WO2002064066A2

WO2002064066A2 - Implantierbare pfanne für hüftgelenk-endoprothesen

Info

Publication number: WO2002064066A2
Application number: PCT/EP2002/001422
Authority: WO
Inventors: Hans Ulrich STÄUBLI
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2003-08-14
Also published as: WO2002064066A3; DE10106863C2; DE10106863A1

Abstract

Eine implantierbare Pfanne für Hüftgelenk-Endoprothesen weist eine kugelschalenförmige Oberfläche und eine innere Aufnahme (19) für eine in die Pfanne einsetzbare Lagerschale auf. Zur Verankerung der Pfanne im Knochen besitzt die Oberfläche eine Struktur in Form von Pyramidenspitzen (16), die durch spanabhebendes Einarbeiten von Rechtsgewinde-Profilen und Linksgewinde-Profilen erzeugt ist. Die Profilhöhe dieser Gewindeprofile nimmt von der Eingangsebene (13) der Pfanne gegen deren Polbereich (15) hin ab.

Description

Beschreibung

Implantierbare Pfanne für Huftgelenk-Endoprothesen

Die Erfindung betrifft eine implantierbare Pfanne für Huftgelenk-Endoprothesen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Hüftgelenk-Totalendoprothesen wird auch die Hüftgelenkpfanne durch eine in den Beckenknochen implantierte künstliche Pfanne ersetzt. In den meisten Fällen wird heute eine zweiteilige Pfanne verwendet, die aus einer metallischen Pfanne besteht, welche in den Knochen implantiert wird, und einer in diese Pfanne einsetzbaren Lagerschale, die den Gelenkkopf aufnimmt. Die Lagerschale besteht aus einem verschleißfesten Werkstoff, der gute Gleiteigenschaften in der Paarung mit dem Gelenkkopf aufweist.

Für die zementfreie Befestigung der Pfanne in dem Knochen ist es bekannt, die Oberfläche der Pfanne mit einer Struktur zu versehen, die zur Verankerung der Pfanne in dem Knochen dient. Bei den sogenannten Schraubpfannen (z.B. EP 0 726 066 A2, DE 94 02 941 Ul) besteht diese Struktur aus einem Gewinde, welches auf der Oberfläche der Pfanne ausgebildet ist und sich beim Einschrauben der Pfanne in die Knochensubstanz einschneidet.

Weiter sind sogenannte Einpreßpfannen bekannt, die in das entsprechend ausgefräste Acetabulu eingedrückt werden. Die Einpreßpfannen weisen an der Oberfläche z.B. eine Kordelung auf (EP 0 381 351 AI) oder widerhakenartige Vorsprünge (US 5,755,799). Um eine ausreichende Verankerung der Pfanne in dem Knochen und insbesondere eine ausreichende Primärveranke- rung beim Einsetzen der Pfanne in den Knochen zu gewährleisten, muß die Pfanne eine gewisse Übergröße gegenüber dem ausgefrästen Acetabulum aufweisen. Dadurch wird ein im Bereich der Kordelung flächiger bzw. im Bereich der widerhakenförmigen Vorsprünge punktförmiger starker Druck auf das Knochengewebe ausgeübt, der langfristig zu einer Schädigung des Knochengewebes führen kann, die das Anwachsen des Knochens an die Pfanne beeinträchtigt oder sogar zu einer späteren Lockerung der Pfanne führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pfanne für die Hüftgelenk-Endoprothese zur Verfügung zu stellen, die mit geringem Druck eingepreßt werden kann und eine stabile Verankerung, insbesondere Primärverankerung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine implantierbare Pfanne mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Einarbeitung eines Rechtsgewindeprofils und eines Linksgewindeprofils in die Oberfläche der Pfanne werden pyramidenförmige Spitzen gebildet, die degressiv von der Eingangsseite der Pfanne gegen deren Pol hin in der Höhe abnehmen. Die Höhe der Pyramidenspitzen nimmt dabei so weit ab, daß sie bereits vor Erreichen des Poles auf Null abgenommen hat. Dadurch bleibt ein Bereich um den Pol der Pfannenoberfläche von den Pyramidenspitzen frei. Dieser Polbereich ist vorzugsweise abgeflacht, d.h. weist einen größeren Krümmungsradius auf. Die Oberfläche ist somit insbesondere durch drei unterschiedliche Krümmungsradien gekennzeichnet: den Kernradius im Bereich der Gewindeprofile, d.h. den Radius der Oberflä- J

ehe im Profilgrund; den Pyramidenspitzenradius, d.h. den Radius der Kugelfläche, in welcher die Spitzen der Pyramiden bzw. die Profilrücken liegen, und der aufgrund der abnehmenden Profilhöhe von dem Kernradius verschieden ist; den Polradius, d.h. den Radius des abgeflachten Polbereichs.

