WO2008015287A1 - Kugelkopf mit abflachungen zur vermeidung von trockenlauf eines künstlichen hüftgelenkes - Google Patents

Kugelkopf mit abflachungen zur vermeidung von trockenlauf eines künstlichen hüftgelenkes Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a hip joint prosthesis with a ball head with an outer geometry that is rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis and with a
  • Cup insert with a dome wherein the ball head is fastened on a shaft and the ball head in the dome of the socket insert is rotatably inserted, and the socket insert is coupled to a H-pfanne, wherein the shaft in the
  • Thigh bone and the acetabulum are implanted in the pelvic bone.
  • the market has a variety of prosthetic systems for the replacement of the natural hip joint. These consist usually of a shaft 1 coupled to a ball head 2 and a hip socket 4 coupled with a socket insert 3. Shank 1 and acetabulum 4 are connected to the body by ingrowth in the thigh 20 - or pelvic bone 21 and are carriers for the Ball head 2 or cup insert 3. The ball head 2 is rotatably mounted in the calotte of the socket insert 3 - Degree of freedom: 1 (see Figure 1).
  • the invention has the object of developing a hip joint prosthesis according to the O-berbegriff of claim 1 so that no undesirable dry friction of the ball head occurs in the calotte of the socket insert.
  • the ball head on the pole a flattening and / or the dome of the socket insert at the pole on a recess. Due to the flattening of the ball head on the ball pole or the indentation on the pole of the cup insert, a liquid reservoir forms in the base of the cup of the socket insert, so that fluid is available for forming the fluid film both at the upper edge of the dome and in the dome bottom. In addition, halves the distance over which the capillary forces must drive the formation of the fluid film, which favors the formation of the fluid film in addition.
  • the distance of the surface to the center of the ball head is less than the distance of the surface to the center at the equator.
  • the distance of the surface to the center of the ball head from the pole in the direction of the equator preferably steadily, until it reaches the greater distance at the latest at the equator.
  • the outer geometry of the ball head does not deviate from the spherical shape and the distance of the surface of the dome to the center of the dome at the pole is greater than the distance of the surface of the dome to the center of the dome at the equator.
  • the distance of the surface of the dome to the center of the dome from the pole toward towards the equator preferably steadily, decreases until it reaches the smaller distance of the surface of the dome to the center of the dome at the latest at the equator.
  • the ball head has a flattening at the equator and / or the dome at the equator has a recess.
  • the distance (S KKA ) of the surface to the center of the ball head is less than the distance (S KKP ) of the surface to the center at the pole.
  • the distance (S KKA ) from the equator increases in the direction of the pole, preferably steadily, until it reaches the distance (S KK p) at the pole at the latest.
  • the outer geometry of the ball head does not deviate from the spherical shape and the distance S Ka , A of the surface of the dome to the center of the dome at the equator is greater than the distance S Ka
  • a from the equator in the direction of the pole preferably steadily, from, until it reaches the value S Ka ⁇ P. - A -
  • FIG. 1 shows the state of the art.
  • a hip joint prosthesis consists of a shaft 1 coupled to a ball head 2 and a hip socket 4 coupled to a socket insert 3.
  • the shaft 1 and acetabulum 4 are connected to the patient's body by ingrowth into the femoral and pelvic bones 21, respectively
  • the ball head 2 is rotatably mounted in the cup of the cup insert 3.
  • FIG. 2 a shows a ball head 2 according to the invention of a hip joint prosthesis, which is rotatably inserted into a calotte 6 of a socket insert 3.
  • a flattening 8 of the ball head 2 at the ball pole or pole 7 a liquid reservoir forms in the bottom of the cap 6 of the cup insert 3, so that fluid or synovial fluid to form a fluid film both at the upper dome edge and in the bottom of the dome 6 is available ,
  • the distance over which the capillary forces must drive the formation of the fluid film is halved, which additionally favors the formation of the fluid film.
  • the flattening 8 of the ball head 2 on the pole 7 causes the distance S KKA of the surface of the ball head 2 at the equator 9 to the center of the ball head 2 at the equator 9 is greater than the distance S KK p the surface of the ball head at the pole to the center of the ball head , ie S KKA > S KKP .
  • the distance S KKA decreases steadily from the equator 9 towards the pole 7 until it reaches the minimum distance S KK p arn Pol.
  • the distance S KKP in an angular range of 20 degrees ⁇ ⁇ ⁇ 70 degrees to the longitudinal axis 5 in the distance S KKA over.
  • the dome 6 of the socket insert 3 at the pole 7 have a recess.
  • the cap 6 of the socket insert 3 at the pole 7 has a recess 15.
