DE69822911T2

DE69822911T2 - Orthopädisches Implantat mit einer metallischen Lagerfläche

Info

Publication number: DE69822911T2
Application number: DE69822911T
Authority: DE
Inventors: Michael P. Laurent; Jerry Parcell; Kent Mcdonald
Original assignee: Zimmer Technology Inc
Current assignee: Zimmer Technology Inc
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: EP0858786A3; EP0858786A2; DE69822911D1; US5723014A; ES2217494T3; JP4083853B2; EP0858786B1; JPH10201778A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft orthopädische Implantate und insbesondere ein orthopädisches Implantat mit einer metallischen Lagerfläche.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Ein orthopädisches Implantat, das dazu dient, ein Gelenk in einem Patient zu ersetzen, weist normalerweise eine Lagerfläche auf, die einen Eingriff mit einer Lagerfläche an einem gegenüberliegenden Implantat herstellt und mit ihr zusammenwirkt. Zum Beispiel wird bei einem orthopädischen Hüftgelenkersatz eine Lagerfläche in Form eines Kopfs auf einem Oberschenkel- bzw. Femurimplantat an einer Lagerfläche auf einer Hüftgelenkpfanne beweglich angeordnet, die am Beckenknochen befestigt ist.
Um Reibung zu reduzieren und Verschleißkennwerte zwischen gegenüberliegenden Lagerflächen zu verbessern, kann eine der gegenüberliegenden Lagerflächen die Form einer nichtmetallischen Lagerfläche haben, z. B. Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE). Betrachtet man erneut den orthopädischen Hüftgelenkersatz, kann die Hüftgelenkpfanne eine UHMWPE-Auskleidung haben, die die zugehörige Lagerfläche bildet, und die Lagerfläche des Femurimplantats kann aus einer Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung, Titan oder rostfreiem Stahl hergestellt sein. Festgestellt wurde, daß die Verwendung einer metallischen Lagerfläche auf einem orthopädischen Implantat und einer Polymerlagerfläche auf einem gegenüberliegenden orthopädischen Implantat in der Praxis zufriedenstellend funktioniert.
Bekannt ist auch der Gebrauch eines Paars orthopädischer Implantate an einem Gelenk in einem Körper, die gegenüberliegende und zusammenwirkende metallische Lagerflächen haben.
Zum Beispiel kann es möglich sein, ein Femurimplantat mit einer aus einer Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung hergestellten Lagerfläche zu verwenden, die einen gepaarten Eingriff mit einer Hüftgelenkpfanne herstellt, die aus einer Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung hergestellt ist. Nach Implantation solcher Implantate in den Patienten ist die Reibungskraft, die zwischen den Implantaten auftritt, eine Funktion des Reibungskoeffizienten der metallischen Materialien, der Normalberührungskraft, die zwischen den Lagerflächen vorliegt, und des Effekts von Körperflüssigkeiten zwischen den Lagerflächen als Gleitmittel.
In der Technik wird eine orthopädische Implantatanordnung benötigt, die an einem Gelenk in einem Patienten verwendet werden kann und die gegenüberliegende und zusammenwirkende metallische Lagerflächen mit verbesserten Verschleißkennwerten aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein orthopädisches Implantat bereit, das eine metallische Lagerfläche mit einer daran angelegten elektromotorischen Kraft hat, was zu verbesserten Verschleißkennwerten der Lagerfläche führt. Die US-A-3964473 offenbart eine Knochenprothese mit einer kathodischen Elektrode in Form eines Netzes oder Gitters. Polarisation der Elektrode bewirkt Knochenwachstum um und in die Unregelmäßigkeiten in der Elektrode.
Die Erfindung weist ein orthopädisches Implantat mit einem Metallkörper auf, der eine metallische Lagerfläche hat. Außerdem verfügt das orthopädische Implantat über eine Vorrichtung zum Anlegen einer elektromotorischen Kraft an die metallische Lagerfläche. Die elektromotorische Kraft resultiert aus einer galvanischen Kopplung mit der Lagerfläche.
Ein Vorteil der Erfindung ist, daß ein orthopädisches Implantat bereitgestellt ist, das eine metallische Lagerfläche mit verbesserten Verschleißkennwerten hat.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die gesamte Außenform des Implantats relativ unverändert bleiben kann.
Noch ein weiterer Vorteil ist, daß die elektromotorische Kraft, die an der metallischen Lagerfläche angelegt wird, mit Hilfe eines kathodischen Materials und eines anodischen Materials erzeugt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise ihrer Realisierung und ein besseres Verständnis der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:
1 ein Beispiel für eine Prüfvorrichtung, die zum Prüfen von Materialien für eine Lagerfläche dient, die in einem orthopädischen Implantat verwendet wird;
2 eine Draufsicht auf die Prüfvorrichtung gemäß 1; und
3 eine explodierte fragmentarische Seitenansicht einer Ausführungsform einer orthopädischen Implantatanordnung der Erfindung, die eine galvanische Kopplung in einer Hüftgelenkpfanne verwendet.