Zum Einsetzen der Pfanne wird das Acetabulum des Knochens im peripheren Bereich mit einem Radius ausgefräst, der dem Kernradius der Oberfläche der Pfanne entspricht. Die Pfanne kann dadurch mit einem geringen Druck eingepreßt werden, wobei die pyramidenförmigen Spitzen aufgrund ihrer gegen den Pol hin abnehmenden Höhe sich gegen die Eingangsebene der Pfanne zunehmend stärker in dem Knochengewebe verankern. Die durch die gegenläufigen Gewinde gebildeten Pyramidenspitzen sind in Urn- fangsrichtung auf Lücke gegeneinander versetzt, so daß sich eine starke Fixation der Pfanne gegen Rotation ergibt. Ebenso weisen die Pyramidenspitzen aufgrund der gegenläufigen Gewindeprofile und der abnehmenden Profilhöhe eine starke Asymmetrie in Meridianrichtung auf, so daß sich auch eine starke axiale Verankerung ergibt, die einer Lockerung der Pfanne entgegenwirkt und auch eine hohe Kippstabilität der Pfanne bewirkt. Diese gute Verankerung gegen Rotation, Axialbewegung und Kippen ergibt sich bereits unmittelbar beim Einpressen der Pfanne, so daß eine gute Primärverankerung gewährleistet ist. Diese stabile Primärverankerung stellt eine ausreichende Fixation der Pfanne beim Einsetzen dar, so daß in der Regel auf zusätzliche Fixationsschrauben verzichtet werden kann.

Die Ausbildung der Pyramidenspitzen durch eingefräste oder eingedrehte Gewindeprofile erzeugt eine großflächige strukturierte Oberfläche der Pfanne, ohne daß das Gesamtvolumen der Pfanne und damit die erforderliche Knochenresektion wesentlich vergrößert wird. Die große strukturierte Oberfläche und die relativ geringe erforderliche Knochenresektion begünstigen ein schnelles und gutes Einwachsen der Pfanne in dem Knochen.

Die Oberfläche der Pfanne kann nach der spanabhebenden Bear- beitung gegebenenfalls beschichtet oder oberflächenbearbeitet werden. Eine Beschichtung ist beispielsweise mit Hydroxyapa- titkeramik oder Titanplasma möglich. Eine Oberflächenbearbeitung kann z.B. durch Titankorundstrahlen durchgeführt werden.

Die Abflachung der Oberfläche der Pfanne im Polbereich bietet den Vorteil, daß in diesem Bereich, der zur Fixation der Pfanne nicht beiträgt, eine geringere Knochenmenge abgetragen werden muß .

Die innere Aufnahme der Pfanne für die Lagerschale ist in an sich bekannter Weise mit einer Konusfläche ausgebildet, deren Konuswinkel entsprechend der Materialpaarung von Pfanne und Lagerschale so gewählt werden kann, daß eine 'selbsthaltende Keilwirkung die Lagerschale in der Pfanne hält.

In einer vorteilhaften Ausbildung ist die innere Aufnahme der Pfanne mit einer Verdrehsicherung ausgebildet, die ein Einsetzen der Lagerschale in beliebiger stufenlos verstellbarer Drehstellung ermöglicht und die Lagerschale in der eingesetz- ten Stellung verdrehsicher fixiert. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die den Gelenkkopf aufnehmende Lagerfläche der Lagerschale nicht rotationssymmetrisch zur Mittelachse der Pfanne ausgebildet ist und in einer bestimmten Orientierung eingesetzt werden muß, wie dies beispielsweise bei einer Dysplasie notwendig sein kann. Auch in diesem Falle kann die

Pfanne in beliebiger Rotationsstellung eingesetzt werden, ohne daß dabei die spätere Orientierung der Lagerpfanne berücksichtigt werden muß. Da die Lagerschale keine Vorzugsorientierung in Bezug auf die Pfanne hat, kann die erforderliche Orientie- rung ohne Einschränkung beim Einsetzen der Lagerschale in die Aufnahme der Pfanne bewirkt werden. Die stufenlose Verdrehsicherung der Lagerschale gegen Rotation wird vorzugsweise durch eine zirkuläre Vielfachzahnung am Grund der inneren Auf- nähme der Pfanne bewirkt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht die spanabhebende Bearbeitung der Oberfläche der Pfanne,

Fig. 2 in einer schematischen Pol-Draufsicht auf die Pfanne die Anordnung der Gewindeprofile,

Fig. 3 in einer Umriß-Seitenansicht die Oberflächenform,

Fig. 4 eine Pol-Draufsicht auf die Pfanne,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Pfanne,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Eingangsseite der Pfanne mit Detaildarstellung der zirkulären Vielfach- zahnung am Grund der inneren Aufnahme der Pfanne und

Fig. 7 eine in der linken Hälfte axial geschnittene

Seitenansicht der Pfanne.

