WO2010100222A1 - Implantatsystem mit wenigstens drei auflageelementen - Google Patents

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Rudolf Wenzel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Implantatsystem, welches ein konkaves kugelkalottenförmiges Pfannenteil (2) und ein korrespondierendes konvexes kugelkalottenförmiges Gelenkteil (1) umfasst. Das Gelenkteil (1) liegt dabei im Pfannenteil (2) auf, wobei erfindungsgemäß an der Oberfläche des Gelenkteils (1) oder an der Oberfläche des Pfannenteils (2) mindestens drei Auflageelemente (3) angeordnet sind, welche ein Kugeldreieck bzw. ein Kugelvieleck beschreiben.

Description

IMPLANTATSYSTEM MIT WENIGSTENS DREI AUFLAGEELEMENTEN
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Implantatsystem umfassend ein konkaves kugelkalottenförmiges Pfannenteil und ein korrespondierendes konvexes kugelkalottenförmiges Gelenkteil, wobei das Gelenkteil im Pfannenteil aufliegt, gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1.
Im Bereich der Prothesen sind viele Möglichkeiten von Materialkombinationen bekannt. Den Ursprung der Implantattechnologie kann in der Verwendung von Implantatstahl gesehen werden, wobei dieses Material auch heute noch Anwendung findet. In jüngster Zeit wird jedoch auch versucht, Implantate welche beispielsweise aus einer Metall (z. B. Implantatstahl oder Titan)/Keramik-Kombination bestehen, herzustellen.
Beispielsweise sei hier die Gebrauchsmusterschrift DE 203 20 454 U l genannt. In dieser Schrift wird eine Bauteilanordnung für eine Prothese, insbesondere eine Halswirbelsäulen-Bandscheibenprothese, offenbart, welche aus zwei Grundbauteilen mit angebrachten Gleitflächen besteht. H ierbei bestehen die Grundbauteile vorzugweise aus Poly-Ether-Ether-Keton und die Gleitflächen beispielsweise aus einer Co-Cr-Legierung . Da Poly-Ether-Ether- Keton ein ähnliches Elastizitätsmodul wie der kortikale Knochen aufweist, ist dieses Material hinsichtlich der guten Elastizitätsmerkmale besonders gut bei Verbindungsflächen der zu implantierenden Prothese und dem freigelegten Knochen geeignet. Um ein Anwachsen des Knochens an das PEEK-Material erzielen zu können, muss das Material jedoch einer speziellen Behandlung unterzogen werden. Die verwendete Co-Cr-Legierung bei den Gleitflächen wurde auf Grund der guten Gleiteigenschaften bei gleichzeitig geringem Abrieb des Materials verwendet.
Eine weitere Materialkombination wird in der DE 601 07 818 T2 verwendet. Diese Bandscheibenprothese für Halswirbelsäulen besteht zunächst aus einer ersten und einer zweiten Platte, die dazu bestimmt sind, an benachbarten Halswirbeln befestigt zu werden. Außerdem ist ein Kugelgelenk vorgesehen, das zwischen den beiden Platten angeordnet ist, welche übereinander liegend befestigt sind, wobei das Kugelgelenk aus einer kugelförmigen Kappe besteht, die mit einer kugelförmigen Haube zusammenarbeitet. Die Platten können vorteilhafterweise in Titan ausgeführt werden, wobei die Kontaktoberfläche mit den Wirbelplatten der Wirbel zum Beispiel mit Hydroxylapatit oder Titan mit Oberflächenwirkung überzogen sind, um die Verankerung zwischen der Prothese und den benachbarten Knochen zu verbessern. Das Kugelgelenk kann wiederum eine andere Materialkombination aufweisen. Die kugelförmige Haube kann beispielsweise aus Zirkoniumoxid ausgeführt werden, während die korrespondierende kugelförmige Kappe aus Aluminiumoxid ausgeführt sind .