  • FIG. 3 a shows an embodiment in which the ball head 2 has a flattening 10 at the equator 9.
  • the distance S KKA of the surface of the ball head 2 at the equator 9 to the center of the ball head 2 is less than the distance S KK p the surface of the ball head 2 at the pole 7 to the center of the ball head 2.
  • the distance S KK p decreases from Pol 7 off in the direction of the equator 9 towards continuously until it reaches the minimum distance S KKA .
  • the distance S KKP is in an angular range of 0 degrees ⁇ ⁇ ⁇ 30 degrees to the longitudinal axis 5 in the smaller distance S KKA over.
  • S KKA S K ⁇ p (see FIG. 2).
  • the cap 6 of the socket insert 3 at the equator 9 has a recess 16. From this follows S Ka ⁇ P ⁇ S Ka ⁇ A
  • equator 9 is meant the geometric peripheral line of the surface of the ball head 2, the points of which all have the same maximum radial distance from the longitudinal axis 5 of the ball head 2.
  • the tip of the ball head 2 is understood, which is arranged on the longitudinal axis 5 at the piercing point through the surface of the ball head 2.
  • the longitudinal axis 5 is usually identical to the axis of rotation of the neck of the shaft.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenkprothese mit einem Kugelkopf (2) mit einer in Bezug auf die Längsachse (5) rotationssymmetrischen äußeren Geometrie und mit einem Pfanneneinsatz (3) mit einer Kalotte (6), wobei der Kugelkopf (2) auf einem Schaft (1) befestigbar ist und der Kugelkopf (2) in die Kalotte (6) des Pfanneneinsatzes (3) drehbar einsetzbar ist, und der Pfanneneinsatz (3) mit einer Hüftpfanne (4) koppelbar ist, wobei der Schaft (1) in den Oberschenkelknochen (20) und die Hüftpfanne (4) in den Beckenknochen (21) implantierbar sind. Damit keine unerwünschte Trockenreibung des Kugelkopfes in der Kalotte des Pfanneneinsatzes auftritt, wird vorgeschlagen, dass die äußere Geometrie des Kugelkopfes (2) und/oder der Kalotte (6) des Pfanneneinsatzes (3) eine von der Kugelform abweichende Geometrie aufweisen.

Description

Kugelkopf mit Abflachungen zur Vermeidung von Trockenlauf eines künstlichen Hüftgelenkes
Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenkprothese mit einem Kugelkopf mit einer in Be- zug auf die Längsachse rotationssymmetrischen äußeren Geometrie und mit einem
Pfanneneinsatz mit einer Kalotte, wobei der Kugelkopf auf einem Schaft befestigbar ist und der Kugelkopf in die Kalotte des Pfanneneinsatzes drehbar einsetzbar ist, und der Pfanneneinsatz mit einer Hüftpfanne koppelbar ist, wobei der Schaft in den
Oberschenkelknochen und die Hüftpfanne in den Beckenknochen implantierbar sind.
Im Markt existiert eine Vielzahl von Prothesen-Systemen zum Ersatz des natürlichen Hüftgelenkes. Diese bestehen in der Regel aus einem Schaft 1 gekoppelt mit einem Kugelkopf 2 und einer Hüftpfanne 4 gekoppelt mit einem Pfanneneinsatz 3. Schaft 1 und Hüftpfanne 4 sind mit dem Körper durch Einwachsen in den Oberschenkel 20 - bzw. Beckenknochen 21 verbunden und sind Träger für den Kugelkopf 2 bzw. Pfanneneinsatz 3. Der Kugelkopf 2 ist in der Kalotte des Pfanneneinsatzes 3 drehbar gelagert - Freiheitsgrad: 1 (siehe Figur 1 ).
Für die Artikulation des Kugelkopfes in der Kalotte des Pfanneneinsatz ist das Auftreten hydrodynamischer Reibung erwünscht, um die wirkenden Reibmomente und infolgedessen auftretenden Belastungen der Gelenkskomponenten sowie den Verschleiß der gleitenden Kugelflächen so gering wie möglich zuhalten. Zu diesem Zweck ist es notwendig, dass sich immer ein geschlossener Fluidfilm zwischen Kugelkopf und Kalotte des Pfanneneinsatzes befindet. Dieser bildet sich aus der vorhandenen Gelenkflüssigkeit und wird durch die im Gelenkspalt wirkenden Kapillar- kräfte aufrechterhalten. Nun kann es aufgrund verschiedener Indikationen zu einem Abreißen des Fluidfilms kommen, wodurch unerwünschte Trockenreibung auftritt. Mögliche Ursachen bestehen z. B. in einem Mangel an Fluid oder einem zu langen Gelenkspalt, der durch die wirkenden Kapillarkräfte nicht vollständig überbrückt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hüftgelenkprothese nach dem O- berbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, dass keine unerwünschte Trockenreibung des Kugelkopfes in der Kalotte des Pfanneneinsatzes auftritt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die äußere Geometrie des Kugelkopfes und/oder die Kalotte des Pfanneneinsatzes eine von der Kugelform abweichende Geometrie aufweisen. Hierdurch wird ein vergrößertes Flüssigkeitsreservoir erzeugt, so dass immer ausreichend Gelenkflüssigkeit zur Verfügung steht.
