DE7720821U1

DE7720821U1 - Verbindungs- und/oder verankerungsteil mit koerniger oberflaeche fuer knochenprothesen, insbesondere gelenkprothesen

Info

Publication number: DE7720821U1
Application number: DE19777720821U
Authority: DE
Original assignee: Benoist Girard & Cie Cachan Val De Marne (frankreich) SA
Current assignee: Benoist Girard & Cie Cachan Val De Marne (frankreich) SA
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1977-07-02
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DE2730004C2; FR2356465B1; BE856147A; DE2730004A1; US4355428A; FR2356465A1; SE434473B; SE7707600L; IT1126208B; GB1577974A; DE7835000U1

Description

Anmelderin: S.A. BENOIST GIRARD & CIE.

B 81 Gm 77/1 a

Bezeichnung: Verbindungs- und/oder Verankerungsteil mit körniger Oberfläche für Knochenprothesen, insbesondere Gelenkprothesen

Die Erfindung betrifft ein Verbindungs- und/oder Verankerungsteil mit körniger Oberfläche für Knochenprothesen. Derartige an der Oberfläche mit zapfenartigen Vbrsprüngen versehene Prothesenteile sind dazu bestimmt, mit einem tragenden Teil derart verbunden zu werden, daß die gesamte Anordnung fest ist und sich verhält, als wäre sie einstückig ausgeführt. Es ist bekannt, daß der mechanische Halt, also der Widerstand bei Beanspruchung, die Steifigkeit usw. eines derartigen Gebildes fast ausschließlich von der Qualität der Verankerung des Verbindungsteiles in dem Aufnahmeteil abhängt, wenn die einzelnen Teile, aus denen sich die gesamte Einheit zusammensetzt, verschiedenen Beanspruchungen unterworfen werden.

Das oben Gesagte trifft insbesondere zu für Knochenprothesen und von diesen wiederum speziell für Gelenk-Prothesen. Gelenk-Prothesen weisen zum einen ein zapfenartiges Verankerungsteil

auf, das in einen Knochonmarkkanal des Aufnahmeknochens nach der Ablation der schadhaften Extremität des Knochens eingesetzt wird, und zum anderen einen Fortsatz, der aus dem aufnehmen den Knochen herausragt und dazu bestimmt ist, mit einem Ansatzstück eines zusätzlichen Gelenkknochens zusammenzuwirken.

Durch die Bewegungen der Gelenke werden auf die Prothese beträchtliche Beanspruchungen ausgeübt. Dies kann, falls der Halt des Zapfens der Prothese in dem Knochen nicht von hoher Qualität ist, zu einem Wackeln der Prothese in dem Knochen, an dem sie angesetzt ist, führen. Hierdurch können schwere Unfälle herrühren, insbesondere durch Bruch der Prothese.

Um diese mögliche Unfallquelle auszuschließen, ist besonderes Augenmerk auf die Verankerung der Prothese in dem die Prothese aufnehmenden Knochen gerichtet worden. Das bekannteste und weitest verbreitete Verfahren zur Verankerung besteht darin, daß der Halt des Zapfens der Prothese in dem Knochenmarkskanal des tragenden Knochens mit Hilfe eines speziellen Klebe- und Bindemittels erreicht wird.

Dieses Verfahren weist jedoch Nachteile auf, die direkt mit der Verwendung eines Klebe- und Bindemittels zusammenhängen.

So stellt erstens in der Tat das Bindemittel einen Fremdkörper dar, der auf lange Sicht das Knochengewebe beträchtlich schädigen ann und der ein Hemmnis beim Prozeß des Regenerierens darstellt.

