DE3838568A1

DE3838568A1 - Gelenkprothese

Info

Publication number: DE3838568A1
Application number: DE19883838568
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Ing Planck
Original assignee: Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Current assignee: Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Priority date: 1988-11-14
Filing date: 1988-11-14
Publication date: 1990-05-17

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkprothese gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Gelenk prothesen dienen dem Ersatz von beschädigten natürlichen Gelenken menschlicher und tierischer Körper, insbesondere von Hüftgelenken, Kniegelenken und sonstigen in Frage kommenden Gelenken.

Bei einer bekannten Gelenkprothese dieser Art (US-PS 40 55 862) sind als Verstärkungsteile kurze Kohlenstoff-Fasern über das gesamte Volumen der aus ultrahochmolekularem Polyethylen bestehenden Matrix regellos verteilt eingebettet, wodurch die Verschleiß festigkeit verbessert werden soll, wobei der Grund körper im wesentlichen isotop ist. Auch soll der Kaltfluß verringert werden. Jedoch treten dabei andere Probleme auf. Kohlenstoff-Fasern sind wegen ihrer regellosen Verteilung auch an der Gleitfläche vor handen bzw. gelangen durch deren Abrieb zu ihr hin und können dann durch die Reibbewegungen der beiden Gelenkteile aufeinander aus der Gleitfläche heraus gezogen werden. Dadurch kommen solche Kohlenstoff- Fasern bzw. Fragmente von ihnen zwischen die Gleit flächen und erhöhen die Reibkräfte und beschleunigen den Verschleiß.

Auch ist es bekannt, dem Pulver aus polymerem Kunst stoff, aus dem die Matrix des Grundkörpers des ersten Gelenkteiles durch Pressen und Sintern gebildet wird, Graphitpulver gleichmäßig beizumischen, so daß über das gesamte Volumen der Matrix Graphitpulver in sie eingebettet ist. Hierdurch werden zwar die Gleit eigenschaften der Gleitfläche verbessert, jedoch die mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers ver schlechtert, wie das Dämpfungsverhalten, der Zug elastizitätsmodul und dgl. Auch wird der Kaltfluß vergrößert, und dies kann zu früherem Lockern des ersten Gelenkteiles führen. Der Kaltfluß ist im Gebrauch auftretende plastische Verformung.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Gelenkprothese der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, die erhöhte Verformungs steifigkeit aufweist. Auch soll sich der im Gebrauch auftretende Kaltfluß verringern lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gelenk prothese gemäß Anspruch 1 gelöst.

Infolge des Schichtaufbaus des Grundkörpers des ersten Gelenkteiles lassen sich dessen mechanischen Eigen schaften gezielt verbessern, wobei seine mechanischen Eigenschaften durch die mindestens eine Verstärkungs schicht infolge der vorbestimmten Anordnung des mindestens einen ungekräuselten Fadens, also durch die orientierte Anordnung ihres Fadens oder ihrer Fäden verbessert werden. Insbesondere gelingt es, die Verformungssteifigkeit zu erhöhen, desgl. auch das Dämpfungsvermögen. Auch der beim Gebrauch der implantierten Gelenkprothese auftretende Kaltfluß des Grundkörpers wird verringert. Letzteres wirkt sich dahingehend aus, daß die Gefahr des Lockerwerdens des ersten Gelenkteiles am oder im Knochen verringert wird bzw. das Lockerwerden zeitlich hinausgeschoben wird.

In den Unteransprüchen 2 bis 40 sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Gelenkprothese nach Anspruch 1 beschrieben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Grundkörpers des ersten Hüftgelenkteiles der Gelenk prothese ist in Anspruch 41 beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den An sprüchen 42 und 43 beschrieben.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht eine Hüftgelenkprothese gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er findung,

Fig. 2 einen Schnitt durch das als Grundkörper ausgebildete erste Hüftgelenkteil der Gelenk prothese nach Fig. 1, gesehen entlang der Schnittlinie 2-2,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den in Fig. 2 dargestell ten Grundkörper, wobei die aus orientierten, miteinander verbundenen Fäden seiner Ver stärkungsschicht gestrichelt eingezeichnet sind,

Fig. 4-8 der Fig. 3 entsprechende Draufsichten auf Grundkörper mit orientierten Fadenanordnungen der Verstärkungsschicht gemäß weiteren Aus führungsbeispielen der Erfindung,

Fig. 9 einen Schnitt durch ein erstes Gelenkteil einer nicht in weiteren Einzelheiten dar gestellten Kniegelenkprothese mit einem Grundkörper gemäß einem weiteren Ausführungs beispiel der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Gelenkprothese 7 ist eine Hüftgelenkprothese. Sie weist ein ihre Pfanne bilden des erstes Hüftgelenkteil 10 und ein zweites, den Kugelkopf 8 und einen Schaft 9 aufweisendes Gelenkteil 11 auf. Im implantierten Zustand ist der Kugelkopf 8 in der Pfanne 10 gleitbar gelagert, so daß diese Hüft gelenkprothese im Prinzip ein Kugelgelenk bildet. Das zweite Hüftgelenkteil 11 kann von üblicher Ausbildung sein. Das hier einen Grundkörper 13 bildende erste Hüftgelenkteil 10, d.h. die Pfanne, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet.