In erfinderischer Ausgestaltung weist der Kugelkopf am Pol eine Abflachung und/oder die Kalotte des Pfanneneinsatzes am Pol eine Einbuchtung auf. Durch die Abflachung des Kugelkopfes am Kugelpol oder die Einbuchtung am Pol des Pfan- neneinsatzes bildet sich ein Flüssigkeitsreservoir im Grund der Kalotte des Pfanneneinsatzes aus, so dass Fluid zur Bildung des Fluidfilms sowohl am oberen Kalottenrand als auch im Kalottengrund zur Verfügung steht. Zudem halbiert sich die Strecke, über die die Kapillarkräfte die Ausbildung des Fluidfilms treiben müssen, was die Ausbildung des Fluidfilms zusätzlich begünstigt.
Bevorzugt ist am Pol des Kugelkopfes der Abstand der Oberfläche zum Mittelpunkt des Kugelkopfes geringer als der Abstand der Oberfläche zum Mittelpunkt am Äquator ist.
In einer bevorzugten erfinderischen Ausgestaltung nimmt der Abstand der Oberfläche zum Mittelpunkt des Kugelkopfes vom Pol aus in Richtung zum Äquator hin, bevorzugt stetig, zu, bis er spätestens am Äquator den größeren Abstand erreicht. Bevorzugt geht der Abstand in einem Winkelbereich von 20 Grad ≤ α < 70 Grad zur Längsachse in den Abstand über.
In einer anderen Ausführungsform weicht die äußere Geometrie des Kugelkopfes von der Kugelform nicht ab und ist der Abstand der Oberfläche der Kalotte zum Mit- telpunkt der Kalotte am Pol größer als der Abstand der Oberfläche der Kalotte zum Mittelpunkt der Kalotte am Äquator. Bevorzugt nimmt der Abstand der Oberfläche der Kalotte zum Mittelpunkt der Kalotte vom Pol aus in Richtung zum Äquator hin, bevorzugt stetig, ab, bis er spätestens am Äquator den kleineren Abstand der Oberfläche der Kalotte zum Mittelpunkt der Kalotte erreicht.
In einer anderen Ausführungsform weist/weisen der Kugelkopf am Äquator eine Abflachung und/oder die Kalotte am Äquator eine Einbuchtung auf.
Bevorzugt ist am Äquator des Kugelkopfes der Abstand (SKKA) der Oberfläche zum Mittelpunkt des Kugelkopfes geringer als der Abstand (SKKP) der Oberfläche zum Mittelpunkt am Pol. Bevorzugt nimmt der Abstand (SKKA) vom Äquator aus in Rich- tung zum Pol hin, bevorzugt stetig, zu, bis er spätestens am Pol den Abstand (SKKp) erreicht.
In spezieller Ausführungsform geht der Abstand (SKKA) in einem Winkelbereich von 0 Grad ≤ α ≤ 30 Grad, bevorzugt 0 Grad ≤ α ≤ 20 Grad zur Längsachse in den größeren Abstand (SKKP) über.
In einer anderen Ausführungsform weicht die äußere Geometrie des Kugelkopfes von der Kugelform nicht ab und ist der Abstand SKa,A der Oberfläche der Kalotte zum Mittelpunkt der Kalotte am Äquator größer als der Abstand SKa|P der Oberfläche der Kalotte vom Mittelpunkt der Kalotte am Pol. Vorteilhaft nimmt der Abstand SKa|A vom Äquator aus in Richtung zum Pol hin, bevorzugt stetig, ab, bis er den Wert SKaιP er- reicht. - A -
Durch eine stetige Abnahme des Abstandes SKa,A der Oberfläche der Kalotte am Äquator zum Mittelpunkt der Kalotte hin zum Abstand SKa|P der Oberfläche der Kalotte am Pol zum Mittelpunkt der Kalotte (SKaiA > SKaip) entsteht ein sich zum Pol hin stetig verjüngender Spalt. Im oberen Teil des Spaltes wirken somit zwar geringere Kapillarkräfte, dafür ist der Reibungswiderstand der den Spalt begrenzenden "Wände" aber auch geringer - es wird auch in tieferen Zonen des Spaltes ein größeres Flüssigkeitsvolumen bereitgestellt. Zum Pol hin steigen dann die Kapillarkräfte an und überbrücken die im Vergleich zu bestehenden Systemen kurze Distanz. Die Ausbildung des Fluidfilms wird begünstigt.
