DE4408527A1 - Parasphärische Hüftgelenkpfanne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hüftgelenkpfanne, welche als künstlicher Gelenkersatz beim Menschen vorgesehen ist. Es handelt sich dabei um ein Implantat aus der Gruppe der sogenannten ze­ mentfreien Schraubpfannen.

Derartige Schraubpfannen bestehen aus einem metallischen Ring mit einem außenliegenden Knochengewinde und einem Inlett aus Kunst­ stoff. Diese Bauart läßt sich gemäß unterschiedlicher Außenformen weiter untergliedern in konische, sphärische, konisch-sphärische, parabolische und relativ unbedeutende zylindrische Querschnitte.

Von den genannten Bauformen erscheint besonders die sphärische Form Vorteile zu bieten, da sie nahezu vollständig der natürli­ chen Form des Acetabulums entspricht. Dadurch kann bei der Im­ plantation eines derartigen Pfannenmodells das Knochengewebe wei­ testgehend erhalten werden. Vorteilhaft wirkt sich hier ferner die Kugel-Kugel-Passung aus, weil dadurch der Einschraubwinkel der Pfanne in die vorbereitete sphärische Ausfräsung im Acetabu­ lum keine Auswirkung auf die Verankerungsfestigkeit hat. Nachdem seit kurzem verbesserte Verfahren zur spanenden Herstellung von Knochengewinden auf gekrümmten Flächen zur Verfügung stehen, ist es möglich geworden, den Schalenmantel sphärischer Schraubpfannen auch im Erstreckungsbereich des Gewindes mit hoher Perfektion der angestrebten Halbkugelform anzugleichen. Gegenüber bisher bekann­ ten Versionen, die zum frühzeitigen Verklemmen neigten, lassen sich mit solchen im Gewindebereich besser der Kugelform angepaß­ ten Schraubpfannen größere Einschraubtiefen und verbesserte Pri­ märfixationen erreichen, wobei theoretisch ein vollflächiger Kon­ takt zwischen der Pfannenoberfläche und dem knöchernen Lager er­ wartet werden könnte.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß ein Einschrauben sol­ cher sphärischer Schraubpfannen bis zum vollständigen Aufsitzen im Knochenbett in sehr vielen Fällen nicht zu realisieren ist.

Es wurde gefunden, daß hierfür im wesentlichen die aus dem Ein­ schneidvorgang der Gewindezähne resultierenden Knochenspäne ver­ antwortlich sind. Diese werden mit größerer Spandicke vor allem im Anschnittbereich des Gewindes am polseitigen Gewindeanfang produziert. Auch bei einem sehr positiv verlaufenden Drallwinkel der Spannuten ist es nicht möglich, die geschnittenen Späne in ihrer Gesamtheit beim Einschrauben der Pfanne aus dem Gewindebe­ reich abzutransportieren. Im Prinzip ist das Verbleiben der Späne in der Kontaktzone zwischen der Implantatoberfläche und dem le­ benden Knochen nicht nachteilig, weil die Knochenspäne einheilen und damit an Spalten eine Art Brückenfunktion übernehmen können. Andererseits ergibt sich bei einer perfekten Kugel-Kugel-Passung das Problem, daß die im mittleren Gewindebereich verbleibenden Spananteile zwischen Pfannenwand und Knochenbett eingeklemmt wer­ den und dem vollständigen Eindrehen der Schraubpfanne einen Wi­ derstand entgegenstellen.

Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung einer einschraubbaren Hüftgelenkpfanne mit einer besonderen Geometrie des Schalenman­ tels, welche ohne die beschriebenen Schwierigkeiten vollständig bis zur Auflage in ein sphärisch ausgeraspeltes Knochenbett ein­ schraubbar sein sollte. Außerdem sollte die fertig implantierte Pfanne höchsten Ansprüchen an die Primärfixation genügen.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die äuße­ re Kontur des Schalenmantels parasphärisch gestaltet wird, wobei der gebildete Oberflächenverlauf in zwei verschiedenen Zonen ein imaginäres einhüllendes Kugelsegment (in der Regel Hemisphäre) berührt, bzw. in einem zwischen den beiden genannten Zonen lie­ genden Bereich gegenüber dem imaginären einhüllenden Kugelsegment nach innen eingezogen ist. Dabei ist die erste der beiden genann­ ten Zonen nahe des Pfannenäquators, und die zweite auf der Pfan­ nenkuppel im Bereich zwischen dem üblichen Bodenloch und dem Ge­ windeanschnitt angeordnet. In beiden Zonen läuft die Oberflächen­ kontur mit einem tangentialen Übergang an die sphärische Geome­ trie des imaginären einhüllenden Kugelsegments heran. Für die zwischen den beiden genannten Zonen liegende Einziehung wird ge­ genüber dem imaginären einhüllenden Kugelsegment ein Abstand zwi­ schen etwa 0,3 bis 3 Millimeter vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, im vorderen Kuppel­ bereich zwischen Bodenloch und dem Gewindeanschnitt eine direkte Berührungsfläche zwischen dem Implantat und der im Acetabulum ausgeraffelten Fläche zu schaffen, weil hier beim Einschraubvor­ gang keine Späne anfallen. Im Bereich direkt nach dem Gewindean­ schnitt wird demgegenüber ein größerer Spalt zur Aufnahme dort verbleibender Späne benötigt, während wiederum am Gewindeauslauf im äquatorialen Bereich der Schraubpfanne solch ein Spalt prak­ tisch nicht mehr erforderlich ist, weil hier erstens weniger und kleinere Späne entstehen, und diese auch in den am Gewindeende vorhanden Freiraum ohnehin besser abtransportiert werden können.

