WO2001032106A1

WO2001032106A1 - Endoprothese

Info

Publication number: WO2001032106A1
Application number: PCT/EP2000/010487
Authority: WO
Inventors: Jan M. Schwab; Uwe Caspary
Original assignee: Eberhard-Karls-Universität Tübingen
Priority date: 1999-10-30
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2001-05-10
Also published as: DE19952433A1; DE19952433C2

Abstract

Eine Endoprothese (10) für ein künstliches Gelenk, insbesondere Hüftgelenk, weist einen Endoprothesenschaft (14) auf, der in einen Knochen (12), insbesondere einen Oberschenkelknochen, implantierbar ist. Die Endoprothese (10) weist weiterhin Lagermittel (22) zur kraftstoßaufnehmenden Lagerung des Endoprothesenschafts (14) im Knochen (12) auf. Die Lagermittel (22) weisen erste Mittel (26) zum Erzeugen zumindest eines ersten Magnetfeldes, die mit dem Endoprothesenschaft (14) mechanisch in Wirkverbindung stehen, und zweite Mittel (28) zum Erzeugen zumindest eines zweiten, das erste Magnetfeld abstoßenden Magnetfeldes auf, wobei die zweiten Mittel (28) von den ersten Mitteln (26) beabstandet sind und den ersten Mitteln (26) gegenüberliegend angeordnet sind, derart, daß der Endoprothesenschaft (14) durch die einander abstoßenden Magnetfelder umfänglich zumindest teilweise eine magnetfeldkissenartige Lagerung erfährt.

Description

Endoprothese

Die Erfindung betrifft eine Endoprothese für ein künstliches Gelenk, insbesondere Hüftgelenk, mit einem Endoprothesenschaft, der in einen Knochen, insbesondere einen Oberschenkelknochen, implantierbar ist, sowie mit Lagermitteln zur kraftstoß- aufnehmenden Lagerung des Endoprothesenschafts im Knochen.

Eine derartige Endoprothese ist aus der US 4,650,489 bekannt. Eine solche Endoprothese wird als künstlicher Gelenkersatz in großen Gelenken, wie dem Hüftgelenk oder dem Kniegelenk, verwendet. Mit einer Huftgelenksendoprothese kann die Gelenkpfanne am Becken oder der Hüftgelenkkopf einschließlich des Schenkelhalses am Oberschenkelknochen (Femur) des menschlichen Skeletts oder beides ersetzt werden. Solche Endoprothesen weisen im allgemeinen einen Endoprothesenschaft auf, der in die noch gesunden Knochenstrukturen der zu ersetzenden Skelettpartie implantiert wird, während Hals und Kugelkopf der Endoprothese aus dem Knochen vorragen.

Das Oberschenkelteil einer Huftgelenksendoprothese weist beispielsweise einen etwa zylindrischen, konischen oder auch geringfügig gekrümmten Schaft auf, an dessen oberes Ende sich ein Prothesenhals und an diesen schließlich der künstliche Kugelgelenkkopf anschließt. Der Endoprothesenschaft des Oberschenkelteils einer derartigen Endoprothese wird in die operativ präparierte Markraumhöhle des Oberschenkelknochens eingesetzt.

Während bei jüngeren Patienten, die noch genügend wachstumsfähige Knochensubstanz besitzen, der Endoprothesenschaft in der Regel direkt in die präparierte Markraumhöhle eingesetzt wird, so daß das an dem Schaft anliegende Knochengewebe an dem Schaft anwachsen kann, wird der Endoprothesenschaft bei älteren Patienten, bei komplizierten Faktoren der entsprechenden Skelettpartie oder bei instabilen Knochensubstanzen in die Markraumhöhle einzementiert.

Ziel der endoprothetischen Chirurgie ist es stets, eine möglichst langlebige stabile Verankerung der Endoprothese im Knochen zu erreichen. Lebensdauerbegrenzend wirken sich bei Hüftgelenksendoprothesen durch Kraftstöße, etwa beim Laufen, Treppensteigen oder Springen, verursachte Belastungen, insbesondere Belastungsspitzen, des Interfaces zwischen Endoprothesenschaft und Knochengewebe aus. Solche Kraftstöße verursachen ein Reiben des Schafts an dem Knochengewebe und damit eine allmähliche Zerreibung des Knochenmaterials mit der Folge, daß sich die Endoprothese im Laufe der Zeit lockert, was dann zum Verlust der Stabilität des künstlichen Gelenks führt.

In der bereits genannten US 4,650,489 ist eine Endoprothese beschrieben, deren Endoprothesenschaft zweiteilig ausgebildet ist. Der Endoprothesenschaft besteht aus einem inneren Schaftkern und einer äußeren Schafthülle oder -scheide, wobei der Zwischenraum zwischen dem Schaftkern und der Schafthülle mit einem Elastomer ausgefüllt ist. Das Elastomer wirkt bei dieser bekannten Endoprothese somit als Lagermittel zur kraftstoß- aufnehmenden Lagerung der Endoprothese im Knochen, indem sich das Elastomer bei auftretenden Kraftstößen verformt und damit mechanische Energie des Kraftstoßes in Verformungsenergie umwandelt und somit die Wirkung des Kraftstoßes abmildert und somit die abnutzende Belastung des Interfaces verringert.