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Zweicens resultiert ein weitaus gewichtigerer Nachteil aus der Tatsache/ daß, um eine gute Verankerung zu erreichen, eine relativ große Menge Bindemittel zwischen dem Zapfen der Prothese und den Wänden des im Knochen ausgearbeiteten Kanals vorhanden sein muß, wodurch es notwendig wird, in dem Knochen eine Höhlung von größerem Durchmesser im Bereich des zapfenartigen Einsatzstücks der Prothese auszubilden. Dies führt zwangsläufig dazu, daß der Knochen über die gesamte Länge des Einsatzkanals bruchanfälliger wird. Falls die Prothese zudem einmal ersetzt werden muß, ist es notwendig, den Knochen erneut von innen her aufzuweiten, wodurch sein Widerstand weiter verringert und ein erneutes Einsetzen praktisch unmöglich gemacht wird.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist kürzlich eine Verankerung einer Prothese vorgeschlagen worden, die sich dadurch auszeichnet, daß kein Klebe- oder Bindemittel verwendet wird und der Halt der Prothese im Knochen erreicht wird über die Regenerierung des Knochengewebes rund um die Prothese und mit deren Oberfläche, wodurch der Zapfen der Prothese einen sehr festen Halt findet.

Ein derartiges Verfahren hat ersichtlich beträchtliche Vorteile, die sich nicht nur auf den rein medizinischen Bereich beschränken, also Vermeiden des Fremdkörpers Bindemittel, Unterstützen der Rekalzifikation und Verringerung der Schädigung des aufnehmenden Knochens, sondern auch durch Vereinfachung im Bereich

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des praktischen, operativen Gebrauchs und ebenso in ökonomischer Hinsicht.

Wesentliche Voraussetzung für ein derartiges Verfahren ist, daß die Oberfläche des in den Knochen eingesetzten Zapfens der Prothese so ausgebildet ist, daß eine gute mechanische Verbindung zwischen Knochen und Prothese gewährleistet wird.

Die bekannten Protheseeinsatzstücke mit glatten Oberflächen ermöglichen keine hinreichend zufriedenstellende Verbindung, wie eine solche notwendig wäre. Um dieser sehr wichtigen Anforderung nachzukommen, wurden neue Einsatzstücke für Prothesen vorgeschlagen, die eine unregelmäßige Oberfläche aufweisen. Solche Oberflächen werden dadurch erhalten, daß in die Oberfläche des Einsatzstücks der Prothese eine Vielzahl von unregelmäßigen Höhlungen eingearbeitet wird. Es ist einzusehen, daß eine solche unregelmäßige Oberfläche einen genügenden Halt der Prothese in dem sie aufnehmenden Knochen gewährleistet, weil das Knochengewebe, während es sich wiederbildet, die Höhlungen ausfüllt in Form einer Vielzahl von Vorsprüngen, die unter im wesentlichen radialer Richtung in das Einsatzstück hineingreifen.

Hieraus folgt, daß der Knochen selbst die von außen auf die Prothese ausgeübten mechanischen Kräfte aufnimmt und absorbiert, und daß demzufolge das Risiko des Ausreißens, das bei den mit

Bindemitteln befestigten Prothesen auftreten kann, in der Praxis ausgeschlossen ist.

Die Prothesen mit unregelmäßiger Oberfläche, wie sie zur Zeit
vorgeschlagen worden sind, haben ein pockennarbiges,, unästhetisches Äußeres und den Nachteil, daß sie bruchanfällige Zonen
im Bereich einiger Wände aufweisen, die die Hohlräume voneinander trennen. Dies führt dadurch zu einem Risiko, daß das Einsatzstück der Prothese in gewissen Bereichen oberflächlich abbröckeln kann, woraus ein nicht gleichmäßiges Verankern im
Knochen resultiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungs- und/oder Verankerungsteil für Knochenprothesen zu schaffen, das kostengünstig herstellbar ist und das zuverlässig mit dem Knochen verankerbar ist. Insbesondere soll mit Hilfe dieses Prothesenteils ein
sicherer Halt der Prothese am Knochen erreicht werden. Das Verankerungsteil soll gute Eigenschaften und gute Verträglichkeit
mit der Knochensubstanz aufweisen und eine zuverlässige Verbindung mit der Knochensubstanz eingehen.

