DE3923418C2

DE3923418C2 - Endoprosthesis

Info

Publication number: DE3923418C2
Application number: DE19893923418
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof Dr Miehlke; Joachim Dipl Ing Tetzner; Curt Dr Ing Kranz
Original assignee: MIEHLKE ROLF PROF DR 48324 SENDENHORST DE
Current assignee: MIEHLKE ROLF PROF DR 48324 SENDENHORST DE
Priority date: 1989-07-12
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2009-07-13
Also published as: DE3923418A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Endoprothese nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an endoprosthesis according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, die Oberfläche einer Endoprothese rauh zu ge stalten, um die Verbindung mit dem in die Rauhigkeit ein wachsenden Knochengewebe zu verbessern. Eine solche Rauhigkeit kann durch die nach außen gewandten Grate von Erhebungen der Prothesenoberfläche gebildet sein (DE 28 39 093 B2, US-PS 3 869 731). Bekannt ist es auch (GB 20 59 267 A), auf die Prothesenoberfläche ein vergleichsweise dünnes, Durchbrechun gen enthaltendes Material in Netzform aufzubringen, das die Rauhigkeit bildet und in welchem das einwachsende Knochengewe be sich verankern kann.It is known to rough the surface of an endoprosthesis stalten to connect with that in the roughness to improve growing bone tissue. Such roughness can be caused by the outward ridges of surveys of the Be formed prosthesis surface (DE 28 39 093 B2, US-PS 3 869 731). It is also known (GB 20 59 267 A) to which Denture surface a comparatively thin, perforation to apply gene containing material in a network form, which the Roughness forms and in which the ingrowing bone tissue can anchor itself.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prothese mit einem die Oberflächenrauhigkeit bildenden Element zu schaffen, das einerseits leicht herstellbar ist und andererseits beson ders günstige Verankerungsvoraussetzungen bietet.The invention has for its object a prosthesis to create an element forming the surface roughness, which is easy to manufacture on the one hand and special on the other which offers favorable anchoring requirements.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved.

Durch die erfindungsgemäß gratartig aufgerauhte Oberflächen struktur, die durch mechanische Verformung von Blechen (ein schließlich sonstiger dünnwandiger Strukturen) erzeugt wird, ergibt sich ein intensiver Knochen-Prothesen-Kontakt, der das Einwachsen begünstigt. Insbesondere ist eine gute Rotationssi cherheit gewährleistet. Die Festigkeit der Verbindung läßt sich durch Knochenschrauben, für die in den mit den erfin dungsgemäßen Graten versehenen Bereichen bevorzugt Durchbrüche vorgesehen sind, noch erhöhen.Due to the roughened surfaces according to the invention structure caused by mechanical deformation of sheet metal (a other thin-walled structures) is generated, there is an intensive bone-prosthesis contact that the Waxing favors. In particular, a good rotation si security guaranteed. The strength of the connection leaves through bone screws, for those with the inventions areas provided with burrs according to the invention preferably have openings are intended to increase.

Die Grate entstehen bei der lokalen stanzenden Verformung des dünnwandigen Prothesenmaterials bis zum Riß, wobei die Grate die Begrenzung im Rißbereich bilden. Die dadurch auf einfache Weise hervorgerufene Oberflächenbeschaffenheit wäre durch entsprechende Bearbeitung mit anderen Maßnahmen nur sehr schwer zu erzielen. Bei Erzeugung der Grate mittels Stanzdor nen ergeben sich Gratbereiche mit ringförmigem Querschnitt, die gegenüber Beanspruchungen in den unterschiedlichsten Richtungen günstige Halteeigenschaften aufweisen. Die sich so ergebenden "Krater" lassen sich darüberhinaus in vorteilhafter Weise mit vom Körper resorbierbarem Material ausfüllen, das ein Anwachsen zusätzlich begünstigt. Wenn sich die Krater in zunehmender Entfernung von der Prothesenoberfläche in ihrem Inneren in Richtung auf die Öffnung verjüngen, bilden sich durch das einwachsende Knochengewebe pilzförmige Anker aus körpereigenem Material, die eine außergewöhnlich gute Verbin dung zwischen Knochen- und Prothesenoberfläche gewährleisten.The burrs result from the local stamping deformation of the thin-walled prosthetic material to the crack, the ridges form the boundary in the crack area. That makes it easy Wise surface texture would be through corresponding processing with other measures only very much difficult to achieve. When the burrs are created using a punch punch there are burr areas with an annular cross-section, the against loads in the most varied Directions have favorable holding properties. Which is so resulting "craters" can also be more advantageous Fill in with body-absorbable material that an additional growth favors. If the craters are in increasing distance from the surface of the prosthesis in her Taper inside towards the opening, form mushroom-shaped anchors due to the ingrown bone tissue body's material, which is an exceptionally good connection Ensure extension between the bone and prosthesis surface.

Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Femurteiles und/oder des Tibiateiles einer Tibiaprothese im Bereich der Kontaktfläche mit dem Knochen wird eine einfache Befestigung bei hervorragender Drehsicherheit erreicht.With a corresponding design of the femoral part and / or the tibia part of a tibial prosthesis in the area of Contact area with the bone becomes an easy fixation achieved with excellent turning security.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die gratartige Aufrauhung auf mit der Prothese zu verbindenden Blechen oder sonstigen plattenformigen Verbindungselementen oder aber an dünnwandigen Bereichen der Prothese an- oder aufgebracht, welche insbesondere die zur Femur- bzw. Tibia längsachse senkrechten Rückflächen des Femur- bzw. Tibiateiles einer Kniegelenkprothese bilden. Diese Rückflächen fungieren als Anlageflächen zwischen Femur- bzw. Tibiateil und dem entsprechenden knieseitigen Knochenstumpf. Zur Erreichung eines vollflächigen Kontakts und damit guter Verankerungssi cherheit, ist nur eine geringe Knochenresektion erforderlich. An den knieseitigen Knochenstümpfen sind lediglich ebene, zur Knochenlängsachse senkrechte Anlageflächen anzuschleifen.According to an advantageous development of the invention burr-like roughening to be connected to the prosthesis Sheets or other plate-shaped connecting elements or on thin-walled areas of the prosthesis applied, which in particular to the femur or tibia back surfaces of the femur and tibia parts, which are perpendicular to the longitudinal axis form a prosthetic knee joint. These back surfaces act as contact surfaces between the femur or tibia part and the corresponding stump on the knee. To achieve full-surface contact and thus good anchoring si safety, only minimal bone resection is required. On the knee-side stumps are only flat, for Grind the longitudinal axis of the vertical contact surfaces.

Zur sicheren Fixation des Femurteiles und des Tibiateiles an den resektierten Knochenstümpfen ist bei der erfindungsgemäßen "Inuskatnußreibeartigen" Grenzflächengestaltung im wesentlichen jeweils nur eine Bohrung für die Hindurchführung einer Kno chenschraube erforderlich, wobei die Austrittsöffnung für die Knochenschraube an der zur Femur- bzw. Tibialängsachse senk rechten Rückfläche vorgesehen ist.For secure fixation of the femur part and the tibia part the resected bone stumps is in the invention "Inus nutmeg-like" interface design essentially only one hole for the passage of a knot chenschraub required, the outlet opening for the Lower the bone screw to the longitudinal axis of the femur or tibia right rear surface is provided.

Sind an dem Knochenstumpf mehrere winklig zueinander resezier te ebene Flächen angeschliffen, ist das künstliche Kniegelenk teil passend dazu ausgeformt. Dabei kann es zweckmäßig sein, das Kniegelenkteil aus einem Grundkörper und mehreren platten förmigen Verbindungselementen zusammenzusetzen.Are several resected at an angle to the bone stump The artificial knee joint is ground on flat surfaces part shaped to match. It can be useful the knee joint part from a basic body and several plates assemble shaped connecting elements.