Weiterhin ist aus der WO 91/08720 eine Endoprothese bekannt, deren Endoprothesenschaft von einer mit einem thermoplastischen oder thermostabilen Füllmittel expandierbaren, druckdicht verschließbaren Kammer umgeben ist. Der Endoprothesenschaft der Endoprothese wird durch die expandierbare Kammer mechanisch zum Knochen mittels des Füllmaterials verbunden. Die mit dem Füllmittel expandierbare Kammer, die den Endoprothesenschaft umgibt, soll ebenfalls Kraftstöße aufnehmen und die mechanische Energie gleichmäßig in der Kammer verteilen, um Punktbelastungen zu vermeiden.

Bei den vorgenannten bekannten Endoprothesen werden demnach mechanische Lagermittel verwendet, die jedoch den Nachteil besitzen, auf Dauer selbst einem Verschleiß zu unterliegen, weil diese mechanischen Lagermittel bei jedem Kraftstoß auf Verformung und Stauchung beansprucht werden, was auf Dauer zu einer Ermüdung der Lagermittel führt. Wenn sich die Elastomerlagen oder -kammern bei den bekannten Endoprothesen im Laufe der Zeit abnutzen, beispielsweise zerreiben, tritt wiederum eine Lockerung der Endoprothese auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Endoprothese der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Lebensdauer der Endoprothesenverankerung im Knochen erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Endoprothese dadurch gelöst, daß die Lagermittel erste Mittel zum Erzeugen zumindest eines ersten Magnetfeldes, die mit dem Endoprothesenschaft mechanisch in Wirkverbindung stehen, und zweite Mittel zum Erzeugen zumindest eines zweiten, das erste Magnetfeld abstoßenden Magnetfeldes aufweisen, wobei die zweiten Mittel von den ersten Mitteln beabstandet sind und den ersten Mitteln gegenüberliegend angeordnet sind, derart, daß der Endoprothesenschaft durch die einander abstoßenden Magnetfelder umfänglich zumindest teilweise eine magnetfeldkissenartige Lagerung erfährt. Die erfindungsgemäße Endoprothese sieht demnach vor, den Endoprothesenschaft in zwei sich gegenseitig abstoßenden Magnetfeldern kraftstoßaufnehmend zu lagern. Eine solche Magnetfeldlagerung des Endoprothesenschafts hat den Vorteil, daß diese Lagerung im Unterschied zu einer rein mechanischen Lagerung keinem Verschleiß unterworfen ist. Die Magnetfeldlagerung kann auch im Sinne der Erfindung als unterstützende Maßnahme vorgesehen sein, zusätzlich zu mechanischen Lagermitteln, wie Elastomeren oder viskosen Flüssigkeiten. In diesem Fall entlastet die Lagerung über die beiden sich abstoßenden Magnetfelder das mechanische Lagermittel, wodurch der Verschleiß der mechanischen Lagermittel vorteilhaft vermindert wird.

Ein weiterer Vorteil der Magnetfeldlagerung besteht darin, daß die abstoßende Kraftwirkung der beiden Magnetfelder vom inver- sen Quadrat des Abstandes zwischen den ersten und zweiten Mitteln abhängt, d.h. bei einer Annäherung der ersten und zweiten Mittel, die die Magnetfelder erzeugen, wird die abstoßende Kraft größer. Dies bedeutet, daß starke Kraftstöße, die zu einer Auslenkung des Endoprothesenschafts führen, stärker abgefedert werden. Die mechanische Energie der Kraftstöße wird von den beiden sich abstoßenden Magnetfeldern aufgenommen.

Mit der erfindungsgemäßen Kraftstöße aufnehmenden Lagerung durch einander abstoßende Magnetfelder kann die Lebensdauer der Endoprothesenverankerung im Knochen gegenüber rein mechanischen Lagermaßnahmen weiter erhöht werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten Mittel und die zweiten Mittel so ausgebildet, daß das zumindest eine erste Magnetfeld und das zumindest eine zweite Magnetfeld den Endoprothesenschaft zumindest axial abschnittsweise allseitig umgeben.

Hierbei ist von Vorteil, daß der Endoprothesenschaft eine allseitige magnetfeldkissenartige Lagerung in den einander abstoßenden Magnetfeldern erfährt, so daß in beliebigen Richtungen wirkende Kraftstöße abgefedert werden können. Des weiteren werden die von den Magnetfeldern aufgenommenen Kraftstöße auch vorteilhaft gleichmäßig verteilt, so daß punktuell auf das Interface wirkende Belastungsspitzen vermieden werden. Dabei ist es ausreichend, wenn die ersten Mittel und die zweiten Mittel in axialer Richtung gesehen nur an wenigen, beispielsweise zwei Stellen vorgesehen sind, beispielsweise einmal in einem oberen Bereich und einmal in einem unteren Bereich des Endoprothesenschafts angeordnet sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten Mittel und die zweiten Mittel so angeordnet, daß das zumindest eine erste Magnetfeld und das zumindest eine zweite Magnetfeld den Endoprothesenschaft in einer etwa zentrischen Ruhelage halten.

