WO2013120213A1 - Adaptives implantatlager - Google Patents

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WO2013120213A1
WO2013120213A1 PCT/CH2013/000026 CH2013000026W WO2013120213A1 WO 2013120213 A1 WO2013120213 A1 WO 2013120213A1 CH 2013000026 W CH2013000026 W CH 2013000026W WO 2013120213 A1 WO2013120213 A1 WO 2013120213A1
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WO
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bearing
joint body
impiantatlager
implant
layer
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PCT/CH2013/000026
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Pius NOETZLI
Christoph Martin Noetzli
Original Assignee
Noetzli Hubert Pius
Christoph Martin Noetzli
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Filing date
Publication date
Application filed by Noetzli Hubert Pius, Christoph Martin Noetzli filed Critical Noetzli Hubert Pius
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/32—Joints for the hip
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30621—Features concerning the anatomical functioning or articulation of the prosthetic joint
    • A61F2002/30639—Features concerning the anatomical functioning or articulation of the prosthetic joint having rolling elements between both articulating surfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2002/30934—Special articulating surfaces

Definitions

  • the invention relates to an artificial implant bearing for artificial joint replacement, in particular in humans,
  • Kunsl joints have been successfully implanted in human medicine for a long time and are constantly being further developed.
  • hip joints e.g.
  • the inner joint body is usually formed from a ball placed on a shaft made of a hard material
  • the hard Gelenkkorperober Assembly here can be supported on a compact body that can transfer any forces well on the inner bearing on the shaft. There is little risk of breakage for this inner joint body, even if it consists of hard, less ductile ceramics, If the outer joint body made of the same hard material, it has good sliding properties, but also tends depending on the material thickness to high brittleness.
  • the inner surface of the outer joint body should be supported as an abutment against the inner joint body hard and stiff to have a low coefficient of friction and to produce little abrasion in the articular surface, the forces should be given out elastically and broadly supported. This can not be achieved by a rigid structure.
  • EP 0 444 382 A1 discloses a hip joint socket! Vleta ! known, which is to transfer the bearing forces of a hard inner shell via an elastic transmission element on a thin-walled outer shell and spread over a wide area on the underlying bone tissue.
  • This configuration has the significant disadvantage that the bearing forces are not directly, but only in predetermined
  • CONFIRMATION COPY Zones can be transferred from the hard inner shell into the outer shell and thereby the inner shell must be stiffened even stiffer than with a directly supported! fnnersschaie, which could transmit the force at least partially directly to the underlying material at the pressure point. So that the inner shell does not deform at the pressure point and thus massively increases the frictional forces, it must therefore be particularly stiff, which has the disadvantage that the outer shell can not be uniformly loaded but mainly at the edge where it attaches directly to the inner blades and only secondarily at the few points of contact with the transmission element. In the spaces between these points, the outer shell is loaded only indirectly and therefore can not exchange forces with the bone in these zones. So that the most natural possible stress of the bone can be maintained behind the outer shell, the outer shell should transmit as directly as possible the forces from the inner shell over its entire surface.
  • the described object can be achieved by a consistent separation of the functional properties in the structure of the joint body.
  • the inventive joint structure is characterized by an inherently compact and rigid inner joint body with hard Lagerfizze, by an intermediate layer of a base polymer with embedded bearing means of a hard, strigsarmen material and an outer joint body, which hugs by its modular structure under load on the bearing means and thus transfers the forces over a large area to the outer surface anchored in the bone.
  • inner joint body is based on the fact that this joint body is always inside the entire construct and has no direct contact with the bone.
  • the designation of external joint bodies is based on the fact that this joint body is located on the outside of the overall construct and is directly connected to the bone with its own bone interface.
  • outwardly arched bearing surfaces are also possible in the outer joint body, which should be limited to one side of the joint.
  • Rotary axis still mainly coincides with the main load direction of the bearing are the
  • Hip bearing according to US 5,989,294 and WO 2010/072606 AI is that the intermediate layer as Whole moved between the storage areas. This movement is controlled by the rolling movements of the ball and is always at most half as far as the actual gel movement, which results from the displacement of the two bearing surfaces relative to each other. However, in the case of gyroscopic movements, this relative displacement changes depending on the instantaneous axis of rotation, which can then lead to the movable intermediate layer having moved into a position which suddenly no longer permits a rolling movement in a new direction of rotation because the intermediate layer intermeshes with the Balls now already at the end stop of the bearing, although the movement in the new direction of rotation would still be possible. If, however, the bearing is still moved in this new direction of rotation, the balls are pushed over the bearing surfaces without being able to roll, which leads to great friction and additionally increased abrasion.
  • the problems described are solved in the inventive joint structure by the replacement of the balls / rolling elements by small plain bearings, which are installed in the intermediate layer.
  • the individual plain bearings can distribute the forces occurring over a larger contact surface and they can be arranged so that no or only partially resilient plain bearings are in those zones in which come mainly to lie in the physiological movement of the current axes of rotation. This can be prevented that individual of these plain bearings are exposed to high shear forces in particular, which could permanently damage these or the adjacent storage areas.
  • the inner Geienk entrepreneurial is to be designed in its shape so that it either transfers all forces occurring in the articular surface directly to an inner bearing with a fixed seat or is also embedded on the opposite side in an outer bearing.
  • pressure forces primarily arise under the force of influence in the interior of the joint body and the inner joint body has a very rigid and stable shape and thus forms the ideal basis for an adaptive counter bearing.
  • a base polymer forms the bearing structure for the bearing pins, which form the actual counter-bearings to the inner joint body.