Die plattenförmigen Verbindungselemente werden vorzugsweise durch Verschweißen mit der Rückfläche der Femur- bzw. Tibia komponente verbunden.The plate-shaped connecting elements are preferred by welding to the back surface of the femur or tibia component connected.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung am Beispiel einer Kniegelenkprothese anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Advantageous developments of the invention result from the subclaims and are described below along with the description of a preferred embodiment of the Invention using the example of a knee joint prosthesis using the Figures shown in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Rückflächengestaltung anhand eines Längsschnittes durch ein Kniegelenkimplantat, Fig. 1 is a schematic representation of the back surface design according to the invention on the basis of a longitudinal section through a knee joint implant,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1,

Fig. 2a eine zweite Ausführungsform eines plattenförmigen Verbindungselementes in der Sichtweise gemäß Fig. 2, Fig. 2a shows a second embodiment of a plate-shaped connecting element in the view of FIG. 2,

Fig. 2b einen Schnitt durch eine Randzone eines platten förmigen Verbindungselementes entlang der mit A in der Fig. 2a markierten Linie und Fig. 2b shows a section through an edge zone of a plate-shaped connecting element along the line marked with A in Fig. 2a and

Fig. 3 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines Stanzwerkzeuges zur Erzeugung der Grate auf einem plattenförmigen Verbindungselement. Fig. 3 is a perspective illustration of a punching tool for producing the burrs on a plate-shaped connecting element.

Die in Fig. 1 dargestellte Kniegelenkendoprothese besteht aus dem Femurteil 1 und dem Tibiateil 2. Beide Teile sind an ihren dem Knochen zugewandten Rückflächen mit plattenförmigen Verbindungselementen 3 und 4 versehen. Die Verbindungselemente 3 haben dabei die Aufgabe, den Femurteil 1 des künstlichen Kniegelenkes mit dem Femurknochen 5 zu verbinden und die Verbindungselemente 4 haben die Aufgabe, den Tibiateil 2 mit dem Tibiaknochen 6 zu verbinden. Der Femurknochen 5 ist mit mehreren zueinander abgewinkelten ebenflächigen Anschliffen versehen, wodurch auch mehrere Verbindungselemente 3 oder ein entsprechend gebogenes plattenförmiges Verbindungselement erforderlich ist. Die Verbindungselemente 3 und 4 sind fest mit der Femur- bzw. Tibiakomponente verbunden, vorzugsweise verschweißt und bilden den dem Chirurgen zur Verfügung zu stellenden Femurteil (1) und den Tibiateil (2) der Kniegelenk endoprothese. Die zur Femur- und zur Tibialängsachse senkrech ten Rückflächen sind erfindungsgemäß im Bereich der Kontakt flächen mit dem Knochen 5 und 6 mit gratartigen Aufrauhungen 7 nach Art einer Muskatnußreibe versehen. Vorzugsweise sind diese Aufrauhungen auf dafür vorgesehenen plattenartigen Verbindungselementen 3 und 4 aufgebracht. Diese einseitigen Aufrauhungen 7 der Verbindungselemente 3 und 4 lassen sich vorteilhaft durch Einstanzen von Löchern 8 (Fig. 2, 2a und 2b) erzeugen, wobei die dabei entstehenden scharfkantigen Grate die Aufrauhungen 7 bilden. Die beiden Teile 1 und 2 der Kniegelenkendoprothese lassen sich mit den aufgerauhten Anlageflächen in die Knochensubstanz eindrücken, womit eine weitreichende Vorfixierung sichergestellt ist. Kompliziert geformte, häufig widerhakenartige Verankerungsstifte, die