Hierbei ist von Vorteil, daß der Endoprothesenschaft im kräftefreien Zustand stets an seiner durch die Implantation vorgegebenen vorbestimmten Ruhelage gehalten wird, und bei Auftreten eines Kraftstoßes, der möglicherweise zur Auslenkung des Endo- prothesenschaftes aus seiner Ruhelage führt, der Endoprothesenschaft wieder in diese Ruhelage zurückgestellt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die Lagermittel weiterhin zumindest ein mechanisches Dämpfungsmedium auf, das für Magnetfelder durchlässig ist, und das zwischen den ersten Mitteln und den zweiten Mitteln angeordnet ist.

Das hier zusätzlich vorgesehene mechanische Dämpfungsmedium hat bei der erfindungsgemäßen Endoprothese die Funktion, ein Federn des Endoprothesenschaftes in den sich abstoßenden Magnetfeldern zu vermeiden und den Endoprothesenschaft lagezufixieren. Wegen der erfindungsgemäß vorgesehenen Magnetfeldlagerung wird das mechanische Dämpfungsmedium auch nicht wie bei den im Stand der Technik bekannten Endoprothesen einem Verschleiß unterworfen, zumindest jedoch wird der Verschleiß gegenüber den bei den im Stand der Technik bekannten Endoprothesen allein vorgesehenen mechanischen Dämpfungsmedien herabgesetzt, da ein Großteil bzw. der größte Teil der mechanischen Energie der Kraftstöße durch die einander abstoßenden Magnetfelder aufgenommen wird. Die Kombination aus Magnetfeldlagerung und mechanischer Dämpfung führt zu einer besonders stabilen Lagerung der Endoprothese. Durch geeignete Wahl der Magnetfelder und Dämpfungsmedien kann ein optimales Steifigkeits-/Dämpfungsverhältnis erzielt werden, das eine maximale Lebensdauer der Prothese gewährleistet.

Dabei ist es bevorzugt und vorteilhaft, wenn das Dämpfungsmedium ein Elastomer oder eine viskose Flüssigkeit ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten Mittel zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes am Endoprothesenschaft selbst angeordnet. Dies kann vorteilhafterweise zu einem im Durchmesser klein bauenden Endoprothesenschaft führen, wenn die ersten Mittel bereits in den Endoprothesenschaft integriert sind.

Bevorzugt wird dies dadurch erreicht, daß der Endoprothesenschaft zumindest im Bereich seiner Oberfläche zumindest teilweise einen magnetisch polarisierten Werkstoff aufweist und/oder daß die ersten Mittel als in den Endoprothesenschaft integrierte, beispielsweise eingebettete oder angesetzte, Permanentmagnete ausgebildet sind.

Es sind permanentmagnetische Werkstoffe, beispielsweise Legierungen, bekannt, die sich für den Einsatz bei der Erfindung eignen, wie Seltenerdmagnete in den Legierungen Samarium-Cobalt oder Neodym-Eisen-Bor, beispielsweise. Für die Zwecke der Erfindung reicht es aus, wenn nur eine Oberflächenschicht des Endoprothesenschaftes aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff besteht. Die Oberflächenschicht ist dann bevorzugt eine magnetische Dipolschicht. Anstelle einer flächigen Schicht können jedoch auch in den Endoprothesenschaft im Bereich seiner Oberfläche einzelne miniaturisierte magnetische Dipole, beispielsweise Stabmagnete, integriert sein. Um die Magnetisierung der ersten Mittel dauerhaft aufrechtzuerhalten, werden bevorzugt hartmagnetische Werkstoffe verwendet.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die zweiten Mittel durch ein den Endoprothesenschaft zumindest teilweise umgebendes, von diesem beabstandetes flächiges Element aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff gebildet werden. Im Zusammenhang mit der vorhergehenden Ausgestaltung, nach der der Endoprothesenschaft selbst die ersten Mittel zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes aufweist, ergibt sich mit der genannten Maßnahme ein insgesamt im Durchmesser klein bauender Endoprothesenschaft, der die erfindungsgemäße Wirkung der Kraftstoßdämpfung durch die durch die ersten und zweiten Mittel erzeugten Magnetfelder bietet. Der Aufbau einer solchen Endoprothese ist konstruktiv besonders einfach. Das zuvor erwähnte mechanische Dämpfungsmedium, bevorzugt in Form einer Elastomerlage, kann dann zum Verbinden des oder der flächigen Elemente mit dem Endoprothesenschaft verwendet werden, um einen insgesamt einstückigen Verbund der Komponenten zu bilden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Endoprothesenschaft aus einem Schaftkern und einer Schafthülle gebildet, wobei der Schaftkern die ersten Mittel und die Schafthülle die zweiten Mittel aufweist, und ist ein den Schaftkern und die Schafthülle trennender Zwischenraum mit dem mechanischen Dämpfungsmedium gefüllt.

Diese Ausgestaltung entspricht der Ausgestaltung gemäß der US 4,650,489, jedoch mit dem Vorteil, daß das den Zwischenraum ausfüllende Dämpfungsmedium, beispielsweise ein Elastomer, aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Abstoßung zwischen dem Schaftkern und der Schafthülle weniger stark bei Kraftstößen belastet wird, und somit keine oder nur wesentlich geringere Verschleißerscheinungen zeigt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Endoprothesenschaft von einem köcherartigen Gefäß umgeben, das eine den Endoprothesenschaft einfassende Innenwand und eine von dieser beabstandete Außenwand aufweist, wobei die Außenwand die zweiten Mittel zum Erzeugen des zumindest einen zweiten Magnetfeldes aufweist.