  • the bearing means are preferably in the form of ⁇ -rings with a material cross-sectional diameter which corresponds approximately to the mean radius of the ring.
  • the individual bearing ring knows a height of about one
  • the bearing means consist of a hard, compact material and are only slightly elastic.
  • the warehouse center! lie on one side on the spherical bearing surface of the inner joint body and touch it on the contact surface. If the bearing means are designed as O-rings, the contact surface is ideally a contact circle.
  • the warehouse center! are slidable on the spherical bearing surface of the inner joint body, wherein its contact surface moves slidably on the spherical bearing surface.
  • the friction coefficient between the bearing means and the inner joint body can be kept low by an ideal material removal and also the
  • the two rubbing surfaces can be ideally controlled to a to guarantee a long service life.
  • the outer joint body is supported by the spherical Lagerfikiee on the bearing means, which in turn forms a contact surface.
  • the bearing means are configured as O-rings, the contact surface also forms on the outer Geienk emotions ideally a contact circle between the bearing rings and the bearing surface of the joint body.
  • the two contact circles are arranged on the bearing rings so that the force curve are passed directly through the center of the cross-sectional areas and the Haupi Krafti thus in turn are mainly exposed to compressive stresses.
  • the bearing rings can be made of a very hard and less elastic material without a high risk of breakage, as they are not subjected to bending or tensile stresses.
  • the bearing rings offer the advantage that they create many gaps between the contact lines on the sliding surface, which allow the storage of synovial fluid. This liquid serves as a lubricant between the Sleitober perennial and after a shortest movement a Gleitfäim between GSeitober perennial is formed.
  • This phenomenon can not be observed in the bearing rings as sliding partners on the spherical surface of the inner joint body.
  • the outer joint body is on the spherical bearing surface with a relatively thin shell as
  • Lined bearing layer on the one hand must be strong enough to absorb the bearing forces, but on the other hand should be sufficiently elastic to the forces introduced as many as possible
  • This storage layer can be divided into separate and distinct
  • This bearing layer, or these storage zones can additionally
  • Such positioning means which complicate a displacement of the bearing means relative to the outer joint body or even prevent.
  • Such positioning means if the bearing means are designed as O-rings, be configured in the bearing ring inside, for example, as a bearing pin and so keep the bearing rings at the intended location, but without introducing the bearing forces in the ring.
  • a net-like structure for example with a honeycomb pattern, can hold the bearing means in position on the outside.
  • the bearing means position can be secured by the embedding of the bearing means in the base polymer, wherein this structure can be held even at the outer edges by an edge on the outer boundary of the spherical bearing surface of the joint body, or at the edges of the storage zones.
  • the suspension structure consisting of the base polymer can be connected to the bearing means in such a way that it completely seals both the contact surfaces between the bearing means and the bearing surface and the bearing surface of the outer body itself against external influences.
  • This can be selected for the bearing layer of the outer joint body, a relatively elastic and resilient with high alternating loads material, which is also suitable to endure stress peaks without breakage risk.
  • the outer joint body consists of a further layer which has to take over the power transmission to the outer shell, but as ideally as possible distributes the resulting forces and thus decouples the burden of the bearing forces of the holder.
  • This layer can be made of any solid, uniform material or composite materials of any design, so that they can hold their elasticity over a long time and returns to the original form even with shock loads. The thickness and consistency of this layer depends on the one hand on the desired outer dimensions of the outer GeSenkMechs, but also on the overall stiffness / elasticity of the outer joint body to be achieved.
  • the outer shell of the outer joint body should be designed so that it can be anchored well in the bone and can be additionally secured with fixatives if necessary.
  • the outer surface is said to favor the bone arv / ingrowth, so that the outer joint body anchors well in the bone and is not loosened by the stress on the joint.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the inventive implant storage.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a section of the intermediate layer with the recessed bearing means, which are designed here as bearing rings.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a section of the bearing layer of the outer joint body, which is divided in this embodiment in storage zones with their own intermediate layer containing symmetrically cut bearing rings.
  • the embodiment of the mantle bearing shown in Figure i shows an inventive hip joint assembly in the form of an artificial hip joint.
  • the inner joint body (1) is a ball of a teifen material with the hard, spherical bearing surface (10), by means of the inner bearing ⁇ 11 ⁇ can be placed on an implant ⁇ 12 ⁇ for fixation in the intramedullary canal of the femur ⁇ 15 ⁇ .
  • Such an implant (12) is usually referred to in technical language as a hip stem (12a).
  • the inner joint body (1) is firmly connected to the hip stem (12a) by a press fit in the inner bearing (11).
  • the outer joint body (2) consists in the illustrated embodiment of a thin bearing layer (21) with the bearing surface (20) of a tough material with high elasticity, a composite layer (22) made of a softer, highly elastic material for power transmission and load distribution of the Bearing layer ⁇ 21 ⁇ on the bone interface (23) of the outer joint body (2), which serves with its outer contact surface ⁇ 24 ⁇ for the transmission of bearing forces in the Acetabuium (25) of the pelvic bone.
  • the intermediate layer (3) consists of a bearing support structure ⁇ 31 ⁇ , in which individual bearing means (32) of a very hard and rigid material in the form of Lager ingen (32 a) are embedded, said Lagermsttei (32) in direct contact with both Bearing surface (10) of the inner joint body ⁇ 1 ⁇ and with the bearing surface (20 ⁇ of the outer joint body ⁇ 2 ⁇ transmit the forces from the inner GeSenkMech (1 ⁇ on the outer joint body (2).
  • the bearing support structure ⁇ 31) shows the interaction between the bearing support structure ⁇ 31) and the individual bearing rings (32a ⁇ .
