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DE10130366A1 - Zementfreie Hüftgelenksendoprothese als Oberflächenersatz des proximalen Femurs - Google Patents

Zementfreie Hüftgelenksendoprothese als Oberflächenersatz des proximalen Femurs

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Publication number
DE10130366A1
DE10130366A1 DE10130366A DE10130366A DE10130366A1 DE 10130366 A1 DE10130366 A1 DE 10130366A1 DE 10130366 A DE10130366 A DE 10130366A DE 10130366 A DE10130366 A DE 10130366A DE 10130366 A1 DE10130366 A1 DE 10130366A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hip joint
shaft
joint endoprosthesis
endoprosthesis according
calotte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10130366A
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Copf
Werner Hein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hein Werner Corp
Original Assignee
Hein Werner Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hein Werner Corp filed Critical Hein Werner Corp
Priority to DE10130366A priority Critical patent/DE10130366A1/de
Priority to ES02011045T priority patent/ES2284744T3/es
Priority to DE50209814T priority patent/DE50209814D1/de
Priority to AT02011045T priority patent/ATE357889T1/de
Priority to EP02011045A priority patent/EP1260200B1/de
Priority to US10/151,045 priority patent/US20030014123A1/en
Publication of DE10130366A1 publication Critical patent/DE10130366A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Es wird eine Hüftgelenksendoprothese als Oberflächenersatz für das proximale Femur vorgeschlagen, die zementfrei im Hals des Femurs befestigt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenksendoprothese als Oberflächenersatz des proximalen Femurs mit einer Kalotte, wobei die Kalotte eine mit einer Gelenkpfanne zusammenwirkende Außenfläche und eine Innenfläche aufweist und mit einem Schaft, wobei der Schaft mit der Kalotte verbindbar ist.
Diese Hüftgelenksendoprothesen werden nach dem Stand der Technik in den Oberschenkelhals einzementiert. Durch die Verwendung von Zement zur Befestigung der Hüftgelenksendoprothese kann eine Vielzahl von Problemen für den Patienten entstehen. Bspw. kann durch die unterschiedlichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten von Knochen, Zement und Hüftgelenksendoprothese eine Lockerung der Hüftgelenksendoprothese im Oberschenkelhals eintreten. Außerdem kann die Festigkeit der Verbindung von Hüftgelenksendoprothese und Oberschenkelhals durch eine Volumenänderung des Zements beim Aushärten von Anfang an verringert sein. Schließlich kann der Zement auch zu Abstoßungsreaktionen führen. All diese möglicherweise auftretenden Probleme, die durch die Verwendung von Zement ausgelöst werden können, sind aus der einschlägigen Fachliteratur bekannt und sollen hier nicht weiter erläutert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hüftgelenksendoprothese als Oberflächenersatz des proximalen Femurs bereitzustellen, die ohne Verwendung von Zement eine sichere, belastbare, dauerhafte und verträgliche Befestigung der Hüftgelenksendoprothese im Oberschenkelhals ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Hüftgelenksendoprothese mit einer Kalotte, wobei die Kalotte eine mit einer Gelenkpfanne zusammenwirkende Außenfläche und eine Innenfläche aufweist und mit einem Schaft, wobei der Schaft mit der Kalotte verbindbar ist, dadurch gelöst, dass der Schaft eine gitterartige Struktur aufweist.
Bei der Implantation der erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese wird die gitterartige Struktur im Bereich der Spongiosa des Oberschenkelhalses positioniert.
Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die zuvor mindestens teilweise entfernte Spongiosa im Bereich des Oberschenkelhalses nach der Implantation in die gitterartige Struktur einwächst und somit eine hochbelastbare und in ausreichendem Maße elastische Verbindung zwischen Schaft und Oberschenkelhals herstellt. Eine gewisse Elastizität der Verbindung zwischen Hüftgelenksendoprothese und Oberschenkelhals ist erforderlich, um die Spongiosa zum Wachstum und zur Regeneration über die gesamte Lebensdauer der Hüftgelenksendoprothese anzuregen. Dadurch ist über die gesamte Lebensdauer der Hüftgelenksendoprothese ein sicherer und belastbarer Sitz der Hüftgelenksendoprothese im Oberschenkelhals gewährleistet. Zusätzlich zu den genannten Vorteilen der Erfindung, hat die erfindungsgemäße Hüftgelenksendoprothese alle aus dem Stand der Technik bekannten Vorteile eines Oberflächenersatzes der Gelenkkugel. Einer dieser Vorteile besteht darin, dass der Oberschenkelhals nicht entfernt werden muss, so dass nach dem Ablauf der Lebensdauer der erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese eine zweite Hüftgelenksendoprothese einsetzbar ist, bei der der Oberschenkelhals entfernt wird. Außerdem ist der Ersatz der Oberfläche des Kopfs des Oberschenkels wesentlich weniger traumatisch als der Einsatz einer Hüftgelenksendoprothese, bei der der Oberschenkelhals entfernt werden muss.
Bei der erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese erfolgt die Verankerung ausschließlich über die Spongiosa des Oberschenkelhalses. Eine Krafteinleitung in die Kortikalis des Oberschenkelhalses ist nicht vorgesehen, da diese Krafteinleitung, wegen der größeren Festigkeit der Kortikalis, dazu führen würde, dass keine oder nur noch sehr geringe Kräfte in die Spongiosa eingeleitet werden und in Folge dessen eine Stimulation des Wachstums der Spongiosa nicht oder nicht in ausreichendem Maße erfolgen würde. Dies hätte langfristig ein Lockern der Hüftgelenksendoprothese im Oberschenkelhals zur Folge.
Weitere Varianten der Erfindung sehen vor, dass sich die gitterartige Struktur des Schafts aus Öffnungen oder Stäben und Streben zusammensetzt, und/oder dass die gitterartige Struktur Verdickungen und/oder Vertiefungen aufweist, so dass ein möglichst gutes Einwachsen der Spongiosa in die gitterartige Struktur im Sinne einer festen und gleichzeitig elastischen Verbindung zwischen Hüftgelenksendoprothese und Oberschenkelhals gewährleistet ist. Neben einem verbesserten Formschluß vergrößern die Verdickungen und Vertiefungen die Oberfläche des Schafts, was sich vorteilhaft auf die Festigkeit der Verankerung der Hüftgelenksendoprothese auswirkt.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Längsachse des Schafts in Richtung der höchsten Beanspruchung des Oberschenkelhalses verläuft, so dass der Schaft diese Beanspruchung aufnehmen kann und über seine gesamte Länge, bzw. Oberfläche, in die Spongiosa des Oberschenkelhalses einleiten kann.
Zur Verbesserung der Verbindung von Hüftgelenksendoprothese und Oberschenkelhals kann alternativ vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Schafts porös, periplasmal oder hydroxyapatit ist. Wenn die Oberfläche porös oder periplasmal ist, kann die Spongiosa in die Oberfläche einwachsen, was zu einer entsprechend guten Verzahnung und Verbindung zwischen Spongiosa und Hüftgelenksendoprothese führt. Wenn die Oberfläche der gitterartigen Struktur, bzw. des Schafts, hydroxyapatit ist, kann die Spongiosa an der Oberfläche anwachsen, was auch eine feste und dauerhaft belastbare Verbindung von Hüftgelenksendoprothese und Oberschenkelhals ermöglicht.
Zur weiteren Verbesserung der Krafteinleitung in den Oberschenkelhals ist vorgesehen, dass die Innenfläche der Kalotte der Oberfläche eines Polyeders entspricht, da bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese durch gradlinige Schnitte bei der Resektion der Kortikalis des Kopfs des Oberschenkelhalses ein Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen der Innenfläche der Kalotte und dem Kopf des Oberschenkels erreicht werden kann. Diese Resektion kann bspw. mit Hilfe einer Lehre erfolgen, so dass die erforderliche Präzision auch unter den erschwerten Umständen einer Operation mit Sicherheit gewährleistet werden kann. Wenn die Polyederflächen der Innenfläche sich zumindest teilweise parallel oder nahezu parallel gegenüberliegen, kann eine besonders gute Klemmwirkung mit dem entsprechend vorbereiteten Kopf des Oberschenkels erzielt werden. Diese Klemmwirkung ist insbesondere unmittelbar nach der Operation von besonderer Bedeutung für die Verankerung der Hüftgelenksendoprothese im Oberschenkelhals. Nach dem Einwachsen der Spongiosa in die gitterartige Struktur liegt die Bedeutung der Polyederflächen darin, eine möglichst flächige Krafteinleitung in den Oberschenkelhals zu gewährleisten. Dadurch werden die auf die gitterartige Struktur und die mit dieser Struktur verwachsene Spongiosa wirkenden Belastungen auf das notwendige Maß reduziert.
