DE2842847C2 - Prothesenverankerungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Prothesenverankerungseiement zur Verankerung einer Hüftgelenkendoprothese in der Knochenhöhle des Oberschenkelknochens mittels Knochenzement, in Form eines konisch verjüngten metallischen Trägers mit alphornförmigem Umriß, dessen Wandung durch vielfache Durchbrechungen neztartig aufgelöst ist.

Ein derartiges Prothesenverankerungselement ist in der deutschen Offenlegungsschrift 27 58 541 vorgeschlagen. Der Träger besteht hier aus einem offenmaschigen Drahtgewebe aus Titan, nicht rostendem Stahl oder Chromkobalt. Als Alternativen zu diesen Werkstoffen gehören zum Stand der Technik auch Kohlenstoff und verschiedene Kunststoffe, die gegebenenfalls zur Beeinflussung ihrer Kraftübertragungsfähigkeit mit Zuschlagstoffen, insbesondere Fasern beladen sein können. Der gleiche Stand der Technik zeigt überdies als Alternative zur Herstellung des Trägers aus Draht auch die Herstellung aus netzartig durchbrochenem Blatt- oder Bogenmaterial aus den genannten Werkstoffen. In jedem Fall weisen die Drähte überall im Träger den gleichen Durchmesser auf. Das Blattmaterial hat konstante Stärke. Die beim Stand der Technik erläuterten Querschnittsformen sind teils rechteckig, teils trapezförmig und dabei mehr oder weniger unregelmäßig geformt.

Bekannt ist ein Prothesenverankerungselement (DE-OS 26 17 749), bei dem der Träger wieder auf übliche Weise aus biologisch verträglichem Metall, wie Titan und Titanlegierungen, aber auch aus Kunststoff bestehen kann, während zur Befestigung in der Knochenhöhle des Oberschenkelknochens ein Kunststoffkleber verwendet wird. Derartige Kunststoffkleber haben den Nachteil, das Knochenmaterial stark anzugreifen, aus diesem Grunde ist der Träger nur stellenweise mit Öffnungen versehen, durch die hindurch der sein Inneres ausfüllende Kunststoffkleber ebenfalls nur stellenweise zur Außenseite des Trägers austreten kann. Dadurch entstehen einzelne unter Abstand voneinander liegende Befestigungspunkte an der Wandung der Knochenhöhle. Der Kunststoffkleber kommt mit dem Knochen nur hier in Berührung und schädigt die umgebenden Flächen nicht Trotz der Verwendung des Kunststoffklebers ist damit eine größere Dauerhaftigkeit der Verankerung sichergestellt Der Träger ist hierfür hohlzylindrisch ausgebildet Zahlreiche unterschiedliche Ausführungsformen zur Begrenzung des Austretens des Kunststoffklebers aus

ίο seinem Inneren nach außen werden beschrieben. In allen Fällen ist dabei der Durchmesser des Trägers über seine gesamte Länge der gleiche. Auch ist die Wandkonstruktion in Umfangs- und Längsrichtung überall gleich. Die Wandstärke ist konstant Wandstärkeänderungen sind nicht vorgesehen.

Bekannt ist auch schon ein Prothesenverankerungselement (DE-OS 26 28 284) in Form eines Metallgitters, dessen Rippen mit dem als Prothesenschaft dienenden Metallstab verschweißt sind. Das Metallgitter stellt also eine Einheit mit dem Prothesenschaft dar. Aus diesem Grunde ist es nur beschränkt geeignet, für eine bessere Druckverteilung bei der Einleitung der Kräfte vom Gelenkkopf der Prothese in den Oberschenkelknochen zu sorgen.

Weiter ist eine Titanprothese bekannt (DE-OS 24 04 214), die eine Umhüllung aus Titan-Streckmetall aufweist. Dxses Material ist für solche Prothesen gut geeignet. Die Umhüllung aus Titan-Streckmetall ist aber auch hier wieder fest mit der Prothese verbunden und stellt einen Teil des Prothesenschaftes dar. Eine druckentlastende Wirkung ist so nicht möglich. Angestrebt und erreicht wird hingegen, daß durch die Durchbrechungen des Streckmetalls hindurch dem ortsständigen Knochengewebe Gelegenheit zum Einwachsen gegeben wird.