Bei dieser Ausgestaltung ist von Vorteil, daß die ersten Mittel und die zweiten Mittel an dem köcherartigen Gefäß vorgesehen sein können, während der Endoprothesenschaft ein herkömmlicher Endoprothesenschaft sein kann, der demnach selbst keine Magnetelemente aufweisen oder aus einem magnetisierten Werkstoff hergestellt sein muß.

Dabei ist die Außenwand bevorzugt und vorteilhaft aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff gebildet oder weist, wie zuvor erwähnt, Magnetelemente auf.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Innenwand die ersten Mittel zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes aufweist.

Wie bereits erwähnt, werden dann die beiden die Aufnahme von Kraftstößen bewirkenden Magnetfelder allein durch das köcherartige Gefäß, nämlich durch die Innenwand und die Außenwand, erzeugt, während der Endoprothesenschaft selbst ein herkömmlicher Endoprothesenschaft sein kann, der keine Maßnahmen zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweisen muß.

Ebenso ist es jedoch bevorzugt und vorteilhaft, wenn der Endoprothesenschaft selbst die ersten Mittel zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes aufweist, und die Innenwand für Magnetfelder durchlässig ist. Hierbei ist von Vorteil, daß die Innenwand aus einem flexiblen Kunststoff nachgiebig ausgebildet werden kann, so daß sich die Innenwand besser an den Endoprothesenschaft anschmiegen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Innenraum zwischen der Innenwand und der Außenwand mit dem mechanischen Dämpfungsmedium gefüllt.

Durch diese Maßnahme wird ein Federn des Endoprothesenschaftes durch das mechanische Dämpfungsmedium in dem köcherartigen Gefäß vermieden. Aufgrund der dann dicht geschlossenen Ausgestaltung des köcherartigen Gefäßes zwischen der Innenwand und der Außenwand kann hier als Dämpfungsmedium auch eine geeignete viskose Flüssigkeit verwendet werden, ohne daß diese in den Körper austreten kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist am oberen Ende des Endoprothesenschafts eine umfängliche Dichtung angeordnet, wodurch vorteilhafterweise eine vollständige Kapselung des Endoprothesenschafts erreicht wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine in einen Oberschenkelknochen implantierte Endoprothese gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 durch die Endoprothese allein;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung in einer geringfügig abgewandelten Ausführung der Endoprothese;

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Längsschnittdarstellung einer Endoprothese gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4 durch die Endoprothese allein;

Fig. 6 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung eines noch weiteren Ausführungsbeispiels einer Endoprothese; und

Fig. 7 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel einer Endoprothese im Längsschnitt. In Figuren 1 und 2 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Endoprothese dargestellt, die in einem Knochen 12, genauer gesagt einem Oberschenkelknochen (Femur), des menschlichen Skeletts implantiert ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Endoprothese 10 genauer gesagt das Oberschenkelteil einer Huftgelenksendoprothese.

Die Endoprothese 10 weist einen Endoprothesenschaft 14 auf. Am oberen Ende des Endoprothesenschafts 14 schließt sich ein Hals 16 an, der schräg zur Längsachse des Endoprothesenschafts 14 gerichtet ist und an seinem oberen Ende eine Kugel 18 aufweist, die die Gelenkkugel des künstlichen Hüftgelenkes bildet.

Ohne darauf beschränkt zu sein, sind der Endoprothesenschaft 14, der Hals 16 und die Kugel 18 insgesamt einstückig ausgebildet.

Der Endoprothesenschaft 14 ist in seiner Längsrichtung gesehen gerade ausgebildet, jedoch ist auch diese geometrische Form des Endoprothesenschaftes 14 für die vorliegende Erfindung nicht notwendig. Es können auch andere Formen, beispielsweise gekrümmte Formen (siehe beispielsweise Fig. 7) und am unteren Ende spitz zulaufende Formen (vgl. ebenfalls Fig. 7), in Betracht gezogen werden.

Die Endoprothese 10 wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist, in einen Markraum 19 des Knochens 12, der zuvor entsprechend präpariert wurde, implantiert. Der für die Implantation der Endoprothese 10 vorgesehene Teil des Markraums 19 ist von dem übrigen Markraum 19 durch einen konischen Stopper 20 getrennt.

Die Endoprothese 10 weist weiterhin Lagermittel 22 auf, um auf die Endoprothese 10 wirkende Kraftstöße so aufzunehmen und abzumildern, daß die Kraftstöße nicht zu einer übermäßigen Belastung der Grenzfläche zwischen dem Knochengewebe des Knochens 12 und der Endoprothese 10 führen.

Die Grenzfläche ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet. Die Grenzfläche 24 wird auch als Interface bezeichnet.

Die Lagermittel 22 weisen erste Mittel 26 auf, die ein erstes Magnetfeld erzeugen, sowie zweite Mittel 28, die ein das erste Magnetfeld abstoßendes zweites Magnetfeld erzeugen. Die sich gegenüberstehenden Pole der ersten Mittel 26 und der zweiten Mittel 28 sind demnach gleichnamig.

In Figuren 1 und 2 ist dies durch eine Vielzahl von + und - veranschaulicht, wobei sich die mit + bezeichneten Pole der ersten und zweiten Mittel 26 und 28 gegenüberstehen.

