DE69432717T2

DE69432717T2 - Gelenkpfanne

Info

Publication number: DE69432717T2
Application number: DE69432717T
Authority: DE
Inventors: Björn Albrektsson; Lars Carlsson; Magnus Jacobsson; Tord Röstlund; Stig Wennberg
Original assignee: Astra Tech AB
Current assignee: Astra Tech AB
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2014-12-22
Also published as: FI960079A0; SE9304281D0; US5702473A; AU1394895A; CA2166803C; FI960079A; ES2199979T3; NO960092L; AU695430B2; EP0804130A1; WO1995017140A1; NO960092D0; NZ278459A; CA2166803A1; ATE240699T1; EP0804130B1; NO307165B1; DK0804130T3; DE69432717D1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein schalenförmiges Element für eine Hüftgelenkprothese zwecks Implantation in eine Höhlung des Knochengewebes des Acetabulum, mit einer Acetabularpfanne aus Metall, einem keramischen Material oder einem anderen geeigneten Werkstoff, vorzugsweise aus Titan, wobei die Aussenseite der Pfanne, die in das Knochengewebe einzupflanzen ist, eine Rotationssymmetrie um eine zentrale Symmetrieachse aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Künstliche Hüftgelenke werden schon seit langem verwendet und eingepflanzt. Das Gelenk besteht normalerweise aus einem Oberschenkelteil, das dazu bestimmt ist, in den Oberschenkel eingesetzt oder implantiert zu werden und ein kugelförmiges Gelenkelement aufweist, das normalerweise aus Metall oder Keramik besteht. Weiterhin weist das Gelenk normalerweise ein pfannenförmiges Element auf, d. h. eine Acetabularpfanne, die dazu bestimmt ist, in das Acetabulum, d. h. die Hüftpfanne, eingesetzt oder an ihr angebracht zu werden, und die zur Aufnahme eines dazu passenden, schalenförmigen Einsatzes eingerichtet ist, der normalerweise aus Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) oder einem anderen Lager- oder Nutzmaterial gefertigt ist und in welchem sich das kugelförmiges Gelenkelement gelenkig bewegen oder drehen soll.
Die Tiefe des Knochengewebes, welches im Acetabulum zum Befestigen der Acetabularpfanne zur Verführung steht, ist in den meisten Richtungen begrenzt. Die Acetabularpfanne als solche ist weiterhin eher flach und dünn, was bedeutet, dass die Pfanne mindestens in gewissem Grade mehr oder weniger unmittelbar auf die Oberfläche des Knochengewebes aufgesetzt und nicht in das Knochengewebe eingesetzt wird, und dies unterscheidet sie von den meisten anderen üblicherweise verwendeten Knochenimplantaten, beispielsweise die schraubenförmigen Zahnimplantate oder die üblichen Oberschenkelprothesen. Diese Faktoren machen es schwierig, eine Acetabularpfanne zu entwerfen, die auf Grund der Form der Pfanne leicht am Knochengewebe zu befestigen ist, oder wirksame Befestigungsmittel für die Pfanne zu entwerfen.
Beispiele von Acetabularpfannen, die in der Technik bekannt sind, finden sich im Dokument DE-A-3322978, welches ein kugelförmiges Acetabular-Pfannenelement 1 offenbart, das mit Bolzen 7 aus einem biologisch abbaubaren Material bestückt ist. Die EP-A2-575102 zeigt ein weiteres Beispiel eines Bauteils einer sphärischen Acetabularpfanne, und im Dokument US-A-4164794 wird unter anderem eine Komponente einer Acetabularpfanne beschrieben, die mit einer Beschichtung aus einem ausgewählten Biokonstruktions-Kunststoff versehen ist.
Weitere Hüftpfannen des Standes der Technik sind beispielsweise in den Dokumenten DE-A-24 54 635, DE-A-26 45 101, US-A-3'903'549 und US-A-4'795'470 beschrieben.
