WO2005120596A1 - Hüftgelenk-endoprothese mit hülse aus biokompatiblem kunststoff - Google Patents

Hüftgelenk-endoprothese mit hülse aus biokompatiblem kunststoff Download PDF

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Anton Cotting
Dirk Salomon
Wilfried Glien
Thomas Oberbach
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Mathys Ag Bettlach
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Definitions

  • the invention relates to a hip joint endoprosthesis for prosthetic care of the human or animal hip joint.
  • a joint ball for a hip joint endoprosthesis is known from DE 101 56 610 AI.
  • This has an internal metallic reinforcement body on which a coating is formed as a sliding partner for its counterpart in the joint.
  • a conical clamping sleeve for receiving a hip stem cone is arranged in the metallic reinforcement body.
  • a disadvantage of the joint ball known from DE 101 56 610 AI is, in particular, that the clamping sleeve only serves to fix the hip shaft cone and deviations of the hip shaft cone from the optimal shape cannot be compensated for by damage or contamination of the surface.
  • a disadvantage of the joint endoprosthesis known from CH 676 922 A5 is, in particular, that a metallic intermediate sleeve is only very insufficiently suitable for compensating for deformations in the region of the conical plug connection, which is caused, for example, by damage of the conical surfaces or caused by impurities.
  • the invention is therefore based on the object of providing a hip joint endoprosthesis which is designed in such a way that unevenness in the surface can be compensated for by damage and contamination and thereby the possibility of exchanging the joint ball is offered without requiring a total operation.
  • a sleeve between an inner wall of the joint ball and the hip shaft cone, which is made of a biocompatible plastic.
  • a sleeve made of a polymer such as polyethylene or polyether ether ketone is thermoplastic and at the same time impact-resistant and thus offers the best conditions for compensating for damage and contamination on one of the surfaces of the conical plug connection.
  • the sleeve advantageously has a circumferential bead which engages with a groove in the joint ball, as a result of which the sleeve can be delivered preassembled with the joint ball without the risk of slipping out during transport and during the operation.
  • the sleeve is cup-shaped and has a recess in a base through which air, which is enclosed between the sleeve and the joint ball during the pre-assembly, can escape.
  • FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of an inventive hip joint endoprosthesis
  • FIG. 2A-C show various enlarged views of the joint ball of the hip joint endoprosthesis according to FIG. 1 designed according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a view of a femoral component 1 for a hip joint endoprosthesis.
  • the hip joint endoprosthesis shown in the exemplary embodiment is also referred to as a total hip joint endoprosthesis, since both the femoral and the pelvic joint part are replaced.
  • a neck part 3 is formed, at the end of which a hip shaft cone 4 is formed for receiving a joint ball 5.
  • the measures according to the invention described in more detail below are to be seen regardless of the shape of the shaft 2 and in combination with an acetabular cup (not shown) or with a prosthetic head system articulating directly in the acetabular cup.
  • the shape of the socket is arbitrary.
  • the shape of the neck section 3 is also freely selectable.
  • Different materials can be used for the sliding pairings between the joint ball 5 and the joint socket.
  • This can be, for example, polyethylene (PE) with a metal alloy such as cobalt-chromium (CoCr) or with ceramic, but this pairing has the disadvantage of strong abrasion and the associated gradual deterioration by storing the abrasion in the pan background and loosening the pan.
  • Sliding pairings made of two metallic components are also not uncritical, since the abrasion and the subsequent heavy ion diffusion into the body leads to increased heavy metal values in the blood picture and can also have an allergy-causing effect, especially in the case of nickel.
  • Ceramic plain bearings show very little abrasion, which is also bio-inert, and enable high-precision surface treatment in the nano range.
  • the use of articulated balls 5 made of ceramic has therefore become established thanks to the good tribological properties in hip arthroplasty.
  • the disadvantage here is the risk of a sudden damage due to breakage of the joint ball 5, since the resilience of ceramic to tensile stresses is poor.
  • Rod end system 5 made of ceramic is not free of particles (bone remnants, blood, fat, soft tissues etc.) or the
  • the object of the present invention is therefore to design the joint ball 5 in such a way that the ceramic parts of the hip joint endoprosthesis can be revised, as a result of which a total operation is unnecessary and a new ceramic joint ball 5 can be placed on the existing shaft 2.
  • a sleeve 6 into the ceramic joint ball 5, which increases the fault tolerance and reduces the risk of the joint ball 5 breaking.
  • the sleeve 6 is in particular in the form of a conical or cup-shaped sleeve 6 which has a bottom 8.
  • the sleeve 6 rests against an inner wall 7 of the ceramic joint ball 5 and is delivered to the surgeon with it pre-assembled. The surgeon then only has to insert the joint ball 5 with the inserted sleeve 6 onto the hip shaft cone 4 intraoperatively. Due to the material properties of the sleeve 6, which are explained in more detail below, is not more to fear that voltage peaks occur, which can lead to a sudden damage.
  • the cup-shaped sleeve 6 As can be seen in FIG. 2C, has a recess 9 in the bottom 8, which allows the air enclosed during assembly between the sleeve and the inner wall 7 of the joint ball 5 to escape, so that the sleeve 6 lies flat against the inner wall 7 of the joint ball 5 and against an outer surface 12 of the hip shaft cone 4. This is an essential prerequisite for the correct functioning of the sleeve 6.
  • the joint ball 5 has a circumferential groove 11 on the inner wall 7, with which a circumferential bead 10 formed on the sleeve 6 is in engagement.
  • the bead 10 and the groove 11 are formed in the exemplary embodiment in the region of the bottom 8 of the cup-shaped conical sleeve 6. Since the production is particularly simple here, it is also possible to attach the bead 10 and the groove 11 in a different position or to insert the sleeve 6 directly without an additional groove.
  • the sleeve 6 is preferably made of a biocompatible material with lower rigidity and higher fracture toughness than the ceramic of the joint ball 5, in particular from a polymer such as polyether ether ketone (PEEK) or polyethylene (PE) or any biocompatible plastic, which due to its thermoplastic, impact-resistant properties enables pseudo-elastic connection between the prosthetic components.
  • a polymer such as polyether ether ketone (PEEK) or polyethylene (PE) or any biocompatible plastic, which due to its thermoplastic, impact-resistant properties enables pseudo-elastic connection between the prosthetic components.
  • the choice of the material for the sleeve 6 has two major advantages: on the one hand, contamination or damage to one of the surfaces of the conical plug connection can be compensated very effectively, so that damage is caused by breakage of the ceramic joint ball 5 be avoided. On the other hand, it is no longer necessary to machine the surfaces of the plug connection with high precision, since slight deviations from the ideal area are also compensated for, which considerably reduces the production costs.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown and can also be used for other forms of femoral components 1.
  • the use of the sleeve 6 is not limited to ceramic joint balls 5, but is also suitable for use with, for example, a ceramic shaft cone 4.