Die ersten Mittel 26 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an dem Endoprothesenschaft 14 selbst vorgesehen. Der Endoprothesenschaft 14 besteht dazu im Bereich seiner Oberfläche aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche des Endoprothesenschafts 14 mit einer magnetischen Dipolschicht 30 versehen, die beispielsweise aus einer ferromagnetischen Legierung besteht. Diese magnetische Dipolschicht läßt sich als Aneinanderreihung von miniaturisierten Stabmagneten mit einem Nord- und Südpol ( + und -) verstehen, wobei jedoch die erzeugten Magnetfelder in axialer Richtung über die Länge des Endoprothesenschafts 14 gesehen im wesentlichen homogen sind.

Anstelle einer solchen Dipolschicht können die ersten Mittel jedoch auch durch einzelne Magnetelemente in Form von einzelnen magnetischen Dipolen, beispielsweise Stabmagneten, gebildet sein, die in den Endoprothesenschaft 14 integriert, beispielsweise eingebettet, sind, oder angeklebt oder sonstwie befestigt sind.

Als ferromagnetische Legierungen eignen sich insbesondere hartmagnetische Werkstoffe, beispielsweise Seltenerdmagnete in den Legierungen Samarium-Cobalt oder Neodym-Eisen-Bor.

Die ersten Mittel 26 zur Erzeugung des zumindest einen ersten Magnetfeldes in Form der magnetischen Dipolschicht 30 erstrek- ken sich über den Endoprothesenschaft 14 über dessen im wesentlichen gesamte Länge zwischen dem Hals 16 und dem unteren Ende des Endoprothesenschafts 14.

Die zweiten Mittel 28 zum Erzeugen des zumindest einen zweiten Magnetfeldes werden durch vier den Endoprothesenschaft 14 zumindest teilweise umgebende und von diesem beabstandete flächige Elemente 32, 34, 36, 38 gebildet. Die flächigen Elemente 32-38 bestehen ebenfalls aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff, der gegebenenfalls der gleiche sein kann wie derjenige der magnetischen Dipolschicht 30 des Endoprothesen schafts 14. Die magnetische Polarisierung der flächigen Elemente 32-38 ist nun so, daß sich das von diesen flächigen Elementen 32-38 jeweils erzeugte Magnetfeld und das von der Dipolschicht 30 erzeugte Magnetfeld abstoßen.

Anstelle daß sich die ersten Mittel 26 und die zweiten Mittel 28 über die gesamte Länge des Endoprothesenschafts 14 erstrek- ken, ist es ebenso vorteilhaft, die ersten Mittel 26 und die zweiten Mittel 28 in axialer Richtung gesehen nur an wenigen Lagerstellen vorzusehen, beispielsweise an zwei Lagerstellen. Eine erste Lagerstelle kann dabei am oberen Ende des Endoprothesenschafts 14 und eine zweite Lagerstelle am unteren Ende des Endoprothesenschafts 14 vorgesehen sein. In Umfangsrichtung kann die Magnetlagerung vollumfänglich sein, beispielsweise indem die ersten Mittel 26 und die zweiten Mittel 28 in Form von Ringmagneten ausgebildet sind.

Aus der Anordnung der flächigen Elemente 32-38 und dem Endoprothesenschaft 14 der Endoprothese 10 ergibt sich, daß die von den flächigen Elementen 38 einerseits erzeugten Magnetfelder und das von diesen abgestoßene Magnetfeld der Dipolschicht 30 den Endoprothesenschaft 14 aufgrund der symmetrischen Anordnung der vorgenannten Elemente etwa in einer zentrischen Ruhelage halten.

Wirkt nun auf die Endoprothese 10 ein Kraftstoß ein, beispielsweise beim Springen, Laufen oder Treppensteigen des Endoprothe- sepatienten, so werden diese Kraftstöße von den sich abstoßenden Magnetfeldern abgefedert. Eine Auslenkung des Endoprothesenschaftes 14 aus der in Fig. 2 gezeigten zentrischen Lage in Richtung eines oder zweier der flächigen Elemente 32-38 erhöht wegen der Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke vom inversen Quadrat des Abstandes zwischen zwei magnetischen Polen die abstoßende Magnetkraft und bewirkt damit eine Rückstellung des Endoprothesenschaftes 14 in die zentrische Ruhelage.

Zwischen den ersten Mitteln 26 und den zweiten Mitteln 28 weisen die Lagermittel 22 ein mechanisches Dämpfungsmedium in Form einer Elastomerlage 40 auf. Die Elastomerlage 40 weist bevorzugt eine Härte von 50 Shore auf. Die Elastomerläge 40 ist mit dem Endoprothesenschaft 14 einerseits und den flächigen Elementen 32-38 andererseits verklebt, so daß die flächigen Elemente 32-38 mit dem Endoprothesenschaft 14 einen festen Verbund bilden.

Im implantierten Zustand liegen die flächigen Elemente 32-38 eng an der Grenzfläche 24 des Knochens 12 an. Zusätzlich kann die Endoprothese 10 mit den flächigen Elementen 32-38 in den Markraum 18 einzementiert sein.