Die der Erfindung zugrundegelegte Aufgabe wird gelös;t durch
die Merkmale des Schutzanspruchs 1.

Auch wenn das Verankerungsteil nach der Erfindung im Speziellen zur Herstellung von Protheseteilen entwickelt worden ist, kann

leicht eingesehen werden, daß dieses Werkstück ebenfalls Anwendung finden kann bei anderen Stücken, die an einem Trägerteil· verankert werden sollen, gleich ob diese Verankerung erreicht wird mit Hilfe eines zusätzlichen Materials, wie zum Beispiel ein Kleb- oder Bindemittel, oder ohne ein derartiges zusätzliches Material.

Obwohl sich das erfindungsgemäße Verankerungsteil insbesondere auf Knochenprothesen bezieht, die ohne Zuhilfenahme eines Bindemittels in einen Knochen eingesetzt werden sollen, so ist doch leicht einzusehen, daß keine Hindernisse entgegenstehen, auch bsi den bekannten Verfahren der Befestigung mittels eines Kleb- und Bindemittels eine unregelmäßige Oberfläche des Verankerungsteils der Prothese zu benutzen, was naturgemäß zu einer Verbesserung der Haftung zwischen Bindemittel und Prothese führt.

Das erfindungsgemäße Verbindungs- und/oder Verankerungsteil mit nicht glatter, körnig strukturierter Oberfläche kann unmittelbar durch Gießen erhalten werden. Durch dieses Herstellungsverfahren wird unter anderem jede Bearbeitung der Oberfläche deü Verankerungsteiles auf chemischem oder physikalischem Wege vermieden. Derartige Arbeitsverfahren sind im allgemeinen kostspielig und benötigen für ihre Durchführung entweder den Gebrauch von schwierig zu handhabenden, gegebenenfalls gefährlichen chemischen Produkten - falls man die Oberfläche chemisch bearbeitet - , oder machen teure und sperrige mechanische Bearbeitungseinheiten notwendig. Zweckmäßigerweise ist das

Verankerungsteil mit körnig strukturierter Oberfläche als Zapfen ausgebildet. Die VorSprünge auf der Oberfläche des Verankesrungsteils können optimal gestaltet und angeordnet werden. Weiterhin wird über die gesamte Oberfläche des Verankerungsteiles eine praktisch konstant bleibende Tiefe der unregelmäßig strukturierten Zone erhalten. Dies führt zu einer guten Homogenität der Verankerung des Prothesenstücks in dem Knochen. Die Oberfläche des durch Gießen hergestellten Verankerungsteils wird von einer Vielzahl von Vorsprüngen gebildet, die beim Gießverfahren einstückig verbunden mit dem Basiskörper des Verankerungsteils hergestellt werden, wodurch ein sehr guter Zusammenhalt der Teile gewährleistet ist.

Die Vorsprünge sind in Abständen voneinander angeordnet, so daß zwischen ihnen Zwischenräume freibleiben.Der Knochen, in den über das Verankerungsteil die Verankerung einer Prothese erreicht werden soll, kann, wenn er sich weiterbildet und rekonstituiert, die angesprochenen Zwischenräume ausfüllen und so eine Vielzahl von Verankerungen schaffen.

Vorteilhafterwoise ist der zwei benachbarte Partikel trennende Zwischenraum nicht konstant über die gesamte Höhe der Vorsprünge. Der Zwischenraum hat seinen größten Wert im Niveau der Basis der Vorsprünge, also der Verbindung dieser Vorsprünge mit dem Basiskörper des Verbindungs- und/oder Verankerungsteils.

