DE3323131A1

DE3323131A1 - Endoprothese mit einem im knochen zu verankernden schaft

Info

Publication number: DE3323131A1
Application number: DE19833323131
Authority: DE
Inventors: Helmut D. 2000 Hamburg Link
Original assignee: Waldemar Link GmbH and Co KG
Current assignee: Waldemar Link GmbH and Co KG
Priority date: 1983-06-27
Filing date: 1983-06-27
Publication date: 1985-01-03
Also published as: EP0131178B1; EP0131178A2; US4645506A; EP0131178A3; DE3474906D1; ATE38320T1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Endoprothese mit einem im Knochen zu verankernden, Verankerungskräfte über seine Umfangsflache übertragenden Schaft.

Es ist bekannt, daß Schaftprothesen sich dadurch lockern können, daß der den Prothesenschaft aufnehmende Markkanal sich erweitert. Diese Erweiterung kann auf unphysiologische über- oder Unterbelastung des Knochengewebes oder auch auf natürliche Alterungserscheinungen zurückgehen. Dies muß insbesondere auch bei der zementfreien Verankerung von Prothesenschäften beachtet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zurgrunde, eine Endoprothese der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei Erweiterung des den Prothesenschaft aufnehmenden Knochenkanals nicht oder weniger zur Lockerung neigt.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Schaft zumindest einen in Schaftlängsrichtung prothesenfesten und einen in Schaftlängsrichtung beweglichen Schaftteil umfaßt, von denen der bewegliche Schaftteil an der Bildung der Umfangsfläche des Schafts und der prothesenfeste Schaftteil an der übertragung der von dem beweglichen Schaftteil aufgenommenen Verankerungskräfte beteiligt ist, und daß diese Schaftteile über eine Keilfläche zusammenwirken, die im Sinne einer Vergrößerung des Schaftumfangs bei einer der normalen Prothesenlangsbelastung entsprechenden Relativverschiebung der beiden Schaftteile orientiert ist.

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Erweitert sich der Markkanal, so sinkt der Prothesenschaft infolge der Belastung tiefer in den Markkanal ein. Der bewegliche Schaftteil bzw. die beweglichen Schaftteile können dieser Bewegung nicht folgen, weil sie durch das Zusammenwirken ihrer Umfangsfläche mit dem Knochengewebe daran gehindert sind. Dies hat zur Folge, daß sie durch die Keilflächen weiter nach außen gedrängt werden und dadurch den Kontakt und Verbund mit dem Knochengewebe beibehalten.

In erster Linie zielt die Erfindung auf die Verankerung von Hüftprothesenschäften, bei denen das Lockerungsproblem besonders akut ist. Die Keilflächen sind dabei so orientiert, daß sie die beweglichen Schaftteile beim weiteren Eindringen des festen Schaftteils in den Merkkanal spreizen. Entsprechendes gilt bei der Anwendung der Erfindung bei Knie- oder Knöchelprothesen. Anwendbar ist die Erfindung aber auch bei zugbelasteten Gelenken, wie Fingergelenke, Ellengelenk und zum Teil auch das Schultergelenk. In diesen Fällen ist die normale Prothesenlängsbelastung eine Zugbelastung; die Keilflächen sind deshalb so anzuordnen, daß die Spreizung der beweglichen Schaftteile dann stattfindet, wenn der prothesenfeste Schaftteil sich unter dieser Zugbelastung aus dem Knochenkanal herausbewegen will. Schließlich ist das Prinzip der Erfindung auch für die Befestigung von Zahnimplantaten verwenbar.

Zweckmäßigerweise wird der prothesenfeste Schaftteil als Schaftkern ausgebildet, der von einer Mehrzahl von beweglichen Schaftteilen umgeben ist. In diesem Zusammenhang ist denkbar, daß der Schaftumfang ausschließlich von beweglichen Schaftteilen gebildet ist. Beispielsweise kann man sämtliche Umfangsflachen des Schaftkerns als Keilflächen ausbilden,