Im implantierten Zustand ist der Endoprothesenschaft 14 aufgrund der zuvor genannten Magnetfelder magnetfeldkissenartig gelagert, wobei das Dämpfungsmedium in Form der Elastomerlage 40 ein Schwingen des Endoprothesenschaftes 14 vermeidet.

Die Endoprothese 10 weist weiterhin an ihrem oberen Ende eine Verschlußplatte 42 auf, die mit einer entsprechenden Dichtung 43 versehen ist und eine vollständige Kapselung der Endoprothese 10 bewirkt. Die Dichtung 43 wird durch eine Elastomerscheibe mit einem Federring am Endoprothesenschaft 14 gebildet. Am unteren Ende der Endoprothese 10 ist noch eine lose Trennplatte 44 vorgesehen, über die sich die Endoprothese 10 auf einer Tellerfederanordnung 46 abstützt, die über ein weiteres Lagermittel 48 in Form eines Elastomerstücks, das bevorzugt härter ist als die Elastomerläge 40, kraftstoßgedämpft ist. Die Tellerfederanordnung 46 und das Dämpfungselement 48 können besonders starke, vertikal wirkende Kraftstöße auf die Endoprothese 10 abdämpfen.

Die Stärke der zuvor genannten erzeugten Magnetfelder hängt von den verwendeten magnetisch polarisierten Werkstoffen ab. Je nach Wahl dieser Materialien kann die Härte der Magnetfeldlagerung und damit die Steifigkeit der Endoprothesenanordnung voreingestellt werden. Bei starken Magnetfeldern wird eine besonders harte Lagerung erreicht, während mit kleineren Magnetfeldern eine weichere Lagerung erzielt werden kann. Dies kann unter Umständen auch vom Körpergewicht des Patienten und von der Knochensubstanz des Patienten abhängig gemacht werden.

Die Härte der magnetfeldbasierten Lagerung kann dabei ebenfalls mit der Härte der Elastomerläge 40 abgestimmt sein, also etwa gleich der Härte der Elastomerlage 40, oder härter oder weicher. Die Abstimmung zwischen der Härte der Magnetfeldlagerung und der Dämpfung durch die Elastomerlage 40 wird so gewählt, daß ein optimales Steifigkeits-/Dämpfungsverhältnis erreicht wird.

Der Querschnitt des Endoprothesenschaftes 14 der Endoprothese 10 ist gemäß Fig. 2 zumindest axial abschnittsweise etwa rechteckig, wodurch eine zusätzliche Verdrehsicherung der Endoprothese 10 in dem Knochen 12 erreicht wird. In Fig. 3 ist ein demgegenüber abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Endoprothese 50 dargestellt, die sich von der Endoprothese 10 durch einen im Querschnitt dreieckigen Endoprothesenschaft 52 unterscheidet.

Der Endoprothesenschaft 52 weist wiederum erste Mittel 54 zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes auf, während zweite Mittel 56 in Form von drei flächigen Elementen 58, 60, 62 wiederum den Endoprothesenschaft 52 umgeben und jeweils Magnetfelder erzeugen, die das von den ersten Mitteln 54 in Form einer magnetischen Dipolschicht 64 erzeugte Magnetfeld abstoßen. Die flächigen Elemente 58, 60, 62 sind ebenfalls wieder durch eine Elastomerlage 66 von dem Endoprothesenschaft 52 getrennt.

In Figuren 4 und 5 ist ein noch weiteres Ausführungsbeispiel einer Endoprothese 70 dargestellt.

Die Endoprothese 70 weist einen Endoprothesenschaft 72 auf, der von einem köcherartigen Gefäß 74 eingefaßt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird demnach die Anordnung aus Endoprothesenschaft 72 und dem köcherartigen Gefäß 74 in den Knochen 12 implantiert .

Das köcherartige Gefäß 74 weist eine Innenwand 76 und eine von dieser beabstandete Außenwand 78 auf, wobei die Innenwand 76 und die Außenwand 78 zwischen sich einen nach außen hin luft- und flüssigkeitsdichten Raum einschließen. Die Innenwand 76 faßt den Endoprothesenschaft 72 ein. Erste Mittel 80 zum Erzeugen zumindest eines ersten Magnetfeldes sind bei dieser Endoprothese 70 an der Innenwand 76 des köcherartigen Gefäßes 74 vorgesehen. Dazu besteht die Innenwand 76 des köcherartigen Gefäßes 74 aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff, beispielsweise einer ferromagnetischen Legierung. In Fig. 5 ist mit + und - wiederum die Polarisierung des von der Innenwand 76 erzeugten Magnetfeldes angedeutet.

Zweite Mittel 82 zum Erzeugen zumindest eines zweiten Magnetfeldes, das dem von den ersten Mitteln 80 erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt orientiert ist, sind an der Außenwand 78 des köcherartigen Gefäßes 74 vorgesehen. Dazu weist die Außenwand 78 ebenfalls einen magnetisch polarisierten Werkstoff auf, beispielsweise eine ferromagnetische Legierung. Die Polarisierung des von der Innenwand 76 erzeugten Magnetfeldes und die Polarisierung des von der Außenwand 78 erzeugten Magnetfeldes ist wiederum so, daß sich beide Magnetfelder abstoßen. Mit anderen Worten stoßen sich die Innenwand 76 und die Außenwand 78 des köcherartigen Gefäßes 74 ab.