Die bevorzugte Ausführungsform dieser Vorsprünge, die den oben angegebenen Charakteristiken am besten entspricht, ist die sphärische Form.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen das erfindungsgemäße Verbindungs- und/oder Verankerungsteil und seine Herstellung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht einer für den Guß eines Basismodells verwendeten Gußform,

Fig. 1a eine perspektivische Darstellung der geöffneten GuS-form nach Fig. 1 mit Basismodell in der linken Halbform, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Basismodells,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Basismodells nach Fig. 2, auf das eine Schicht Klebstoff oberflächlich aufgetragen wird,

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3, bei der Kugeln aus Kunststoff auf die Oberfläche des Basismodells aufgestreut werden,

Fig. 4a eine Draufsicht auf ein mit Kugeln aus Plastik urngeben«äs Basismodell,

Fig, 4b eine Schnittansicht durch ein stark' vergrößertes Teil der Oberfläche nach Fig. 4a,

Fig. 5 in perspektivischer Darstellung die Phase des Eintauchens des fertigen Gußmodells in ein Bad zum Aufbringen einer feuerfesten Schicht,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein mit einer feuerfesten Schicht umhülltes, fertiges Modell,

Fig. 6a eine Seitenansicht einer Heizvorrichtung, in die ein mit einer feuerfesten Umkleidung umhülltes, fertiges Gußmodell eingebracht ist,

Fig. 7 eine Seitenansicht der feuerfesten Hohlform während der Phase des Gießens,

Fig. S eine Seitenansicht der teilweise zerstörten Form und des gegossenen Verankerungsteiles,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des erhaltenen Gußstücks,

Fig. 9a eine Detailansicht in vergrößertem.Maßstab der Oberfläche des Gußstücks nach Fig. 9, und

Fig. 9b eine Schnittansicht durch ein stark vergrößertes Teil der Oberfläche nach Fig. 9a.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben in seiner Anwendung auf ein Schenkelteil einer Totalprothese der Hüfte, also ein Prothesenteil, das in den Oberschenkelknochen eingesetzt werden kann.

In den Fig. 1 und 1a ist eine Gußform dargestellt, wie sie selbst seit langem bekannt ist. Diese Form besteht aus zwei schalenartigen Halbformer· 1, 2, in jede dieser Kalbformen ist ein Halbabdruck der Hohlform 3 und 4 dos zu fertigenden Ausgangsmodells eingeformt, so daß bei geschlossener Gußform, wenn also die Halbformen 1,2 aufeinandergeklappt werden, die halben Abdrücke 3

und 4 einen Hohlraum der Dimension und Form der zu fertigenden Ausgangsform ausbilden. Ist die Form mittels einer bekannten Schließvorrichtung S geschlossen, so steht der aus den beiden halben Abdrücken 3, 4 bestehende Hohlraum über ein Gußloch 5 mit der Außenwelt in Verbindung. Durch dieses Gußloch 5 hindurch wird im Sinne des Pfeiles F in Fig. 1 in die Form das Material hineingegossen, das dazu bestimmt ist, das Basismodell zu bilden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein mineralisches Wachs verwendet, wie dieses gewöhnlicherweise für ein Verfahren verwendet wird, das als Guß mit verlorener Form bezeichnet wird, insbesondere ein Wachs, wie es unter der Bezeichnung "L 115" von der Firma LA CERESINE verkauft wird.

Natürlich kann man auch andere Materialien als Wachs verwenden, also zum Beispiel Kunststoffe oder Quecksilber.

Damit es in die geschlossene Form 1,2 hineingegossen werden kann, wird das Wachs soweit erhitzt, daß es in flüssiger oder zumindest pastöser Form vorliegt.

Sobald die Form gefüllt ist, läßt man das Wachs abkühlen, äo daß dieses wieder erstarrt. Daraufhin öffnet man die Form, wie dies aus der Fig. 1 a ersichtlich ist. Auf diese Weise erhält man ein Basismodell 6 aus Wachs, das man aus der Form herausnimmt und das die in Fig. 2 dargestellte Form hat. Dieses Basismodell 6 weist auf: Einen Zapfen 7, der Einsatzstück für die

Prothese ist und in einen, in dem Oberschenkel ausgearbeiteten Kanal eingesetzt wird, einen Schaft 8, der die Anlage der Prothese am oberen Teil des Oberschenkelknochens gewährleistet, einen Hals 9, der den Halsbereich der Prothese bildet und einen Knauf 1o, der Rohstück eines Teils mit sphärischem Kopf der Prothese ist.