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die auf die den Schaftkern gänzlich einschließenden beweglichen Schaftteile wirken. Nach der Erfindung kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn außer dem beweglichen Schaftteil bzw. den beweglichen Schaftteilen auch ein prothesenfester Schaftteil an der Bildung der Umfangsflache beteiligt ist. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin? daß normalerweise, solange eine Erweiterung des Markkanals nicht stattfindet, die Verankerungskräfte zu einem wesentlichen Teil über die Oberfläche des prothesenfesten Schaftteils in die Prothese eingeleitet werden, so daß eine Verkeilungsbewegung erst dann stattfinden kann, wenn die Oberfläche des prothesen festen Schaftteils hinreichenden Kontakt mit dem Knochengewebe verliert und dadurch stärker in die Markhöhle einsinkt, bis die Anordnung durch die Spreizung der beweglichen Schaftteile wieder Halt gefunden hat. Eine besonders vorteilhafte Ausführung besteht beispielsweise darin, daß vom Schaftkern eine Mehrzahl schaftfester Rippen zum Schaftumfang vorragt und in den Rippenzwischenräumen bewegliche Schaftteile angeordnet sind.

Damit die beweglichen Schaftteile der Senkbewegung des festen Schaftteils nicht zu folgen vermögen, ist ihre Oberfläche zweckmäßigerweise in bezug auf das Knochengewebe verbindungsfreudig strukturiert. Dadurch soll sichergestellt werden, daß stets ein formschlüssiger Verbund zwischen der Oberfläche der beweglichen Schaftteile und dem Knochengewebe besteht. Beispiele für eine verbindungsfreudige Struktur sind im Stand der Technik geläufig, beispielsweise eine Oberflächenzahnung, die Belegung der Oberfläche mit einer Schicht von Kugeln oder Granulen oder eine poröse Ausbildung der Oberfläche. Zweckmäßig kann es sein, die Oberflächenstruktur so auszubilden, daß sie der Verankerungskraftrichtung ent-

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gegengerichtet ist. Bei Ausführung der Oberflächenstruktur als Zahnung kann dies beispielsweise in der Gestalt realisiert werden, daß die Zähne als Sägezähne mit einer solchen Richtung der steilen Flanken ausgeführt werden, daß sie der zu verhindernden Relativbewegung entgegen gerichtet sind.

Aber auch der ümfangsflächenteil, der von dem prothesenfesten Schaftteil gebildet wird, hat zweckmäßigerweise eine in bezug auf Knochengewebe verbindungsfreudige Oberflächensturktur. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann dieser Oberflächenteil sogar zur alleinigen übertragung der Verankerungskraft hinreichend bemessen sein. Dadurch soll bewirkt werden, daß nicht jede kräftige Belastung der Prothese zu einer Relativbewegung des Prothesenschafts gegenüber dem Knochengewebe führt. Angestrebt wird vielmehr, daß diese Korrekturbewegung erst dann stattfindet, wenn der Verbund zwischen dem festen Prothesenteil und dem Knochengewebe aufgrund einer Erweiterung des Markkanals nachläßt, wobei die Korrekturbewegung zweckmäßigerweise weniger oder nicht als plötzliche Verschiebung unter Spitzenbelastung stattfindet, sondern als kontinuierlicher Prozeß, in welchem ein Gleichgewicht herrscht zwischen den über die prothesenfesten und die beweglichen Prothesenteile übertragenen Verankerungskräften.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Keilwinkel gegenüber der Schaftlängsrichtung kleiner als der Reibunaswinkel ist. Dadurch soll bewirkt werden, daß zwar durch die Belastunq der Prothese die gewünschte Spreizung der beweglichen Prothesenteile zwecks Ausgleichs einer Markkanalerweiterung stattfinden kann, daß aber andererseits die elastische Rückfederungsneigung

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des Knochengewebes nicht zu der entgegengesetzten Relativbewegung führen kann, was sonst ein ständiges "Pumpen" der Anordnung zur Folge haben könnte.