In den mehreren Ansichten bezeichnen entsprechende Bezugszeichen durchweg entsprechende Teile. Die hier dargestellten Veranschaulichungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einer Form, und diese Veranschaulichungen sind nicht als irgendeine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung zu interpretieren.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In den Zeichnungen und insbesondere in 1 und 2 ist eine Ausführungsform einer Prüfvorrichtung 10 gezeigt, die zum Prüfen von Materialien zum Gebrauch als Lagerfläche in einem orthopädischen Implantat verwendet werden kann. Ein metallischer Körper 12 in Form einer metallischen Scheibe wird in der Prüfvorrichtung 10 plaziert und geprüft, um seine Verschleißkennwerte zu bestimmen. Der metallische Körper 12 ist aus einem kathodischen Material hergestellt, z. B. einer Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung. Der Körper 12 ist in einem Behälter 14 angeordnet und wird durch eine Teilehalterung 16 getragen.
Normalerweise weist der Behälter 14 eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material 15 auf seiner gesamten Innenfläche auf. Im Rahmen der Erfindung wurde aber festge stellt, daß es notwendig ist, mindestens einen Abschnitt des Isoliermaterials von der Innenseite der Behälters 14 zu entfernen und so den Körper 12 mit dem Behälter 14 elektrisch zu koppeln. In der Ausführungsform der Prüfvorrichtung 10 gemäß 1 wurde der Großteil des Isoliermaterials von der Innenfläche des Behälters 14 entfernt. Alternativ kann das gesamte Isoliermaterial 15 von der Innenfläche des Behälters 14 entfernt sein.
Die Teilehalterung 16 trägt den Körper 12 wie zuvor beschrieben und dreht den Körper 12 mit einer ausgewählten Drehzahl gemäß der Darstellung durch einen Pfeil 18 in 2. Vorzugsweise ist die Teilehalterung 16 aus einem elektrisch leitenden Material aufgebaut, z. B. rostfreiem Stahl. Der Behälter 14 enthält den Körper 12 und die Teilehalterung 16. Der Behälter 14 ist aus einem anodischen Material, z. B. Aluminium, aufgebaut. Außerdem weist der Behälter 14 eine elektrolytische Flüssigkeit 20 in seinem Inneren auf, das den Körper 12 mit dem Behälter 14 elektrisch verbindet. Vorzugsweise hat die elektrolytische Flüssigkeit 20 die Form einer Körperflüssigkeit eines Säugetiers, z. B. Rinderserum.
Ein Prüfstift 22 übt eine vorbestimmte Axiallast auf den Körper 12 aus. Der Stift 22 ist in einer vorbestimmten Neigung relativ zu einer Lagerfläche 12A des Körpers 12 angeordnet. In der speziellen Ausführungsform gemäß 1 und 2 ist der Stift 22 in einer Neigung von etwa 30° relativ zur Lagerfläche 12A angeordnet. Der Stift 22 ist über eine Leitung 26 mit einer Steuerung (C) elektrisch verbunden.
Im Betrieb wird der Körper 12 in das Rinderserum 20 eingetaucht, das im Behälter 14 enthalten ist. Der Körper 12 und Behälter 14 bilden eine galvanische Kopplung, die eine elektromotorische Kraft in Form eines elektrischen Potentials zwischen dem Körper 12 und Behälter 14 bildet. Insbesondere ist eine elektromotorische Kraft an die Lagerfläche 12A angelegt, was zu verbesserten Verschleißkennwerten der Lagerfläche 12A gegenüber Verschleißkennwerten der Lagerfläche 12A bei Fehlen einer solchen elektromotorischen Kraft führt.
Dieser Betrieb der Prüfvorrichtung 10 wurde auch unter Verwendung eines Behälters 14 mit einer Innenfläche durchge führt, die durch das Isoliermaterial 15 völlig bedeckt war. In einer solchen Konfiguration ist der Behälter 14 nicht mit dem Körper 12 elektrisch gekoppelt, und die zuvor beschriebenen verbesserten Verschleißkennwerte wurden nicht beobachtet.
In 3 ist eine Ausführungsform einer orthopädischen Implantatanordnung 30 gezeigt. Die orthopädische Implantatanordnung 30 weist ein erstes orthopädisches Implantat 32 und ein zweites orthopädisches Implantat 34 auf. Das zweite orthopädische Implantat 34 weist einen metallischen Körper 36 in Form eines Femurimplantats auf, das einen Femurkopf 38 aufweist. Der Femurkopf 38 bildet eine metallische Lagerfläche 40, die einen gepaarten Eingriff mit dem ersten orthopädischen Implantat 32 herstellt.
Das erste orthopädische Implantat 32 weist einen ersten metallischen Körper 42 in Form einer Hüftgelenkpfanne auf, die in einem Beckenknochen eines Patienten implantiert sein kann. Der Körper 42 weist eine metallische Lagerfläche 44 mit einer Form auf, die einen gepaarten Eingriff mit der Lagerfläche 40 des Femurkopfs 38 herstellt. Der Körper 42 ist aus einem kathodischen Material hergestellt, z. B. Cobalt-Chrom-Molybdän, Titan, rostfreier Stahl oder deren Legierungen.
Ein metallischer Abschnitt in Form eines Rundrings 46 ist am Körper 42 befestigt und wird durch ihn getragen. Der Rundring 46 ist aus einem anodischen Material relativ zum kathodischen Material aufgebaut, aus dem der Körper 42 aufgebaut ist. Ein Beispiel für ein anodisches Material, aus dem der Rundring 46 aufgebaut sein kann, ist Aluminium. Zu anderen Beispielen für anodische Materialien, aus denen der Rundring 46 hergestellt sein kann, gehören Magnesium, Zink, verzinkte Stähle und deren Legierungen. Der Rundring 46 und Körper 42 bilden eine galvanische Kopplung dazwischen. Steht das orthopädische Implantat 32 mit einer elektrolytischen Flüssigkeit in Kontakt, z. B. einer Körperflüssigkeit nach Implantation in einen Patienten, können Ionen über das elektrische Potential fließen, das durch die elektromotorische Kraft zwischen dem Körper 42 und Rundring 46 erzeugt ist. In Laborversuchen wurde festgestellt, daß die elektromotorische Kraft zu verbesserten Verschleißkennwerten der Lagerfläche 44 ge genüber Verschleißkennwerten der Lagerfläche 44 bei Fehlen einer solchen elektromotorischen Kraft führt.
Während die Erfindung mit einer bevorzugten Gestaltung beschrieben wurde, kann die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung weiter abgewandelt sein.