eine Reoperation erschweren und zudem in spezielle zu diesem Zweck zu schaffende Knochenhöhlen einzementiert werden müssen, entfallen damit. Die endgültige Fixierung erfolgt mittels weniger Knochenschrauben 9, die durch den Femur- bzw. Tibia teil 1 bzw. 2 einschließlich der Verbindungselemente 3 bzw. 4 hindurch in den Femur- bzw. Tibiaknochen 5 bzw. 6 einschraub bar sind. Die Schraubenköpfe 10 sind dabei versenkt vorzuse hen, da die Knochenschrauben 9 von den Gleitflächen 11 und 12 des Gelenkes aus eingeschraubt werden. Der Drehpunkt 13 des Tibiateiles 2 und damit der Tibia 6 befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel im Mittelpunkt einer Kugel 14 im Femur stumpf 5. Diese Kugel 14 ist über einen Dorn 15 mit einem Schaft 16 des Tibiateiles 2 verbunden, so daß innerhalb einer langlochartigen Ausfräsung des Femurs 5 und des Femurteiles 1 des künstlichen Kniegelenkes eine Schwenkbewegung der Tibia 6 um den Drehpunkt 13 möglich ist.The knee joint endoprosthesis shown in FIG. 1 consists of the femoral part 1 and the tibia part 2 . Both parts are provided on their back surfaces facing the bone with plate-shaped connecting elements 3 and 4 . The connecting elements 3 have the task of connecting the femur part 1 of the artificial knee joint to the femur bone 5 and the connecting elements 4 have the task of connecting the tibia part 2 to the tibia bone 6 . The femur bone 5 is provided with a plurality of planar grindings angled relative to one another, as a result of which a plurality of connecting elements 3 or a correspondingly curved plate-shaped connecting element is also required. The connecting elements 3 and 4 are firmly connected to the femur or tibia component, preferably welded, and form the femoral part ( 1 ) to be made available to the surgeon and the tibia part ( 2 ) of the knee joint endoprosthesis. The back surfaces perpendicular to the femur and tibial longitudinal axes are provided according to the invention in the area of contact with the bone 5 and 6 with ridge-like roughening 7 in the manner of a nutmeg grater. These roughenings are preferably applied to plate-like connecting elements 3 and 4 provided for this purpose. These one-sided roughening 7 of the connecting elements 3 and 4 can advantageously be produced by punching holes 8 (FIGS . 2, 2a and 2b), the resulting sharp-edged ridges forming the roughening 7 . The two parts 1 and 2 of the knee joint endoprosthesis can be pressed into the bone substance with the roughened contact surfaces, thus ensuring extensive pre-fixation. Complicated-shaped, often barb-like anchoring pins, which make reoperation difficult and also have to be cemented into special bone cavities to be created for this purpose, are thus eliminated. The final fixation takes place by means of a few bone screws 9 which can be screwed through the femur or tibia part 1 or 2 including the connecting elements 3 or 4 into the femur or tibia bone 5 or 6 . The screw heads 10 are sunk vorzuse hen, since the bone screws 9 are screwed in from the sliding surfaces 11 and 12 of the joint. The pivot point 13 of the tibia part 2 and thus the tibia 6 is in the embodiment in the center of a ball 14 in the blunt femur 5 . This ball 14 is connected via a mandrel 15 to a shaft 16 of the tibia part 2 , so that a pivoting movement of the tibia 6 about the pivot point 13 is possible within a slot-like milling of the femur 5 and the femoral part 1 of the artificial knee joint.