Dieser als Pfanne 10 dienende Grundkörper 13 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 einen aus vier Schichten 15, 17, 17′ und 19 bestehenden schichtenweisen Aufbau auf. Die aus polymerem Kunststoff, vorzugsweise aus gepreßtem und gesintertem Kunststoffpulver hergestellte Matrix 29, die man auch als Polymermatrix bezeichnen kann, besteht in diesem Ausführungsbeispiel durchgehend aus demselben Kunststoff, vorzugsweise aus ultrahochmolekularem Polyethylen oder Polyoximethylen. Auch andere polymere Kunststoffe, vorzugsweise hochmolekulare oder ultrahochmolekulare Kunststoffe hoher Festigkeit kommen in Frage.

Zur Bildung der vier Schichten 15, 17, 17′, 19 weist die eine Verstärkungsschicht bildende Schicht 15 in die Matrix 29 eingebettete ungekräuselte Fäden 16 (Fig. 3-8) auf, die miteinander zu einem Netz verbunden sind, bspw. durch Verknoten, Schweißen, Kleben oder dgl. Die die Gleitfläche 12 dieser Pfanne 13 bildende innere Schicht 19 enthält zur Verbesserung der Gleiteigenschaften der Gleitfläche 12 in die Matrix 29 eingebettetes Graphitpulver. Dieses Graphitpulver ist also nicht über das gesamte Volumen der Matrix 29 verteilt, sondern befindet sich nur in einer dünnen, die Gleitfläche 12 aufweisenden Schicht 19 der Matrix 29, so daß das Graphitpulver die Festigkeit dieses Grundkörpers 13 nicht beeinträchtigt, sondern nur die Gleiteigenschaften der Gleitfläche 12 verbessert. Diese innere Schicht 19 ist zweckmäßig nur so dick, damit durch den im Gebrauch dieser Gelenkprothese, wenn sie also in einen menschlichen oder tierischen Körper eingesetzt ist, auftretenden Verschleiß an der Gleitfläche 12 diese Schicht 19 für die vorgesehene Lebensdauer dieses Grundkörpers 13 noch nicht ganz vollständig abgetragen wird, so daß dieser Schicht 19 für die Lebensdauer dieses Grundkörpers ihre guten Gleiteigenschaften für das Kugelgelenk erhalten bleiben.

Die Schichten 17 und 17′ bestehen nur aus Bereichen der Matrix 29, sind also reine polymere Kunststoff schichten. Dabei bildet die Schicht 17′ eine Zwischenschicht zwischen den Schichten 19 und 15, und die Schicht 17 bildet die Außenschicht dieses Grundkörpers 13. Sämtliche Schichten verlaufen ungefähr parallel zueinander und zur Gleitfläche 12. Dieser Grundkörper 13 hat ungefähr kugelkappenförmige Gestalt, wobei die Gleitfläche 12 ungefähr die Gestalt einer halben Kugelfläche hat. Jede Schicht 15, 17, 17′ und 19 ist für sich ebenfalls ungefähr kugelkappen förmig ausgebildet. Sämtliche Schichten 15, 17, 17′ und 19 reichen bis zur hier ebenen Stirnseite 30 des Grundkörpers 13, so daß u. a. die Verstärkungsschicht 15 ihn durchsetzt. Am ungefähr halbkugelflächen förmigen Außenumfang 22 dieses Grundkörpers können, wenn erwünscht, Vorsprünge, ein Gewinde oder sonstige Maßnahmen vorgesehen sein, um die Verankerung dieses Grundkörpers 13, wenn er in das Becken der betref fenden Person implantiert ist, zu verbessern. Zu demselben Zweck kann auch vorgesehen sein, daß der Grundkörper 13 in einer solche Vorsprünge, Gewinde und dgl. aufweisende Schale oder dgl. unlösbar befestigt ist.

Außer den beschriebenen vier Schichten 15, 17, 17′, 19 kann in vielen Fällen auch zweckmäßig vorgesehen sein, daß zur weiteren Erhöhung der mechanischen Festigkeit auf der Schicht 17 noch eine zweite Verstärkungs schicht 15′′ sich befindet, welche in Fig. 2 strich punktiert angedeutet ist. Diese Verstärkungsschicht 15′′ bildet dann die äußere Schicht des Grundkörpers 13 und enthält ebenfalls mindestens einen diese Schicht 15′′ zusammen mit dem betreffenden Bereich der Matrix 29 bildenden Faden, bspw. einen Fadenverband, der ähnlichen Aufbau wie der Fadenverband 32 nach Fig. 3 oder einen sonstigen Aufbau hat, bspw. einen Fadenverband ähnlich dem nach einem der Ausführungs beispiele nach den Fig. 4 bis 8. Eine solche äußere Verstärkungsschicht 15′′ ist besonders zweckmäßig, wenn höchste mechanische Festigkeit verlangt wird, weil eine Verstärkungsschicht mit mindestens einem orientierten Faden die mechanische Festigkeit des Grundkörpers 13 umso stärker günstig beeinflussen kann, je weiter sie von der Gleitfläche 12 entfernt ist. Zu diesem Zweck ist auch der Abstand der Verstärkungsschicht 15 von der Gleitfläche 12 erheb lich größer als von der Außenseite 22 der Außenschicht 17.