Materialkombinationen bei Prothesen werden folglich verwendet, um je nach Aufgabengebiet des einzelnen Bauteils das am besten geeignete Material verwenden zu können. Dies geht jedoch oftmals mit einer kosten- und zeitaufwändigeren Produktion einher.
Um Kosten und Zeit zu sparen wird außerdem versucht, Prothesen der oben genannten Art nur aus einem Werkstoff, wie z. B. Keramik herzustellen. Dieser Werkstoff besticht vor allem durch seine Gewebefreundlichkeit und seiner Eigenschaft keine Stoffe an die Umgebung abzugeben, wie dies beispielsweise bei Metallimplantaten (z. B. CoCr) der Fall ist. Bei sensiblen Personen können dadurch unangenehmen Reaktionen ausgelöst werden. Keramikimplantate haben also den Vorteil, dass sie auch bei Personen eingesetzt werden können, die empfindlich auf Metall reagieren.
Keramik weist allerdings einen entscheidenden Nachteil auf. Prothesen die beispielsweise als Kugelgelenk ausgebildet sind oder ein solches beinhalten, können wirtschaftlich nicht so gefertigt werden, dass die kugelförmige Haube und die kugelförmige Kappe spielfrei mit der ganzen Oberfläche aufeinander aufliegen (Dies kann auch bei Metallimplantaten nicht erreicht werden). Jedes Kugelgelenk ist schlussendlich auf Grund dieses Spiels dazu verdammt, entweder eine Punktauflage oder ein Ringauflage zu haben. Derartige Punktauflage wirken sich bei einem keramischen Material unter Umständen jedoch derartig aus, dass es unter Hinzukommen von Zugkräften zu einem verfrühten Verschleiß der Prothese kommt und ein Bruch oder ein Verschieben der Prothese die Folge ist.
Derartige Prothesen müssen in einer Operation wieder entfernt werden und durch ein neues Implantatsystem ersetzt werden, wobei diese Operation mit neuerlichen Schmerzen und Unannehmlichkeiten beim Patienten einhergeht. Aus dem Vorgenannten ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Implantatsystem zur Verfügung zu stellen, welches eine ideale Kraftverteilung innerhalb eines Implantatsystems und eine verbesserte Langlebigkeit des Implantatsystems ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Implantatsystem, welches ein konkaves kugelkalottenförmiges Pfannenteil und ein korrespondierendes konvexes kugelkalottenförmiges Gelenkteil umfasst, wobei das Gelenkteil im Pfannenteil aufliegt, gemäß der Merkmalkombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Erfindungsgemäß sind an der Oberfläche des Gelenkteils oder an der Oberfläche des Pfannenteils mindestens drei Auflageelemente angeordnet, welche ein Kugeldreieck bzw. ein Kugelvieleck beschreiben.
Bei den beschriebenen kugelkalottenförmigen Pfannen- und Gelenkteilen kann es sich einerseits um Bauteile eines Hüft-, Knie-, Ellenbogen-, Sprungoder Handgelenks handeln. Andererseits können die kugelkalottenförmigen Elemente Teile eines Implantatsystems für Bandscheibenprothesen im Wirbelsäulenbereich darstellen.
Der Vorteil der Auflageelemente auf der Oberfläche des Pfannen- oder Gelenkteils besteht zum einen darin, dass die gesamte auf das Implantatsystem wirkende Last auf mindestens drei Punkte verteilt werden kann, anstatt wie üblich auf einen Punkt. Zum anderen kann das Gelenkteil bei Vorhandensein mindesten dreier Auflageelemente innerhalb des Pfannenteils keine Translation innerhalb des herstellungsüblichen Spiels aufweisen.
