DE4133877C1 - - Google Patents

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DE4133877C1 DE4133877A DE4133877A DE4133877C1 DE 4133877 C1 DE4133877 C1 DE 4133877C1 DE 4133877 A DE4133877 A DE 4133877A DE 4133877 A DE4133877 A DE 4133877A DE 4133877 C1 DE4133877 C1 DE 4133877C1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Knochen-Implantates aus Metall, bei dem ein Posi­ tivmodell erzeugt wird, welches mindestens abschnitts­ weise eine offenporige Struktur an der Oberfläche be­ sitzt, anschließend das Positivmodell in eine die Poren der offenporigen Struktur ausfüllenden keramischen Einbett­ masse eingebettet wird, anschließend das Modellmaterial durch Anwendung von Hitze entfernt wird, anschließend nommenen Räume im verbleibenden Kern durch Gießen oder Schleudern mit dem Metall gefüllt werden, und anschlie­ ßend das Kernmaterial entfernt wird. Die Erfindung be­ trifft ferner ein Knochen-Implantat aus Metall, mit einer offenporigen Struktur an der Oberfläche.
Ein derartiges Verfahren ist zum Beispiel aus der DE 31 06 917 C2 bekannt, bei dem als Positivmodell ein offen­ poriger Kunststofformkörper, zum Beispiel ein offenpori­ ger oder offenzelliger Natur- oder Kunststoffschwamm, verwendet wird. Die offenporige Oberfläche des Positiv­ modells führt zur Erzeugung eines Implantates mit offen­ poriger Oberflächenstruktur, wobei die offenen Poren der Zellen in jedem Fall gleich groß oder größer sein sollen als die Spongiosabälkchen eines natürlichen Knochens, damit das Einwachsen des Knochengewebes mit anschließen­ der Knochenbildung sofort nach der Implantierung beginnt. Da jedoch die Porengröße innerhalb vorgegebe­ ner Bereichsgrenzen statistisch verteilt in dem als Positivmodell verwendeten Kunststoffkörper vorkommt, und da die Poren außerdem ungeordnet sind, entsteht eine Implantatoberfläche, bei der die Poren örtlich willkür­ lich verteilt sind. Das Einwachsen der Spongiosabälk­ chen, die im angrenzenden Knochengewebe eine natürliche Ordnungsstruktur besitzen, wird durch die willkürliche Verteilung der Poren an der Implantatoberfläche er­ schwert.
Aus der US 36 05 123 ist es bekannt, ein Knochenimplan­ tat mindestens abschnittsweise mittels eines Plasmabe­ schichtungsverfahrens mit einer porösen Oberflächen­ schicht zu versehen.
Aus der DE 86 07 873 U1 ist eine implantierbare Prothese bekannt, bei der die nach der Implantation mit Knochen­ gewebe in Eingriff kommenden Abschnitte ihrer Außenseite mit einer Rasterprofilierung versehen ist, wobei die Tiefe der Nuten bzw. Höhe der Noppen vom proximalen zum distalen und vom lateralen zum medialen Bereich hin abnimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Knochen-Implantates sowie ein Knochen­ implantat anzugeben, welches eine offenporige Oberflä­ chenstruktur mit einer Porengröße und/oder Porendichte besitzt, die das Einwachsen des angrenzenden natürlichen Knochengewebes unterstützt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren der Eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Positiv­ modell ein Grundkörper aus Modellmaterial geformt wird, der mindestens abschnittsweise mit einem porenhaltigen Gewirke, Gewebe oder Geflecht aus Modellmaterial belegt wird und daß die örtliche Verteilung der Porengröße und/oder Porendichte des Gewirks, Gewebes oder Gelechts auf dem Grundkörper der Trabekel-Struktur der Knochen­ umgebung spricht, in die das Implantat eingesetzt wird.
Die Aufgabe wird bei einem Knochenimplantat aus Metall, mit einer offenporigen Struktur an der Oberfläche erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Porengröße und/oder Porendichte an der Oberfläche des Implantates eine ört­ liche Verteilung aufweist, welche der Trabekelstruktur der Knochenumgebung entspricht, in der das Implantat verankert wird.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß Implantate mit einer offenporigen Oberflächenstruk­ tur erzeugt werden können, die hinsichtlich der örtli­ chen Verteilung der Porengröße und -dichte den im Im­ plantatlager vorliegenden Spongiosabälkchen-(Tra­ bekel-)Strukturen in einem bislang nicht realisierten Umfange entspricht. Diese Adaptierung der Porenvertei­ lung hinsichtlich Größe, Dichte und gegebenfalls auch Tiefe ist erfindungsgemäß auf der Oberfläche eines Im­ plantates möglich und gestattet, die Poren- bzw. Zell­ größen so an die Spongiosabälkchen-Struktur des umgeben­ den Knochengewebes anzupassen, daß viele Spongiosabälk­ chen auch auf entsprechend viele, entsprechend den na­ türlichen Gegebenheiten geordneten Poren treffen. Da die Verteilung der Spongiosabälkchen im Knochen hinsichtlich ihrer Größe, Dichte und hinsichtlich ihrer örtlichen Position geordnet sind, läßt sich durch eine erfindungs­ gemäß erzeugte entsprechende Ordnung der Oberflächenpo­ ren des Implantates die Verankerungsqualität verbessern.