Nach dem Herausnehmen des Basismodells 6 in Wachs aus seiner Form, wird in bekannter Weise ein Verfahren zur Stabilisation und Festigung durchgeführt, damit eine gute Festigkeit des Modells im Verlauf der weiteren Bearbeitungsphasen gesichert ist und alle Änderungen geometrischer Art vermieden werden. Dieser Verfahrensschritt der Verfestigung besteht darin, daß das Basismodell 6 für zumindest 24 Stunden in einem bei 20° C klimatisierten Raum aufbewahrt wird.

Wie aus Fig. 3 zu sehen, wird anschließend, zum Beispiel mit Kilfe eines Pinsels, eine Schicht eines kommerziellen Klebemittels 12 aufgetragen auf die gesamte Oberfläche des Zapfens des Basismodells 6. Natürlich kann der Zapfen 7 ebenso klebfähig gemacht werden durch jedes andere geeignete Klebemittel.

Anschließend worden, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist, auf den Zapfen 7 Partikel 11 aufgestreut, die im gezeigten Ausführungsbeispiel Kugeln mit gleichen Abmessungen aus Kunststoff sind. Es handelt sich im speziellen Fall um Polystyrol-Kugeln,

wie sie.von der Firma RHONE-PROGIL unter dem Warenzeichen ASCOLENE vertrieben werden und die Bezeichnung GPE-RH tragen.

Das Aufstreuen kann manuell erfolgen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, oder aber auch mechanisch. Es ist natürlich verständlich, daß man ebenso Partikel verwenden kann, deren Material und Form verschieden sind von den oben angegebenen.

In Fig. 4a ist ein mit als Polystyrolkugeln ausgebildeten Partikeln 11 belegtes Basismodell 6 gezeigt, die Polystyrolkugeln haften an der Oberfläche aufgrund eines Klebers, wie dies in Fig. 4b ins einzelne gehend dargestellt ist. In dieser Figur ist eine Klebemittelschicht 12 gezeigt, die die Oberfläche 13 des Zapfens 7 des Basismodells 6 überzieht. Die Kugeln 12 befinden sich in Kontakt mit dem Klebemittel in einer Zone 14, die relativ klein ist, aber ausreicht, damit die Kugeln nicht verlorengehen können. Diese Klebemittelzone 14 hat einen Querschnitt SI, der kleiner ist als der Querschnitt S 2 der Kugeln im Niveau des Kugelmittelpunktes.

Auf diese Weise wird deutlich, daß der Zwischenraum I zwischen zwei Kugeln 11 größer ist im Niveau der Klebemittelschicht 1 - siehe Abstand A - als im Niveau der Kugelmittelpunkte, dort ist der Abstand d. Anschließend wird das so bearbeitete Basismodell 6 nach Fig. 4a mit einem feuerfesten Material umhüllt, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist. Hierfür wird ein Bad 15

auf der Basis von Kieselerde-Silikat hergestellt, in das das Modell nach Fig. 4a hineingetaucht wird. Daraufhin wird das aus dem Tauchbad 15 entnommene Modell mit pulverförmigem Kieselsäure-Silikat bestreut, und dieses Verfahren mehreremale wiederholt.

Das mit einem feuerfesten Mantel umkleidete Modell ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Figur ist teilweise als Schnittbild ausgeführt, wodurch die feuerfeste Hülle 16 deutlich hervortritt. Sie umgibt das mit den Kugeln 11 bedeckte Wachsmodell des Zapfens 7 vollständig. Die mit dem Bezugszeichen 17 versehene, verstärkt ausgezogene Linie folgt der inneren Begrenzung der feuerfesten Schale und bildet die Innenwand der feuerfesten Form 18 (siehe Fig. 7), die nach Entfernen des Wachses 7, des Klebstoffs und der Kugeln 11 durch Aufheizen des Ganzen in einem Ofen T (Fig. 6a) erhalten wird.