Hier ist ferner die Überlegung einbezogen, daß in diesem schmalen Bereich eine leicht höhere Vorspannung, verbunden mit einer etwas stärkeren Komprimierung der Knochenspäne, wünschenswert ist, um eine exakte Zentrierung der Schraubpfanne zu bewirken. Außerdem werden dadurch die Spannuten sozusagen abgedichtet und ein nach­ trägliches Herausschwemmen von Knochenspänen verhindert. Der un­ mittelbar vor dem Aufsetzen der Schraubpfanne daraus resultieren­ de Drehmomentanstieg ist nicht nachteilig, sondern trägt dazu bei, dem Operateur ein besseres Gefühl für die erreichte Ein­ schraubposition der Pfanne zu vermitteln.

Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung ist eine Reihe von Vorteilen verbunden:

• - für die Vorbereitung des knöchernen Lagers können die handels­ üblichen sphärischen Raffelfräser verwendet werden
• - die Schraubpfanne ist problemlos bis zum vollständigen Aufsit­ zen der Pfannenkuppel einschraubbar
• - die Verankerungsfestigkeit der Schraubpfanne ist unabhängig vom Einschraubwinkel
• - die Spannuten der Schraubpfanne sind nach dem vollständigen Eindrehen geschlossen
• - die Endlage beim Aufsitzen der Schraubpfanne ist während des Eindrehens gut spürbar
• - es lassen sich maximale Primärfixationen erzielen.

Zum besseren Verständnis soll die Erfindung nachfolgend anhand der drei Zeichnungsfiguren näher erläutert werden.

Für die beiden Fig. 1 und 2 wurde ein etwas verein­ fachtes Ausführungsbeispiel einer künstlichen parasphärischen Hüftgelenkpfanne herangezogen, wobei in der Fig. 1 die Gewindezäh­ ne weggelassen wurden, um die Formgestalt der Pfannenschale bes­ ser zu verdeutlichen. In der Fig. 3 wird der erfindungsgemäße Oberflächenverlauf der Pfannenschale anhand eines Schemas ge­ zeigt.

Fig. 1 zeigt in einer geschnitten und halbseitig gezeichneten Dar­ stellung ein etwas vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen parasphärischen Hüftgelenkpfanne mittlerer Größe in einem Maßstab von ungefähr 2,5 : 1, bei welcher die Zähne des Ge­ windes weggelassen wurden, um die Formgestalt der Pfannenschale besser zu verdeutlichen. Die Pfannenschale 1 besitzt eine gewölb­ te Kuppelform mit einem relativ homogenen Wandstärkenverlauf. In ihrem Innern ist eine kugelsegmentförmige Oberfläche 3 gebildet, welche in Richtung zum Pfannenäquator hin in eine Zylinderfläche 4 übergeht. Die Pfanne ist im polaren Bereich durchbrochen, um das übliche Bodenloch 2 zu bilden. Das Bodenloch ist mit einem Deckel 5 verschließbar, welcher nach dem Druckknopfprinzip mit­ tels einer Eindrehung 6 auf das nicht eingezeichnete Inlett auf­ knöpfbar ist. Zur Verdeutlichung eines imaginären einhüllenden Kugelsegments ist um die Schalenoberfläche herum ein gestrichel­ ter Kreisbogen 7 eingetragen, welcher die Schalenoberfläche an zwei Zonen tangiert. Die erste davon liegt am Pfannenäquator, und die zweite im Bereich zwischen dem Bodenloch 2 und dem vorgesehe­ nen Gewindeanschnitt. Im Bereich 8 ist die Pfannenschale gegen­ über dem einhüllenden Kreisbogen 7 nach innen eingezogen. Auch im Bereich des Deckels 5 ist solch ein zurückgezogener Verlauf sei­ ner Oberfläche zu dem Kreisbogen 7 erkennbar. Diese Gestaltung ist jedoch gängige Praxis, weil der Deckel zusammen mit dem In­ lett nachträglich in den bereits implantierten Schraubring ein­ gesetzt wird und bei einem eventuellen Touchieren des Knochen­ grundes hinderlich wäre.