Da jedoch die Außenwand 78 des köcherartigen Gefäßes 74 an dem Knochen 12 anliegt, und die Innenseite der Innenwand 76 am Endoprothesenschaft 72 anliegt, können sich die Innenwand 76 und die Außenwand 78 nicht weiter voneinander beabstanden. Es ergibt sich nun wiederum, daß bei einem auf den Endoprothesenschaft 72 wirkenden Kraftstoß aufgrund der sich abstoßenden Magnetfelder zwischen der Innenwand 76 und der Außenwand 78 die mechanische Energie des Kraftstoßes von den sich abstoßenden Magnetfeldern in Form magnetischer Energie aufgenommen wird. In dem Zwischenraum zwischen der Innenwand 76 und der Außenwand 78 ist weiterhin ein Dämpfungsmedium in Form einer viskosen Flüssigkeit 84 vorhanden, die eine ausreichende Zähigkeit besitzt, um ein Federn des Endoprothesenschaftes 72 ausreichend zu dämpfen und dem Endoprothesenschaft 72 die erforderliche stabile Lage in dem Gefäß 74 zu verleihen.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 und 2 werden auch auf die Endoprothese 70 wirkende rein vertikale Kraftstöße durch sich abstoßende Magnetfelder aufgenommen. Dazu sind ein Bodenabschnitt 86 der Innenwand 76 und ein Bodenabschnitt 88 der Außenwand 78 ebenfalls wie vorstehend beschrieben aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff gebildet, so daß sich der Bodenabschnitt 86 und der Bodenabschnitt 88 gegenseitig abstoßen. Um ein Ausweichen des Bodenabschnitts 86 der Innenwand 76 nach oben zu vermeiden, ist der Bodenabschnitt 86 der Innenwand 76 an dem Bodenabschnitt 88 durch entsprechende Maßnahmen gesichert, wie hier durch einen Zuganker 90 veranschaulicht ist.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist der Endoprothesenschaft 72 der Endoprothese 70 im Querschnitt nicht rund, sondern mit Einbuchtungen 92 ausgebildet, die mit entsprechenden Einbuchtungen 94 des köcherartigen Gefäßes 74 zusammenwirken, um den Endoprothesenschaft 72 in dem köcherartigen Gefäß 74 drehfest zu halten.

In Fig. 6 ist ein gegenüber den Figuren 4 und 5 geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Endoprothese 100 dargestellt, bei der im Unterschied zu der Endoprothese 70 erste Mittel 102 zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes nicht an einer Innenwand 104 eines köcherartigen Gefäßes 106 vorgesehen sind, sondern an einem Endoprothesenschaft 108 der Endoprothese 100 selbst. Entsprechend ist der Endoprothesenschaft 108, vergleichbar mit dem Endoprothesenschaft 14 der Endoprothese 10 aus Figuren 1 und 2, mit einer magnetischen Dipolschicht versehen, um das zumindest eine erste Magnetfeld zu erzeugen.

Zweite Mittel 110 zum Erzeugen des zumindest einen zweiten Magnetfeldes sind wiederum an einer Außenwand 112 des köcherartigen Gefäßes 106 vorgesehen. Die Innenwand 104 des köcherartigen Gefäßes 106 ist dementsprechend für Magnetfelder durchlässig, um die gewünschte abstoßende Wirkung zwischen den durch die ersten Mittel 102 und die zweiten Mittel 110 erzeugten Magnetfelder zu bekommen. Die Innenwand 104 des köcherartigen Gefäßes 106 kann entsprechend aus einem flexiblen Material, beispielsweise einem flexiblen Kunststoff, gebildet sein.

Schließlich ist in Fig. 7 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel einer Endoprothese 120 dargestellt.

Die Endoprothese 120 weist einen Endoprothesenschaft 122 mit Rotationssicherung auf, der insgesamt zweiteilig aufgebaut ist. Der Endoprothesenschaft 122 weist einen Schaftkern 124 und eine den Schaftkern 124 umgebende Schafthülle 126 auf. Die Schafthülle 126 ist von dem Schaftkern 124 beabstandet, wobei der Zwischenraum zwischen dem Schaftkern 124 und der Schafthülle 126 durch ein Dämpfungsmedium in Form einer Elastomerlage 128 aufgefüllt ist. Die Schafthülle 126, die Elastomerlage 128 und der Schaftkern 124 stellen einen festen Verbund dar, d.h. die Schafthülle 126 ist über die Elastomerlage 128 fest mit dem Schaftkern 124 verbunden. Erste Mittel 130 zum Erzeugen zumindest eines ersten Magnetfeldes sind an dem Schaftkern 124 in Form einer magnetischen Dipolschicht 132 vorgesehen, entsprechend dem Endoprothesenschaft 14 der Endoprothese 10 in Figuren 1 und 2.

Zweite Mittel 134 zum Erzeugen zumindest eines zweiten Magnetfeldes sind entsprechend an der Schafthülle 125 vorgesehen, vergleichbar mit den flächigen Elementen 32-38 der Endoprothese 10 in Figuren 1 und 2.

Die so erzeugten Magnetfelder stoßen wiederum einander ab, so daß die Schafthülle 126 von dem Schaftkern 124 abgestoßen wird.