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Abstract

Eine Hüftgelenk-Endoprothese umfaßt eine Femurkomponente (1), die einen in einer Markhöhle eines Femurknochens verankerbaren Schaft (2) und eine daran ausgebildeten Halspartie (3) mit einem Hüftschaftkonus (4) zur Aufnahme einer keramischen Gelenkkugel (5) umfaßt, wobei zwischen dem Hüftschaftkonus (4) und einer Innenwandung (7) der Gelenkkugel (5) eine Hülse (6) angeordnet ist. Die Hülse (6) ist aus einem biokompatiblen Kunststoff hergestellt.

Description

Hüftgelenk-Endoprothese mit Hülse aus biokompatiblem Kunststoff
Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenk-Endoprothese zur prothetischen Versorgung des menschlichen oder tierischen Hüftgelenks .
Beispielsweise ist aus der DE 101 56 610 AI eine Gelenkkugel für eine Hüftgelenk-Endoprothese bekannt. Diese weist einen innenliegenden metallischen Armierungskörper auf, auf welchem eine Beschichtung als Gleitpartner für ihr Gegenstück im Gelenk ausgebildet ist. In dem metallischen Armierungskörper ist eine konische Klemmhülse zur Aufnahme eines Hüftschaftkonus angeordnet .
Nachteilig an der aus der DE 101 56 610 AI bekannten Gelenkkugel ist insbesondere, daß die Klemmhülse lediglich der Fixierung des Hüftschaftkonus dient und Abweichungen des Hüftschaftkonus von der optimalen Form durch Beschädigungen oder Verunreinigungen der Oberfläche nicht ausgeglichen werden können .
Weiterhin ist aus der CH 676 922 A5 eine Gelenkendoprothese mit einer Konus-Steckverbindung zwischen einem keramischen und einem metallischen Gelenkteil bekannt, bei welcher die Konus-Steckverbindung in eine metallische Zwischenhülse verlagert ist, die im keramischen Gelenkteil fest vormontiert wird. Intraoperativ wird dann nur noch die zweite Steckverbindung zusammengefügt .
Nachteilig an der aus der CH 676 922 A5 bekannten Gelenkendoprothese ist dabei insbesondere, daß eine metallische Zwischenhülse nur sehr unzureichend geeignet ist, Verformungen im Bereich der konischen Steckverbindung auszugleichen, welche beispielsweise durch Beschädigungen der konischen Flächen oder durch Verunreinigungen hervorgerufen werden.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Hüftgelenk-Endoprothese zu schaffen, welche so ausgebildet ist, daß Oberflächenunebenheiten durch Beschädigungen und Verunreinigungen kompensiert werden können und dadurch die Möglichkeit zum Austausch der Gelenkkugel geboten wird, ohne eine Totaloperation nötig zu machen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, eine Hülse zwischen einer Innenwandung der Gelenkkugel und dem Hüftschaftkonus anzuordnen, welche aus einem biokompatiblen Kunststoff hergestellt ist .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Von Vorteil ist, daß eine Hülse aus einem Polymer wie Polyethylen oder Polyetheretherketon thermoplast und gleichzeitig schlagzäh ist und dadurch beste Voraussetzungen zum Ausgleich von Beschädigungen und Verunreinigungen auf einer der Oberflächen der konischen Steckverbindung bietet.
Vorteilhafterweise weist die Hülse einen umlaufenden Wulst auf, der mit einer Nut der Gelenkkugel in Eingriff steht, wodurch die Hülse vormontiert mit der Gelenkkugel angeliefert werden kann, ohne daß die Gefahr des Herausrutschens beim Transport und während der Operation besteht .
Weiterhin ist von Vorteil, daß die Hülse becherförmig ausgebildet ist und in einem Boden eine Ausnehmung aufweist, durch welche Luft, die bei der Vormontage zwischen Hülse und Gelenkkugel eingeschlossen wird, entweichen kann. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand teilweise schematischer Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgestalteten Hüftgelenk-Endoprothese, und
