DE3877570T2

DE3877570T2 - Vorrichtung zur fixierung einer gelenkprothese.

Info

Publication number: DE3877570T2
Application number: DE8888903431T
Authority: DE
Inventors: Ingrid Bruce; Lars Bruce
Original assignee: Idea AB
Current assignee: Lanka Ltd
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2008-03-31
Also published as: ATE101998T1; SE8701313L; FI93168B; SE8701313D0; EP0501595B1; CN1024751C; NO169043C; DK165727B; FI894623A; DK585588A; FI93168C; KR890700333A; DE3877570D1; JP2561337B2; NO885325L; AU611900B2; EP0353241A1; NO885325D0; SE462638B; EP0501595A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fixieren von Gelenkprothesen.
Eine gewöhnliche Methode zum Verankern einer Gelenkprothese besteht darin, sie am Knochengewebe festzuzementieren, d.h. einen Spalt zwischen der Gelenkprothese und der Knochenwand mit Knochenzement zu füllen. Das Problem mit ungenügender Langzeit-Fixierung der festzementierten Prothese hat dazu geführt, dass Zement jetzt nicht mehr so oft zum Fixieren von Prothesen verwendet wird. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die Form des Prothesenstiels, der in den im Knochen ausgefrästen Hohlraum eingeführt wird, mit der Form des Hohlraums gut übereinstimmt, und dass der Überbrückungsabstand zwischen der Knochenwand und der Oberfläche des Prothesenstiels so kurz wie möglich ist, damit Knochengewebe gebildet werden kann und in angemessener Zeit an der Prothese von allen Seiten heranwachsen kann, um sie an der Knochenwand zu verankern. Der kleinste Überbrückungsabstand ist selbstverständlich eine wahre physische Berührung zwischen der Prothesenoberfläche und der Knochenwand, aber bei einer Gelenkprothese in einem Knochen ist es höchst unwahrscheinlich, dass eine derartige Berührung anders als punktweise erzeugt werden kann, was nicht genügend ist. Es ist schwierig, die zementfreie Methode, die darin besteht, eine derartige physische Berührung zustande zu bringen und eine gute Langzeit-Fixierung aber schlechte Kurzzeit- Fixierung zu schaffen, mit der Methode zu kombinieren, bei der Knochenzement verwendet wird, das gute Kurzzeit- Fixierung jedoch schlechte Langzeit-Fixierung ergibt, weil das Knochenzement die Prothesenoberfläche von der Knochenwand isoliert.
Gemäss der DE-A-2 305 441 ist eine Spannstückverbindung für ein Implantat dadurch gekennzeichnet, dass in den Raum zwischen Corticalis und dem teilweise hohlen Implantatschaft ein Kugelhaufwerk eingebracht ist und dieses in etwa senkrechter Richtung zur Corticaliswand anpressend wirkt, indem ein in einem Längsschlitz beweglicher Querstift im hohlen Teil des Schaftes auf das Haufwerk drückt.
Die US-A-4 497 045 beschreibt ein Füllmittel zum Füllen von hohlen Knochenabschnitten, umfassend Pulver aus einem Calciumphosphatgemisch, wobei die Pulver gewirbelt oder plastifiziert werden.
Gemäss der Erfindung wird die Fixierung der Gelenkprothese am Knochengewebe durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 erzielt. Nach der Operation sollen diese Körner dicht gepackt und gegenseitig und im Verhältnis zu dem Knochengewebe und dem Prothesenstiel verriegelt sein. Durch die Anwendung von Körnern als Verankerungsmitteln werden grössere Toleranzen zwischen dem Prothesenstiel und der Knochenwand im Vergleich mit herkömmlichen zementfreien Operationen erlaubt, wobei gleichzeitig die mit der Anwendung von Knochenzement verbundenen Probleme beseitigt werden. Somit bietet die vorliegende Erfindung eine Lösung des Problems an, gute Kurzzeit-Fixierung sowie gute Langzeit-Fixierung zu schaffen.
In der Praxis kann die Fixierung der Prothese verschiedenartig erzielt werden.
Die Fixierung wird vorzugsweise wie folgt vorgenommen.
Ein Hohlraum wird im Knochen ausgefräst, wo die Prothese anzubringen ist. Körner von einem biologisch kompatiblen Material werden im Hohlraum angebracht, um ein Bett zu bilden, wonach die Prothese ins Kornbett eingetrieben wird, bis hauptsächlich der ganze Prothesenstiel von Körnern umgeben ist. Eine Vorrichtung zum Festhalten der Körner wird um den Prothesenstiel angebracht, und die Prothese wird endgültig fixiert, gegebenenfalls durch Eintreiben mittels eines Werkzeugs.
