche ein igelförmiges Aussehen erhält. Diese Spitzen werden beim Ein­ bringen der Pfannenprothese in die spongiöse Knochenmasse des Pfannenlagers eingetrieben, so daß eine feste primäre Fixation vorliegt. Das einwachsende Knochenmaterial kann sich entsprechend dem üblichen physiologischen Aufbau von Knochen ausbilden, d. h. in den weiten Bereichen der Haft­ räume als vielfach verstrebtes Fachwerk aus kleinen Knochen­ bälkchen, von denen im weiteren Vordringen immer mehr in die spongiösen Hohlräume der Prothesenwandung abgezweigt werden, so daß im Idealfall nur noch ein Knochenbälkchen vor der Zentralperforation an der inneren Grenzschicht endet. Das bedeutet, daß die unregelmäßigen, porösen Knochen­ pyramiden mit den Spitzen an der inneren Grenzschicht und die unregelmäßigen, porösen Pfannenpyramiden mit den Spitzen in entgegengesetzter Richtung sich zunächst grobmechanisch verzahnen und dann aber auch auf Grund der Mikroporosität beider Komponenten feinmechanisch durchdringen und verflechten. Die Prothese ist auf Grund ihres Konstruktionsprinzips in besonderem Maße geeignet, die an die heranwachsenden Knochen­ bälkchen, die sich entsprechend den von mm² zu mm² wechseln­ den Zug- und Druckverhältnissen verschieden organisieren, mit ihren trichterförmigen Öffnungen aufzufangen und die spezielle poröse Ausbildung ist zur Verankerung von Pfannen­ prothesen mit besonderem Erfolg anwendbar. Infolge der Er­ weiterung dieser Hafträume nach außen hin entstehen breitbasige, poröse Annagelungsspitzen, so daß die gesamte Oberfläche ein igelförmiges Aussehen erhält. Diese Spitzen werden beim Ein­ bringen der Pfannenprothese in die spongiöse Knochenmasse des Pfannenlagers eingetrieben, so daß eine feste primäre Fixation vorliegt. Das einwachsende Knochenmaterial kann sich entsprechend dem üblichen physiologischen Aufbau von Knochen ausbilden, d. h. in den weiten Bereichen der Haft­ räume als vielfach verstrebtes Fachwerk aus kleinen Knochen­ bälkchen, von denen im weiteren Vordringen immer mehr in die spongiösen Hohlräume der Prothesenwandung abgezweigt werden, so daß im Idealfall nur noch ein Knochenbälkchen vor der Zentralperforation an der inneren Grenzschicht endet. Das bedeutet, daß die unregelmäßigen, porösen Knochen­ pyramiden mit den Spitzen an der inneren Grenzschicht und die unregelmäßigen, porösen Pfannenpyramiden mit den Spitzen in entgegengesetzter Richtung sich zunächst grobmechanisch verzahnen und dann aber auch auf Grund der Mikroporosität beider Komponenten feinmechanisch durchdringen und verflechten. Die Prothese ist auf Grund ihres Konstruktionsprinzips in besonderem Maße geeignet, die an sie heranwachsenden Knochen­ bälkchen, die sich entsprechend den von mm² zu mm² wechseln­ den Zug- und Druckverhältnissen verschieden organisieren, mit ihren trichterförmigen Öffnungen aufzufangen und die entstehenden Knochenstrukturen miteinander zu verbinden und damit den Vorgang zu simulieren, der sich natürlicherweise in der Knochenkompakta vollzieht. Durch diese Berücksichtigung der natürlichen Aufbauverhältnisse beim Knochen wird eine quasi elastische Einbettung der Pfanne im Knochenmaterial erreicht, wodurch der Gefahr eines Schrumpfens des Knochens unter Druckbelastung weitgehend vorgebeut ist. Bei der Er­ findung stellt die gesamte Pfannenwandung also eine Grenz­ schicht dar, innerhalb der sich Prothesen- und Knochen­ material gegenseitig durchdringen, wobei der Anteil an Prothesenmaterial über die Wandstärke der Pfanne hinweg gleichmäßig zugunsten des Knochenmaterials abnimmt. Als Knochengrenzschicht funktioniert die Prothese um so besser im Sinne der Dauerschwingfestigkeit, je mehr die Gesamt­ elastizitätsverhältnisse von Pfannenmaterial und Pfannen­ einbettung mit denen des Knochengewebes übereinstimmen. Das Knochengewebe ist in dieser Beziehung jedoch kein homogenes Gewebe, so daß es von vorne herein nicht möglich ist, eine materialmäßig isoelastische Prothese herzustellen. Es kann deshalb nur die Gesamtelastizität (aus Pfanne und Pfanneneinbettung) mit der des Knochengewebes in Überein­ stimmung gebracht werden, wobei die besondere Art der Kraft­ einleitung im vorliegenden Falle als Regulativ dient. Das heißt, je mehr die Elastizität des Pfannenmateriales zu dem des Knochengewebes des Pfannenlagers kontrastiert, desto mehr werden sich die in die Prothese einsprießenden Knochen­ bälkchen im ganzen oder abschnittweise verstärken oder abschwächen.