In der Fig. 2 ist das gleiche Ausführungsbeispiel wie in Fig. 1, jedoch mit den Gewindezähnen, dargestellt. Die Schraubpfanne 9 besitzt wie zuvor eine aus Kugelsegment 11 und Zylinderabschnitt 12 gebildete Innenfläche und ein Bodenloch 10 mit einem Deckel 13, wobei im Deckel wiederum eine Eindrehung 14 angebracht ist. Für das im Schnitt dargestellte Schraubgewinde wurde eine Stei­ gung von 4 mm gewählt. Die sechs Gewindezähne 16, 17, 18, 19, 20, 21 wurden leicht überhöht eingezeichnet, um die Situation im Gewin­ debereich etwas besser sichtbar machen zu können. Die Gewindezäh­ ne besitzen ein unsymmetrisches Profil. Ihre zum Pol der Pfanne zeigende Flanke weist einen Winkel von 0°, und ihre zum Äquator der Pfanne zeigende Flanke einen solchen von 20° auf. Daraus re­ sultiert ein Kippwinkel der Gewindezähne von 10° in Richtung zum Pfannenpol. Diese Kipprichtung der Gewindezähne erscheint für die angestrebte Verwendung bei einer Hüftgelenkpfanne besonders gün­ stig, weil sich dadurch aufgrund der vorgegebenen Belastungsrich­ tung bessere Krafteinleitungsverhältnisse in das menschliche Becken erzielen lassen. Die dargestellte Ausführungsform des Gewin­ des mit seinem perfekten Verlauf des Gewindegrundes entlang der mit der Erfindung vorgeschlagenen Kontur, sowie der auf eine etwa einheitliche Wirkhöhe der Gewindezähne ausgerichteten Korrektur ist mit einer Kombination zweier Zerspanungsverfahren realisier­ bar, für welche vom Anmelder bereits das Patent beantragt worden ist. Die erfindungsgemäße Einziehung der Pfannenschale im Bereich 15 ist damit derart weich und konturtreu nachgestaltbar, daß die gewollte Abweichung weg von der exakten Kugelform in der Zeich­ nungsfigur unauffällig erscheint.

Fig. 3 soll anhand eines Schemas ein besseren Verständnis der Er­ findung vermitteln. Die zeichnerische Darstellung zeigt den er­ findungsgemäßen Oberflächenverlauf der Pfannenschale, wie er sich aus einem halbseitigen Radialschnitt ergibt, als eine durchgezo­ gene Linie 22, welche sich nach dem Stoß 24 in der Kontur 23 des Pfannendeckels fortsetzt. Ferner ist der Pfannenmittelpunkt 29 sowie ein einhüllender Kreisbogen 27 eingezeichnet. Die äußere Pfannenkontur beginnt am Pfannenäquator 25 mit dem tangentialen Übergangsradius R1, welcher in den größeren Radius R2 so einmün­ det, daß der Oberflächenverlauf gegenüber dem einhüllenden Kreis­ bogen bei 28 eingezogen ist, um schließlich mit dem wieder klei­ neren Übergangsradius R3 am vorgesehenen Gewindeanschnitt 26 in die Pfannenkuppel mit dem Radius R4 einzumünden. Im Bereich des Stoßes 24 am Rand des Bodenlochs zwischen der Pfannenkuppel und dem Deckel schließt sich nochmals ein Übergangsradius R5 an, wel­ cher in den Radius R6 des Deckels hinein verläuft, wobei die Oberfläche dieses Deckels durch den Linienabschnitt 23 repräsen­ tiert ist. Obwohl in dem Schema der einhüllende Kreisbogen als voller Viertelkreis gezeichnet ist, welcher eine einhüllende ima­ ginäre Hemisphäre andeuten soll, wobei der tangentiale Übergangs­ radius R1 genau am Pfannenäquator in die Hüllkurve einmündet, ist diese Ausführung keinesfalls zwingend. Die erfindungsgemäße Form­ gestalt ist ohne weiteres z. B. auch für verkürzte Pfannenhöhen zu verwirklichen, indem als Einhüllende ein hypo-hemisphärischer Ku­ gelabschnitt herangezogen wird, und der Rand der Schraubpfanne mit dem äquatornahen Rand des so verkürzten Kugelabschnitts zu­ sammengeführt wird.

Claims (2)

1. Einschraubbare Hüftgelenkpfanne mit gekrümmter äußerer Kon­ tur, welche mit einem vorzugsweise selbstschneidenden Gewinde zur zementfreien Verankerung im Acetabulum versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Pfannenschale eine para­ sphärische Gestalt besitzt, welche sowohl in einer ersten Zone im Bereich des Pfannenäquators als auch in einer zweiten Zone an ei­ nem beliebigen Ort der Pfannenkuppel zwischen dem Rand des Boden­ lochs und dem Gewindeanschnitt jeweils mit einem tangentialen Übergang ein die Pfannenschale einhüllendes imaginäres Kugelseg­ ment berührt, während sie in einer zwischen diesen beiden Zonen liegenden dritten Zone gegenüber dem genannten Kugelsegment nach innen eingezogen ist.

2. Einschraubbare Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Außenfläche der Pfannenschale in der ge­ nannten dritten Zone gegenüber dem einhüllenden imaginären Kugel­ segment um minimal 0,3 Millimeter und maximal 3 Millimeter nach innen eingezogen ist.