Der oder die Fäden der Verstärkungsschicht 15 bzw. jeder Verstärkungsschicht sind besonders zweck mäßig so orientiert, daß sie zumindest zum Teil in Richtungen verlaufen, die bei implantierter Gelenk prothese auf Zug beansprucht werden und so die Zugfestigkeit und den Zugelastizitätsmodul des Grundkörpers 13 erhöhen.

Die mindestens eine Verstärkungsschicht vermindert auch den nach der Implantation auftretenden Kaltfluß des Grundkörpers 13 und verringert so die Gefahr des Lockerns der implantierten Pfanne 13 bzw. schieben das Lockerwerden zeitlich hinaus, so daß diese Pfanne erhöhte Lebensdauer im implantierten Zustand hat. Auch das Dämpfungsvermögen der Pfanne 13 wird durch die mindestens eine Verstärkungsschicht 15 bzw. 15′′ erhöht.

Wenn eine äußere Verstärkungsschicht 15′′ vorgesehen ist, kann sie sich ganz oder teilweise über die Schicht 17 erstrecken oder auch in mehrere voneinander getrennte Bereiche unterteilt sein. Auch brauchen der oder die in ihr enthaltenen Fäden in sie nicht vollständig eingebettet zu sein, sondern sie können zumindest bereichsweise bis zur Außenoberfläche der Schicht 15′′ reichen und so von außen sichtbar sein. Jedoch sind sie dennoch fest in dieser Verstärkungs schicht 15′′ verankert und erhöhen die mechanische Festigkeit des Grundkörpers 13 beträchtlich. Jedoch ist es auch möglich, daß bei Vorhandensein einer solchen äußeren Verstärkungsschicht 15′′ der oder die Fäden in sie vollständig eingebettet sind. Dies kann bei der Herstellung eines solchen Grundkörpers 13 dadurch erfolgen, daß man in eine der Außenoberfläche 22 des Grundkörpers entsprechende komplementäre Vertiefung einer Form zuerst eine sehr dünne Schicht aus polymerem Kunststoffpulver, wie es für die Matrix 29 vorgesehen ist, einbringt und preßt und auf diese Schicht dann den oder die Fäden in vorbestimmter, orientierter Anordnung auflegt und dann in diese gepreßte Kunststoffpulverschicht einpreßt oder vor diesem Pressen auf sie für die Matrix bestimmtes Kunststoffpulver für die Schicht 17 aufbringt und zur Schicht 17 preßt, wobei dieses Kunststoffpulver auch die Zwischenräume zwischen den Fäden ausfüllt. Danach werden auf diese Schicht 17 der oder die Fäden der Verstärkungsschicht 15 ebenfalls in vorbestimmter, orientierter Anordnung aufgelegt und entweder gleich auf die Schicht 17 aufgepreßt oder vorher wird das für die Schicht 15 und die Schicht 17′ für die Matrix in ihrem Bereich vorgesehene Kunststoffpulver in die Form eingebracht und gepreßt, wobei dieses Kunststoffpulver in alle Zwischenräume der Verstärkungsschicht 15 eingepreßt wird, die der oder die Fäden nach ihrem Auflegen zwischen sich freigelassen haben. Anschlie ßend wird dann mit Graphit gleichmäßig vermischtes, für die Matrix bestimmtes Kunststoffpulver auf die Schicht 17′ aufgebracht und zur Schicht 19 gepreßt. Der Preßling ist dann fertig und wird dann anschlie ßend vorzugsweise unter Druck stehend bei das Sintern bewirkenden ausreichend hohen Temperaturen gesintert, so daß die Partikel des für die Matrix vorgesehenen Kunststoffpulvers zur Matrix 29 miteinander versintern.

Die gesamte Matrix 29 dieses Grundkörpers 13 ist also in sich zusammenhängend, und in sie sind der oder die Fäden 16 der Verstärkungsschicht 15 bzw. und gegebenenfalls auch die der Verstärkungsschicht 15′′ eingelagert, wobei unter Einlagern auch der Fall mit verstanden ist, daß bei Vorhandensein der äußeren Verstärkungsschicht 15′′ deren Fäden zum Teil die Außenoberfläche dieser Verstärkungsschicht 15′′ mit bilden können, wenn sie zumindest bereichsweise nicht vollständig von der Matrix umhüllt sind, wobei sie jedoch in Vertiefungen der Matrix 29 liegen und so in der Matrix 29 ebenfalls sicher verankert sind und insbesondere deren Zugfestigkeit und Zugelastizitäts modul ebenfalls erhöhen. Der oder die Fäden der Verstärkungsschicht 15, die eine Zwischenschicht bildet, sind vollständig in die Matrix 29 eingebettet, gegebenenfalls mit Ausnahme des die ebene Stirnfläche 30 des Grundkörpers 13 mitbildenden ringförmigen Flächenbereiches der Verstärkungsschicht 15, wo gegebenenfalls Fadenmaterial freiliegen kann, das jedoch eben mit der Stirnfläche 30 des Grundkörpers 13 ist.