Fig. 2A-C verschiedene vergrößerte Ansichten der erfindungsgemäß ausgestalteten Gelenkkugel der Hüftgelenk-Endoprothese gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ansicht einer Femurkomponente 1 für eine Hüftgelenk-Endoprothese . Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Hüftgelenk- Endoprothese wird auch als totale Hüftgelenk-Endoprothese bezeichnet, da sowohl der femurale als auch der beckenseitige Gelenkanteil ersetzt wird. Die Femurkomponente
1 weist einen Schaft 2 auf, welcher in der Markhöhle eines Femurknochens je nach Bauform der Femurkomponente 1 einzementiert oder zementfrei verankert wird. An dem Schaft
2 ist eine Halspartie 3 ausgebildet, an deren Ende ein Hüftschaftkonus 4 zur Aufnahme einer Gelenkkugel 5 ausgebildet ist.
Die im folgenden näher beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen sind unabhängig von der Form des Schaftes 2 sowie in der Kombination mit einer nicht weiter dargestellten Gelenkpfanne oder mit einem direkt in der Gelenkpfanne artikulierenden ProthesenkopfSystem zu sehen. Die Form der Gelenkpfanne ist beliebig. Auch die Form der Halspartie 3 ist frei wählbar.
Für die Gleitpaarungen zwischen der Gelenkkugel 5 und der Gelenkpfanne können verschiedene Materialien verwendet werden. Dies können beispielsweise Polyethylen (PE) mit einer Metallegierung wie Cobalt-Chrom (CoCr) oder mit Keramik sein, diese Paarung hat jedoch den Nachteil von starkem Abrieb und damit verbundenem schleichenden Verfall durch Einlagerungen des Abriebs im Pfannenhintergrund und Auslockerung der Pfanne. Gleitpaarungen aus zwei metallischen Komponenten sind ebenfalls nicht unkritisch, da der Abrieb und die anschließende Schwerionendiffusion in den Körper zu erhöhten Schwermetallwerten im Blutbild führt und zudem, insbesondere im Fall von Nickel, allergieauslösend wirken kann.
Keramische Gleitlager dagegen zeigen sehr geringen Abrieb, welcher zudem bioinert ist, und ermöglichen hochpräzise Oberflächenbearbeitung im Nano-Bereich. Die Verwendung von Gelenkkugeln 5 aus Keramik hat sich daher dank der guten tribologischen Eigenschaften in der Hüftendoprothetik durchgesetzt. Nachteilig ist hier jedoch die Gefahr eines plötzlichen Schadensfalls durch Bruch der Gelenkkugel 5, da die Belastbarkeit von Keramik auf Zugspannungen schlecht ist .
Zugspannungen können dabei bereits durch Verformungen des Hüftschaftkonus 4 entstehen, die im Mikrometer-Bereich liegen. Falls der Hüftschaftkonus 4 vor dem Aufsetzen eines
GelenkkopfSystems 5 aus Keramik nicht frei von Partikeln (Knochenreste, Blut, Fett, Weichteilen etc.) ist oder die
Oberfläche des Hüftschaftkonus 4 nicht oder nicht mehr den Vorgaben entspricht, können in der Gelenkkugel 5 unerwünschte Zugspannungen auftreten und lokal zu
Spannungsspitzen führen, die zum Bruch der Gelenkkugel 5 führen können. Dabei ist festzuhalten, daß es sich hierbei nicht um einen dynamischen Prozeß handelt, beispielsweise bei starken punktuellen Belastungen bei sportlicher
Betätigung o.a., sondern um ein aus dauernder statischer
Belastung herrührendes Schädigungsbild.
Weiterhin kann bei der Revision der Gelenkkugel 5, bei welcher der Schaft 2 in situ verbleiben könnte, die Wahl nicht wieder auf eine Gelenkkugel 5 aus Keramik fallen, da der Hüftschaftkonus 4 durch das Entfernen der Gelenkkugel 5 möglicherweise beschädigt wurde und eine von der Ursprungsgeometie abweichende Konusgeometrie aufweist, was zu oben genannten Problemen analog zu den Verunreinigungen führen kann.