Für Hüftgelenkendoprothesen sind schließlich auch schon Netze bekannt (Prospekt der Fa. Mecron, Juli 1976 A 19/ A 20), die zur Verstärkung des Hüftpfannenbodens dienen und als Vollkorb, Halbkorb, Kreuzschale oder Haloschale ausgebildet sein können. Diese sind den jeweiligen Anwendungsbedürfnissen bereits durch die entsprechende sphärische Gestaltung angepaßt. Nachanpassungen können mit Hilfe von Netzscheren und Biegezangen vorgenommen werden.

Beim Einsetzen von Hüftgelenkendoprothesen mit gut verträglichem Knochenzement entstehen aus verschiedenen Gründen häufig mechanisch unzureichende Verankerungen. Diese führen im Laufe der Zeit mehr oder weniger schnell zu Auslockerungen der Prothese und zu Prothesenbruch. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei Wiederholungseingriffen auf der Innenseite (Medialseite) des Oberschenkels. Dort fehlt es häufig wegen Knochensubstanzverlust an einer Auflage für die Prothese. Zahlreiche klinische Fälle und deren statische Durchrechnung zeigen, daß hier ein erhebliches Problem der gesamten Endoprothetik besteht.

Statisch sichere Verankerungen kommen vor allem dann nicht zustande, wenn auf der Medialseite des Oberschenkelknochens am Prothesenaufsitz Knochendefekte entstanden sind. Derartige Knochendefekte wurden bisher mit Knochenzement überbrückt. Der relativ spröde Knochenzement ist aber den auf der Medialseite auftretenden erheblichen Druck-, Biege- und Scherkräften auf Dauer nicht gewachsen und wird zertrümmert. Es kommt dann zu einer Wechselbiegebeanspruchung des Prothesenschaftes. Auslockerung und neuer Bruch sind die Folge.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, durch eine besondere Ausbildung des Trägers der eigentlichen Gelenkprothese die Druckverteilung bei der Krafteinleitung vom Gelenkkopf in den Oberschenkelknochen so zu verbessern, daß eine Druckentlastung im Bereich des Prothesenaufsitzes und damit eine gute bleibende Festigkeit insbesondere auch bei Knochendefekten ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die im gekennzeichneten Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Man erkennt, daß hier gerade dort, wo auf der Medialseite die Dioick- und Biegekräfte physiologisch verstärkt einwirken, die Trägerwandstärke vergrößert ist Diese Druckkräfte können hier deshalb vom Träger gut aufgenommen werden und führen nicht zur Belastung der Knochenzementbrücken, die an dieser Stelle die Knochendefekte ersetzen müssen. Es besteht deshalb auch keine Gefahr, daß die Knochenzementbrücken zertrümmert werden. Statt dessen werden die medialseitig vermehrt auftretenden Druckkräfte gut in den Träger aufgenommen. Da vom hier vorhandenen Bereich erhöhter Wandstärke ausgehend die Wandstürke in Längsrichtung des Trägers und auch in Umfangsrichtung abnimmt, werden die in den Bereich erhöhter Wandstärke des Trägers einschließenden Kräfte überdies physiologisch gut verteilt Die Einleitung der Kräfte in den Oberschenkelknochen erfolgt damit aufgrund des gewählten Wandstärkenverlaufes derart, daß die Umfangsdehnung mit ihrer radial gerichteten Sprengwirkung und die Flächenpressung im Bereich der oberen Öffnung des Trägers weitgehend aufgehoben und die über den Gelenkkopf und den Träger in den Oberschenkelknochen eingeleiteten Kräfte entsprechend der physiologischen Längsspannung weitergegeben werden.