  • the bearing rings ⁇ 32a ⁇ are bordered by the bearing support structure (31) and, depending on the diffusion density, also
  • the outer edge (210) of the bearing layer (21) of the outer joint body (2) is folded so that it forms a boundary for the bearing support structure (31), so that they can not move relative to the bearing layer ⁇ 21 ⁇ .
  • FIG. 3 shows a storage zone (21 a) completely and parts of adjacent
  • Bearing zones (21a) having the same structure In this embodiment, in a bearing zone (21a) 7
  • Inserted bearing rings (32 a) which are supported against each other on outer, inclined flats of regular length. This gives the storage zone (21a) a hexagonal shape and the inserted bearing rings (32a) can be brought closer together, which the entire
  • bearing rings (32a) are that the bearing rings (32a) mutually support each other on the flats so that, first, they form a bridge arch that prevents them from falling out when they come from the outside
  • the bearing rings (32a) Preventing the self-rotation of the bearing rings (32a) reduces the freedom of movement of the bearing rings (32a) relative to the bearing layer (21) of the bearing zone (21a) or the entire outer joint body (2) and thus the friction between the bearing rings (32a) and Lagerschscht (21)
  • the bearing zones (21a) can transmit the forces absorbed by them independently of each other into the rear layers of the joint body (2) and thus to an even better distribution Contribute forces on the rear layers of the joint body, which also improves the distribution of forces in the bone interface (23) of the outer joint body (2).
  • This embodiment of the storage layer (21) subdivided into storage zones (21a) completely redefines the force distribution scheme of the Gefenklager because the storage layer (21) can in itself deflect the force flow only over short distances and the majority of forces are transferred directly to the rear layers of the outer joint body (2) and its bone interface (23) initiated, which comes closest to the physiological joint structure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Implantatlager für den künstlichen Gelenkersatz nach Anspruch 1. Das erfindungsgemässe, adaptive implantatlager besteht aus einem inneren Gelenkkörper mit sphärischer Lagerfläche, einer Zwischenschicht aus einem Basispolymer mit eingebetteten Lagermitteln aus einem harten, verschleissarmen Material und einem äusseren Gelenkkörper, der sich durch seinen modularen Aufbau bei Belastung an den Lagermitteln anschmiegt und so die Kräfte grossflächig an die äussere, im Knochen verankerte Aussenoberfläche überträgt. Der modulare Aufbau des äusseren Gelenkkörpers erlaubt eine funktionale Trennung der Lagerflächenbeschaffenheit und der Körpersteifigkeit und kann ideal den verschieden Beanspruchungen durch die von aussen wirkenden Kräfte und deren grossflächige Übertragung auf den Inneren Gelenkkörper angepasst werden.

Description

ADAPTIVES I PLANTÄTLAGER
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Itnplantatlager für den künstlichen Gelenkersatz, insbesondere beim Menschen,
Kunslgelenke werden in der Humanmedizin schon seit längerer Zeit in zunehmendem Masse erfolgreich implantiert und stetig weiterentwickelt. Um möglichst gute Gieiteigenschaften zwischen den Gelenkkörpern zu erreichen, werden heute die verschiedensten Materia!paarungers verwendet, wobei sich dadurch je nach Einsatz unterschiedliche Probleme ergeben. In Hüftgelenken z.B. wird der innere Gelenkkörper meist aus einer auf einen Schaft aufgesetzten Kugel aus einem harten Material gebildet Die harte Gelenkkorperoberfläche kann sich hier auf einen kompakten Körper abstützen, der jegliche Kräfte gut auf die innere Lagerung auf dem Schaft übertragen kann. Es besteht für diesen inneren Gelenkkörper wenig Bruchrisiko, auch wenn er aus harter, wenig duktiler Keramik besteht, Wird der äussere Gelenkkörper aus demselben harten Material hergestellt, weist er zwar gute Gleiteigenschaften auf, neigt aber auch je nach Materialdicke zu hoher Brüchigkeit. Zusätzlich bedingt er zur Vermeidung von Spannungen in der Keramik eine sehr steife Metallschale als Äbstützung, welche in der Fachsprache als Metallback bezeichnet wird. Diese harte Metallschale wiederum schirmt den direkt dahinter liegenden Knochen gegen die Belastungsaufnahme ab, ein Effekt der in der Fachsprache Stress-Shielding genannt wird. Dieses Stress-Shielding ist die Ursache für die Abnahme der Knochendichte hinter der Metallschale und damit einer Schwächung der Fixation zwischen Knochen und Metallschale, Zur Vermeidung des Stress-Shieldings wäre es wünschenswert, dass die äussereste Schicht des Gelenkkörpers, die für die Verankerung im Knochen verantwortlich ist, eine gewisse Elastizität aufweist, damit die Last möglichst physiologisch auf den Knochen übertragen wird. Ein zu steifer äusserer Gelenkkörper kann durch Schwächung des umgebenden Knochens zur implantatiockerung führen. Während also die innere Oberfläche des äusseren Gelenkkörpers als Gegenlager zum inneren Gelenkkörper hart und steif abgestützt sein soll, um einen niederen Reibungskoeffizienten aufzuweisen und wenig Abrieb in der Gelenkfläche zu erzeugen, sollten die Kräfte nach aussen elastisch und breit abgestützt abgegeben werden. Dies kann durch einen steifen Baukörper nicht erreicht werden.
Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines adaptiven Implantatlagers, das einerseits in der Gelenkfläche einen tiefen Reibungskoeffizienten und eine hohe Abriebfestigkeit aufweist, aber andererseits im Interface zwischen dem ämplantat und dem Knochen eine den mechanischen Eigenschaften des Knochens optimal angepasste Steifigkeit bietet.
Aus EP 0 444 382 AI ist eine Hüftgelenkspfanne aus !Vleta!! bekannt, welche die Lagerkräfte von einer harten innenschale über ein elastisches Übertragungselement auf eine dünnwandige Äussenschale übertragen und breitflächig auf das dahinterliegende Knochengewebe verteilen soll. Diese Konfiguration hat den entscheidenden Nachteil, dass sich die Lagerkräfte nicht direkt, sondern nur in vorgegebenen
1
BESTÄTIGUNGSKOPIE Zonen von der harten innenschale in die Aussenschale übertragen lassen und dadurch die !nnenschaie noch steifer ausgefegt werden muss als bei einer direkt abgestützter! fnnersschaie, welche die Kraft im Druckpunkt zumindest teilweise direkt an das darunterliegende Material übertragen könnte. Damit die Innenschale sich im Druckpunkt nicht verformt und so die Reibungskräfte massiv erhöht, muss sie also besonders steif sein, was den Nachteil mit sich bringt, das die Aussenschale nicht gleichmässig belastet werden kann sondern hauptsächlich am Rand, wo sie direkt an die Innenschate anschiiesst und nur sekundär bei den wenigen Berührungspunkten mit dem Übertragungselement. In den Zwischenräumen zwischen diesen Punkten wird die Aussenschale nur indirekt belastet und kann daher in diesen Zonen keine Kräfte mit dem Knochen austauschen. Damit eine möglichst natürliche Belastung des Knochens hinter der Aussenhülle aufrechterhalten werden kann, soll die Aussenhülle aber auf ihrer gesamten Fläche möglichst direkt die Kräfte aus der innenschale übertragen.
Die beschriebene Aufgabe kann durch eine konsequente Trennung der funktionellen Eigenschaften im Aufbau der Gelenkkörper erreicht werden. Der erfindungsmässige Gelenkaufbau ist gekennzeichnet durch einen in sich kompakten und steifen inneren Gelenkkörper mit harter Lagerfiäche, durch eine Zwischenschicht aus einem Basispolymer mit eingebetteten Lagermitteln aus einem harten, verschlesssarmen Material und einem äusseren Gelenkkörper, der sich durch seinen modularen Aufbau bei Belastung an den Lagermitteln anschmiegt und so die Kräfte grossflächig an die äussere im Knochen verankerte Aussenoberfläche überträgt. Die Bezeichnung innerer Gelenkkörper ist damit begründet, dass dieser Gelenkkörper sich immer im Inneren des Gesamtkonstrukts befindet und keinen direkten Kontakt zum Knochen aufweist. Die Bezeichnung äusserer Gelenkkörper hingegen ist damit begründet, dass dieser Gelenkkörper sich eher aussen am Gesamtkonstrukt befindet und mit einem eigenen Knocheninterface direkt mit dem Knochen verbunden ist. Selbstverständlich sind auch beim äusseren Gelenkkörper je nach Aufbau des Gesamtkonstrukts nach aussen gewölbte Lagerflächen möglich, wobei sich dies auf eine Seite des Gelenkes beschränken sollte.
Aus FR 2 705 883 AI, US 5 989 294 und WO 2010/072606 AI sind Hüftlager bekannt, welche eine bewegliche Zwischenschicht mit Kugeln als Rollkörper zwischen den eigentlichen Lagerflächen beinhaltet. Alle diese Konstruktionen haben den entscheidenden Nachfeil, dass sich die Kugeln nur in einem kleinen Bereich der Lageroberflächen hauptsächlich rollend fortbewegen, während sie, je näher sie sich bei der momentanen Drehachse befinden, mehrheitlich in eine Kreiselbewegung gezwungen werden, die sie unter hoher Last zu Stärnfräsern werden Sassen, welche die Lagerflächen nachhaltig schädigen können. Je weniger Kugeln in dieser Zwischenschicht enthalten sind, desto höher ist der
Druck der von einer Kugel auf die Lagerfiäche ausgeübt wird und wenn zusätzlich die momentane
Drehachse noch hauptsächlich mit der Hauptbelastungsrichtung des Lagers übereinstimmt sind die
Kugein in der Mähe der Drehachse am höchsten belastet und können sich nicht rollend fortbewegen sondern werden durch Scherkräfte sozusagen wie in einem Mörser zerrieben. Ein weiterer NachteiS der
Hüftlager nach US 5 989 294 und WO 2010/072606 AI besteht darin, dass sich die Zwischenschicht als Ganzes zwischen den Lagerflächen bewegt. Diese Bewegung wird durch die Rollbewegungen der Kugein gesteuert und ist immer höchstens halb so weit wie die eigentliche Gelerikbewegung, welche sich durch die Verschiebung der beiden Lagerflächen relativ zueinander ergibt. Bei Kreiselbewegungen verändert sich dieser relative Weg allerdings abhängig von der momentanen Drehachse, was dann dazu führen kann, dass sich die bewegliche Zwischenschicht in eine Position bewegt hat, welche nun eine Rollbewegung in einer neuen Drehrichtung plötzlich nicht mehr zulässt, weil sich die Zwischenschicht mit den Kugeln nun schon am Endanschlag des Lagers befindet, obwohl die Bewegung in die neue Drehrichtung noch möglich wäre. Wenn nun das Lager trotzdem in dieser neuen Drehrichtung bewegt wird, werden die Kugein über die Lagerflächen geschoben, ohne dass sie rollen können, was zu einer grossen Reibung mit zusätzlich erhöhtem Abrieb führt.