Ein Metall, welches bei Knochenimplantaten üblicherweise verwendet wird, ist Titan wegen seiner nachgewiesenen Affinität zu Knochengewebe und seiner guten biologischen Verträglichkeit. Eine besondere Eigenschaft von Titan ist seine Neigung, eine enge Verbindung mit Knochengewebe zu bilden. Die Bildung dieser engen Verbindung wird oftmals als "Osseointegration" bezeichnet. Ein Faktor, der für eine gute Osseointegration bestimmend sein kann, ist eine relativ gute Passung zwischen dem Implantat und dem Knochengewebe und ein anderer Faktor eine relative Unbeweglichkeit zwischen Implantat und Gewebe.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Hüftpfanne, die günstige Bedingungen für den Vorgang der Osseointegration schafft, indem die oben beschriebenen Faktoren beeinflusst werden, und die demgemäss eine Pfanne angibt, die sich fest mit dem Knochengewebe verbindet.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Aussenseite der Pfanne, d. h. die Seite, die an das Knochengewebe zu liegen kommt, mit mindestens einer über den Umfang gerichteten Rippe nahe am Rande des pfannenförmigen Elementes versehen ist, wobei dieser Wulst im Querschnitt eine widerhakenartige Form aufweist und demgemäss gestattet, dass das pfannenförmige Element in die genannte Höhlung eingedrückt werden kann, aber dass dem Herausnehmen des genannten pfannenförmigen Elementes aus der Höhlung entgegengewirkt wird, wobei die genannte Aussenseite einschliesslich der Widerhaken mit einer rauhen Struktur versehen ist, die nach Art einer Feile oder Säge wirkt, wenn die genannte Pfanne in die genannte Höhlung eingesetzt wird und/oder sich darin dreht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht einer Acetabularpfanne gemäss Erfindung,
2 zeigt eine Ansicht der Pfanne gemäss 1,
3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in 2,
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Pfanne und
5 zeigt eine vergrösserte Ansicht des Gewindes.
Einzelbeschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, der Erfindung
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform weist das pfannenförmige Element eine Gelenkpfanne 1 auf, deren Einzelheiten in 1 bis 3 dargestellt sind. Die Pfanne ist zur Aufnahme eines entsprechenden Einsatzes eingerichtet, der an der Pfanne nach üblichen Verfahren oder durch übliche Mittel angebracht werden kann.
Die Pfanne weist zwei Hauptteile auf, nämlich ein kugelförmiges Segment 2 und einen zylindrischen Teil 3, der sich an den Rand der Kugelkappe anschliesst. Die Aussenseite des zylindrischen Teiles 3 ist am Umfang mit einem Wulst versehen, der die Form eines Gewindes 5 besitzt. Die Vorderseite oder Flanke 6 des Gewindes 5 bildet einen spitzen Winkel mit der Oberfläche des zylindrischen Teiles der Pfanne, d. h. deren Längsrichtung, wogegen der rückwärtige Rand bzw. Flanke 7 mehr oder weniger senkrecht auf der Oberfläche der Pfanne steht. Die Steigung D des Gewindes kann etwa 2 mm und die Höhe H etwa 1 mm bei normal grossen Pfannen betragen. Auf diese Weise hat das Gewinde im Querschnitt die Form von Widerhaken oder von Sägezähnen. Wenn nun die Pfanne in eine Höhlung des Knochengewebes eingedrückt wird, gestatten es daher die Gewindegänge, dass die Pfanne in die Höhlung hinein bewegt werden kann, verhindern aber die Pfanne daran, sich aus der Höhlung heraus zu bewegen.
Es ist nicht erforderlich, dass die Gewindegänge sich um den gesamten Umfang des zylindrischen Teiles 3 erstrecken, und sie können beispielsweise mittels axial gerichteter Aussparungen 8 im gleichen Abstand um den Umfang angeordnet sein.
Die gesamte Aussenfläche der Pfanne, einschliesslich des zylindrischen Teiles 3 und der Gewinde 5, ist aufgerauht. Die rauhe Struktur sollte relativ scharfe Kanten besitzen, um in der Lage zu sein, nach Art einer Feile zu wirken. Eine geeignete Weise, diese Rauheit zu erhalten, besteht im Sandstrahlen der Oberfläche mit Al₂O₃, das eine Teilchengrösse von etwa 0,25 mm aufweist, und unter einem Druck von 3 bis 6 bar. Es ist ebenfalls denkbar, Teilchen aus TiO₂ zu verwenden.
Die freie Kante des zylindrischen Teiles ist weiterhin mit einer vorstehenden Zunge 4 versehen, die dazu verwendet werden kann, den Einsatz gegen eine Bewegung in der Pfanne zu sichern, wenn die Hüftgelenkprothese in Gebrauch ist und sich das oben beschriebene kugelförmige Element auf dem Oberschenkelknochen der Prothese im Einsatz dreht.
