DE4413037C2 - Knochenprothese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Knochenprothese zum Verwachsen mit dem Knochenbau des Patienten bei großflächiger Anlage am Knochen mit einem Anlagebereich von Grobstruktur aus erhöhten und vertieften Stellen und einem Bereich von poriger Microstruktur. Eine Knochenprothese dieser Art ist beispielsweise bekannt geworden aus dem DE 71 26 419 U1. Es handelt sich dabei um eine Gelenkpfanne aus gesinterter Tonerde, deren konvexe Flächen porös und somit von Microstruktur ist und darüberhinaus mit Riefen ausgestattet ist, die einen Oberflächenbereich von Macrostruktur bilden.

Aus dem DE 79 10 434 U1 ist eine Prothese für eine Hüftgelenkkappe bekannt geworden, die aussen spitze Erhebungen von 1-2 mm Höhe und dazwischen Nuten von Dreiecksgestalt aufweist. Das DE 90 13 067 U1 bezieht sich auf einen Prothesenschaft mit einer großen Anzahl von feinen Sacklöchern, die von feinen Wulsten umgeben sind.

Die DE 35 18 246 A1 offenbart eine einstellbare Prothese für eine Hüftgelenkpfanne mit aussen angebrachten Befestigungsrippen und poröser Oberfläche.

Die weitere DE 31 30 732 C2 betrifft eine Hüftpfannenprothese zur zementfreien Implantation mit sich nach aussen erweiternden Einwachslöchern, die innen fein perforiert sind. Dabei sind nach außen sich stark erweiternden Pyramiden mit stachelartigen Spitzen und innen offenen, kleinen Porenöffnungen des porösen Pfannenmaterials vorgesehen.

Die DE 21 38 881 C3 offenbart eine Hüftpfannenprothese mit einem Kern aus festem Material, der von einer elastomeren Polsterschicht bedeckt ist, auf der wiederum eine offenporige Oberflächenschicht befestigt ist. Die weitere DE 24 04 214 C3 betrifft eine Knochenprothese, auch Hüftpfannenprothese mit einem dichten, festen Kern und einer Zwischenlage aus gelochtem Falzblech mit Aufsinterung eines Metallpulvers. Die DE-PS 837 294 beschreibt eine Schaftprothese mit kugelkalotten-förmigen Vertiefungen der Oberfläche. Vorstehend erwähnte Druckschriften sind Beispiele aus einem umfangreichen Stand der Technik auf dem Gebiete der zementfrei durch Einwachsen mit dem Knochenbau zu verbindenden Prothesen.

Der umfangreiche Stand der Technik dokumentiert die großen Schwierigkeiten der Schaffung von zementfreien Knochenprothesen, die ein gutes Einwachsverhalten hin­ sichtlich schneller Heilung und Haltbarkeit aufweisen, andererseits aber im Falle notwendiger Re-Operation möglichst problemfrei sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Knochenprothese der in Rede stehenden Art, insbesondere Hüftpfannenprothese zu schaffen, die hinsichtlich Einwachsverhalten, Haltbarkeit und Re- Operationsmöglichkeit günstig ist, dabei aber auch von vergleichsweise einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit.

Ausgehend von einer Knochenprothese der eingangs als bekannt vorausgesetzten Art ist die Lösung dieser Auf­ gabe im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen der Erfindung und führen zu einer Knochenprothese von optimaler Gesamtkonzeption, die sich insbesondere für Hüftpfannenprothesen beson­ ders gut bewährt.

Die im Anspruch 8 gekennzeichnete Ausgestaltung einer Hüftpfannenprothese gewährleistet ein günstig vergrö­ ßertes Oberflächenangebot des Implantates gegenüber dem Knochen. Im Bereich der erhabenen Leisten zwischen den Einsenkungen resultiert ein genügender osteoinduktiver Reiz, so daß über der gesamten Implantatoberfläche eine Osteointegration stattfindet.

Ein weiterer Vorteil der beanspruchten Oberflächen­ struktur ist darin zu sehen, daß auch Knochengewebe in Pastenform als Spongiosa-Plastik günstig einbringbar ist. Das ist bei Defektauffüllungen bzw. Revisionsein­ griffen von Bedeutung.

Die beanspruchte Ausgestaltung einer Knochenprothese läßt sich auch günstig für großflächig anliegende Knie­ prothesen verwirklichen.

Es folgt eine beispielhafte Beschreibung der Erfindung anhand von Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine sphärische Hüftpfannenprothese mit kugelkappenförmigen Einsenkungen, einem zentralen Schraubloch für ein Einschlagwerkzeug und Schraubenaufnahmelöchern.