Die beschriebenen Probleme werden Im erfindungsgemässen Gelenkaufbau durch den Ersatz der Kugeln/Rollkörper durch kleine Gleitlager gelöst, welche in die Zwischenschicht eingebaut sind. Die einzelnen Gleitlager können die auftretenden Kräfte über eine grössere Berührungsfläche verteilen und sie können so angeordnet werden, dass sich keine oder nur teilweise belastbare Gleitlager in jenen Zonen befinden, in welchen beim physiologischem Bewegungsablauf hauptsächlich die momentanen Drehachsen zu liegen kommen. Damit kann verhindert werden, dass einzelne dieser Gleitlager vor allem hohen Scherkräften ausgesetzt werden, welche diese oder die angrenzenden Lagerflächen nachhaltig schädigen könnten.
Der innere Geienkkörper ist in seiner Form so zu gestalten, dass er entweder alle in der Gelenkfläche auftretenden Kräfte direkt an ein inneres Lager mit festem Sitz überträgt oder aber auch auf der Gegenseite in einem äusseren Lager eingebettet ist. Durch diese Bauweise werden im inneren des Gelenkkörpers unter Krafteinfluss hauptsächlich Druckbeanspruchungen entstehen und der innere Gelenkkörper wirkt sehr steif und formstabil und bildet somit die ideale Basis für ein adaptives Gegenlager.
In der Zwischenschicht bildet zum Beispiel ein Basispolymer die Halterungsstruktur für die Lagermiftel, welche die eigentlichen Gegenlager zum inneren Gelenkkörper bilden. Die Lagermittel haben vorzugsweise die Form von Ö-Ringen mit einem Materialquerschnittsdurchmesser, der in etwa dem mittleren Radius des Ringes entspricht. Damit weisst der einzelne Lagerring eine Höhe von etwa einem
Drittel bis einem Viertel seines äusseren Umfangs auf. Die Lagermittel bestehen aus einem harten, kompakten Material und sind nur wenig elastisch. Die Lagermitte! liegen auf der einen Seite auf der sphärischen Lagerfläche des Inneren Gelenkkörpers auf und berühren diesen auf der Kontaktfläche. Sind die Lagermittel als O-Ringe ausgestaltet, ist die Kontaktfläche ideal ein Kontaktkreis. Die Lagermitte! sind auf der sphärischen Lagerfläche des inneren Gelenkkörpers verschiebbar, wobei sich ihre Kontaktfläche gleitend auf der sphärischen Lagerfläche bewegt. Der Reibungskoeffizient zwischen den Lagermitteln und dem inneren Gelenkkörper kann durch eine ideale ävlaterialauswahä tief gehalten und auch die
Abriebeigenschaften der beiden an sich reibenden Flächen können ideal gesteuert werden, um eine lange Standzeit zu garantieren. Der äussere Gelenkkörper stützt sich mit der sphärischen Lagerfiäche auf den Lagermitteln ab, wobei sich wiederum eine Kontaktfläche bildet. Sind die Lagermittel als O-Ringe ausgestaltet, bildet die Kontaktfläche auch am äussern Geienkkörper ideal ein Kontaktkreis zwischen den Lagerringen und der Lagerfläche des Gelenkkörpers. Die beiden Kontaktkreise sind auf den Lagerringen so angeordnet, dass der Kraftverlauf direkt durch das Zentrum der Querschnittsflächen geleitet werden und die Hauptkrafti nien somit wiederum hauptsächlich Druckbeanspruchungen ausgesetzt sind. Die Lagerringe können aus einem sehr harten und wenig elastischen Material gefertigt sein ohne ein grosses Bruchrisiko aufzuweisen, da sie keinen Biege- oder Zugbeanspruchungen ausgesetzt sind. Um die Packungsdichie und die gegenseitige AbStützung der Lagerringe zu vergrössern, können diese an der Aussenseite mit schrägen Abflachungen gleicher Länge versehen werden, welche ein Überlappen der äusseren Ringdurchmesser erlauben. Eine weitere Erhöhung der gegenseitigen Abstützung kann durch ideale Variation der Ringdurchmesser, beziehungsweise der Anzahl der Abfiachungen über dem Umfang erreicht werden. Die Lagerringe bieten zusätzlich den Vorteil, dass sie viele Zwischenräume zwischen den Kontaktlinien auf den Gleitoberfläche schaffen, welche die Einlagerung von Gelenkflüssigkeit erlauben. Diese Flüssigkeit dient als Schmierstoff zwischen den Sleitoberflächen und schon nach kürzester Bewegung wird ein Gleitfäim zwischen die GSeitoberflächen gebildet. Bei breitflächige n Kontakt bei Gleitlagern ist ein erhöhter Äniaufwiderstand nach langer Ruhezeit festzustellen, welcher durch die verzögerte Bildung des GSeitfilms zwischen den Gieitflächen zu begründen ist. Dieses Phänomen wird bei den Lageringen als Gleitpartner auf der sphärischen Oberfläche des inneren Gelenkkörpers nicht festzustellen sein.