Wenn die Pfanne zu montieren ist, schneidet man zunächst eine Höhlung in das Knochengewebe des Acetabulum. Die Form dieser Höhlung entspricht eng der Aussenfläche der Pfanne mit Ausnahme der Gewindegänge. Der Durchmesser der Höhlung ist vorzugsweise etwa 1 mm geringer als der Kerndurchmesser des zylindrischen Teiles der Pfanne, d. h. etwa 1 mm geringer als der Durchmesser, der über die Spitzen der Gewindegänge, 5 gemessen wird. Die Pfanne wird dann vorsichtig so weit wie möglich in die Höhlung einschoben. Die Pfanne wird nun in der Höhlung mittels der Schraubengänge festgehalten, die sich in die Wandungen der Höhlung eingedrückt haben. Die Innenbewegng der Pfanne in der Höhlung hat als Ergebnis, dass die Rauhigkeit des Äusseren der Pfanne als Feile wirkt, wodurch die Höhlung die genaue Form der Pfanne erhält. Eine kleine Menge an abgetragenem Knochengewebe wird sich weiterhin in der Rauhigkeit festsetzen.
Die Pfanne kann nun beispielsweise um eine Vierteldrehung in der Höhlung gedreht werden, und zwar mittels eines Werkzeuges, welches an der Zunge 4 angreift. Diese Drehung der Pfanne hat vier wichtige Aspekte, von denen jeder als solcher wichtig ist, die jedoch kombiniert den grössten Vorteil bringen.
Der erste Aspekt ist, dass die rauhe Struktur auf der Oberfläche wieder als Feile auf die Innenfläche der Höhlung wirkt und dabei, wenn nötig, die Höhlung in eine Form bringt, welche sich genau den Form der Pfanne anpasst.
Der zweite Aspekt ist, dass das Gewinde, welches ebenfalls wie eine Feile wirkt, ein Innengewinde auf die Innenfläche der Höhlung schneidet, und dadurch wird die Pfanne noch sicherer gehalten. Das abgehobene Knochengewe be sammelt sich in den Unregelmässigkeiten der Oberfläche in beiden Fällen an.
Der dritte Aspekt ist, dass die Pfanne mittels der Gewinde in die Höhlung nach innen eingeschraubt wird, d. h. dass die Pfanne nach innen gegen die Oberfläche der Höhlung gedrückt wird.
Der vierte Aspekt besteht darin, dass, wie oben erwähnt, die Unregelmässigkeiten auf der Oberfläche mit abgehobenem Knochengewebe ausgefüllt werden, wodurch das Wachstum von neuem Knochengewebe in die Unregelmässigkeiten begünstigt wird.
Der zylindrische Bereich der Pfanne hat die Tendenz, die Pfanne in der Höhlung zu stabilisieren, da er jeglicher Tendenz der Pfanne, sich aus der Höhlung durch eine seitliche Gleitbewegung entlang der entsprechenden sphärischen Oberflächen der Pfanne und Höhlung herauzubewegen, entgegenwirkt. Der zylindrische Bereich stellt ebenfalls eine grössere Anlagefläche entlang des Randes der Pfanne zur Verfügung, d. h. in diesem Bereich, wo die vom Knochengewebe übertragenen Kräfte das Ergebnis des Einpressens der Pfanne in die Höhlung sind, richten sich diese senkrecht zur Symmetrieachse der Pfanne aus.
Die Gewindegänge an der Aussenseite des zylindrischen Bereiches der Pfanne haben den Vorteil, dass die Pfanne leicht durch Ausschrauben entfernt werden kann, ohne dass die Höhlung im Acetabulum beschädigt wird, wenn die Pfanne einmal beim Einsetzen verkantet würde.
Die Erfindung kann auf verschiedene Arten im Rahmen der anliegenden Ansprüche weiter ausgestaltet werden. Es ist beispielsweise anzumerken, dass der Wulst oder die Ge windegänge nicht kontinuierlich um den gesamten Umfang der Schale laufen müssen und beispielsweise aus einer oder mehreren Reihen relativ kurzer Abschnitte bestehen können.
Die Rauhigkeit an der Aussenfläche der Pfanne kann natürlich auf beliebige Art und Weise erzeugt werden, welche relativ scharfkantige Unregelmässigkeiten liefert. Andere Verfahren sind beispielsweise Ätzen, mechanisches Aufrauhen oder Einschneiden und möglicherweise Plasmasprühen. Die Rauhigkeit auf der Oberfläche kann auch dadurch erhalten werden, dass man die Oberfläche mit einer rauhen Schicht eines anderen Materials als dasjenige der Pfanne versieht, beispielsweise mit einer plasmagesprühten Schicht von Hydroxylapatit. Die zusätzliche Schicht könnte vorteilhaft aus einem Material bestehen, welches eine Osseointegration oder das Wachstum von Knochengewebe begünstigt. Die rauhe. Oberfläche kann ebenfalls mit einer dünnen Schicht eines Wachstumsstimulators versehen oder damit behandelt werden.