Ein weiteres Mittel zur Verhinderung einer ständigen Wechselbewegung besteht darin, daß die zusammenwirkenden Keilflächen reibungsintensiv oder gestuft oder gezahnt ausgeführt sind. Im Falle von reibungsintensiver Ausführung können nur solche Kräfte, die die Reibungskraft übersteigen, eine Relativbewegung hervorrufen. Entsprechendes gilt bei einer Zahnung, die so ausgeführt ist, daß nur beim überschreiten einer bestimmten Kraftschwelle ein überspringen der Teile aus einer Rastposition in die nächste möglich ist. Bei einer Stufung in Form einer Vielzahl von Keilflächenstufen, die sich jeweils aus einer Fläche steilen Keilwinkels und einer nichtkeiligen Fläche zusammensetzen, gilt, daß eine Relativbewegung jeweils nur dann stattfindet, wenn die Belastungskräfte dividiert durch den Tangens des Keilwinkels größer werden als die der Spreizung der beweglichen Schaftteile entgegenwirkenden Kräfte des Knochengewebes bei einer Dehnung um die Stufenhöhe. Durch Wahl eines steilen Keilwinkels (d.h. großer Winkel zwischen Keilfläche und Schaftlängsrichtung) kann man die vom Knochengewebe aufzunehmende Spreizkraft begrenzen. Durch geeignete Messung der Stufenhöhe (gemessen quer zur Schaftlängsrichtung) bestimmt man, bei welchem Grad von Markkanalerweiterung jeweils ein Korrektursprung der Prothesenteile stattfinden soll. Keilwinkel und Stufenhöhe werden zweckmäßigerweise so bemessen, daß die Stufenhöhe nicht oder nicht wesentlich größer ist als die bei maximaler Belastung unter Zugrundelegung des Keilwinkels zu erwartende Dehnung des Knochengewebes.

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Die Erfindung setzt im allgemeinen den zementfreien Einsatz des Prothesenschaftes voraus. Ausnahmen mögen in denjenigen Fällen bestehen, in denen der Knochenzement die erfindungsgemäße Funktion der Prothesenteile nicht beeinträchtigt.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Hüftgelenk-Femurschaftprothese,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schaft gemäß Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt größeren Maßstabs gemäß

Linie IH-III der Fig. 2, und zwar mit unterschiedlicher Ausführung der Keilflächen auf der linken bzw. rechten Seite der Mittellinie, und

Fig. 4 eine Teil-Seitenansicht in zu Fig. Ί lotrechter Projektionsrichtung.

Die Prothese besteht aus dem Schaft 1, dem gegebenenfalls auswechselbaren Kragen 2, dem Kopfhals 3 und dem Gelenkkopf 4. In seinem unteren Teil 5 ist der Schaft 1 herkömmlich derart ausgestaltet, daß er mit seiner Oberfläche im wesentlichen an der harten Kortikalis des Oberschenkelknochens anliegen kann Im oberen Bereich, in welchem sich der Markkanal 6 zum Trochanterbereich hin stark erweitert, gehen von dem Schaftkern 7 in Schaftlängsrichtung verlaufende Rippen 8 aus, die fest mit dem Schaftkern 7 verbunden sind» Auf der Vorder- und Rückseite des Schafts sind jeweils drei solcher Rippen 8 in

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im Querschnitt paralleler Anordnung vorgesehen. An der Innenseite sind zwei Rippen und an der Außenseite eine Rippe angeordnet. Der Schaftkern 7 mit den fest daran angeordneten Rippen 8 bildet den in Schsftllngsrichtung prothesenfesten Schaftteil«, Die Rücken der Rippen 8, d.h. diejenigen Rippenflächen, die von dem Schaftkern 7 abgesandt sind, sind mit Zähnen 9 versehen,, um sieb, fcasser In₁ Knochengewebe verankern zu können. An die Stelle der Zähne können auch andere Oberflächengestaltungen treten, die eine*:. guten Verbund mit dem Knochengewebe gewährleisten.

Zwischen jeweils zwei prothesenfesten Rippen 8 befindet sich ein Zwischenraum konstanter Weite, der eine Führung bildet für jeweils einen beweglichen Schaftteil 10, der zwischen den schaftfesten Rippen in Schaftlängsrichtung beweglich ist und sich an dem Grund 11 des Rippenzwischenraums mit seiner Gleitfläche 12 abstützt. An seiner Rückenfläche trägt er Zähne 13 zur besseren Verankerung im Knochengewebe bzw. eine alternative Oberflächengestaltung. Im dargestellten Beispiel ist die Zahnung 9 der schaftfesten Rippen sägezahnförmig so ausgeführt, daß sie einer senkenden Relativbewegung weniger Widerstand entgegensetzt als die Zahnung 13 der beweglichen Schaftteile. Jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich.