Es ist im allgemeinen besonders zweckmäßig, wenn die gesamte Matrix 29 aus demselben polymeren, zweckmäßig hochfesten Kunststoff besteht, vorzugsweise aus ultrahochmolekularem Polyethylen, wie es bspw. von Firma Ruhrchemie AG, D-4200 Oberhausen, unter der Typenbezeichnung GUR 412 CM 3 33 555 vertrieben wird oder aus Polyoximethylen besteht. Es ist jedoch auch denkbar, die Matrix aus mindestens zwei unterschied lichen polymeren Kunststoffen vorzusehen, sei es aus Mischungen mindestens zweier Kunststoffe oder für mindestens eine Schicht der Matrix einen anderen Kunststoff als für mindestens eine andere Schicht der Matrix vorzusehen. In letzterem Falle muß allerdings dafür gesorgt werden, daß die betreffenden Schichten der Matrix, die aus unterschiedlichen Kunststoffen bestehen, dennoch fest miteinander verbunden sind. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, daß sich die betreffenden Kunststoffe selbst fest miteinander beim Sintern oder auf sonstige Weise verbinden oder daß sie miteinander verklebt oder sonstwie fest verbunden sind.

Anstelle der Einlagerung von Graphitpulver in die Schicht 19 kann auch vorgesehen sein, zur Verbesserung ihrer Gleiteigenschaften in sie Polytretrafluor ethylenpulver oder Molybdänpulver oder sonstiges die Gleiteigenschaften verbesserndes Pulver einzubetten.

Nachfolgend werden anhand der Fig. 3 bis 8 einige besonders vorteilhafte Fadenverbände der vorzugsweise ungefähr konstante Dicke aufweisenden Verstärkungs schicht 15 erläutert, wobei es sich versteht, daß solche Faserverbände auch in anderen Verstärkungs schichten des Grundkörpers entsprechend vorgesehen werden können.

Der Fadenverband 32 nach Fig. 3 besteht aus die geometrische Längsachse (Polachse) 26 (Fig. 2) des Grundkörpers 13, die den Pol 25 dieser kugelkappen förmigen Verstärkungsschicht durchstößt, konzentrisch umfassenden Fadenringen 34 aus je einem Endlosfaden 16, der ein Monofilament (Monofilgarn) oder Multi filament (Multifilgarn) oder ein Zwirn oder Strang aus solchen Einzelfäden sein kann. Von dem innersten, den Pol 25 in geringem Abstand umfassenden Fadenring 34 gehen strahlenförmig kreisbogenförmig bis zum äußersten Fadenring 34 verlaufende Endlosfäden 16, die zur Unterscheidung von den Fadenringen 34 noch mit 35 bezeichnet sind und von denen jeder den für die Fäden 16 der Fadenringe 34 beschriebenen Aufbau haben kann. Diese Fäden 35 sind also entlang Linien verlegt, die in geometrischen Durchmesserebenen dieser Verstär kungsschicht 15 verlaufen, welche Durchmesserebenen durch die Polachse 26 hindurch gehen. Diese Fäden 35 können vorzugsweise um die Polachse 26 in etwa gleich großen Zentriwinkeln voneinander angeordnet sein. Jeder Faden 35 ist mit jedem der Fäden 16 der Fadenringe 34 fest verbunden, bspw. durch Knoten, Laserschweißen, Verkleben oder dgl.

Dieser in Draufsicht wie ein Spinnennetz aussehende und ein Netz bildende Fadenverband 32 ist zweckmäßig aus hochfesten Endlosfäden 16 aufgebaut, vorzugsweise aus Fäden desselben Materials. Doch können die Fäden 16 auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.

Diese ungekräuselten Fäden 16 können vorzugsweise aus nachfolgend benannten Fasern bestehen, sei es als Monofilgarn, Multifilgarn, Zwirn, gefachtes Garn, Strang oder dgl.:

Fasern aus Aramid, insbesondere Paraaramid oder Hochmodul-Aramid. Bspw. kann das von Firma Dupont unter dem Handelsnamen Kevlar vertriebene Aramid oder das von Firma AKZO AG, D-5600 Wuppertal, unter dem Handelsnamen Twaron HM vertriebene Aramid vorgesehen sein.

Hochfeste Polyesterfasern, bspw. von Fa. Hoechst, D-6000 Frankfurt, unter dem Handelsnamen Trevira 712 hergestellte Polyesterfasern.

Fasern aus hochmolekularem Polyethylen (bspw. das unter dem Handelsnamen Dyneema SK 60 von Firma Dyneema DSM, Marketing Centre, Chemicals and Polymers, NL-6129 EV URMOND vertriebene Polyethylen).

Kohlenstoff-Fasern, die vorzugsweise keinen Schutz überzug haben.

Hochmodulendlosfasern.

Fasern aus Metall.