Die drei Auflageelemente sind auf der Oberfläche des Gelenk- oder Pfannenteils derart auf der konvexen oder konkaven Wölbung angeordnet, dass sie ein sphärisches Dreieck - auch Kugeldreieck genannt - (bei drei Auflageelementen) oder ein sphärisches Vieleck - auch Kugelviereck genannt - (bei mehr als drei Auflageelementen) begrenzen. Das bedeutet, dass zu keinem Zeitpunkt alle Auflageelemente auf einem Kreisbogen liegen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Auflageelemente um einen zentralen Punkt des kugelkalottenförmigen Gelenkteils oder Pfannenteils sphärisch um 120 ° angeordnet. Wobei diese Winkelangaben keiner Toleranz unterliegen (die Winkelangaben aus technischen Gründen nicht eingehalten werden müssen), da die mindestens drei vorhandenen Auflageelemente immer auf der Oberfläche des Pfannenteils oder des Gelenkteils anliegen.
Bei der Anordnung von mehr als drei Auflageelementen ist es von Vorteil, diese derart anzuordnen, dass die einzelnen Elemente um einen zentralen Punkt des Gelenkteils oder Pfannteils sphärisch im gleichen Winkel angeordnet sind .
Die Auflageelemente sind erfindungsgemäß als punktuelle Erhebungen der Oberfläche des kugelkalottenförmigen Gelenkteils oder des kugelkalottenförmigen Pfannenteils gestaltet. Auf der beispielsweise gewölbten Oberfläche des Gelenkteils oder des Pfannenteils sind also einzelne Elemente angebracht, welche die punktuellen Erhebungen der Auflageelemente formen. So kann es sich bei den Elementen beispielsweise um kalottenförmige oder pyramidenförmige Formgestaltungen handeln, die aufgrund ihrer Auflage auf der Oberfläche des Gelenkteils oder des Pfannteils (je nach dem auf welchem Teil die Auflageelemente angebracht sind) Auflageelemente in Form punktueller Erhebungen darstellen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die in den Ausführungsformen beschriebenen gewölbten Oberflächen des Gelenk- und Pfannenteils nur eine beispielhafte Form der Einzelteile des Implantatsystems darstellen. So können die Oberflächen beispielsweise auch plan ausgestaltet sein oder mit Schrägen versehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Auflageelemente als flächige Erhebungen gegenüber der Oberfläche des kugelkalottenförmigen Gelenkteils oder Pfannenteils gestaltet. In diesem Fall sind auf der Oberfläche des Gelenk- oder Pfannteils Elemente in Form von bspw. kleinen Prismen oder Zylindern angebracht, welche aufgrund ihrer Auflage auf der Oberfläche des Gelenkteils oder Pfannenteils ein Auflageelement in Form einer flächigen Erhebung ergeben. Außerdem ist es denkbar, dass die Auflageelemente nicht nur auf einem gleichmäßig gewölbten Pfannen- oder Gelenkteil gebildet sind, sondern die jeweiligen Oberflächen des Pfannen- oder Gelenkteils im Bereich der Auflageelemente eine Ebene oder Aussparung bilden oder einen, bezogen auf die gesamte Gelenkteil- oder Pfannenteiloberfläche, geringeren Krümmungsradius aufweisen.
Durch eine derartige Gestaltungen kann eine zugkraftfreie Konstruktion des Implantatsystems gebildet werden.
Vorzugsweise besteht das gesamte beschriebene Implantatsystem aus einem Keramikmaterial . Es ist jedoch auch denkbar, die beschriebene Anbringung der Auflageelemente in einem Metall- oder Kunststoffimplantat zu verwirklichen. Wobei als beispielhaftes Metallmaterial Titan und als Kunststoffmaterial PEEK genannt sein. Des Weiteren sind Materialkombinationen denkbar, wonach das Gelenkteil beispielsweise aus Titan und das Gelenkteil u . a. aus PEEK hergestellt sein kann.
Die Auflageelemente sind wiederum vorzugsweise aus Keramik gefertigt. Wobei in einer beispielhaften Ausführungsform derartige Keramik- Auflageelemente in die Titan- oder PEEK-Platten des Gelenk- oder Pfannenteils eingepresst sind .