Der äussere Gelenkkörper ist auf der sphärischen Lagerfläche mit einer relativ dünnen Schale als
Lagerschicht ausgekleidet, die einerseits genügend fest sein muss, um die Lagerkräfte aufzunehmen, aber andererseits genügend elastisch sein soll, um die eingeleiteten Kräfte auf möglichst viele
Lagermittel zu verteilen. Diese Lagerschicht kann in verschiedene getrennte und eigenständige
Lagerzonen unterteilt sein, um zusätzlich die Elastizität des Gesamtkonstrukts des äusseren
Gelenkkörpers zu erhöhen und damit die auf der Aussenschicht eingeleiteten Kräfte feiner und vernetzter zu verteilen. Diese Lagerschicht, beziehungsweise diese Lagerzonen können zusätzlich
Positionierungsmittel aufweisen, die ein Verschieben der Lagermittel relativ zum äusseren Gelenkkörper erschweren oder gar verhindern. Solche Positionierungsmittel können, wenn die Lagermittel als O-Ringe ausgestaltet sind, im Lagerringinneren z.B. als Lagerzapfen ausgestaltet sein und so die Lagerringe am vorgesehenen Ort halten, ohne jedoch die Lagerkräfte in den Ring einzuleiten. Eine netzförmige Struktur z.B. mit Bienenwabenmuster kann die Lagermittel auf der Aussenseite in Position halten. Zusätzlich kann die Lagermittelposition durch die Einbettung der Lagermittel im Basispolymer gesichert werden, wobei auch diese Struktur selbst an den äusseren Rändern durch einen Rand an der äusseren Begrenzung der sphärischen Lagerfläche des Gelenkkörpers, beziehungsweise an den Rändern der Lagerzonen gehalten werden kann. Dadurch dass sich zwischen den Lagermittein und der sphärischen Lagerfläche des äusseren Gelenkkörpers keine makroskopischen Verschiebungen ergeben, ist hier kein oder nur sehr geringer Abrieb zu erwarten. Zusätzlich kann die Ha!terungsstruktur bestehend aus dem Basispoiymer so an die Lagermittel angebunden werden, dass sie sowohl die Kontaktflächen zwischen den Lagermitteln und der Lagerfiäche als auch die Lagerfläche des äusseren GeSenkkörpers selbst vollständig gegen äussere Einflüsse abdichtet. Damit kann für die Lagerschicht des äusseren Gelenkkörpers ein relativ elastisches und mit hohen Wechsellasten belastbares Material gewählt werden, welches auch geeignet ist Spannungsspitzen ohne Bruchrisiko zu ertragen. Sollten sich mit der Zeit die Kontaktflächen zwischen den Lagermitteln und der Lagerfläche des äusseren Gelenkkörpers durch bleibende Deformationen in dieser elastischen Lagerschicht vergrössem, führt dies nicht zu erhöhter Reibung im Gelenk, da sich die Lagermittel ja nicht gegenüber dieser Fläche bewegen, sondern lediglich gegen diese Fläche abstützen. Die Lagermsttel werden über die Zeit möglicherweise ein wenig in die Lagerschicht eingedrückt jedoch ohne ihre tragende Wirkung zu verlieren.
Hinter der Lagerschicht, beziehungsweise den Lagerzonen besteht der äussere Gelenkkörper aus einer weiteren Schicht, welche die Kraftübertragung auf die äussere Schale zu übernehmen hat, aber die entstehenden Kräfte möglichst ideal verteilt und damit die Belastung durch die Lagerkräfte von der Halterung entkoppelt. Diese Schicht kann aus Jedem festen, einheitlichen Material oder auch aus zusammengesetzten Werkstoffen jeglicher Bauform gefertigt werden, damit sie über lange Zeit ihre Elastizität halten kann und auch bei stossartigen Belastungen wieder in die Ursprungsform zurückkehrt. Die Dicke und Konsistens dieser Schicht richtet sich einerseits nach den gewünschten Aussenmassen des äusseren GeSenkkörpers, aber auch nach der zu erzielenden Gesamtsteifigkeit/-elastizität des äusseren Gelenkkörpers.
Die äussere Schale des äusseren Gelenkkörpers soll so gestaltet sein, dass sie sich gut im Knochen verankern lässt und zusätzlich bei Bedarf mit Fixationsmitteln befestigt werden kann. Die äussere Oberfläche soll das Arv/Einwachsen des Knochens begünstigen, damit sich der äussere Gelenkkörper gut im Knochen verankert und nicht durch die Belastung des Gelenkes gelockert wird. Durch eine optimale Wahl der Materialen kann erreicht werden, dass der äussere Gelenkkörper in seiner Gesamtsielfigkeit sich ähnlich verhält wie der umliegende Knochen, damit Spannungsspitzen im Interface zwischen dem Gelenkkörper und dem umliegenden Konchengewebe vermieden werden können und die Kräfte den Knochen ausgewogen belasten.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen implantatlagers.
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes der Zwischenschicht mit den eingelassenen Lagermitteln, welche hier als Lagerringe ausgestaltet sind. Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes der Lagerschicht des äusseren Gelenkkörpers, weiche in dieser Ausführungsform in Lagerzonen mit eigener Zwischenschicht unterteilt ist, die symmetrisch angeschnittene Lagerringe enthalten.