Nachfolgend werden der Stand der Technik und die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt den Stand der Technik. Eine Hüftgelenkprothese besteht in der Regel aus einem Schaft 1 gekoppelt mit einem Kugelkopf 2 und einer Hüftpfanne 4 gekop- pelt mit einem Pfanneneinsatz 3. Schaft 1 und Hüftpfanne 4 sind mit dem Körper des Patienten durch Einwachsen in den Oberschenkel- 20 bzw. Beckenknochen 21 verbunden und sind Träger für den Kugelkopf 2 bzw. Pfanneneinsatz 3. Der Kugelkopf 2 ist in der Kalotte des Pfanneneinsatzes 3 drehbar gelagert.
Figur 2a zeigt einen erfindungsgemäßen Kugelkopf 2 einer Hüftgelenkprothese, der drehbar in eine Kalotte 6 eines Pfanneneinsatzes 3 eingesetzt ist. Durch eine Abflachung 8 des Kugelkopfes 2 am Kugelpol bzw. Pol 7 bildet sich ein Flüssigkeitsreservoir im Grund der Kalotte 6 des Pfanneneinsatzes 3, so dass Fluid bzw. Gelenkflüssigkeit zur Bildung eines Fluidfilms sowohl am oberen Kalottenrand als auch im Grund der Kalotte 6 zur Verfügung steht. Zudem halbiert sich die Strecke über die die Kapillarkräfte die Ausbildung des Fluidfilms treiben müssen, was die Ausbildung des Fluidfilms zusätzlich begünstigt. Die Abflachung 8 des Kugelkopfes 2 am Pol 7 bewirkt, dass der Abstand SKKA der Oberfläche des Kugelkopfes 2 am Äquator 9 zum Mittelpunkt des Kugelkopfes 2 am Äquator 9 größer ist als der Abstand SKKp der Oberfläche des Kugelkopfes am Pol zum Mittelpunkt des Kugelkopfes, d.h. SKKA> SKKP.
In der gezeigten Ausführungsform nimmt der Abstand SKKA vom Äquator 9 aus in Richtung zum Pol 7 hin stetig ab, bis der den minimalen Abstand SKKp arn Pol erreicht.
Dabei geht, ausgehend vom Pol 7, der Abstand SKKP in einem Winkelbereich von 20 Grad ≤ α ≤ 70 Grad zur Längsachse 5 in den Abstand SKKA über.
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Kalotte 6 des Pfanneneinsatzes 3 am Pol 7 eine Einbuchtung aufweisen.
Figur 2b zeigt einen Kugelkopf 2, der von der Kugelform nicht abweicht, d.h. bei dem SKKA = SKκp (siehe Figur 2) ist. Dafür weist die Kalotte 6 des Pfanneneinsatzes 3 am Pol 7 eine Einbuchtung 15 auf.
Figur 3a zeigt eine Ausführungsform, bei der der Kugelkopf 2 am Äquator 9 eine Abflachung 10 aufweist.
Dies bedeutet, dass der Abstand SKKA der Oberfläche des Kugelkopfes 2 am Äquator 9 zum Mittelpunkt des Kugelkopfes 2 geringer ist als der Abstand SKKp der Oberfläche des Kugelkopfes 2 am Pol 7 zum Mittelpunkt des Kugelkopfes 2. Der Abstand SKKp nimmt vom Pol 7 aus in Richtung zum Äquator 9 hin stetig ab, bis er den minimalen Abstand SKKA erreicht.
Der Abstand SKKP geht dabei in einem Winkelbereich von 0 Grad ≤ α < 30 Grad zur Längsachse 5 in den kleineren Abstand SKKA über. Figur 3b zeigt einen Kugelkopf 2, der von der Kugelform nicht abweicht, d.h. bei dem SKKA = SKκp (siehe Figur 2) ist. Dafür weist die Kalotte 6 des Pfanneneinsatzes 3 am Äquator 9 eine Einbuchtung 16 auf. Hieraus folgt SKaιP < SKaιA
Unter Äquator 9 wird die geometrische Umfangslinie der Oberfläche des Kugelkopfes 2 verstanden, deren Punkte alle den gleichen maximalen radialen Abstand von der Längsachse 5 des Kugelkopfes 2 aufweisen. Unter dem Pol 7 wird die Spitze des Kugelkopfes 2 verstanden, der auf der Längsachse 5 am Durchstoßpunkt durch die Oberfläche des Kugelkopfes 2 angeordnet ist. Die Längsachse 5 ist in der Regel mit der Rotationsachse des Halses des Schafts identisch.