Um eine möglichst gute Krafteinleitung von der Hüftgelenksendoprothese in den Oberschenkelhals zu gewährleisten ist vorgesehen, dass der Kopf des Oberschenkels soweit abgetragen wird, dass die Kortikalis vollständig entfernt wird und eine Verankerung der Hüftgelenksendoprothese auch im Bereich des Kopfs des Oberschenkels ausschließlich über die Spongiosa und nicht über die Kortikalis erfolgt.
Zur Vereinfachung der Herstellung von Kalotte und Schaft sowie zur Vereinfachung der Implantation hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Kalotte und der Schaft durch eine Klemmverbindung miteinander verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch eine konische Ausnehmung im Schaft und einen entsprechenden Zapfen an der Kalotte erreicht werden. Der Querschnitt der konischen Ausnehmung und des Zapfens kann beispielsweise rund rund, polygonal, rechteckig oder quadratisch sein.
Schließlich kann die Außenfläche der Kalotte mit einer verschleißmindernden und/oder reibungsverringernden Beschichtung versehen sein, um die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese zu erhöhen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt die Hüftgelenksendoprothese mindestens teilweise aus Titan, insbesondere TiAl6V4, durch Gießen und/oder Schmieden herzustellen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnungen, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Es zeigen
Fig. 1 ein proximales Femur im Längsschnitt,
Fig. 2 ein proximales Femur mit einem für die Implantation einer erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese vorbereiteten Kopf,
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese im Schnitt,
Fig. 4 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 in implantierten Zustand,
Fig. 5 und 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese im Schnitt und
Fig. 7 das zweite Ausführungsbeispiel in zusammengesetztem Zustand.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt ein proximales Femur 1 im Längsschnitt. An einem Oberschenkelknochen 3 des Femurs 1 schließt ein Oberschenkelhals 5 mit einem Kopf 7 an. Eine Längsachse 9 des Oberschenkelknochens 3 sowie eine Längsachse 11 des Oberschenkelhalses 5 schließen einen Winkel von etwa 120° ein.
Durch eine strichpunktierte Linie 13 ist die Grenze zwischen Kortikalis 15 und der nicht dargestellten Spongiosa im Bereich des Kopfes 7 dargestellt.
Wenn das aus Kopf 7 und einer nicht dargestellten Gelenkpfanne bestehende Hüftgelenk ausgewechselt werden muss, wird der Kopf des Femurs entsprechend Fig. 2 vorbereitet. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Kopf 7 so abgetragen wurde, dass er die Gestalt eines Polygons annimmt. Dabei wird so viel Material abgetragen, dass die Kortikalis 15 (siehe Fig. 1) des Kopfs 7 vollständig entfernt wird. In anderen Worten: Der entsprechend Fig. 2 polyederförmig vorbereitete Kopf 7 besteht ausschließlich aus Spongiosa.
Die Zahl der Polyederflächen 17, 19, 21, 23 und 25 sowie deren Winkel zueinander kann variieren. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Kopf 7 sind die Flächen 17 und 25 nahezu parallel zueinander angeordnet.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hüftgelenksendoprothese 27 im Längsschnitt dargestellt. Die Hüftgelenksendoprothese 27 besteht aus einer Kalotte 29 und einem Schaft 31. Die Kalotte 29 weist eine kugelförmige Außenfläche 33 und eine polyederförmig ausgestaltete Innenfläche 35 auf. Durch den Vergleich der Fig. 2 und 3 wird deutlich, dass die polyederförmige Innenfläche 35 der Kalotte 29 die gleiche Form wie der vorbereitete Kopf 7 aufweist. Dadurch wird, wie später an Hand Fig. 4 noch ausführlich erläutert wird, eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Kalotte 29 und dem Kopf 7 hergestellt, wenn die Hüftgelenksendoprothese 27 in den Oberschenkelhals 5 implantiert wird.