Sicherheit gegen einen Schadensfall durch Bruch der Gelenkkugel 5 aufgrund abweichender Geometrie des Hüftschaftkonus 4 kann somit nur eine Total-Operation gewährleisten, bei welcher nicht nur die Gelenkkugel 5, sondern die gesamte Femurkomponente 1 ausgetauscht wird, was jedoch gravierende Nachteile birgt. Einerseits ist der Schaft 2 oftmals gut in den Femurknochen integriert und kann nur unter hohem Aufwand entfernt werden, wobei zudem Knochengewebe des Femurs verlorengeht. Weiterhin ist die Operationsdauer bei einer Totaloperation erheblich länger als beim Austausch der Gelenkkugel 5. Zudem ist der für eine Totaloperation benötigte Gewebeschnitt größer und demnach auch die postoperative Infektionsgefahr höher und die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Vernarbungen höher.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, die Gelenkkugel 5 so zu konzipieren, daß die keramischen Teile der Hüftgelenk-Endoprothese revisionsfähig werden, wodurch eine Totaloperation unnötig ist und eine neue keramische Gelenkkugel 5 auf den vorhandenen Schaft 2 aufgesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, wie in Fig. 2A bis 2C in verschiedenen Ansichten vergrößert dargestellt, in die keramische Gelenkkugel 5 eine Hülse 6 einzusetzen, welche die Fehlertoleranz vergrößert und das Risiko eines Bruchs der Gelenkkugel 5 reduziert. Die Hülse 6 ist dabei insbesondere in Form einer konischen oder becherförmigen Hülse 6 ausgebildet, die einen Boden 8 aufweist. Die Hülse 6 liegt an einer Innenwandung 7 der keramischen Gelenkkugel 5 an und wird dem Operateur mit diesem fest vormontiert geliefert. Der Operateur muß intraoperativ dann nur noch die Gelenkkugel 5 mit der eingelegten Hülse 6 auf den Hüftschaftkonus 4 aufstecken. Durch die weiter unten näher erläuterten Materialeigenschaften der Hülse 6 steht nicht mehr zu befürchten, daß Spannungsspitzen auftreten, welche zu einem plötzlichen Schadensfall führen können.
Zur Erleichterung der Vormontage weist die becherförmige Hülse 6, wie aus Fig. 2C ersichtlich, im Boden 8 eine Ausnehmung 9 auf, welche der bei der Montage zwischen der Hülse und der Innenwandung 7 der Gelenkkugel 5 eingeschlossenen Luft ermöglicht zu entweichen, so daß die Hülse 6 vollflachig an der Innenwandung 7 der Gelenkkugel 5 und an einer Außenflache 12 des Huftschaftkonus 4 anliegt. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für die korrekte Funktion der Hülse 6.
Um zu verhindern, daß sich die Hülse 6 während des Transports oder der Operation von der Gelenkkugel 5 lost, weist die Gelenkkugel 5 an der Innenwandung 7 eine umlaufende Nut 11 auf, mit welcher ein an der Hülse 6 ausgebildeter umlaufender Wulst 10 in Eingriff steht. Der Wulst 10 und die Nut 11 sind im Ausfuhrungsbeispiel im Bereich des Bodens 8 der becherförmigen konischen Hülse 6 ausgebildet. Da die Herstellung hier besonders einfach ist, es ist jedoch auch möglich, den Wulst 10 und die Nut 11 in einer anderen Position anzubringen oder die Hülse 6 direkt ohne zusatzliche Nut einzubringen.
Die Hülse 6 besteht vorzugsweise aus einem biokompatiblen Material mit niedrigerer Steifigkeit und höherer Bruchzahigkeit als die Keramik der Gelenkkugel 5, insbesondere aus einem Polymer wie Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethylen (PE) oder einem beliebigen biokompatiblem Kunststoff, der durch seine thermoplasten, schlagzähen Eigenschaften eine pseudoelastische Verbindung zwischen den Prothesenkomponenten ermöglicht.
Die Wahl des Materials für die Hülse 6 weist dabei zwei wesentliche Vorteile auf: einerseits können Verunreinigungen oder Beschädigungen einer der Oberflachen der konischen Steckverbindung sehr effektiv ausgeglichen werden, so daß Schadensfalle durch Bruch der keramischen Gelenkkugel 5 vermieden werden. Andererseits ist es nicht mehr nötig, die Oberflächen der Steckverbindung hochpräzise zu bearbeiten, da geringfügige Abweichungen von der idealen Fläche ebenfalls ausgeglichen werden, was die Herstellungskosten erheblich senkt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und auch für andere Formen von Femurkomponenten 1 anwendbar. Insbesondere ist die Anwendung der Hülse 6 nicht auf keramische Gelenkkugeln 5 beschränkt, sondern ist auch für die Anwendung beispielsweise mit einem keramisch ausgebildeten Hüftschaftkonus 4 geeignet.