Fig. 2 zeigt einen Grundriß der Hüftpfannenprothese aus Fig. 1 Fig. 3 veranschaulicht die Einbausituation einer Hüftpfannenprothese in einen menschlichen Beckenknochen mit einer zusätzlichen Verankerungsschraube.

Die Zeichnungen zeigen eine Knochenprothese zum Verwachsen mit dem Knochenbau des Patienten. Die gezeigte Knochenprothese ist eine im wesentlichen sphärische Hüftpfannenprothese 1, die in Fig. 1 und 2 in Querschnitt und Grundriß und in Fig. 3 in Ihrer Einbauposition im menschlichen Beckenknochen gezeigt ist. In Ihrer Einbausituation weist die Hüftpfannenprothese mit ihrer Öffnung schräg nach unten, so daß sie die hier nicht dargestellte Gelenkkugel des menschlichen Oberschenkelknochens aufnehmen kann. Gemäß der nachfolgenden Beschreibung hat die Hüftpfannenprothese eine Oberflächenstruktur, die das Verwachsen mit dem Beckenknochen des Patienten fördert, nachdem die Pfannenprothese in eine von dem Operateur im Beckenknochen vorbereitete Höhlung eingelegt worden ist. Die Oberflächenstruktur soll dabei ein festes Verwachsen der Hüftpfannenprothese mit dem Knochen ohne Verwendung von Knochenzement ermöglichen. Je nach Bedarf kann für die anfängliche oder dauerhafte Befestigung der Hüftpfannenprothese auch Verschraubung mittels einer oder mehrerer Schrauben 3 erfolgen.

Die nachstehend im einzelnen erläuterte Oberflächen­ struktur ist im übrigen auch bei Prothesen anderer Art, beispielsweise großflächig am Knochen anliegenden Knie­ prothesen verwendbar.

Die gezeigte Hüftschalenprothese 1 besteht aus einer geeigneten Metall-Legierung und ist eine starkwandige sphärische Halbschale, deren sphärische Innenfläche 5 zur Aufnahme der nicht gezeigten Gelenkkugel des menschlichen Oberschenkelknochens dient. Am Innenumfang der Halbschale kann eine Sicherungsrippe 7 vorgesehen sein, um im Bedarfsfall ein Polyäthylen-Inlay anzubringen, um die Gleiteigenschaften zwischen Hüftpfannenprothese und Gelenkkugel nach Wunsch zu gestalten.

Auf einem etwa 1/3 ihrer Oberfläche umfassenden Sektor der Halbschale befinden sich Schraubenaufnahmelöcher 9, durch welche im Bedarfsfall Befestigungsschrauben in der bei 3 gezeigten Art eingebracht werden können.

Eine zentral vorgesehene Gewindebohrung 11 dient in hier nicht näher darzustellender Weise zur Befestigung eines Einschlagwerkzeuges, mittels dessen der Operateur die Hüftpfannenprothese in die am Beckenknochen vorbereitete Ausnehmung einschlagen kann.

Der verbleibende, etwa 2/3 der Oberfläche der Hüftpfannenprothese umfassende Sektor weist ein Muster von flachen Einsenkungen 13 von im wesentlichen Kugelkappengestalt mit dazwischen befindlichen Stegen 15 auf. Die Tiefe der kugelkappenförmigen Einsenkungen beträgt ca. 1,5-2 mm und ihr Durchmesser ca. 10 mm.

In Fig. 2 ist durch Kreuze 17 und 19 die Lage der Einsenkungen auf zwei übereinandergeordneten Reihen und versetzt zueinander gezeigt.

Bei einem Durchmesser der Hüftpfannenprothese in der Größenordnung von 55 mm und einer Pfannenhöhe von ca. 25 mm nehmen die kugelkappenförmigen Einsenkungen 13 und die dazwischen befindlichen Stegbereiche jeweils etwa 50% der Oberfläche ein. Einsenkungen 13 und Stege 15 bilden zusammen einen Macrostruktur-Bereich, also einen Anlagebereich von Grobstruktur, mit welchem die Hüftpfannenprothese großflächig am Beckenknochen anwachsen kann.

Um das Verwachsen der Prothese mit dem Knochenbau zu fördern, weist die Oberfläche auch einen Bereich von poriger Microstruktur auf, und zwar mit einer Porengröße von etwa 0,5 mm Tiefe und 0,5 mm Porendurchmesser dicht an dicht.

Vorzugsweise umfaßt der Bereich von poriger Microstruktur die gesamte äußere Oberfläche der Hüftpfannenprothese.