Wird als Implantat zum Beispiel ein Oberschenkelteil einer Hüftgelenkprothese realisiert, so läßt sich erfin­ dungsgemäß das Gewirke/Gewebe oder Geflecht auf das Positivmodell derart aufbringen, daß die Poren auf dem Positivmodell auf Kurven angeordnet sind, die den Tra­ jektorien des im oberen Femur vorhandenen Spongiosagewe­ bes entsprechen, so daß also die Spongiosabälkchen, welche längs diesen Trajektorien geordnet sind, entspre­ chend ihrer natürlichen Wachstumsneigung in die Poren des Implantates einwachsen können.
Besonders bevorzugt läßt sich erfindungsgemäß auch die Porengröße und/oder Porentiefe - bei einem zu realisie­ renden Oberschenkelteil - so auf dem Positivmodell vor­ geben, daß die Porengröße und/oder -tiefe zum distalen Ende des Prothesenschafts hin abnimmt und im proximalen Schaftabschnitt den dort relativ großen Spongiosabälk­ chen entspricht.
Als Positivmodell wird bevorzugt ein Grundkörper aus Wachs oder einem hitzflüchtigen Kunststoff erzeugt, wobei der Grundkörper aus massivem Material oder eben­ falls aus offenporigem Material bestehen kann. An­ schließend wird das Gewirke, Geflecht oder Gewebe aus Kunststoffmaterial aufgebracht, welches sich bei Hitze­ einwirkung verflüchtigt und sich daher als Modellmate­ rial eignet und welche die gewünschte Porenverteilung aufweist. Falls notwendig, kann das Positivmodell vor dem Einbetten in die Einbettkeramik noch in verflüssig­ tes Wachs oder eine Wachs-Wasseremulsion eingetaucht oder mit Wachs bzw. einer Wachs-Wasseremulsion besprüht werden, um die zwischen den Poren befindlichen Stege des Gewirks oder Geflechts auf eine gewünschte Stärke zu bringen.
Beim Einbetten des Positivmodells in die keramische Ein­ bettmasse füllen sich die Poren mit der Einbettmasse, und es erfolgt dann eine Verfestigung des Kernes durch Hitzeeinwirkung, wodurch das Modellmaterial sich ver­ flüchtigt. Beim anschließenden Eingießen von Metall bleiben die - nun im Kernmaterial - negativ nachgebilde­ ten Poren frei von Metall. Wird anschließend das Kernma­ terial zum Beispiel durch Säurelösungen wie zum Beispiel Flußsäure, entfernt, so wird ein Implantat aus Metall gewonnen, welches an seiner Oberfläche die ursprünglich auf dem Positivmodell realisierte Porenstruktur besitzt.
Die Figur zeigt als Sonderfall eines Knochen-Implantats den Oberschenkelteil einer Hüftgelenk-Endoprothese. Ein Schaft 4 besitzt einen distalen Teilabschnitt 6, der eine geschlossene oder glatte Oberfläche aufweist, und einen proximalen Teilabschnitt 8, der eine offenporige Struktur an der Oberfläche trägt. Der proximale Ab­ schnitt 8 endet an dem Kragen 2, der in einen konischen Halsabschnitt 3 übergeht, auf den eine prothetische Gelenkkugel aufsteckbar ist.
Wie der Figur entnehmbar ist, ist die Porengröße oder Porendichte der Oberflächenstruktur 10 im proximalen Teilabschnitt örtlich so strukturiert, daß die Poren eine Verteilung aufweisen, welche der Trabekel-Struktur des Spongiosagewebes des Femurs entspricht, in die das Implantat verankert wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Knochen-Implantates aus Metall, bei dem ein Positivmodell erzeugt wird, wel­ ches mindestens abschnittsweise eine offenporige Struk­ tur an der Oberfläche besitzt,
anschließend das Positivmodell in eine die Poren der offenporigen Struktur ausfüllenden keramischen Einbett­ masse eingebettet wird,
anschließend das Modellmaterial durch Anwendung von Hitze entfernt wird,
anschließend die entstandenen, vorher von dem Modellma­ terial eingenommenen Räume im verbleibenden Kern durch Gießen oder Schleudern mit dem Metall gefüllt werden, und anschließend das Kernmaterial entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Positivmodell ein Grund­ körper aus Modellmaterial geformt wird, der mindestens abschnittsweise mit einem porenhaltigen Gewirke, Gewebe oder Geflecht aus Modellmaterial belegt wird, und daß die örtliche Verteilung der Porengröße und/oder Poren­ dichte des Gewirks, Gewebes oder Geflechts auf dem Grundkörper der Trabekel-Struktur der Knochenumgebung spricht, in die das Implantat eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Porentiefe des Gewirks, Gewebes oder Geflechts auf dem Grundkörper eine vorge­ gebene örtliche Verteilung besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des auf den Grund­ körper aufgelegten Gewirks, Gewebes oder Geflechts eine vorgegebene örtliche Verteilung aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Implantat ein Oberschenkelteil einer Hüftgelenkprothese ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des Gewirks, Gewe­ bes oder Geflechts auf dem Grundkörper des Positivmodels im proximalen Abschnitt des Prothesenstiels längs vor­ gegebener Kurven angeordnet sind, die den Trajektorien des Spongiosagewebes des natürlichen Implantat-Lagers im Femurknochen entsprechen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße im proximalen Abschnitt des Prothesenstiels am größten ist und zum distalen Ende des Prothesenstiels hin abnimmt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Modellmaterial Wachs oder hitzeflüchtiger Kunststoff verwendet wird.
7. Knochen-Implantat aus Metall, mit einer offenpori­ gen Struktur an der Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße und/oder Porendichte an der Oberfläche des Implantates eine ört­ iiche Verteilung aufweist, welche der Trabekelstruktur der Knochenumgebung entspricht, in der das Implantat verankert wird.
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