Fig. 2 zeigt einen schnitt durch die Plattenförmigen Verbin dungselemente 4 des Tibiateiles 2. Die Bohrungen 17 dienen zum Hindurchführen der Knochenschrauben 9. Fig. 2 shows a section through the plate-shaped connec tion elements 4 of the tibia parts 2nd The bores 17 serve to pass the bone screws 9 through.

Eine zweite Ausführungsform eines plattenförmigen Verbindungs elementes 4 ist in Fig. 2a dargestellt. Diese zweite Variante unterscheidet sich von der ersten, in der Fig. 2 dargestellten Variante, vor allem durch die Einteiligkeit, die Formgebung und die Anordnung der Bohrungen 17 für die Knochenschrauben 9.A second embodiment of a plate-shaped connecting element 4 is shown in Fig. 2a. This second variant differs from the first variant shown in FIG. 2, above all by the one-piece design, the shape and the arrangement of the bores 17 for the bone screws 9 .

Eine Randzone eines plattenförmigen Verbindungselementes 4 gemäß Fig. 2 oder 2a mit einem Stanzloch ist in vergrößerter Darstellung in Fig. 2b wiedergegeben. Die Blechdicke des Plattenförmigen Verbindungselementes 4 beträgt etwa 0,2 mm bis 0,5 mm, während die Höhe der durch die Stanzlöcher gebildeten gratartigen Aufrauhungen 7 etwa 0,7 mm bis 1,6 mm und der Lochdurchmesser etwa 0,6 mm betragen. Der gestrichelt schraf fierte Innenbereich 8 ist mit resorbierbarem Material ausge füllt, so daß das Einwachsen von Knochensubstanz begünstigt wird. Es ist ersichtlich, daß im Falle des Einwachsens von Knochengewebe in den zuvor mit resorbierbarem Material aufgefüllten Bereich pilzförmige Anker aus Knochen entstehen, die eine außergewöhnlich gute Haltewirkung zeigen.An edge zone of a plate-shaped connecting element 4 according to FIG. 2 or 2a with a punched hole is shown in an enlarged representation in FIG. 2b. The sheet thickness of the plate-shaped connecting element 4 is approximately 0.2 mm to 0.5 mm, while the height of the burr-like roughenings 7 formed by the punched holes is approximately 0.7 mm to 1.6 mm and the hole diameter is approximately 0.6 mm. The dashed hatched area 8 is filled with absorbable material, so that the ingrowth of bone is favored. It can be seen that in the case of ingrowth of bone tissue in the area previously filled with resorbable material, mushroom-shaped anchors are formed from bones, which show an exceptionally good holding effect.

In Fig. 3 ist in perspektivischer Ansicht der prinzipielle Aufbau eines Stanzwerkzeuges zur Erzeugung der Oberflächen struktur der plattenförmigen Verbindungselemente 3 und 4 dargestellt. Nach dem Ausstanzen und/oder -sägen und/oder -bohren und/oder -fräsen des Rohteiles erfolgt das Ausstanzen von Löchern 8, deren Grate die Aufrauhungen 7 bilden. Ein dafür geeignetes Stanzwerkzeug besteht im wesentlichen aus einer gitterartigen Auflage 19 für das Rohteil 20 und einer in Pfeilrichtung bewegbaren Stanze 21, welche mehrere spitz zulaufende Dorne 22 aufweist, wobei der Durchmesser der Dorne 22 dem zu erzeugenden Lochdurchmesser - also vorzugsweise 0,6 mm - entspricht. Die Dorne 22 durchstoßen bei Krafteinwirkung das Rohteil 20 und die Zwischenräume des Auflagegitters 19 in Pfeilrichtung. Die gitterseitigen Ränder der Stanzlöcher 8 weisen nach dem Stanzvorgang scharfkantige Grate auf. Das auf diese Weise hergestellte Plattenförmige Verbindungselement 3 bzw. 4 wird auf das mit dem Femur- bzw. Tibiaknochen 5 bzw. 6 zu verbindende Femur- bzw. Tibiateil 1 bzw. 2 aufgeschweißt.In Fig. 3, the basic structure of a punching tool for generating the surface structure of the plate-shaped connecting elements 3 and 4 is shown in a perspective view. After punching out and / or sawing and / or drilling and / or milling the raw part, holes 8 , the ridges of which form the roughening 7, are punched out. A suitable punching tool essentially consists of a lattice-like support 19 for the blank 20 and a punch 21 which can be moved in the direction of the arrow and which has a plurality of pointed mandrels 22 , the diameter of the mandrels 22 corresponding to the hole diameter to be produced - therefore preferably 0.6 mm. corresponds. The mandrels 22 penetrate the blank 20 and the spaces between the support grid 19 in the direction of the arrow when force is applied. The grid-side edges of the punch holes 8 have sharp burrs after the punching process. The plate-shaped connecting element 3 or 4 produced in this way is welded onto the femur or tibia part 1 or 2 to be connected to the femur or tibia bone 5 or 6 .

Claims

1. Endoprosthesis, in particular knee joint prosthesis, with a bone contact surface which has elevations formed by outwardly facing ridges, characterized in that the elevations from the upstanding edges ( 7 ) of punch holes ( 8 ) are formed in a sheet connected to the prosthesis.

2. Endoprosthesis according to claim 1, characterized in that the punch holes ( 8 ) taper in the direction of increasing elevation from the surface of the prosthesis.

3. Endoprosthesis according to claim 1 or 2, characterized in that at least one sheet containing the punch holes ( 8 ) is arranged on the rear surface of the femur ( 1 ) and / or tibia part ( 2 ) perpendicular to the longitudinal axis of the femur or tibia.