Besonders zweckmäßig kann das Fadenmaterial so ge troffen sein, daß es sich mit der Matrix 29 fest verbindet. Doch ist dies nicht zwingend notwendig. Bspw. verbinden sich Kohlenstoff-Fasern nicht oder nur schwach mit der Matrix 29. Dennoch erhöht der Fadenverband 32 die mechanische Festigkeit des Grund körpers stark, weil die Fadenringe 34 Verankerungen für die Fäden 35 bilden, so daß die bei implantierter Gelenkprothese besonders stark auf Zug belasteten Fäden 35 durch die Fäden 34 gespannt gehalten werden. Dieser Fadenverband 32 bildet ein in die Polymermatrix eingebettetes Gerüst, das infolge seiner Einbettung und der festen Verbindung der Fäden 34, 35 miteinander in der Matrix nicht verrutschen kann. Entsprechendes gilt auch für die Fadenverbände 32 der Verstärkungs schichten 15 des Grundkörpers 13 nach den Fig. 4 bis B.

Der Fadenverband 32 der Verstärkungsschicht 15 des Grundkörpers 13 nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem nach Fig. 3 nur dadurch, daß anstelle der konzen trischen Fadenringe 34 ein einziger spiralig um die geometrische Polachse 26 herumlaufend verlegter Faden 16 vorgesehen ist, mit dem die Fäden 35, die wie die Fäden 35 nach Fig. 3 orientiert und verlegt sind, wiederum fest bspw. durch Verknoten oder dgl. mit einander verbunden sind.

Bei dem Grundkörper nach Fig. 5 ist der in die betreffende Verstärkungsschicht eingebettete Fadenver band 32 aus zu einem kugelkappenförmigen Geflecht geflochtenen Fäden 16 hergestellt. Das Geflecht weist dabei größere Durchbrüche, die von der Matrix 29 durchdrungen sind, auf. Zweckmäßig kann der runde Rand 36 dieses Geflechtes durch einen Fadenring oder Metallring gehalten sein.

Auch bei dem Fadenverband 32 nach Fig. 3 können die konzentrischen Fäden 34 aus Metallfäden oder aus geschlossenen Metallringen bestehen. Auch die Fäden 35 können aus Metallfäden bestehen.

Bei dem Grundkörper 13 nach Fig. 6 ist der darge stellte Fadenverband 32 der Verstärkungschicht 15 wie folgt aufgebaut. Es ist ein äußerer, zur Polachse dieser Verstärkungsschicht konzentrischer Fadenring 34 vorhanden. Er kann aus einem Faden gebogen oder auch ein in sich geschlossener Fadenring sein, bspw. ein Metallring. An diesem Fadenring 34 sind auch mit 37 bezeichnete Fäden 16 befestigt oder sonstwie gehalten, die zwei Fadenlagen aus sich rechtwinklig kreuzenden Fadengruppen 21 mit je drei Fäden 37 bilden. Die beiden Fadenlagen sind bezogen auf die Polachse zueinander um ca. 45° versetzt. An den Kreuzungsstel len können benachbarte Fäden der beiden Fadenlagen miteinander fest verbunden sein, vorzugsweise durch Knoten, Schweißen oder dgl. Auch wenn sich kreuzende Fäden nicht fest miteinander verbunden sind, ergibt dieser Fadenverband 32 erhebliche Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Grundkörpers 13.

Bei dem Grundkörper 13 nach Fig. 7 ist der Fadenver band 32 der Verstärkungsschicht 15 als Gewebe mit sich rechtwinklig kreuzenden Fäden 16 gebildet. Diese Fäden brauchen an ihren Kreuzungsstellen nicht miteinander fest verbunden zu sein, doch kann auch feste Ver bindung vorgesehen sein. Zweckmäßig kann wiederum vorgesehen sein, daß dieses Gewebe an seinem Außen umfang mit einem zur Polachse dieser Verstärkungs schicht ungefähr konzentrischen Fadenring 34 versehen ist, an dem die Schuß- und Kettfäden des Gewebes fest gehalten sind. Dieser Fadenring 34 kann ein nicht geschlossener oder ein geschlossener Ring sein, bspw. auch ein Metallring oder ein Ring aus sonstigem Material.

Bei dem Grundkörper 13 nach Fig. 8 weist der Faden verband 32 wiederum einen zur Polachse der durch ihn zusammen mit dem betreffenden Bereich der Matrix gebildeten Verstärkungsschicht 15 konzentrischen äußeren Fadenring 34 auf, der wieder ein nicht geschlossener oder geschlossener Ring sein kann. An diesem Ring 34 sind auch mit 37′ bezeichnete Fäden 16 befestigt, und zwar an in ungefähr gleichen Zentri winkeln (bezogen auf die Polachse) voneinander angeordneten Stellen 27. Von jeder solchen Stelle 27 gehen zwei Fäden aus, die einen spitzen Winkel zwischen sich einschließen und nahe am Pol, jedoch im Abstand von ihm zu zwei gegenüberliegenden Stellen 27 wie dargestellt laufen. Es kann hier auch vorgesehen sein, daß die am Fadenring 34 gehaltenen Fäden 37′ durch nur einen einzigen Faden gebildet sind, der entsprechend verlegt ist, wobei auch vorgesehen sein kann, daß der Faden an jeder Stelle 27 nur um den Fadenring 34 außen herum geführt und mit ihm nicht fest verbunden ist. Auch andere Möglichkeiten bestehen. Besonders zweckmäßig ist es auch hier, wenn die Fäden an den Kreuzungsstellen fest miteinander verbunden sind.