Die Pfanne kann weiterhin mit zusätzlichen Befestigungsmitteln versehen werden, beispielsweise Löchern für Knochenschrauben, falls die vorliegenden Bedingungen solche Mittel erfordern.
Die Pfanne kann mit anderen geeigneten Mitteln zum Eingriff von Werkzeugen zur Drehung der Pfanne versehen werden als diejenigen, die in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurden. Es ist noch anzumerken, dass die Vierteldrehung der Pfanne, die in Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, nur als Beispiel dient und dass andere Drehungswinkel ebenfalls möglich sind.

Claims

Gelenkpfanne (1) zur Implantation als Teil einer Hüftgelenksprothese in einen Hohlraum im Knochengewebe im Acetabulum, wobei die Gelenkpfanne aus Metall, Keramik oder jedem anderen geeigneten Material hergestellt ist, und wobei die Aussenseite der Gelenkpfanne, die in Knochengewebe implantiert werden soll, um eine zentrale Symmetrieachse rotationssymmetrisch ist, umfassend: ein kugelförmiges Segment, das eine kugelförmige Aussenfläche zur Ineingriffnahme mit dem Hohlraum aufweist; und zumindest eine umfänglich ausgerichtete Wulst (5), die eng an der Kante der Gelenkpfanne angeordnet ist und im Schnitt eine widerhakenartige Form aufweist, die es ermöglicht, die Gelenkpfanne (1) in den Hohlraum zu drücken, der Entfernung der Gelenkpfanne (1) aus dem Hohlraum jedoch entgegenwirkt; dadurch gekennzeichnet, – dass die Gelenkpfanne (1) durch die folgenden zwei Hauptteile gebildet ist: (i) ein erstes Teil (2), das das kugelförmige Segment bildet, und (ii) ein zylindrisches Teil (3), das an das kugelförmige Segment (2) an dessen Grundfläche grenzt, wobei das zylindrische Teil (3) ebenfalls ein Aussenfläche zur Ineingriffnahme mit dem Hohlraum aufweist; – dass zumindest eine umfänglich ausgerichtete Wulst (5) auf der Aussenfläche des zylindrischen Teils (3) angeordnet ist, und – dass die kugelförmige Aussenfläche des kugelförmigen Segments (2) sowie die Aussenfläche des zylindrischen Teils (3), einschliesslich der zumindest einen Wulst (5), aufgerauht sind, so dass sie geeignet sind, als eine Feile zu dienen, wenn die Gelenkpfanne (1) in dem Hohlraum bewegt oder gedreht wird.
Gelenkpfanne (1) nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Wulst (5) eine Vorderflanke (6), die mit der Aussenfläche des zylindrischen Teils (3) einen spitzen Winkel bildet, und eine Rückflanke (6) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der Aussenfläche steht.
Gelenkpfanne (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Aussenflächen (2, 3), einschliesslich der zumindest einen Wulst (5), durch Strahlen, vorzugsweise mit TiO₂- und Al₂O₃-Partikeln, aufgerauht sind.
Gelenkpfanne (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Aussenflächen (2, 3), einschliesslich der zumindest einen Wulst (5), durch Ätzen, mechanisches Kerben, Schneiden oder Plasmaspritzen aufgerauht sind.
Gelenkpfanne (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Aussenflächen (2, 3), einschliesslich der zumindest einen Wulst (5), durch Vorsehen einer rauhen Schicht aus einem anderen Material als dem Material der Gelenkpfanne (1) aufgerauht sind.
Gelenkpfanne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Wulst (5) die Gestaltung von zumindest einer Windung aufweist.
Gelenkpfanne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Wulst (5) die Gestaltung von zumindest einer oder mehrerer Reihen von Abschnitten aufweist, wobei jeder Abschnitt kürzer als der gesamte Umfang des jeweiligen Teils der Gelenkpfanne ist.
Gelenkpfanne (1) nach Anspruch 7, wobei die Abschnitte durch Spalte (8) getrennt sind, die sich längs entlang der Hauptachse des zylindrischen Teils durch den gesamten mit Wulst versehenen Teil erstrecken.