Klinische Ergebnisse haben überdies gezeigt, daß die physiologisch entlastende Wirkung des Trägers bei seiner Verwendung auch zum Wiederaufbau der Knochensubstanz im Bereich der am Prothesenaufsitz vorliegenden Knochendefekte führt. Auch bei vorgeschädigten Knochen stellen sich somit bei Verwendung eines solchen Trägers alsbald normale Verhältnisse wieder her. Dies ist eine Folge der Rückgewinnung physiologischer Verhältnisse bei der Druckverteilung, durch die die ursprünglichen Belastungsverhältnisse bei gesundem Hüftgelenk wiederhergestellt werden. Die elliptisch ausgeformte obere öffnung des Trägers entspricht gut den in der Regel vorgefundenen physiologischen Bedingungen beim Einsetzen einer Hüftgelenkendoprothese. Gleiches gilt für den kreisförmigen Querschnitt des Trägers in seinem konisch verjüngten Bereich, der den vorgegebenen natürlichen Bedingungen in der Regel besser entspricht, als andere Querschnittsformen.

Unter Umständen empfiehlt es sich, das Trichternetz doppelwandig auszubilden bzw. das Prothesenverankerungselement aus zwei ineinandergestellten Trägern auszubilden. Dadurch kann die mechanische Festigkeit noch verbessert werden. Derartige doppelwandige Träger werden dann eingesetzt, wenn statische Berechnungen ergeben, daß der einfache Träger statisch trotz der Wandstärkenerhöhung auf der Medialseite möglicherweise nicht ausreicht.

Zweckmäßig weisen zwei ir.Einandergestellte Träger einen 10% übersteigenden Längenunterschied auf. Dies unterstützt die in Richtung auf den verjüngten Querschnitt hin abnehmende Wandstärke in ihrer Wirkung zusätzlich und erleichtert das tiefe Einführen in die Knochenhöhle des Oberschenkelknochens.
Die Verwendung der einfachen oder doppelwandigen Träger empfiehlt sich insbesondere in folgenden Fällen: Korrektureingriffe mit Wechseln der Hüftgelenkendoprothese bei Knochendefekten am Aufsitz der Prothese; msdiale Schenkelhalsfrakturen mit Defektbildung am Aufsitz; Rotationsinstabilität der Prothese wegen zu

ίο weiter Markhöhle; Osteoporosen mit stark verminderter Tragkraft des entkalkten Knochens; Fälle großer Defektstrecke auf der Medialseite.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht Es zeigt

F i g·. la einen Schnitt durch eine Hüftgelenkendoprothese,

Fig. Ib und Ic eine Ventralansicht bzw. eine Medialansicht der Standardform des in Fig. la verwendeten Trägers,

Fig. ld, Ie und If Schnitte bei den Linien A-A, B-B bzw. C-Cvon Fig. la,

Fig.2a bis 2f den Fig. la bis If entsprechende Ansichten einer Langform des Trägers,
Fig.3a bis 3e den Fig. la bis Ie entsprechende Ansichten einer Universalform des Trägers,

Fig.4a bis 4f den Fig. la bis If entsprechende Ansichten eines doppelwandigen Trägers, und

F i g. 5 eine Ansicht eines beim doppelwandigen Träger verwendeten Einsetz-Platzhaltinstrumentes.

Fig. la zeigt eine Hüftgelenkendoprothese 10, deren Prothesenschaft 11 in die Knochenhöhle 12 eines Oberschenkelknochens 13 eingreift und in dieser verankert werden muß. Der zwischen Prothesenschaft 11 und Knochenwand 14 verbleibende Freiraum wird mit Knochenzement 15 gefüllt.

Zur Verbesserung der Prothesenverankerung wird in den Knochenzement 15 ein Träger 16 in Form eines sich konisch verjüngenden Trichters mit alphornförmigem Umriß, also mit ausgehend von der Trägerspitze allmählich zunehmender Krümmung: der Trägerachse eingesetzt. Die Wandung des Trägers ist netzartig aufgelöst. Die Netzstruktur wird durch Herstellung aus Stahldrähten bzw. -fäden oder dadurch erzielt, daß eine mit entsprechenden Durchbrechungen versehene Stahlfolie ausreichender Dicke Verwendung findet Dies läßt Verformungen beim Einsetzen nicht nur in einer Richtung senkrecht zur Fläche, sondern bis zu einem gewissen Grad auch in der Fläche zu. Zugleich ergibt sich insbesondere bei der Einlagerung in den Knochenzement 15 eine gute Fähigkeit des Trägers zur Umsetzung punktförmiger Belastungen in Flächenbelastungen und damit zur Druckverteilung.

