DE4408527B4

DE4408527B4 - Einschraubbare Hüftgelenkpfanne mit gekrümmter äußerer Kontur

Info

Publication number: DE4408527B4
Application number: DE4408527A
Authority: DE
Inventors: Gerd Hoermansdoerfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2014-03-15
Also published as: DE4408527A1

Abstract

Einschraubbare Hüftgelenkpfanne mit gekrümmter äußerer Kontur, welche mit einem Gewinde (16–21) zur zementfreien Verankerung im Acetabulum versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Pfannenschale (1) eine parasphärische Gestalt besitzt, welche sowohl in einer ersten Zone im Bereich des Pfannenäquators als auch in einer zweiten Zone an einem beliebigen Ort der Pfannenkuppel zwischen dem Rand des Bodenlochs (2, 10) und dem Gewindeanschnitt jeweils mit einem tangentialen Übergang ein die Pfannenschale einhüllendes imaginäres Kugelsegment (7) berührt, während sie in einer zwischen diesen beiden Zonen liegenden dritten Zone gegenüber dem genannten Kugelsegment (7) nach innen eingezogen ist.

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 zementfreien Schraubpfannen.

Derartige Schraubpfannen bestehen aus einem metallischen Ring mit einem außenliegenden Knochengewinde und einem Inlett aus Kunststoff. 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 natürlichen Form des Acetabulums entspricht. Dadurch kann bei der Implantation eines derartigen Pfannenmodells das Knochengewebe weitestgehend erhalten werden. Vorteilhaft wirkt sich hier ferner die Kugel-Kugel-Passung aus, weil dadurch der Einschraubwinkel der Pfanne in die vorbereitete sphärische Ausfräsung im Acetabulum 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 bekannten Versionen, die zum frühzeitigen Verklemmen neigten, lassen sich mit solchen im Gewindebereich besser der Kugelform angepaßten Schraubpfannen größere Einschraubtiefen und verbesserte Primärfixationen erreichen, wobei theoretisch ein vollflächiger Kontakt zwischen der Ffannenoberfläche und dem knöchernen Lager erwartet werden könnte.

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

Aus der CH 670949 A5 ist eine einschraubbare Hüftgelenkpfanne mit gekrümmter äußerer Kontur bekannt, welche mit einem selbstschneidenden Gewinde zur zementfreien Verankerung im Acetabulum versehen ist, wobei die Außenfläche der Pfannenschale im Querschnitt den Ast einer Hyperbel bildet.

Es wurde gefunden, daß hierfür im wesentlichen die aus dem Einschneidvorgang der Gewindezähne resultierenden Knochenspäne verantwortlich 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 Gewindebereich abzutransportieren. Im Prinzip ist das Verbleiben der Späne in der Kontaktzone zwischen der Implantatoberfläche und dem lebenden 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 werden und dem vollständigen Eindrehen der Schraubpfanne einen Widerstand entgegenstellen.

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

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die äußere 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 liegenden Bereich gegenüber dem imaginären einhüllenden Kugelsegment nach innen eingezogen ist. Dabei ist die erste der beiden genannten Zonen nahe des Pfannenäquators, und die zweite auf der Pfannenkuppel im Bereich zwischen dem üblichen Bodenloch und dem Gewindeanschnitt angeordnet. In beiden Zonen läuft die Oberflächenkontur mit einem tangentialen Übergang an die sphärische Geometrie des imaginären einhüllenden Kugelsegments heran. Für die zwischen den beiden genannten Zonen liegende Einziehung wird gegenüber dem imaginären einhüllenden Kugelsegment ein Abstand zwischen etwa 0,3 bis 3 Millimeter vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, im vorderen Kuppelbereich zwischen Bodenloch und dem Gewindeanschnitt eine direkte Berührungsfläche zwischen dem Implantat und der im Acetabulum ausgeraffelten Fläche zu schaffen, weil hier beim Einschraubvorgang keine Späne anfallen. Im Bereich direkt nach dem Gewindeanschnitt wird demgegenüber ein größerer Spalt zur Aufnahme dort verbleibender Späne benötigt, während wiederum am Gewindeauslauf im äquatorialen Bereich der Schraubpfanne solch ein Spalt praktisch 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 nachträgliches Herausschwemmen von Knochenspänen verhindert. Der unmittelbar vor dem Aufsetzen der Schraubpfanne daraus resultierende Drehmomentanstieg ist nicht nachteilig, sondern trägt dazu bei, dem Operateur ein besseres Gefühl für die erreichte Einschraubposition der Pfanne zu vermitteln.

Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung ist eine Reihe von Vorteilen verbunden:

– für die Vorbereitung des knöchernen Lagers können die handelsüblichen sphärischen Raffelfräser verwendet werden
– die Schraubpfanne ist problemlos bis zum vollständigen Aufsitzen 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 Zeichnungsfiguren 1 und 2 wurde ein etwas vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer künstlichen parasphärischen Hüftgelenkpfanne herangezogen, wobei in der 1 die Gewindezähne weggelassen wurden, um die Formgestalt der Pfannenschale besser zu verdeutlichen. In der 3 wird der erfindungsgemäße Oberflächenverlauf der Pfannenschale anhand eines Schemas gezeigt.
1 zeigt in einer geschnitten und halbseitig gezeichneten Darstellung ein etwas vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen parasphärischen Hüftgelenkpfanne mittlerer Größe in einem Maßstab von ungefähr 2,5:1, bei welcher die Zähne des Gewindes weggelassen wurden, um die Formgestalt der Pfannenschale besser zu verdeutlichen. Die Pfannenschale 1 besitzt eine gewölbte 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 mittels einer Eindrehung 6 auf das nicht eingezeichnete Inlett aufknöpfbar ist. Zur Verdeutlichung eines imaginären einhüllenden Kugelsegments ist um die Schalenoberfläche herum ein gestrichelter 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 vorgesehenen Gewindeanschnitt. Im Bereich 8 ist die Pfannenschale gegenüber dem einhüllenden Kreisbogen 7 nach innen eingezogen. Auch im Bereich des Deckels 5 ist solch ein zurückgezogener Verlauf seiner Oberfläche zu dem Kreisbogen 7 erkennbar. Diese Gestaltung ist jedoch gängige Praxis, weil der Deckel zusammen mit dem Inlett nachträglich in den bereits implantierten Schraubring eingesetzt wird und bei einem eventuellen Touchieren des Knochengrundes hinderlich wäre.
In der 2 ist das gleiche Ausführungsbeispiel wie in 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 Steigung von 4 mm gewählt. Die sechs Gewindezähne 16, 17, 18, 19, 20, 21 wurden leicht überhöht eingezeichnet, um die Situation im Gewindebereich etwas besser sichtbar machen zu können. Die Gewindezähne 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 resultiert ein Kippwinkel der Gewindezähne von 10° in Richtung zum Pfannenpol. Diese Kipprichtung der Gewindezähne erscheint für die angestrebte Verwendung bei einer Hüftgelenkpfanne besonders günstig, weil sich dadurch aufgrund der vorgegebenen Belastungsrichtung bessere Krafteinleitungsverhältnisse in das menschliche Bekken erzielen lassen. Die dargestellte Ausführungsform des Gewindes 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 realisierbar, 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 Zeichnungsfigur unauffällig erscheint.
3 soll anhand eines Schemas ein besseren Verständnis der Erfindung vermitteln. Die zeichnerische Darstellung zeigt den erfindungsgemäßen Oberflächenverlauf der Pfannenschale, wie er sich aus einem halbseitigen Radialschnitt ergibt, als eine durchgezogene 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 einmündet, daß der Oberflächenverlauf gegenüber dem einhüllenden Kreisbogen bei 28 eingezogen ist, um schließlich mit dem wieder kleineren 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, welcher in den Radius R6 des Deckels hinein verläuft, wobei die Oberfläche dieses Deckels durch den Linienabschnitt 23 repräsentiert ist. Obwohl in dem Schema der einhüllende Kreisbogen als voller Viertelkreis gezeichnet ist, welcher eine einhüllende imaginäre Hemisphäre andeuten soll, wobei der tangentiale Übergangsradius R1 genau am Pfannenäquator in die Hüllkurve einmündet, ist diese Ausführung keinesfalls zwingend. Die erfindungsgemäße Formgestalt ist ohne weiteres z.B. auch für verkürzte Pfannenhöhen zu verwirklichen, indem als Einhüllende ein hypo-hemisphärischer Kugelabschnitt herangezogen wird, und der Rand der Schraubpfanne mit dem äquatornahen Rand des so verkürzten Kugelabschnitts zusammengeführt wird.

Claims

Einschraubbare Hüftgelenkpfanne mit gekrümmter äußerer Kontur, welche mit einem Gewinde (16–21) zur zementfreien Verankerung im Acetabulum versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Pfannenschale (1) eine parasphärische Gestalt besitzt, welche sowohl in einer ersten Zone im Bereich des Pfannenäquators als auch in einer zweiten Zone an einem beliebigen Ort der Pfannenkuppel zwischen dem Rand des Bodenlochs (2, 10) und dem Gewindeanschnitt jeweils mit einem tangentialen Übergang ein die Pfannenschale einhüllendes imaginäres Kugelsegment (7) berührt, während sie in einer zwischen diesen beiden Zonen liegenden dritten Zone gegenüber dem genannten Kugelsegment (7) nach innen eingezogen ist.
Einschraubbare Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Pfannenschale (1) in der genannten dritten Zone gegenüber dem einhüllenden imaginären Kugelsegment (7) um minimal 0,3 mm und maximal 3 mm nach innen eingezogen ist.
Einschraubbare Hüftgelenkpfanne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (16–21) zur zementfreien Verankerung im Acetabulum selbstschneidend ausgebildet ist.