Claims

Orthopädisches Implantat (32) mit: einem metallischen Körper (42), der eine metallische Lagerfläche (44) aufweist; und einer Einrichtung zum Anlegen einer elektromotorischen Kraft an die metallische Lagerfläche (44), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen der elektromotorischen Kraft einen metallischen Abschnitt (46) aufweist, der am Körper (42) befestigt ist, wobei der Körper (42) ein kathodisches Material aufweist und der metallische Abschnitt (46) ein anodisches Material relativ zum Körper (42) aufweist, wodurch ein elektrisches Potential zwischen dem Körper (42) und dem metallischen Abschnitt (46) erzeugt wird, und dadurch, daß der Körper (42) und der metallische Abschnitt (46) eine galvanische Kopplung bilden.
Orthopädisches Implantat (32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (42) eine Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung aufweist und der metallische Abschnitt (46) Aluminium aufweist.
Orthopädisches Implantat (32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (42) eine Hüftgelenkpfanne bildet und der metallische Abschnitt (46) einen durch den Körper (42) getragenen Rundring aufweist.
Orthopädisches Implantat (32, 50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen der elektromotorischen Kraft zu verbesserten Verschleißkennwerten der Lagerfläche (44) gegenüber Verschleißkennwerten der Lagerfläche (44) bei Fehlen der Anlegeeinrichtung führt.
Orthopädisches Implantat (32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Körper (42) ein erster metallischer Körper (42) ist, der eine erste metallische Lagerfläche (44) hat, und in Anordnung mit einem zweiten orthopädischen Implantat (34) steht, das einen zweiten metallischen Körper (36) mit einer zweiten metallischen Lagerfläche (40) aufweist, wobei die Lagerfläche (40) so konfiguriert ist, daß sie einen gepaarten Eingriff mit der ersten Lagerfläche (44) herstellt.
Orthopädisches Implantat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper (42) eine Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung aufweist und der metallische Abschnitt (46) Aluminium aufweist.
Orthopädisches Implantat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper (42) eine Hüftgelenkpfanne bildet und der metallische Abschnitt (46) einen durch den Körper (42) getragenen Rundring aufweist.
Verfahren zur Verbesserung von Verschleißkennwerten eines orthopädischen Implantats (32, 50) mit einer metallischen Lagerfläche, das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen des Implantats mit einem Körper (42), der die metallische Lagerfläche (44) aufweist; Plazieren des Körpers (42) in einem elektrolytischen Fluid; und Anlegen einer elektromotorischen Kraft an die metallische Lagerfläche (44) unter Verwendung des elektrolytischen Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß es den folgenden weiteren Schritt aufweist: Bereitstellen eines metallischen Abschnitts (46) in Kontakt mit dem elektrolytischen Fluid, wobei der Körper (42) ein kathodisches Material aufweist und der metallische Abschnitt (46) ein anodisches Material relativ zum Körper (42) aufweist, und wobei der Anlegeschritt unter Verwendung eines elektrischen Potentials durchgeführt wird, das zwischen dem Körper (42) und dem metallischen Abschnitt (46) erzeugt wird, und dadurch, daß der Körper (42) und der metallische Abschnitt (46) eine galvanische Kopplung bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrolytische Fluid Körperflüssigkeit eines Säugetiers aufweist.