Der Schaft 31 weist eine gitterartige Struktur mit verschieden angeordneten und verschieden ausgerichteten Öffnungen 37 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 3 nicht alle Öffnungen mit Bezugszeichen versehen. Hinsichtlich Form, Ausrichtung und Größe der Öffnungen 37 ist darauf zu achten, dass die Spongiosa möglichst leicht in die Öffnungen einwachsen kann und eine große Oberfläche des Schafts 31 zur Verfügung steht. Prinzipiell gilt: Je größer die Oberfläche des Schafts 31 ist, desto besser ist die Verbindung zwischen Spongiosa und Schaft 31, wenn die Spongiosa eingewachsen ist.
Bei der Auslegung des Schafts 31 ist ebenso darauf zu achten, dass der Schaft eine gewisse Elastizität aufweist, um örtliche Belastungsspitzen zu vermeiden, die Spongiosa durch die Einleitung von Kräften zum Wachstum zu animieren und außerdem eine der Funktion der natürlich Spongiosa entsprechende Dämpfung zu haben. Der Übergang zwischen Schaft 31 und Innenfläche 35 kann gerundet ausgeführt werden.
Es ist auch möglich, den Schaft 31 fachwerkartig auszugestalten, wobei dieses Fachwerk aus Stäben und Knoten besteht, die in verschiedene Raumrichtungen orientiert sind (nicht dargestellt). Dabei empfiehlt es sich, wie bei jedem Fachwerk, in Richtung der auftretenden Kräfte Stäbe vorzusehen. Dann wird die Festigkeit des Fachwerks bei niedrigstem Gewicht optimal.
In Fig. 4 ist eine in das Femur gemäß Fig. 2 implantierte Hüftgelenksendoprothese 27 dargestellt. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass der Kopf 7 mit seinen Polyederflächen 17 bis 25 und die Innenfläche 35 der Kalotte 29 kraft- und formschlüssig miteinander verbunden sind, sobald die Hüftgelenksendoprothese 27 in den Oberschenkelhals 5 eingeführt wurde. Da die Polyederflächen 17 und 25 nahezu parallel zueinander verlaufen, ergibt sich beim Einsetzen der Hüftgelenksendoprothese 27 eine Klemmwirkung zwischen Kalotte 29 und Kopf 7. Diese Klemmwirkung ist besonders hilfreich, um unmittelbar nach der Operation die Hüftgelenksendoprothese eindeutig und sicher am Kopf 7 zu fixieren. Sobald die in Fig. 4 nicht dargestellte Spongiosa in die Öffnungen 37 der gitterartigen Struktur des Schafts 31 eingewachsen ist, übertragen alle Polyederflächen 17 bis 25 die von der Außenfläche 33 der Kalotte 29 eingeleiteten Kräfte auf den Kopf 7. Dadurch wird eine weitgehend mit den natürlichen Verhältnissen übereinstimmende Krafteinleitung erzielt, was zu einer minimalen Beanspruchung des Femurs führt. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass die Längsachse des Schafts 31 nicht parallel oder koaxial zur Längsachse 11 des Oberschenkelhalses 5 verläuft. Die Längsachse des Schafts 31 verläuft vielmehr in der Richtung der Hauptbeanspruchungen. Diese Richtung kann, bspw. bei einem Querschnitt durch ein Präparat durch die Ausrichtung der Trabikel (nicht dargestellt) sichtbar gemacht werden. Durch diese Ausrichtung des Schafts 31 wird auch nach der Implantation der Hüftgelenksendoprothese 27 in den Oberschenkelhals 5 das gesamte Femur genau so belastet, wie es vor der Implantation der Fall war.