Das Korngemisch wird erst in den Hohlraum eingebracht, um den Hohlraum als ein Bett von Körnern im wesentlichen zu füllen. Das Kornbett soll hauptsächlich an die Resektionsfläche heranreichen. Das distale Ende des Prothesenstiels wird danach ins Bett eingebracht und die Körner werden durch Schläge gegen die Prothese Schwingungen einer derartigen Frequenz ausgesetzt, dass die Körner zum Fluidisieren gebracht werden. Während die Körner fluidisiert werden, wird der Stiel ins Bett eingetrieben, hauptsächlich bis zu der vorgesehenen Endposition. Die Körner im Bett werden dann Schwingungen einer zweiten Frequenz ausgesetzt, so dass die Körner im Verhältnis zueinander und zu dem Prothesenstiel und dem Knochengewebe gepackt, d.h. verriegelt und verdichtet, werden.
Nach dieser Verriegelungs- und Verdichtungsstufe kann die Prothese eventuell durch auf die Prothese in deren Längsrichtung ausgeübten Schläge endgültig fixiert werden.
In einer vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Hohlraum als untere Begrenzung einen durch den Hohlraum hinuntergebrachten Stöpsel, der als Anschlag für die von den obenerwähnten eintreibenden/ hinuntertreibenden Kräften herrührenden Kräfte dienen kann.
Das Korngemisch kann alternativ in den Hohlraum eingebracht werden, nachdem der in diesem Falle konisch spitz zulaufende Prothesenstiel in den Hohlraum eingeführt worden ist. Hierbei wird der Prothesenstiel somit erst in den Hohlraum eingeführt, um zwischen der aus Knochengewebe bestehenden Begrenzungswand des Hohlraums und der äusseren Reibungsfläche des Prothesenstiels einen Spalt zurückzulassen. Das Korngemisch wird danach in den Spalt, im wesentlichen bis zum Niveau der Resektionsfläche, eingebracht. Danach wird die Verdichtungsstufe durchgeführt, indem ein oder mehrere Male auf den Kopf des Stiels geschlagen wird. In dieser Weise werden die Körner im Verhältnis zueinander festgekeilt, d.h. im Spalt gepackt, wodurch die genannte Verdichtung und gegenseitige Verriegelung zustande gebracht werden.
Wie oben erwähnt, werden zum Fixieren einer Gelenkprothese mittels der erfindungsmässigen Vorrichtung Prothesen verwendet, deren Stiele eine äussere Reibungsfläche aufweisen, welche nach der Operation ein mechanisches Verriegeln des Prothesenstiels mit den Körnern gewährleistet. Die äussere Reibungsfläche ist mit Unregelmässigkeiten oder Unebenheiten ausgebildet, die von hauptsächlich derselben Grösse wie die Körner sein können, jedoch nicht sein müssen. Die Form der äusseren Reibungsfläche ist nicht kritisch, solange die Körner in deren Unebenheiten eingreifen können. Eine entsprechende Verriegelung zwischen den Körnern und der Knochenwand wird erzielt, da die Knochenwand Unebenheiten aufweist, die durch den Ausfräsevorgang entstanden sind und in welche die Körner eingreifen können.
Der Eingriff zwischen der Aussenfläche des Stiels und den Körnern, zwischen den verschiedenen Körnern und zwischen den Körnern und dem Knochengewebe wird verstärkt, falls nach der Schwingungsstufe der Stiel den eventuellen endgültigen Fixierungsschlag/schlägen erfährt. Hierbei dringen die Körner am Knochengewebe, falls dies nicht vorher während der Verriegelungs- und Verdichtungsstufe erfolgt ist, tief in die Knochenwand hinein und zum Eingriff mit der Aussenfläche des Stiels.
Um das Hinuntertreiben der Prothese ins Kornbett zu erleichtern, ist das distale Ende des Prothesenstiels zweckdienlich spitz, und der Prothesenstiel ist in Richtung seines distalen Endes konisch spitz zulaufend.
Die im Verfahren gemäss der Erfindung verwendeten Körner müssen gewissen Anforderungen genügen, damit das Ergebnis des chirurgischen Eingriffs zufriedenstellend wird. Somit müssen die Körner aus einem biologisch kompatiblen Material bestehen und gemäss der Erfindung bestehen sie im wesentlichen aus Titan (welches nach Oxidation in der Luft eine Aussenschicht von Titanoxid aufweist). Körner aus anderen mit Titanschichten bezogenen Materialien können selbstverständlich auch verwendet werden. Die Kornmasse kann Körner aus einem körpereigenen Stoff, beispielsweise gemahlenem Knochengewebe, enthalten.