Die Einsenkungen 13 des Marco-Strukturbereiches lassen sich beispielsweise mittels eines Kugelkopffräsers herstellen oder können auch durch entsprechende Gießformgestaltung erzeugt werden.

Die Poren des Microstrukturbereiches lassen sich mittels Laser-Bearbeitung herstellen, und zwar vorzugsweise nach Anbringung der Einsenkungen 13, so daß die Porenstruktur die gesamte Oberfläche der Hüftpfannenprothese umfasst. Nach Bedarf können die Poren der Microstruktur aber auch auf einen geringeren Bereich, beispielsweise nur die Stegbereiche zwischen den Einsenkungen beschränkt sein.

Die Poren des Microstrukturbereiches können auch von einer porösen Plasmabeschichtung mit Reintitan- Hydroxylapatit-Gemisch gebildet werden. Dabei beträgt die Schichtdicke ca. 250-300 µ (Reintitan) aufgebracht im Plasma-Sprühverfahren plus ca. 50 µ HA- Nebel (Hydroxylapatit).

Insgesamt erbringt die vorstehend erläuterte kombinierte Oberflächenstruktur mit einem durch die Einsenkungen 13 gegebenen Bereich von Makro- oder Grobstruktur und durch die Poren gegebenen microstrukturierten Bereich ein günstig vergrößertes Oberflächenangebot des Implantates gegenüber dem Knochen. Im Bereich der erhabenen Leisten zwischen den Einsenkungen resultiert ein genügender osteoinduktiver Reiz, so daß über der gesamten Implantatoberfläche eine Osteointegration stattfindet. Im Bereich der Einsenkungen, die primär keinen Knochenkontakt haben, erfolgt zuverlässig knöcherner Einwuchs. Aufgrund der gewählten Porengröße- und -Verteilung wird fibröse Inkorporation verhindert und eine günstige Intregrationszeit erreicht.

Die gewählte Gestaltung mit den grobstrukturierten Einsenkungen gestattet es auch, Knochengewebe in Postenform als Spongiosaplastik einzubringen, wie es bei Defektauffüllungen bzw. Revisionseingriffen von Bedeutung ist.

Claims (11)

1. Knochenprothese zum Verwachsen mit dem Knochenbau des Patienten bei großflächiger Anlage am Knochen mit einem Anlagebereich von Grobstruktur aus erhöhten und vertieften Stellen und einem Bereich von poriger Microstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich von Grobstruktur ein Muster von flachen Einsenkungen von im wesentlichen Kugelkappengestalt mit dazwischen befindlichen Stegen umfasst, während die Microstruktur der Oberfläche eine Porengröße von etwa 0,5 mm Tiefe und 0,5 mm Porendurchmesser hat.

2. Knochenprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der kugelkappenförmigen Einsenkungen im Bereich von ca. 1,5 mm bis ca. 2,0 mm liegt.

3. Knochenprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelkappenför­ migen Einsenkungen einen Durchmesser von ca. 10 mm ha­ ben.

4. Knochenprothese nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelkappenför­ migen Einsenkungen und dazwischen befindlichen Stege jeweils etwa 50% der Fläche des Grobstruktur-Berei­ ches ausmachen.

5. Knochenprothese nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Microstrukturbereich mit seinen Poren im wesentlichen die gesamte Prothesenoberfläche umfaßt.

6. Knochenprothese nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des Microstrukturbereiches mit einem Durchmesser von ca. 0,5 mm und einer Tiefe von ca. 0,5 mm mittels Laser eingebracht sind.

7. Knochenprothese nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des Microstrukturbereiches von einer porösen Plasmabeschichtung mit Reintitan-Hydroxylapatit-Gemisch gebildet werden, bei einer Schichtdicke von ca. 250- 300 µ (Reintitan) plus ca. 50 µ HA-Nebel.

8. Knochenprothese nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Knochenprothese eine im wesentlichen sphärische Hüftpfannenprothese mit einem Aussendurchmesser von ca. 55 mm und einer Pfannenhöhe von ca. 25 mm ist, die auf einem etwa 2/3 ihrer Oberfläche umfassenden Sektor zwei Reihen von versetzt angeordneten Einsenkungen aufweist.

9. Knochenprothese nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem verbleibenden 1/3-Sektor der Hüftpfannenprothese Schrauben-Aufnahmelöcher vorgesehen sind.

10. Knochenprothese nach Anspruch 9, gekenn­ zeichnet durch ein zentrales Einschraubloch der Hüftpfannenprothese für ein Einschlag-Werkzeug.

11. Knochenprothese nach einem der An­ sprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Knochenprothese eine großflächig am Knochen anliegende Knieprothese ist.