Zweckmäßigerweise weisen die Auflageelemente eine geringere Rauhigkeit als die restliche Oberfläche des Pfannen- oder Gelenkteils auf, sodass die Auflageelemente glatter als die restliche Oberfläche des jeweiligen Bauteils des Implantatsystems sind .
Um eine derartig glatte Oberfläche zu erhalten sind die Auflageelemente oberflächenbehandelt. Vorzugsweise werden die Elemente poliert, weil dies ein relativ einfacher Produktionsschritt ist. Dies hat den Vorteil, dass nicht das ganze Teil, auf dem die Auflageelemente angeordnet sind poliert werden muss, sondern nur die Auflageelemente bearbeitet werden, welche mit dem korrespondierenden Implantatsystemteil in Berührung kommen.
Außerdem ist es möglich, dass die Auflageelemente mit einem anderen Material beschichtet sind, sodass durch die Materialbeschichtung beispielsweise eine glattere oder widerstandsfähigere Oberfläche gestaltet werden kann.
Des Weiteren ist es denkbar, die zum Knochen weisenden Oberflächen des Implantatsystems zu beschichten. So ist beispielsweise eine Beschichtung mit Titan oder speziellen Keramiken denkbar, um zum einen die mechanischen Eigenschaften des Implantatsystems zu ändern und zum anderen ein verbessertes Anwachsen des Knochens an das Implantatsystem zu gewährleisten.
Das beschriebene Implantatsystem mit den erfindungsgemäßen Auflageelementen kann vorzugweise im Zusammenhang mit Prothesen im Wirbelsäulenbereich Verwendung finden. So ist eine Verwendung als Bandscheibenprothese denkbar.
Allerdings ist es auch möglich, die beschriebene Konstruktion bei der Herstellung von Hüftimplantaten zu verwenden. Das beschriebene Pfannenteil stellt in einem derartigen Fall beispielsweise die Hüftpfanne und das Gelenkteil den am Oberschenkelknochen befindliche Gelenkknochen dar.
Die Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen :
Fig. 1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Implantatsystems mit Auflageelementen als punktuelle Erhebungen;
Fig. 2 Darstellung des am Pfannenteil aufliegenden Auflageelements;
Fig. 3 Darstellung eines erfindungsgemäßen Implantatsystems mit in das Gelenkteil eingebrachte Aussparungen und Auflageelementen in Form flächiger Erhebungen und
Fig. 4 eine weitere Darstellung eines erfindungsgemäßen
Implantatsystem mit in das Gelenkteil eingebrachten Aussparungen und Auflageelementen in Form flächiger Erhebungen.
Wie in Fig . 1 dargestellt, besteht das erfindungsgemäße Implantatsystem aus einem Gelenkteil 1 und dem Pfannenteil 2. Dabei ist ersichtlich, dass das Gelenkteil 2 in Form eines konvexen kugelkalottenförmigen Elements gebildet ist und das Pfannenteil 2 in Form eines korrespondierenden konkaven kugelkalottenförmigen Elements.
Nach Ausführungsform der Fig . 1 befinden sich auf dem Gelenkteil 1 drei Auflageelemente 3, welche um den zentralen Punkt des gewölbten Gelenkteils sphärisch um 120 ° zueinander angeordnet sind. Des Weiteren wird deutlich, dass die Auflageelemente 3 ein Kugeldreieck beschreiben. Bei gedachten Verbindungslinien schließen die Auflageelemente 3 ein sphärisches Dreieck ein. Werden jedoch mehr als 3 Auflagepunkte verwendet schließen diese ein Kugelvieleck ein. Der Vorteil bei der Konstruktion eines Implantatsystems mit drei Auflageelementen besteht darin, dass unabhängig der Abstände der Auflageelemente zueinander und der Einhaltung von Toleranzen, die Auflageelemente immer in der Kugelkalotte aufliegen.