Wie oben erwähnt, ist das im Hohlraum angebrachte Korngemisch ein hauptsächlich homogenes Gemisch. Die Körner sollen eine im wesentlichen gleichförmige Teilchengrössenverteilung haben, damit bei gegenseitiger Verriegelung und Verdichtung durch Schwingungen keine Schichtenbildung in verschiedenen Teilchengrössen im Hohlraum entsteht, was zu unregelmässigem und verschlechtertem Knochenwachstum führen würde. Der hier benutzte Ausdruck "im wesentlichen gleichförmige Teilchengrössenverteilung" bedeutet, dass der "Teilchendurchmesser" um ±50%, vorzugsweise um ±25% oder weniger, variieren kann. Die absolute Korngrösse kann in relativ weiten Grenzen variieren, wobei eine Korngrösse unter etwa 5 mm als optimal betrachtet wird. Die untere Grenze kann schwer festzustellen sein. Sehr kleine Kornteilchen können in Verbindung mit einer biologisch kompatiblen Flüssigkeit verwendet werden, welche die kleinen Kornteilchen (den Staub) bindet. Normalerweise werden aber Kornteilchen verwendet, die grösser sind als 0,1 mm. Vorzugsweise kann die obere Grenze bei etwa 2 mm und die untere Grenze bei etwa 0,5 mm liegen. Es kann allgemein gesagt werden, dass die Teilchengrösse mit Rücksicht auf den Raum gewählt wird, welcher nach der Operation mit Körnern gepackt sein soll, d.h. grössere Teilchen werden somit z.B. für Hüftgelenkoperationen gewählt, während kleinere Teilchengrössen z.B. für Fingergelenkoperationen verwendet werden.
Damit eine vollständige gegenseitige Verriegelung, d.h. eine Verriegelung zwischen Knochenwand und Körnern, zwischen den Körnern, zwischen Körnern und Prothesenstiel, erzeugt wird, sollen die Körner ferner unregelmässig und/ oder plastisch sein, d.h. sie sollen unter der Einwirkung von äusseren Kräften ihre Form wechseln können, und, wenn die Einwirkung der äusseren Kräfte aufgehört hat, die neue Form beibehalten können. Obwohl es möglich ist, solide Körner zu verwenden, werden Körner einer gewissen, vorzugsweise hohen Porosität bevorzugt. Poröse Körner werden in bekannter Weise erzeugt, indem Gas oder Flüssigkeit durch eine Schmelze aus körnigem Material geblasen wird. Eventuell können die Körner mit Antibiotikum und/oder den Wachstum fördernden Stoffen geladen oder beschichtet sein.
In der oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform werden die Körner im Kornbett fluidisiert, damit der Prothesenstiel in das im ausgefrästen Hohlraum vorhandene Kornbett hinuntergetrieben werden kann. Die Fluidisierung wird in zwei Stufen ausgeführt, die erste bei einer hohen Frequenz, bei der der Prothesenstiel ins Kornbett hinuntergetrieben werden kann, indem sich die Körner des im Hohlraum angebrachten Betts als Flüssigkeit benehmen. Diese erste Fluidisierungsstufe ist von Fluidisierung bei einer niedrigeren Frequenz gefolgt, damit zwischen den Körnern im Bett Platz vorhanden ist, so dass sie gegenseitig festgekeilt werden, wodurch Verdichtung und Verriegelung zustande gebracht werden. Geeignete Frequenzen für die für die Fluidisierung, Verdichtung und Verriegelung erforderlichen Schwingungen können von einem Fachmann in jedem einzelnen Falle leicht ausprobiert werden und sind von Faktoren, wie beispielsweise dem Typ von Körnern und dem Typ von Prothese, abhängig. Wenn poröses Titanpulver mit einer Teilchengrösse zwischen 1 und 1,5 mm verwendet wurde, hat man mit einer pneumatischen, schwingenden Knochensäge herkömmlichen Typs, in diesem Falle mit Griffen versehen, gute Ergebnisse erzielt.
Die Kornmasse wird im Hohlraum fixiert, indem rund um den Prothesenstiel ein Kragen oder Ring aus Knochenzement oder Kunststoff über das erzeugte, verdichtete, verriegelnde Kornbett angebracht wird. Alternativ kann Knochenzement oder eine ähnliche, schnellhärtende Flüssigkeit über die Körner gegossen werden.
Die Prothese (der Prothesenstiel) kann von einem an sich bekannten Typ sein, solange sie eine äussere, beispielsweise rohe oder ungleichmässige Reibungsfläche aufweist. Zweckdienlich besteht der Stiel aus einem biologisch kompatiblen, den Wachstum fördernden Stoff oder er hat eine Oberflächenschicht aus einem derartigen Stoff, welcher dann die genannte Reibungsfläche bildet.
Auf der beigefügten Zeichnung ist eine Hüftgelenkprothese zu sehen, die durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung fixiert worden ist.