Die Querschnittsansichten von Fig. Id bis If lassen die Lage des Prothesenschaftes 11 und die Querschnittsformen erkennen: Der Träger 16 ist im Bereich seiner oberen öffnung elliptisch ausgeformt (F i g. Id), weist jedoch im verjüngten Bereich kreisförmigen Querschnitt auf (Fig. Ie, Fig. If). Der kreisförmige Querschnitt nimmt dabei in Richtung zur Trägerspitze hin ab.

Aus Fig. la und Fig. Id erkennt man überdies klar, daß der Träger 16 im Bereich seiner elliptischen oberen öffnung auf der Medialseite eine gegenüber der Wandstärke auf der Lateralseite erhöhte Wandstärke aufweist. Die Wandstärke auf der Medialseite kann ein Vielfaches der Wandstärke auf der Lateralseite betragen. Ausgehend von diesem Bereich erhöhter Wandstärke vermindert sich die Wandstärke in Längsrichtung des Trägers 16 ebenso, wie in Umfangs-

richtung. Durch den Bereich erhöhter Wandstärke des Trägers 16 für die Hüftgelenkendoprothese 10 wird somit eine erhöhte mechanische Festigkeit gerade in dem Bereich erzielt, der am häufigsten Knochendefekte aufweist. Der Bereich erhöhter Wandstärke führt dabei 5 zur Stabilisierung auch größerer Knochenzementmengen und ergibt insbesondere die Fähigkeit zur Aufnahme höherer Belastungen, sowie zur gleichmäßigen physiologischen Druckverteilung über die Bereiche verlaufender Wandstärke des Trägers 16 in den Oberschenkelknochen 13 hinein. Durch die gute Belastungsverteilung ergibt sich eine erheblich verbesserte Dauerhaftigkeit.

F i g. 2a bis 2f zeigen eine Trichternetzlangform zur Verwendung mit Hüftgelenkendoprothesen 10 mit gegenüber F i g. 1 erheblich verlängertem Prothesenschaft 11. Der alphornförmige Umriß ist hier aufgrund der Verlängerung des Trägers 16 noch stärker betont. Im übrigen gelten die oben zu F i g. 1 gemachten Ausführungen entsprechend.

Den Trägern 16 nach den F i g. 1 und 2 ist gemeinsam, daß der Träger an seinem unteren Ende halbkugelförmig geschlossen ist. Dies ergibt beim Einsetzen des Trägers in die Knochenhöhle 12 des Oberschenkelknochens 13 eine gewisse Führungswirkung und wirkt Verhakungen beim Einsetzen entgegen. Dies ist insbesondere bei engen Knochenhöhlen 12 von Bedeutung.

F i g. 3a bis 3e zeigen einen Träger 17 in Universalform mit offener Trägerspitze 18. Diese Form gestattet es, den Träger von der jeweiligen Länge des Prothesenschaftes 11 unabhängig zu machen, da sich das Ende des Prothesenschaftes 11 auch durch die offene Trägerspitze 18 hindurch erstrecken kann. Dennoch vermag auch der Träger 17 aufgrund der auf der Medialseite im Bereich seiner elliptisch ausgeformten oberen öffnung erhöhten Wandstärke (F i g. 3b) die hier im Bereich eines Knochendefektes 19 konzentrierten Druckkräfte abzubauen und für eine gleichmäßige Druckverteilung bei der physiologischen Einleitung der Kräfte in den Oberschenkelknochen 13 zu sorgen.