Das Zusammenspiel zwischen den Auflageelementen 3 und dem in Berührung stehenden Pfannenteil 2 wird in Fig . 2 dargestellt. Der Ausschnitt zeigt ein am Gelenkteil 1 angeordnetes Auflageelement 3, welches die konkav geformte Oberfläche des Pfannenteils 2 berührt. Aufgrund der Ausführung des Auflageelements 3 als Kugelkalotte findet eine Punktberührung statt.
In Fig. 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Implantatsystems dargestellt. Auch in diesem Fall befinden sich die drei Auflageelemente 3 auf der Oberfläche des Gelenkteils 1, jedoch nicht unmittelbar auf einer gleichmäßig konvex geformten Oberfläche sondern auf einer Aussparung 4. Diese Aussparung 4 weist eine konkave Wölbung auf in dessen Mitte jeweils die Auflageelemente 3 angebracht sind . Die konkaven Wölbungen dienen dazu eine zugfreie Konstruktion zur Verfügung zu stellen, welche besonders bei der Herstellung eines Keramikimplantatsystems von Bedeutung ist.
Außerdem ist bei der Ausführungsform nach den Fig . 3 und 4 zu beachten, dass es sich in diesem Fall um Auflageelemente 3 in Form einer flächigen Erhebung handelt. Das heißt, die Auflageelemente 3 haben eine Grundform eines Kegelstumpfes, der bekanntlich an seiner Oberseite abgeflacht ist. Diese Abflachung steht bei einem zusammengesetzten Implantatsystem vollständig mit der Oberfläche des Pfannenteils 2 in Berührung .
Bezugszeichenliste
1 Gelenkteil
2 Pfannenteil
3 Auflageelement
4 Aussparung

Claims

Patentansprüche
1. Implantatsystem umfassend ein konkaves kugelkalottenförmiges Pfannenteil (2) und ein korrespondierendes konvexes kugelkalottenförmiges Gelenkteil (1), wobei das Gelenkteil (1) im Pfannenteil (2) aufliegt und an der Oberfläche des Gelenkteils (1) oder an der Oberfläche des Pfannenteils (2) mindestens drei Auflageelemente (3) angeordnet sind, welche ein Kugeldreieck bzw. ein Kugelvieleck beschreiben.
2. Implantatsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (3) um einen zentralen Punkt des kugelkalottenförmigen Gelenkteils (1) oder Pfannenteils (2) sphärisch um 120° angeordnet sind .
3. Implantatsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (3) als punktuelle Erhebungen der Oberfläche des kugelkalottenförmigen Gelenkteils (1) oder Pfannenteils (2) ausgestaltet sind .
4. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (3) als flächige Erhebungen der Oberfläche des kugelkalottenförmigen Gelenkteils (1) oder Pfannenteils (2) ausgestaltet sind .
5. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (3) auf einzelnen Ebenen, Aussparungen (4) oder Oberflächenabschnitten der kugelkalottenförmigen Gelenkteiloberfläche oder Pfannenteiloberfläche, welche einen bezogen auf die Gelenkteiloder Pfannenteiloberfläche geringeren Krümmungsradius aufweisen, angeordnet sind .
6. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Implantatsystem aus Keramik besteht.
7. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantatsystem aus PEEK besteht.
8. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantatsystem aus Titan besteht.
9. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente aus Keramik gefertigt sind .
10. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (3) eine geringere Rauhigkeit als die Oberfläche des Pfannenteils (2) oder des Gelenkteils (1) aufweisen.
11. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (3) oberflächenbehandelt sind .
12. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (3) poliert sind .
13. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (3) mit einem anderen Material beschichtet sind .
14. Implantatsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Knochen gerichteten Seiten des Implantatsystems beschichtet sind .
15. Implantatsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Beschichtung beispielsweise um Titan oder spezieller Keramik handelt.
16. Verwendung eines Implantatsystems nach einem der vorangegangenen Ansprüche in Zusammenhang mit Prothesen im Wirbelsäulenbereich.
17. Verwendung eines Implantatsystems nach einem der vorangegangenen Ansprüche in Zusammenhang mit einem Hüftgelenk.
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