Der Abstand zwischen auf verschiedenen Schaftkernseiten einander gegenüberliegenden Stützflächen 11 wird von unten nach oben größer. Das bedeutet, daß sie in bezug auf die beweglichen Schaftteile 10 Keilflächen bilden, durch welche diese beweglichen Schaftteile nach außen gedrängt werden, wenn der Schaft sich tiefer in die Markhöhle einsenkt und gleichzeitig die beweglichen Schaftteile 10 am Knochengewebe festgehalten werden und daher diese Einsenkbewegung nicht teilen. In dem Längsschnitt Fig. 4 erkennt man, daß der Keilwinkel 14, den die

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Flächen 11 mit der Schaftlängsrichtung einschließen, sehr klein ist. Das bedeutet, daß die beweglichen Schaftteile 10 sich an der übertragung der Längskräfte vom Schaft und auf den Knochen praktisch nicht beteiligen. Jedoch beteiligen sie sich voll an der übertragung von quer zur Schaftlängsrichtung verlaufenden Kräften und sind daher dazu geeignet, die Sicherung des Schafts in der Markhöhle auch dann zu gewährleisten, wenn diese sich erweitert. Es ist nicht zu befürchten, daß eine "Pumpbewegung" stattfindet, nämlich eine ständige Hin- und Herbewegung der beweglichen und der festen Schaftteile in Längsrichtung zueinander, wenn die Prothese wechselnden Querbelastungen ausgesetzt ist. Das liegt daran, daß der äußerst geringe Teilwinkel jedenfalls geringer ist als der Reibungswinkel, so daß wechselnde Querkräfte keine Längsverschiebung der beweglichen Schaftteile veranlassen können.

Fig. 4 zeigt in der linken Hälfte die glatte Ausführung des Flächenpaars 11, 12 und auf der rechten Seite eine gezahnte Ausführung, durch die auch verhindert werden soll, daß wechselnde Längskräfte zu wechselnden Verschiebungen zwischen den festen und beweglichen Prothesenteilen führen können, sofern sie unterhalb einer gewissen Schwelle bleiben.

Auf der Außenseite der Prothese ist kein beweglicher Schaftteil vorgesehen, weil dort weniger Druckkräfte als Zugkräfte zu übertragen sind.

Claims

Patentansprüche

Endoprothese mit einem im Knochen zu verankernden, Verankerungskräfte über seine Umfangsfläche übertragenden Schaft, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft zumindest einen in Schaftlängsrichtung prothesenfesten und einen in Schaftlängsrichtung beweglichen Schaftteil umfaßt, von denen der bewegliche an der Bildung der Umfangsflache und der prothesenfeste an der übertragung der von dem beweglichen Schaftteil aufgenommenen Verankerungskräfte beteiligt ist und daß diese Schaftteile über eine Keilfläche zusammenwirken, die im Sinne einer Vergrößerung des Schaftumfangs bei einer der normalen Prothesenlängsbelastung entsprechenden Relativverschiebung der beiden Schaftteile orientiert ist.

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2. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der prothesenfeste Schaftteil als Schaftkern ausgebildet ist und eine Mehrzahl von beweglichen Schaftteilen um den Schaftkern angeordnet ist„
3. Endoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem/den beweglichen Schaftteil/ Schaftteilen auch ein prothesenfester Schaftteil an der Bildung der ümfangsflache beteiligt ist.
4. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ümfangsflächenteil des/der beweglichen Schaftteils/Schaftteile eine in bezug auf Knochengewebe verbindungsfreudige Oberflächenstruktur aufweist.
5. Endoprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ümfangsflächenteil des/der beweglichen Schaftteils/Schaf tteile eine der Verankerungskraftrichtung entgegengerichtete Oberflächenstruktur aufweist.
6. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ümfangsflächenteil des prothesenfesten Schaftteils eine in bezug auf Knochengewebe verbindungsfreudige Oberflächenstruktur aufweist.
7. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem /den prothesenfesten Schaftteil/Schaftteilen gebildete Anteil der Umfangsfläche zur alleinigen übertragung der Verankerungskraft hinreichend bemessen ist.

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8. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel gegenüber der Schaftlängsrichtung kleiner als der Reibungswinkel ist.
9. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Keilflächen reibungsintensiv , gestuft oder gezahnt ausgeführt sind.
10. Endoprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Keilflächenstufen vorgesehen ist, die sich jeweils aus einer Fläche steilen Keilwinkels und einer nicht keiligen Fläche zusammensetzen.
11. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl schaftfester, mit ihrer Rückenfläche an der Bildung der Schaftoberfläche beteiligter Rippen von einem Schaftkern nach außen vorragt und in den Rippenzwischenräumen die beweglichen Schaftteile angeordnet sind.