F i g. 4a zeigt eine Ausführungsform, bei der der Oberschenkelknochen 13 einen großen medialen Knochendefekt 20 aufweist. Zur Stabilisierung wird deshalb hier eine doppelwandige Sonderform mit zwei ineinandergestellten Trägern 21, 22 vorgesehen. Diese Sonderform wird auch dann eingesetzt, wenn der Oberschenkelknochen 13 durch wiederholte Voroperation eine stark ausgeweitete Knochenhöhle 12 aufweist. Bei der doppelwandigen Form umfaßt der innenliegende Träger 21 den Prothesenschaft 11 eng. Eine Verstärkung der Wandstärke auf der Medialweite ist für diesen Träger nicht unbedingt notwendig. Der außenliegende Träger 22, der den großen Knochendefekt 20 zu überbrücken hat, weist aber wieder die hier auf der Medialseite erheblich erhöhte Wandstärke auf, die in Längsrichtung des Trägers 22 ebenso wie in seiner Umfangsrichtung verläuft. Der Träger 21 wird dabei am Prothesenschaft 11 durch eine innenliegende Schicht von Knochenzement 23, der Träger 22 durch eine außenliegende Schicht vom Knochenzement 24 fixiert.

Bei Instellungbringen der Träger 16,17 wird wie folgt vorgegangen: Zunächst wird die Knochenhöhle 12 des Oberschenkelknochens 13 schrittweise aufgebohrt. Es wird sodann ein Träger ausgewählt, dessen Durchmesser 2 bis 3 mm kleiner als der Durchmesser der Aufbohrung ist. Beträgt beispielsweise der Durchmesser der Aufbohrung 17 mm, so wird der Träger mit einem Durchmesser der Trichterspitze von 14 mm ausgewählt. Nach Füllung des Trägers 16 mit Knochenzement 15 wird sodann der Träger durch die Hüftgelenkendoprothese 10 in die Knochenhöhle 12 eingedrückt und in dieser durch Aushärten des Knochenzementes 15 verankert.

Bei dem doppelwandigen Träger muß eine besondere Operationstechnik angewendet werden: Zunächst erfolgt die Vorbereitung des Oberschenkelknochens 13 wie oben beschrieben. Es wird dann jedoch der äußere Träger 22 mit Hilfe eines Spezialeinschlaggerätes mit Knochenzement in die Knochenhöhle 12 eingeschlagen. Um beim Aushärten des Knochenzementes 24 Platz zu schaffen für die mit dem Träger 21 einzusetzende Hüftgelenkendoprothese 10 wird sodann in die nach dem Einschlagen verbleibende Innenöffnung ein Platzhalteinstrument 25 eingeführt und bis zur Aushärtung des Knochenzementes 24 an Ort und Stelle belassen.

F i g. 5 zeigt das Platzhalteinstrument 25 in seiner Stellung während des Aushärtens des Knochenzementes 24. Die Form des Platzhalteinstrumentes 25 entspricht derjenigen des Prothesenschaftes 11 bzw. derjenigen des Trägers 21, das einschließlich des Knochenzementes 23 Platz in der entstehenden Höhlung haben muß.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Prothesenverankerungselement zur Verankerung einer Hüftgelenkendoprothese in der Knochenhöhle des Oberschenkelknochens mittels Knochenzement, in Form eines konisch verjüngten, metallischen Trägers mit alphornförmigem Umriß, dessen Wandung durch vielfache Durchbrechungen netzartig aufgelöst ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Trägers (16,17, 21, 22) im Bereich seiner elliptisch ausgeformten oberen Öffnung auf der Medialseite eine gegenüber der Wandstärke auf der Lateralseite erhöhte Wandstärke aufweist, und daß vom Bereich erhöhte r Wandstärke ausgehend die Wandstärke in Längsrichtung des Trägers zu dessen mit kreisförmigem Querschnitt ausgeformten verjüngten Bereich hin une in Umfangsrichtung abnimmt

2. Prothesenverankerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger doppelwandig ausgebildet ist (F i g. 4a).

3. Prothesenverankerungselement nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei ineinandergestellte Träger (21,22), die einen 10% übersteigenden Längenunterschied aufweisen.