Der Raum zwischen einer Knochenwand 1 und der Aussenwand 2 des kegelförmigen Stiels einer Hüftgelenkprothese ist mit unregelmässigen, etwa 1 mm grossen Körnern 3 aus reinem Titan gefüllt. Die Körner 3 sind porös und dadurch erzeugt worden, dass Gas durch eine Schmelze aus dem Kornmaterial geblasen wurde. Die Körner sind gepackt und gegenseitig festgekeilt. Eine mechanische Verriegelung ist zwischen der Aussenwand 2 des Stiels und den angrenzenden Körnern sowie zwischen der Knochenwand 1 und den angrenzenden Körnern erzeugt. Ein "Bodenstöpsel" 4, der vorteilhaft aus einem Stück von der vorher durch einen chirurgischen Eingriff entfernten Hüftgelenkkugel des Patienten besteht, bildet eine untere Begrenzung des Hohlraums und greift durch einen Flansch mit der umgebenden Knochenwand ein. Ein Deckel 5 aus Knochenzement bildet eine obere Abgrenzung des Hohlraums. Der Deutlichkeit halber ist auf der Zeichnung die Dicke der Kornschicht übertrieben.
Die obengenannte Verdichtung, Verriegelung und Festkeilung und somit die Fixierung der Prothese werden wie folgt zustande gebracht.
Nachdem der Chirurg in herkömmlicher Weise denjenigen Teil des Oberschenkelknochens ausgefräst, in dem der Prothesenstiel implantiert werden soll, und den Bodenstöpsei 4 angebracht hat, wird der erzeugte Hohlraum bis zu einem Niveau etwas unterhalb der Öffnung des ausgefrästen Knochens mit den genannten Körnern 3 gefüllt, welche beispielsweise durch Autoklaven-Behandlung sterilisiert worden sind. Danach wird der Prothesenstiel in das somit erzeugte Kornbett eingebracht und so weit eingetrieben, dass zwischen dem Kragen 7 und der Knochenöffnung nur wenige Millimeter bleiben. Zum Eintreiben des Prothesenstiels ins Kornbett wird ein Schwingungswerkzeug mit einstellbarer Frequenz verwendet, das auf den Kopf 6 des Prothesenstiels einwirkt und bei einer geeigneten Schwingungsfrequenz das Kornbett auflockert und somit den Stiel ins Kornbett hineindringen lässt. Falls die Eindringung des Stiels ins Bett wegen der Dichte des Betts sehr langsam erfolgen sollte, erhöht der Chirurg die Schwingungsfrequenz. Wenn der Prothesenstiel die oben beschriebene Position eingenommen hat, werden die Körner derart behandelt, dass sie sich absetzen, so dass sie verdichtet und gegenseitig verriegelt werden. Dies erfolgt zweckdienlich dadurch, dass der Prothesenstiel mittels des Schwingungswerkzeugs einer allmählich abnehmenden Schwingungsfrequenz, durch Schläge auf den Prothesenstiel oder anders, ausgesetzt wird.
Knochenzement wird jetzt als ein Ring rund um den Stiel unter dem Kragen 7 angebracht, wonach der Stiel durch Hammerschläge ins Kornbett vollständig hineingetrieben wird. Diese Massnahme verbessert die oben erwähnten Effekte in Form von Verriegelung, Festkeilung und Anbringung/Eindringung. Das Knochenzement im Ring kann jetzt ausgehärtet werden, so dass der Deckel 5 gebildet wird.
Es hat sich gezeigt, dass die einleitende Schwingung des Stiels vorzugsweise eine hin- und hergehende Bewegung längs eines etwa horizontalen kreisförmigen Bogens ist. Diese Schwingung bringt die Körner 3 im Stielhohlraum zum Schweben und ermöglicht eine schnelle Eintreibung des Stiels ins Bett.
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit Hüftgelenkprothesen beschrieben ist, liegt es dem Fachmann nahe, die erfindungsmässige Vorrichtung auch auf andere Typen von Prothesen anzuwenden.

Claims

1. Vorrichtung zum Fixieren einer Gelenkprothese, deren Schaft eine Reibungsfläche aufweist, umfassend ein im wesentlichen homogenes Gemisch von einem biologisch kompatiblen körnigen Material, in dem die Körner (3) eine im wesentlichen gleichförmige Teilchengrössenverteilung haben, im wesentlichen unregelmässig und plastisch sind und eine Teilchengrösse kleiner als 5 mm haben und im wesentlichen aus Titan/Titanoxid oder einem anderen, mit Titan/Titanoxid belegten Material bestehen, wodurch die Körner unter der Einwirkung von Schwingungen einer höheren Frequenz fluidisierbar und bei Schwingungen einer niedrigeren Frequenz gegenseitig verriegelbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Körner zwischen 0,5 und 2 mm liegt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch Körner (3) aus einem körpereigenen Stoff, beispielsweise gemahlenem Knochen, umfasst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner (3) im wesentlichen porös sind.