Die in Fig. i dargestellte Ausführungsform des Smpäantatlagers zeigt einen erffndungsgemässen Gelenklageraufbau in Form eines künstlichen Hüftgelenkes, Der innere Gelenkkörper (1) ist eine Kugel aus einem teifen Material mit der harten, sphärischen Lagerfläche (10), weiche mittels des inneren Lagers {11} auf einem Implantat {12} zur Befestigung im intramedullären Kanal des Femur {15} aufgesetzt werden kann. Ein solches Implantat (12) wird in der Fachsprache meist als Hüftschaft (12a) bezeichnet. Der innere Gelenkkörper (1) wird auf dem Hüftschaft (12a) durch einen Presssitz im inneren Lager (11) fest verbunden. Der Hüftschaft (12a) bildet mit seiner Kontaktfläche (14), welche im Femur (15) direkt oder im Knochenzement verankert wird, das Interface zur Übertragung der Lagerkräfte in den Femur {15}. Der äussere Gelenkkörper (2) besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einer dünnen Lagerschicht (21) mit der Lagerfläche (20) aus einem zähen Material mit hoher Elastizität, einer Verbundschicht (22) aus einem weicheren, hochelastischen Material für die Kraftübertragung und Lastverteilung von der Lagerschicht {21} auf das Knocheninterface (23) des äusseren Gelenkkörpers (2), welches mit seiner äusseren Kontaktfläche {24} zur Übertragung der Lagerkräfte in das Acetabuium (25) des Beckenknochens dient. Die Zwischenschicht (3) besteht aus einer Lagerhalterungsstruktur {31}, in welche einzelne Lagermittel (32) aus einem sehr harten und steifen Material in Form von Lager ingen (32a} eingebettet sind, wobei diese Lagermsttei (32) in direktem Kontakt sowohl mit der Lagerfläche (10) des inneren Gelenkkörpers {1} als auch mit der Lagerfläche (20} des äusseren Gelenkkörpers {2} die Kräfte vom inneren GeSenkkörper (1} auf den äusseren Gelenkkörper (2) übertragen.
Der in Fig. 2 dargestellte Ausschnitt der Zwischenschicht {3) verdeutlicht das Zusammenwirken zwischen der Lagerhalterungsstruktur {31) und den einzelnen Lagerringen (32a}. Die Lagerringe {32a} werden durch die Lagerhalterungsstruktur (31) eingefasst, wobei sie sich je nach Verteüungsdichte auch berühren können. Der äussere Rand (210) der Lagerschicht (21) des äusseren Gelenkkörpers (2) ist dabei so gefaltet, dass er eine Begrenzung für die Lagerhalterungsstruktur (31) bildet, damit sich diese gegenüber der Lagerschicht {21} nicht verschieben kann.
Der in Fig. 3 dargestellte Ausschnitt zeigt eine Lagerzone (21a) vollständig und Teile angrenzender
Lagerzonen (21a} mit demselben Aufbau. In dieser Ausführungsform sind in einer Lagerzone (21a) 7
Lagerringe (32a) eingelegt, welche sich gegeneinander an äusseren, geneigten Abflachungen von regelmässiger Länge abstützen. Dadurch erhält die Lagerzone (21a) eine sechseckige Form und die eingefügten Lagerringe (32a) können näher zusammengebracht werden, was die gesamte
Lagerberührungsfläche wesentlich erhöht. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform der Lagerringe
(32a) besteht darin, dass die Lageringe (32a) sich gegenseitig an den Äbflachungen so abstützen, dass sie erstens einen Brückenbogen bilden, der ihr Herausfalien verhindert, wenn sie von der äusseren
Umrandung der Lagerzone (21a) oder dem äusseren Rand {210} der Lagerschicht (21) des äusseren Gelenkkörpers (2) gehalten werden, und zweitens die Eigenrotation der Lageringe (32a) vollständig unterbunden wird. Durch den Brückenbogeneffekt ergibt sich eine Selbsthaiterung, die Lagerhalterungsstruktur (31) weitgehend entlastet. Das Verhindern der Eigenrotation der Lagerringe (32a) vermindert die Bewegungsfreiheit der Lagerringe (32a) gegenüber der Lagerschicht (21) der Lagerzone (21a) oder des gesamten äusseren Gelenkkörpers (2) und damit auch die Reibung zwischen den Lagerringen (32a) und der Lagerschscht (21), Dadurch dass die Lagerschicht (21) in Lagerzonen (21a) unterteilt ist, können die Lagerzonen (21a) die durch sie aufgenommenen Kräfte voneinander unabhängig in die hinteren Schichten des Gelenkkörpers (2) übertragen und so zu einer noch besseren Verteilung der Kräfte auf die hinteren Schichten des Gelenkkörpers beitragen, was die Kräfteverteilung im Knocheninterface (23) des äusseren Gelenkkörpers (2) ebenfalls verbessert. Durch diese Ausführungsform der in Lagerzonen (21a) unterteilten Lagerschicht (21) wird das Kraftverteilungsschema des Gefenklagers völlig neu definiert, denn die Lagerschicht (21) kann in sich selbst nur noch über kurze Strecken den Kräftefiuss umlenken und der Hauptanteil aller Kräfte wird direkt in die hinteren Schichten des äusseren Gelenkkörpers (2) und dessen Knocheninterface (23) eingeleitet, was dem physiologischen Gelenkaufbau am nächsten kommt.

Claims

Patentansprüche
1. impSarstatiager bestehend aus
a) einem oder mehreren inneren Geienkkörpern {1} mit einer oder mehreren, sphärischen Lagerflächen (10);
b) einem oder mehreren äusseren Gelenkkörpern (2) mit einer oder mehreren sphärischen Lagerflächen (20) korrespondierend zu jeweils einer sphärischen Lagerfläche (10) des oder der inneren Geienkkörper (1) im Abstand d und einer oder mehreren äusseren Kontaktflächen (24) zur Implantierung und Befestigung im Knochengewebe;
c} einer oder mehreren Zwischenschichten (3) zwischen den inneren und äusseren Geienkkörpern (1,2), dadurch gekennzeichnet, dass;
d) die Zwischenschichten (35 mehrere Lagermittel (32) mit der Dicke d beinhalten; wobei e) die Lagerflächen (10} der inneren Gelenkkörper (1) steif und kaum elastisch deformierbar sind, und;
f) die Lagerflächen (20) der äusseren Geienkkörper (2) so elastisch deformierbar sind, dass sie gleichzeitig mehrere Lagermittel (32) gegen die korrespondierenden sphärischen Lagerflächen {10} der inneren Geienkkörper (1} abstützen, damit diese Lagermittei (32) die Kräfte zwischen den korrespondierenden Lagerflächen (10,20) der inneren und äusseren Gelenkkörper (1,2} breitflächig übertragen und die äusseren Gelenkkörper (2) die aufgenommenen Kräfte in der jeweiligen Belastungsrichtung entsprechend der vergrösserten Belastungszone an das direkt hinter dieser Belastungszone Hegende Knochengewebe weitergeben können.