Claims

Patentansprüche
1 . Hüftgelenkprothese mit einem Kugelkopf (2) mit einer in Bezug auf die Längsachse (5) rotationssymmetrischen äußeren Geometrie und mit einem Pfanneneinsatz (3) mit einer Kalotte (6), wobei der Kugelkopf (2) auf einem Schaft (1 ) be- festigbar ist und der Kugelkopf (2) in die Kalotte (6) des Pfanneneinsatzes (3) drehbar einsetzbar ist, und der Pfanneneinsatz (3) mit einer Hüftpfanne (4) koppelbar ist, wobei der Schaft (1 ) in den Oberschenkelknochen (20) und die Hüftpfanne (4) in den Beckenknochen (21 ) implantierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Geometrie des Kugelkopfes (2) und/oder die Kalotte (6) des Pfanneneinsatzes (3) eine von der Kugelform abweichende Geometrie aufweisen.
2. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (2) am Pol (7) eine Abflachung (8) und/oder die Kalotte (6) des Pfanneneinsatzes (3) am Pol (7) eine Einbuchtung aufweist/aufweisen.
3. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Pol (7) des Kugelkopfes (2) der Abstand (SKKP) der Oberfläche zum Mittelpunkt des Kugelkopfes (2) geringer als der Abstand (SKKA) der Oberfläche zum Mittelpunkt am Äquator (9) ist.
4. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ab- stand der Oberfläche zum Mittelpunkt des Kugelkopfes (SKKP) vom Pol (7) aus in
Richtung zum Äquator (9) hin, bevorzugt stetig, zunimmt, bis er spätestens am Äquator (9) den größeren Abstand (SKKA) erreicht.
5. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (SKKP) in einem Winkelbereich von 20 Grad ≤ α ≤ 70 Grad zur Längsachse (5) in den Abstand (SKKA) übergeht.
6. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Geometrie des Kugelkopfes (2) von der Kugelform nicht abweicht und der Abstand (SKaip) der Oberfläche der Kalotte (6) zum Mittelpunkt der Kalotte (6) am Pol (7) größer als der Abstand (SKaιA) der Oberfläche der Kalotte (6) zum Mittel- punkt der Kalotte (6) am Äquator (9) ist.
7. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (SκaiP) der Oberfläche der Kalotte (6) zum Mittelpunkt der Kalotte (6) vom Pol (7) aus in Richtung zum Äquator (9) hin, bevorzugt stetig, abnimmt, bis er spätestens am Äquator den kleineren Abstand (SKa|A) der Oberfläche der Kalotte (6) zum Mittelpunkt der Kalotte (6) erreicht.
8. Hüftgelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (2) am Äquator (9) eine Abflachung (10) und/oder die Kalotte (6) am Äquator (9) eine Einbuchtung aufweist/aufweisen.
9. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Äqua- tor (9) des Kugelkopfes (2) der Abstand (SKKA) der Oberfläche zum Mittelpunkt des Kugelkopfes (2) geringer als der Abstand (SKKP) der Oberfläche zum Mittelpunkt am Pol (7) ist.
10. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (SKKA) vom Äquator (9) aus in Richtung zum Pol (7) hin, bevorzugt stetig, zunimmt, bis er spätestens am Pol (7) den Abstand (SKKP) erreicht.
1 1 . Hüftgelenkprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (SKKA) in einem Winkelbereich von 0 Grad ≤ α ≤ 30 Grad, bevorzugt 0 Grad ≤ α < 20 Grad zur Längsachse (5) in den größeren Abstand (SKKP) übergeht.
12. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Geometrie des Kugelkopfes (2) von der Kugelform nicht abweicht und der Abstand (SKaιA) der Oberfläche der Kalotte (6) zum Mittelpunkt der Kalotte (6) am Äquator (9) größer als der Abstand (SKa|P) der Oberfläche der Kalotte (6) vom Mittelpunkt der Kalotte (6) am Pol (9) ist.
13. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (SK3IA) vom Äquator (9) aus in Richtung zum Pol (7) hin, bevorzugt stetig, abnimmt, bis er den Wert (SKaιP) erreicht.
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