Die mit der Kalotte 29 zusammenwirkende Gelenkpfanne ist in Fig. 4 nicht dargestellt. Die Verankerung dieser Gelenkpfanne im Hüftknochen kann gemäß dem Stand der Technik erfolgen.
In den Fig. 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem Schaft 31 und Kalotte 29 aus zwei Teilen hergestellt werden, die bei der Implantation durch Klemmung miteinander verbunden werden. In Fig. 5 ist der Schaft 31 des zweiten Ausführungsbeispiels im Schnitt dargestellt. An einem Ende des Schafts 31 ist eine Ausnehmung konische Ausnehmung 39 vorgesehen. Kegelwinkel und Durchmesser der Ausnehmung 39 sind so bemessen, dass sie die von der Kalotte 29 in den ebenfalls nicht dargestellten Oberschenkelknochen eingeleiteten Kräfte sicher übertragen kann.
In Fig. 6 ist die zugehörige Kalotte 29 im Teilschnitt dargestellt. Die Kalotte 29 weist einen Zapfen 41 auf, der zusammen mit der Ausnehmung 39 eine Klemmverbindung zwischen Kalotte 29 und Schaft 31 ermöglicht. Fig. 7 zeigt Kalotte 29 und Schaft 31 in zusammengebautem Zustand. Der modulare Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ermöglicht die getrennte Herstellung und Optimierung von Schaft 31 und Kalotte 29 hinsichtlich Material, Herstellungsverfahren, Oberflächenbehandlung und -beschichtung.
Durch die gitterartige Struktur des Schafts 31 kann auf die Verwendung von Zement verzichtet werden, was große Vorteile hinsichtlich Festigkeit und Beständigkeit der Verankerung der Hüftgelenksendoprothese im Femur mit sich bringen. Die Vorteile zementfreier Verankerungen sind hinlänglich bekannt, allerdings ist es noch nicht gelungen, einen Oberflächenersatz für das proximale Femur zementfrei im Hals 5 zu befestigen.

Claims (14)

1. Hüftgelenksendoprothese als Oberflächenersatz des proximalen Femurs mit einer Kalotte (29), wobei die Kalotte (29) eine mit einer Gelenkpfanne zusammenwirkende Aussenfläche (33) und eine Innenfläche (35) aufweist und mit einem Schaft (31) dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (31) mit der Kalotte (29) verbindbar ist, und dass der Schaft (31) eine gitterartige Struktur aufweist.
2. Hüftgelenksendoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die gitterartige Struktur des Schafts (31) aus Öffnungen (37) oder Stäben und Streben zusammensetzt.
3. Hüftgelenksendoprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gitterartige Struktur Verdickungen und/oder Vertiefungen aufweisen.
4. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Schafts (31) in Richtung der höchsten Beanspruchung des Oberschenkelhalses (5) verläuft.
5. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Schafts (31) porös oder periplasmal ist.
6. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Schafts (31) hydroxyapatit ist.
7. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (35) der Oberfläche eines Polyeders entspricht.
8. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Durchmesser der Innenfläche (35) so bemessen sind, dass sie kleiner sind als die Kortikalis (15) des Kopfs (7) des Femurs (1).
9. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalotte (29) und der Schaft (31) durch eine Klemmverbindung miteinander verbunden sind.
10. Hüftgelenksendoprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (31) eine konische Ausnehmung (39) aufweist, und dass die Kalotte (29) einen Zapfen (41) aufweist, und dass die Ausnehmung (39) und der Zapfen (41) durch Klemmung verbindbar sind.
11. Hüftgelenksendoprothese nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der konischen Ausnehmung (39) und des Zapfens (41) rund, polygonal, rechteckig oder quadratisch ist.
12. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalotte (29) und der Schaft (31) einteilig ausgeführt sind.
13. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche (33) der Kalotte (29) mit einer verschleißmindernden und reibungsverringernden Beschichtung versehen ist.
14. Hüftgelenksendoprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüftgelenksendoprothese mindestens teilweise aus Titan, insbesondere TiAl6V4, durch Gießen und/oder Schmieden hergestellt wird.
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