2. Implantatiager gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermittel (32) als Lagerringe |32a} in Form von O- ingen ausgestaltet sind,
3. Implantatlager gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (32a| einen aterialquerschnitt d und einen mittleren Ringdurchmesser aufweisen.
4. Implantatlager gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der mittleren Ringdurchmesser Dm zum Materialquerschnltt d der Lagerringe (32a) zwischen 1.5:1 und 4:1 Siegt, vorzugsweise bei 2:1.
5. Smplantatlager gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Ringdurchmesser Dm der Lagerringe (32a) variieren.
8. Smplantatlager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (32a) äussere, geneigte Abflachungen von regelmässiger Länge aufweisen.
7. Smplantatlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermittel (32) in einer Lagerhalterungsstruktur (31) eingebettet sind.
8. Smplantatlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die LagerhaSterungsstruktur (31) aus einem Kunststoff, zum Beispiel einem Polymer besteht.
9. Impiantatlager nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermittel (32) etwas über die Lagerhafterungsstruktur (31) vorstehen und so Taschen in den Zwischenräumen für die Aufnahme von natürlicher Gelenkfäüssigkeit freigeben,
10. impiantatlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Geienkkörper (1) ein inneres Lager (11) zur Aufnahme eines Implaniates (12) zur Befestigung im inneren eines intramedullären Kanais eines Knochens aufweist
11. Implantatlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere innere Geienkkörper (1) jeweils zwei oder mehrere unabhängige äussere sphärische Lagerflächen (10) korrespondierend zu jeweils einer sphärischen Lagerfläche (20) zweier oder mehrerer äusserer Gelenkkörper (2) aufweisen.
12. Impiantatlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere äussere Geienkkörper (2) einen moduSaren Aufbau mit zwei oder mehreren unterschiedlichen Schichten (21-23) aus unterschiedlichen Materialien aufweisen.
13. Impiantatlager nach dem Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der unterschiedlichen Schichten (21-23) des modularen Aufbaus des äusseren Gelenkkörpers (2) eine sphärische Lagerfiäche (20) korrespondierend zu einer Lagerfläche (10) eines inneren Gelenkkörpers (1) aufweist und damit als Lagerschicht (21) ausgestaltet ist.
14. Impiantatlager nach dem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschicht (21) des äusseren GeSenkkörpers (2) aus einem duktiien Matena! mit hoher Festigkeit hergestellt ist.
15. Impiantatlager nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschicht (21) eine möglichst gleichbleibende Dicke dL aufweist,
18, Impiantatlager nach dem Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke dL so klein gewählt wird, dass sich die Lagerschicht (21) unter Belastung elastisch an möglichst viele Lagermitte! (32) anlegen und damit die Kraftaufnahme auf all diese Lagermittel (32) möglichst gleichmässig verteilen kann.
17. Impiantatlager nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschicht (21) in mehrere unabhängige Lagerzonen (21a) unterbrochen ist.
18. Implantatlager nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerzonen (21a) sich teilweise gegenseitig gegeneinander abstützen.
19. impiantatlager nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschicht (21) am äusseren Rand (210) der sphärischen Lagerfläche (20) so gestaltet ist, dass sie die Zwischenschicht (3) in ihr relativen Position zu sich selbst unverschiebbar festhält.
20. Impiantatlager nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten des modularen Aufbaus (21-23) des äusseren Gelenkkörpers (2) eine Konfaktfläche (24) zum Knochen aufweist und damit als Knocheninterface (23) ausgestaltet ist.
21. Impiantatlager nach dem Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (24) durch ihre Beschaffenheit, dass Anwachsen des Knochens begünstigt.
22. impiantatlager nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Knocheninterface (23) Befestlgungsmittei aufweist, weiche Fixationsmittei für die zusätzliche Befestigung im Knochen aufnehmen können.
23. impiantatlager nach dem Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschicht (21) nach einem der Ansprüche 12 bis 19 und das Kontaktinterface (23) nach einem der Ansprüche 20 bis 22 direkt miteinander durch geeignete Verbindungsmittel verbunden sind.
24. Implantatlager nach dem Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschicht (21) nach einem der Ansprüche 12 bis 19 und das Kontaktinterface (23) nach einem der Ansprüche 20 bis 22 durch eine oder mehrere Zwischenschichten ohne direkten Kontakt zusammengehalten werden, welche damit ais Verbundschichten (22) ausgestaltet sind.
25. implantatiager nach dem Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht (22) aus einem oder mehreren Materialien besteht.
26. impiantatiager nach einem der Ansprüche 24 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht (22) richtungsspezifische Materiaieigertschaften aufweist.
27. impiantatlager nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht (22) mindestens in einer Richtung hohe Elastizität aufweist.
28. Impiantatlager nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht (22) mindestens in einer Richtung hohe stossdämpfende Eigenschaften aufweist.
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