In Fig. 9 ist ein Längsschnitt durch ein erstes Gelenkteil 10 einer nicht in weiteren Einzelheiten dargestellten Kniegelenkprothese dargestellt. Es weist einen Metallträger 33 auf, an dem ein im Querschnitt kreisbogenförmig gewölbter Grundkörper 13 befestigt ist, dessen Gleitfläche 12 die geometrische Gestalt eines Abschnittes einer Kreiszylinderfläche hat.

Der Grundkörper 13 weist wiederum eine aus polymerem Kunststoff bestehende Matrix 29 auf, in die zur Bildung von zwei Verstärkungsschichten 15, 15′ mindestens je ein Faden oder Fadenverband in vorbe stimmter, orientierter Anordnung eingebettet ist. Diese im Querschnitt kreisbogenförmigen, zur Gleitfläche 12 ungefähr parallelen Verstärkungs schichten 15, 15′ sind jeweils Zwischenschichten, die sich zwischen keine Einlagerungen enthaltenden Schichten der in sich zusammenhängenden Matrix 29 aus polymerem Kunststoff befinden. Falls erwünscht, können in die Gleitfläche 12 aufweisenden Schichten 19 die Gleiteigenschaften der Gleitfläche 12 verbessernde Pulverpartikel eingebettet sein.

Diese Verstärkungsschichten 15, 15′ verbessern die mechanische Festigkeit dieses Grundkörpers 13.

Man kann vorsehen, daß der mindestens eine Faden der Verstärkungsschicht, vorzugsweise alle ihre Fäden aus demselben polymeren Kunststoff wie die Matrix 29 bestehen, oder es können für sie andere Materialien vorgesehen sein. Wenn der betreffende Faden oder die Fäden aus demselben polymeren Kunststoff wie die Matrix bspw. aus ultrahochmolekularem Polyethylen bestehen, dann verstärken der oder die Fäden dennoch den Grundkörper 13, und zwar deshalb, weil polymere Fäden bei ihrer Herstellung gestreckt werden und hierdurch wesentliche höhere Zugfestigkeit erhalten als die ungestreckte polymere Matrix.

Der Fadenverband 32 oder die sonstige aus mindestens einem Faden bestehende Fadeneinlage der Verstärkungs schicht 15 bzw. 15′ des Grundkörpers 13 nach Fig. 9 kann bspw. ein Geflecht, Gewirke, Gestrick, Gewebe, Netz oder eine sonstige Fadeneinlage sein, die die mechanische Festigkeit des Grundkörpers und ggfs. weitere Eigenschaften infolge ihres mindestens einen orientierten Fadens erhöht.

Auch bei dem Grundkörper 13 nach Fig. 2 kann der Fadenverband 32 der Verstärkungsschicht 15 bzw. 15′′ auch irgendeine andere geeignete Ausbildung als in den Fig. 3 bis 8 dargestellt haben, bspw. u. a. auch ein Geflecht oder Gewirke sein oder eine sonstige die mechanische Festigkeit und ggfs. sonstige Eigen schaften des Grundkörpers 13 verbessernde Fadeneinlage aus mindestens einem Faden sein.

Obwohl bevorzugt die Fäden der Verstärkungsschichten Endlosfäden sein können, kann in manchen Fällen auch vorgesehen sein, daß mindestens ein Faden mindestens einer Verstärkungsschicht des Grundkörpers ein durch Spinnen hergestelltes Garn oder ein gezwirnter oder gefachter Faden ist.

Jede Verstärkungsschicht 15, 15′, 15′′ erstreckt sich quer, vorzugsweise senkrecht zu den geometrischen Normalen 24 der Gleitfläche 12, und zwar schneidet eine geometrische Normale eine zugeordnete geo metrische Tangente, die an eine Stelle der Gleitfläche angelegt gedacht ist. Je ein Beispiel einer solchen Normalen 24 ist in Fig. 2 und 9 strichpunktiert eingezeichnet.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 9 reichen die Verstärkungsschichten jeweils bis zu den Stirnseiten 30 des Grundkörpers 13, durchsetzen ihn also vollständig. Es kann jedoch in manchen Fällen auch vorgesehen sein, daß mindestens eine Verstär kungsschicht 15 bzw. 15′ bzw. 15′′ im Abstand vor der betreffenden Stirnseite 30 endet, wenn dies aus irgendwelchen Gründen erwünscht ist.

Claims

1. Gelenkprothese, welche ein eine konkav gewölbte Gleitfläche aufweisendes erstes Gelenkteil und ein eine konvex gewölbte Gleitfläche aufweisendes zweites Gelenkteil aufweist, welche Gelenkteile im implantierten Zustand der Gelenkprothese, deren Gelenkigkeit mittels ihrer aufeinander gleitbaren Gleitflächen bewirken, wobei das erste Gelenkteil einen Grundkörper bildet oder aufweist, der eine Matrix aus polymerem Kunststoff und mindestens ein in sie eingebettetes Verstärkungsteil auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13) mindestens eine im Abstand von seiner Gleitfläche (12) befindliche gewölbte Verstär kungsschicht (15; 15, 15′) aufweist, die durch Einlagerung mindestens eines ungekräuselten und in vorbestimmter Weise orientiert angeordneten Fadens (16) in den die Matrix (29) des Grundkörpers bildenden Kunststoff gebildet ist und sich quer zu den geometrischen Normalen (24) der Gleitfläche (12) des Grundkörpers erstreckt.

2. Gelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verstärkungsschicht (15) oder mindestens eine Verstärkungsschicht eine Zwischen schicht des Grundkörpers (13) ist, die sich zwischen zwei anderen Schichten (17, 17′) des Grundkörpers (13) befindet.

3. Gelenkprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennn zeichnet, daß alle Verstärkungsschichten (15, 15′) Zwischenschichten des Grundkörpers (13) sind.

4. Gelenkprothese nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zu beiden Seiten der eine Verstärkungsschicht bildenden Zwischenschicht (15) oder mindestens einer solchen Zwischenschicht sich reine Kunststoffschichten (17, 17′) des Grund körpers (13) befinden, die also keine Einlage rungen - gegebenenfalls mit Ausnahme eines zur Auswertung von Röntgenaufnahmen erforderlichen Orientierungsteiles - enthalten.

5. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs schicht oder mindestens eine Verstärkungsschicht des Grundkörpers eine Außenschicht (15′′) von ihm ist.

6. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Verstärkungsschicht (15) oder mindestens einer Verstärkungsschicht von der Gleitfläche (12) des Grundkörpers (13) größer ist als der Abstand, den sie von der von der Gleitfläche (12) abgewendeten Außenseite (22) des Grundkörpers hat.

7. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund körper (13) eine einzige Verstärkungsschicht (15) aufweist.

8. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13) mindestens zwei im Abstand voneinander angeord nete, vorzugsweise ungefähr parallel zueinander verlaufende Verstärkungsschichten (15, 15′) auf weist.

9. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht (15) oder mindestens eine Verstärkungsschicht ungefähr parallel zur Gleit fläche (12) des Grundkörpers (13) verläuft und/oder daß die Verstärkungsschicht oder min destens eine Verstärkungsschicht den Grundkörper (13) ganz oder im wesentlichen durchsetzt.

10. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Fäden (16) der Verstärkungsschicht (15) oder mindestens einer Verstärkungsschicht Kreuzungs- und/oder Verbindungsstellen bilden, wo sich jeweils mindestens zwei Fäden bzw. Fadenabschnitte kreuzen bzw. miteinander verbunden sind.

11. Gelenkprothese nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (16) bzw. Faden abschnitte an allen oder einer Teilanzahl der Verbindungs- und/oder Kreuzungsstellen miteinander unverrückbar verbunden, vorzugsweise verknotet, verschweißt oder verklebt sind, vorzugsweise die Fäden (16) der Verstärkungsschicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht ein Netz, insbesondere ein einziges Netz bilden.

12. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (16) der Verstärkungsschicht (15) oder mindestens einer Verstärkungsschicht mindestens ein Gewebe und/oder mindestens ein Gewirke und/oder mindestens ein Gestrick und/oder mindestens ein Geflecht bilden.

13. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Verstärkungsschicht an einer Vielzahl von Stellen vom Kunststoff der Matrix (29) des Grundkörpers (13) durchdrungen ist.

14. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Fäden (16) der Verstärkungsschicht (15) oder mindestens einer Verstärkungsschicht im wesent lichen in Richtungen orientiert sind, die im Gebrauch der Gelenkprothese auf Zug beansprucht werden.

15. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver stärkungsschicht (15) oder mindestens eine Verstärkungsschicht ungefähr kugelkappenförmig ausgebildet ist und in ihr die Fäden (16) von ihrem Pol (25) oder nahe von ihrem Pol aus zum Teil strahlenförmig und mindestens ein Faden die den Pol durchstoßende geometrische Längsachse (Polachse) (26) der Kugelkappe umkreisend angeordnet sind.

16. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (16) der Verstärkungsschicht (15) oder mindestens einer Verstärkungsschicht ein Fadengelege bilden, das aus Fadengruppen (21) besteht, wobei jede Fadengruppe aus mindestens zwei im Abstand unge fähr parallel nebeneinander angeordneten Fäden besteht.

17. Gelenkprothese nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens zwei Gruppen von Fäden (16) ungefähr parallel zueinander im Abstand voneinander angeordnet sind, die von mindestens zwei ebenfalls im Abstand voneinander und zueinan der ungefähr parallel angeordneten Fadengruppen ungefähr senkrecht gekreuzt wird und so eine Fadenlage bilden, wobei vorzugsweise vorgesehen sein kann, daß mindestens zwei solche Fadenlagen übereinander angeordnet sind, wobei die Fäden einer Fadenlage die Fäden der anderen oder einer anderen Fadenlage unter vorzugsweise ungefähr 30 bis 45° kreuzen.

18. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht mindestens einen Ring (34) aufweist, an dem mindestens ein Faden (35) gehalten ist.

19. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Verstärkungsschicht (15) oder mindestens einer Verstärkungsschicht in ungefähr gleich großen Abständen voneinander angeordnete Stellen (27), vorzugsweise ungefähr punktförmige Stellen vorgesehen sind, wobei von jeder solchen Stelle mindestens zwei Fäden zu ihnen gegenüberliegenden solchen Stellen (27), vorzugsweise zueinander benachbarten oder übernächsten Stellen verlaufen.

20. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (16) oder mindestens ein Faden, vorzugsweise bei Vorhandensein einer Mehrzahl von Fäden alle Fäden der Verstärkungsschicht (15) oder mindestens einer Verstärkungsschicht Endlosfäden sind.

21. Gelenkprothese nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens ein Endlosfaden, vorzugsweise alle Endlosfäden der Verstärkungs schicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht Monofilgarn (=Monofilament) ist bzw. sind.

22. Gelenkprothese nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Endlosfaden, vorzugsweise alle Endlosfäden der Verstärkungs schicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht Multifilgarn (=Multifilament) ist bzw. sind.

23. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Faden der Verstärkungsschicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht eine Hochmodulfaser ist oder aus Hochmodulfasern besteht, vorzugsweise alle Fäden Hochmodulfasern sind oder aus Hochmodulfasern bestehen.

24. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Faden der Verstärkungsschicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht eine Kohlenstoff-Faser ist oder aus Kohlenstoff-Fasern besteht, vorzugs weise alle Fäden der Verstärkungsschicht Kohlenstoff-Fasern sind oder aus Kohlenstoff- Fasern bestehen.

25. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Faden der Verstärkungsschicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht, vorzugsweise alle Fäden der Verstärkungsschicht aus hochmolekularem, vorzugsweise ultrahochmolekularem Kunststoff be stehen.

26. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Faden der Verstärkungsschicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht, vorzugsweise alle Fäden der Verstärkungsschicht aus hochmolekularem oder ultrahochmolekularem Polyethylen, insbesondere aus hochfestem Polyethylen bestehen.

27. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Faden der Verstärkungsschicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht, vorzugsweise alle Fäden der Verstärkungsschicht aus Polytetrafluorethylen und/oder Metall bestehen.

28. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Faden der Verstärkungsschicht oder mindestens einer Verstärkungsschicht, vorzugsweise alle Fäden der Verstärkungsschicht aus Aramid, vorzugsweise aus Hochmodularamid oder Paraaramid bestehen.

29. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ein Teil eines Kugelgelenkes ist.

30. Gelenkprothese nach Anspruch 29, dadurch gekenn zeichnet, daß sie eine Hüftgelenkprothese ist.

31. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine einzige Drehachse aufweist.

32. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 28 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kniegelenkprothese ist.

33. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13) eine seine Gleitfläche (12) aufweisende Schicht (19) aufweist, in die die Gleiteigenschaften der Gleitfläche verbesserndes Pulver, vorzugsweise Molybdän- und/oder Polytetrafluorethylen- und/oder Graphitpulver eingebettet ist.

34. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Matrix des Grundkörpers aus demselben polymeren Kunststoff besteht.

35. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix mindestens einer Schicht des Grundkörpers (13), vorzugsweise seine gesamte Matrix hochmolekulares, vorzugsweise ultrahochmolekulares Polyethylen ist.

36. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix mindestens einer Schicht des Grundkörpers (13), vorzugsweise seine gesamte Matrix Polyoximethylen ist.

37. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 33, 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix von mindestens zwei Schichten des Grundkörpers aus unterschiedlichen polymeren Kunststoffen bestehen.

38. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund körper (13) das erste Gelenkteil bildet.

39. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13) an einem anderen Teil (33) des ersten Gelenk teiles, vorzugsweise an einer ihn tragenden Haube, Fassung oder Schaft fest angeordnet ist.

40. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Faden, vorzugsweise alle Fäden der Ver stärkungsschicht oder mindestens einer Ver stärkungsschicht ein Zwirn oder ein aus mehreren zueinander parallelen Einzelfäden gebildetes, gefachtes Garn ist.

41. Verfahren zur Herstellung des Grundkörpers des ersten Gelenkteiles der Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Grundkörper aus seine Matrix bildendem Kunststoffpulver und der mindestens einen Einlagerung in mehreren Schritten durch Pressen geformt und anschließend vorzugsweise unter Druck gesintert wird.

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Herstellung des Grundkörpers in eine Form Kunststoffpulver der Matrix eingefüllt und zu einer Schicht zu derem vorläufigen Zusammenhalt gepreßt wird, daß danach mindestens ein Faden oder mindestens ein aus Fäden hergestellter Fadenverband auf diese Schicht in einer vorgesehenen Stellung aufgelegt und auf diese Schicht aufgepreßt wird, oder es wird vor diesem Pressen auf diesen mindestens einen Faden oder Fadenverband Kunststoffpulver aufgebracht und dieses dann in die vorgesehene Gestalt ge preßt und daß dann, falls noch mindestens eine weitere Schicht vorgesehen ist, für sie vorge sehenes Pulver gegebenenfalls nach Auflegen mindestens eines weiteren Fadens oder Faden verbandes auf die jeweils vorangehende Schicht aufgebracht und danach gepreßt wird und daß der gepreßte Grundkörper dann gesintert wird.

43. Verfahren nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, daß für die zuletzt aufgebrachte, die Gleitfläche aufweisende Schicht des Grund körpers eine Mischung aus für die Matrix be stimmtem Kunststoffpulver und die Gleiteigen schaften der Gleitfläche des Grundkörpers ver besserndem Pulver verwendet wird.