Auf den Schaftkern 124 wirkende Kraftstöße werden somit durch die einander abstoßenden Magnetfelder abgefedert. Entsprechend ist das Elastomer 128 zwischen der Schafthülle 126 und dem Schaftkern 124 entlastet. Des weiteren ist es möglich, das Elastomer 128 mit einer geringeren Härte auszuwählen als dies der Fall ist, wenn das Elastomer 128 alleine die Dämpfung der Kraftstöße übernimmt. Das Elastomer 128 hat hier vielmehr die Funktion, eine Schwingung des Schaftkerns 124 relativ zur Schafthülle 126 zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche

1. Endoprothese für ein künstliches Gelenk, insbesondere Hüftgelenk, mit einem Endoprothesenschaft (14; 52; 72; 108; 122), der in einen Knochen (12), insbesondere einen Oberschenkelknochen, implantierbar ist, sowie mit Lagermitteln (22; 48) zur kraftstoßaufnehmenden Lagerung des Endoprothesenschafts (14; 52; 72; 108; 122) im Knochen (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermittel (22; 48) erste Mittel (26; 54; 80; 102; 130) zum Erzeugen zumindest eines ersten Magnetfeldes, die mit dem Endoprothesenschaft (14; 52; 72; 108; 122) mechanisch in Wirkverbindung stehen, und zweite Mittel (28; 56; 82; 110; 134) zum Erzeugen zumindest eines zweiten, das erste Magnetfeld abstoßenden Magnetfeldes aufweisen, wobei die zweiten Mittel (28; 56 82; 110; 134) von den ersten Mitteln (26; 54; 80; 102 130) beabstandet sind und den ersten Mitteln (26; 54; 80 102; 130) gegenüberliegend angeordnet sind, derart, daß der Endoprothesenschaft (14; 52; 72; 108; 122) durch die einander abstoßenden Magnetfelder umfänglich zumindest teilweise eine magnetfeldkissenartige Lagerung erfährt.

2. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (26; 54; 80; 102; 130) und die zweiten Mittel (28; 56; 82; 110; 134) so ausgebildet sind, daß das zumindest eine erste Magnetfeld und das zumindest eine zweite Magnetfeld den Endoprothesenschaft (14; 52; 72; 108; 122) zumindest axial abschnittsweise allseitig umgeben.

3. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (26; 54; 80; 102; 130) und die zweiten Mittel (28; 56; 82; 110; 134) so angeordnet sind, daß das zumindest eine erste Magnetfeld und das zumindest eine zweite Magnetfeld den Endoprothesenschaft (14; 52; 72; 108; 122) in einer etwa zentrischen Ruhelage halten.

4. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermittel (22; 48) weiterhin zumindest ein mechanisches Dämpfungsmedium aufweisen, das für Magnetfelder durchlässig ist, und das zwischen den ersten Mitteln (26; 54; 80; 102; 130) und den zweiten Mitteln (28; 56; 82; 110; 134) angeordnet ist.

5. Endoprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmedium ein Elastomer oder eine viskose Flüssigkeit ist.

6. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (26; 54; 102; 130) zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes am Endoprothesenschaft (14; 52; 108; 122) selbst angeordnet sind.

7. Endoprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Endoprothesenschaft (14; 52; 108; 122) zumindest im Bereich seiner Oberfläche zumindest teilweise einen magnetisch polarisierten Werkstoff aufweist.

8. Endoprothese nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (26; 54; 102; 130) als in den Endoprothesenschaft (14; 52; 72; 108; 122) integrierte Permanentmagnete ausgebildet sind.

9. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Mittel (28; 56) durch ein den Endoprothesenschaft (14; 52) zumindest teilweise umgebendes, von diesem beabstandetes flächiges Element (32, 34, 36, 38; 58, 60, 62) aus einem magnetisch polarisierten Werkstoff gebildet sind.

10. Endoprothese nach Anspruch 4 oder 5 und nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Endoprothesenschaft (122) aus einem Schaftkern (124) und einer Schafthülle (126) gebildet ist, wobei der Schaftkern (124) die ersten Mittel (130) und die Schafthülle (126) die zweiten Mittel (134) aufweist, und daß ein den Schaftkern (124) und die Schafthülle (126) trennender Zwischenraum mit dem mechanischen Dämpfungsmedium gefüllt ist.

11. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Endoprothesenschaft (72; 108) von einem köcherartigen Gefäß (74; 106) umgeben ist, das eine den Endoprothesenschaft (72; 108) einfassende Innenwand (76; 104) und eine von dieser beabstandete Außenwand (78; 112) aufweist, wobei die Außenwand (78; 112) die zweiten Mittel (82; 110) zum Erzeugen des zumindest einen zweiten Magnetfeldes aufweist.

12. Endoprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (76; 104) die ersten Mittel (80; 102) zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes aufweist.

13. Endoprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Endoprothesenschaft (72; 108) selbst die ersten Mittel (80; 102) zum Erzeugen des zumindest einen ersten Magnetfeldes aufweist, und die Innenwand (76; 104) für Magnetfelder durchlässig ist.

14. Endoprothese nach Anspruch 4 oder 5 und einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum zwischen der Innenwand (76; 104) und der Außenwand (78; 112) mit dem mechanischen Dämpfungsmedium gefüllt ist.

15. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Endoprothesenschafts (14; 52; 72; 108; 122) eine umfängliche Dichtung angeordnet ist.