Die porige, siebförmige oder filterhafte Auflockerung der Prothesenwandung schließlich macht diese für Stoffwechsel­ vorgänge in beiden Richtungen durchlässig, so daß insbe­ sondere die Gewebsflüssigkeit sich nicht wie bei den ge­ schlossenen Prothesen in einem bindegewebigen Granulations­ saum um die Prothese herum einen Weg suchen muß. Es fällt also diese Gewebsschicht weg, die nicht tragfähig ist und als Ursache und Ausgangspunkt vieler Prothesenlockerungen angesehen werden muß.

Die Gelenkpfanne kann entweder aus einem einheitlichen Material oder aus mehreren chemisch oder physikalisch ver­ bundenen Komponenten bestehen. Das Material ist als ge­ eignet anzusehen, wenn es über folgende Eigenschaften verfügt: Biokompatibilität, Festigkeit, Gleit-Reibeigen­ schaften, Mikro- und Makroporosität und Elastizitäts-Modul nach dem neuesten Standard.

Als Ausgestaltung der Erfindung kann der Pfannenkörper aus einem porösen Keramik-, Porzellan- oder Kohlenstoffmaterial, Kunststoff, Metall, z. B. Titan oder Legierungen, bestehen, dem durch entsprechende Techniken eine schwammartige Porosität, d. h. ein offenes Porennetz verliehen ist. Aus Stabilitätsgründen kann es sich dabei empfehlen, den Pfannenkörper wenn nötig mit einem Bewehrungsnetzwerk aus einem Metallgitter oder aus einem Kohlenstoffadengespinst, -geflecht, -gewebe oder -gewirke zu versehen.

Die Hüftgelenkpfanne nach der Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer in der Zeichnung schematisch dargestellter Aus­ führungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 teils in Draufsicht, teils im Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer porösen Hüftgelenkpfanne,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Detailquerschnitt der Pfanne nach Fig. 1 und

Fig. 3 und 4 jeweils in einem Teilquerschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Die Gelenkpfanne nach Fig. 1 ist einstückig aus einem porösen Material, z. B. einer porösen Keramikmasse gefertigt und be­ sitzt eine Vielzahl von Durchgangslöchern in Form von Poren 1, die beidseits offen sind. Die Porigkeit, d. h. das spezifische Porenvolumen nimmt von innen nach außen stark zu, was in Fig. 1, links, durch die starke Erweiterung der einzelnen Poren 1 nach außen hin und in Fig. 1, rechts, durch das dunkle, zusammenhängende Lochbild versinnbildlicht ist. An ihrer Innenseite ist die Prothese entsprechend ihrer Lager­ funktion glatt geschliffen und poliert und kann zweckmäßiger­ weise auch noch mit einer sehr verschleißfesten Keramikoxid­ schicht 2, z. B. in einem Aufdampf- oder Plasmaspritzverfahren versehen sein, allerdings unter Offenlassung der inneren, kleinen Porenöffnungen 3. In die relativ weiten äußeren Öffnungen 4 der Poren 1 wächst allmählich Knochenmaterial ein, das mit der Zeit den gesamten Pfannenkörper durchdringt und bis an die innere Lagerfläche heran sich ausbilden kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Pfannenkörper mit einem Bewehrungsnetzwerk aus einem Kohlenstoffadenge­ flecht 5 versehen, welches die mechanische Festigkeit des Pfannenkörpers erhöht. Fig. 4 zeigt ein ähnliches Ausführungs­ beispiel, bei dem der Pfannenkörper mit einem Drahtgitter aus Längs- und Querdrähten 7, 8 bewehrt ist.

Claims (3)

1. Hüftgelenkpfanne zur zementfreien Implantation in einer Knochenausnehmung mit einer Vielzahl von Löchern zur Verankerung einwachsender Knochensubstanz, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Löcher (1) sich von innen nach außen zur Bildung einwachsender Knochenpyramiden stark erwei­ tern und das zwischen den Löchern (1) befindliche Pfannenmaterial die Form breitbasiger Pyramiden mit nach außen gewendeten Spitzen aufweist, wobei die Löcher (1) auf der Pfannen­ innenseite feine Perforationen und die Material-Pyramiden des Pfannenmaterials auf der Außenseite stachelartige Spitzen bilden.

2. Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pfannenmaterial porös ist.

3. Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pfanne in Abstand von ihrer knochenseitigen Oberfläche ein Bewehrungsnetz enthält.