In Fig. 7 ist die erhaltene feuerfeste Form 18 dargestellt, teilweise als Schnittbild. Der Innenraum dieser feuerfesten Form 18 wird von einer inneren Begrenzungslinie 17 begrenzt, die als Hohlform das Modell nach Fig. 4a reproduziert.

In Fig. 7 ist gezeigt, wie in die feuerfeste Form 18, die in einem Stützgerüst P gehalten ist, die Schmelze einer Metalllegierung 19 eingegossen wird; dieses Material füllt die Form aus und bildet so das endgültige Werkstück.

Nach dem Gießen wird die feuerfeste Form 18 zerstört, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, wodurch schließlich das in der Fig. 9 gezeigte erfindungsgemäße Verbindungs- und Verankerungsteil erhalten wird, dessen Zapfen 7 körnig strukturiert ist.

In Fig. 9a ist ein vergrößerter Detailausschnitt der Oberfläche des Zapfens 7 dargestellt, wie er beim fertiggestellten Verankerungsseil vorliegt. Eine Vielzahl von Kugeln 20 ist zu sehen, die in einem Guß mit dem Rest des Teiles hergestellt worden sind.

In Fig. 9b ist ein in einem stark vergrößerten Maßstab dargestelltes Schnittbild der Oberfläche gezeigt. Darin sind die Kugeln 20 erkennbar, die voneinander einen Abstand aufweisen und zwischen sich Zwischenräume I freilassen, die diejenigen Zwischenräume reproduzieren, die bei dem Modell entsprechend den Fig. 4a und 4b vorlagen.

Diese Zwischenräume haben eine Verengung E, die sich im Niveau der Kugelmittelpunkte befindet, die Zwischenräume sind im Niveau der Oberfläche 21 des Basiskörpers wesentlich größer. Hieraus wird ersichtlich, daß, sobald sich der Knochen um das Verankerungsteil der Prothese rekonstruiert, das Knochengewebe alle Zwischenräume ausfüllen wird und so die Prothese in definitiver Weise durch Verankerung der Kugeln in dem rekonstruierten Knocher festlegt.

Claims

• ·»·· ·«· 111 , __s t s s a 1 _i PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. WERNER FREISCHEM DIPL.-ING. ILSE FREISCHEM 5000 KÖLN 1 TELEFON: (02 21) 23 58 68 Schutzansprüche

1. Verbindungs- und/oder Verankerungsteil mit körnig strukturiertet und Vorsprünge aufweisender Oberfläche für Knochenprothesen, dadurch gekennzeichnet, daß der zwei benachbarte Vorsprünge (20) trennende Zwischenraum mindestens eine Engstelle (E) aufweist, die sich in einem Niveau zwischen der Oberfläche (21) des Basiskörpers und den höchsten Punkten der Vorsprünge (20) befindet.

2. Verankerungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (11,20) in einem Niveau zwischen ihrer Basis und ihren Gipfeln zumindest eine deutliche Ausbauchung aufweisen und benachbarte Ausbauchungen eine von der Oberfläche (21) des Basiskörpers (6) des Einsatzstücks (7) einen Abstand aufweisende Verengung bilden.

3. Verankerungsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (S1) des mit dem Rest der Prothese verbundenen Basisbereichs der Vorsprünge (11,20) kleiner ist als der Querschnitt (S2) der Vorsprünge (11,20) in einem von dieser Basis entfernten Niveau.

4. Verankerungsteil nach .einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (11,20) eine regelmäßige Oberfläche aufweisen.

5. Verankerungeteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (11,20) Kugelform aufweisen.'

6. Verankerungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gußstück ist.

7. Verankerungsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zapfen ausgebildet ist zum kleb- und bindemittelfreien Einsatz in einen mit einem eingearbeiteten Kanal versehenen Knochen.