Claims

Ansprüche
1. Hüftgelenk-Endoprothese mit einer Femurkomponente (1), die einen in einer Markhöhle eines Femurknochens verankerbaren Schaft (2) und eine daran ausgebildeten Halspartie (3) mit einem Hüftschaftkonus (4) zur Aufnahme einer keramischen Gelenkkugel (5) umfaßt, wobei zwischen dem
Hüftschaftkonus (4) und einer Innenwandung (7) der
Gelenkkugel (5) eine Hülse (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) aus einem biokompatiblen Kunststoff hergestellt ist.
2. Hüftgelenk-Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der biokompatible Kunststoff ein Polymer ist.
3. Hüftgelenk-Endoprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polyethylen (PE) , Polyetheretherketon (PEEK) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) ist.
4. Hüftgelenk-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) becherförmig konisch geformt ist.
5. Hüftgelenk-Endoprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) einen der Innenwandung (7) der Gelenkkugel (5) zugewandten Boden (8) aufweist.
6. Hüftgelenk-Endoprothese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Boden (8) eine Ausnehmung (9) vorgesehen ist.
7. Hüftgelenk-Endoprothese nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) einen umlaufenden Wulst (10) aufweist.
8. Hüftgelenk-Endoprothese nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Wulst (10) mit einer Nut (11) in Eingriff steht, die an der Innenwandung (7) der Gelenkkugel (5) ausgebildet ist.
9. Hüftgelenk-Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) vollflächig an der Innenwandung (7) der Gelenkkugel (5) und an einer Außenfläche (12) des Hüftschaftkonus (4) anliegt.
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