In Fig. 1 ist schematisch die Herstellung der Oberfläche der Pfanne dargestellt. Als Ausgang dient ein Pfannen-Rohling, dessen Oberfläche die Form einer Halbkugel oder Kugelkalotte hat. Die Oberfläche dieses Rohlings ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet. In diese Oberfläche 10 des halbkugelförmigen Rohlings werden spanabhe- bend Linksgewinde-Profile 11 und Rechtsgewinde-Profile 12 eingearbeitet, z.B. eingefräst. Die Profile 11 und 12 werden mit einer sich von der Eingangsebene 13 gegen den Pol 14 hin abnehmenden Tiefe eingearbeitet. Die Profile 11 und 12 haben somit im Bereich der Eingangsebene 13 die größte Profilhöhe. Die Profilhöhe nimmt ab, bis sie in einem gewissen Abstand von dem Pol 14 auf Null abgenommen hat. Dadurch ergibt sich ein Polbereich 15, in welchem keine Profile 11 und 12 mehr vorhanden sind. In Fig. 1 sind zur Verdeutlichung jeweils nur ein Linksgewinde-Profil 11 und ein Rechtsgewinde-Profil 12 eingezeich- net . Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden jedoch eine Vielzahl von Gewindegängen solcher Linksgewinde-Profile 11 und Rechtsgewinde-Profile 12 eingearbeitet, die in einer gleichmäßigen Teilung über den Umfang der Oberfläche der Pfanne verteilt sind. Durch die sich kreuzenden Linksgewinde-Profile 11 und Rechtsgewinde-Profile 12 werden jeweils Pyramidenspitzen 16 erzeugt, deren Höhe entsprechend der Abnahme der Profilhöhe von der Eingangsebene 13 gegen den Polbereich 15 hin abnimmt.

Durch diese Art der spanabhebenden Einarbeitung der Profile 11 und 12 ergibt sich, daß die Profilrücken und damit die Spitzen der Pyramidenspitzen 16 auf einer Kugeloberfläche mit einem Pyramidenspitzenradius liegen, wobei diese Oberfläche der ursprünglichen Oberfläche 10 des Rohlings entspricht. Der Profilgrund der Profile 11 und 12 liegt auf einer Oberfläche 17 die dem Kern der Gewindeprofile 11 und 12 entspricht. Diese

Oberfläche 17 weist einen Kernradius auf, der aufgrund der gegen den Pol hin abnehmenden Profilhöhe kleiner ist als der Pyramidenspitzenradius der Oberfläche 10. Der Polbereich 15, in welchem keine Profile 11 und 12 vorhanden sind, wird anschließend abgedreht, so daß dieser Polbereich 15 abgeflacht ist und einen Polradius aufweist, welcher größer ist als der Radius der ursprünglichen Oberfläche 10 des Rohlings .

In einer Ausführung der erfindungsgemäßen Pfanne sind größenabhängig z.B. etwa 20 Gänge der Linksgewinde-Profile 11 und 20 Gänge der Rechtsgewinde-Profile 12 eingearbeitet. Diese Gewin- deprofile 11 und 12 weisen jeweils einen Steigungswinkel von etwa 18° auf. Die Höhe der Profile 11 und 12 und damit die Höhe der Pyramidenspitzen 16, d.h. der radiale Abstand zwischen den Kugeloberflächen 10 und 17 beträgt im Bereich der Eingangsebene 13 etwa 0,8 bis 1,5 mm und nimmt kontinuierlich bis zu dem Polbereich 15 hin auf Null ab.

Vorzugsweise ist an dem Pol 14 eine Öffnung 18 vorgesehen. Beim Einsetzen der Pfanne kann durch diese Öffnung 18 kontrolliert werden, ob die Pfanne mit dem Polbereich 15 auf dem Grund des Acetabulums aufsitzt. Die Aussparung der Öffnung 18 hat zudem einen vorteilhaften markraumdekomprimierenden Effekt.

Wie aus den Figuren 6 und 7 zu erkennen ist, weist die Pfanne eine innere Aufnahme auf, in welche die nicht dargestellte Lagerschale einsetzbar ist. Die Aufnahme hat zunächst angrenzend an die Eingangsebene 13 die Form eines Innenkonus 19. Dieser Innenkonus 19 dient zur Aufnahme und axialen und radialen Positionierung der Lagerschale, die hierzu einen entsprechenden Außenkonus aufweist.

Besteht die Lagerschale aus einem harten Werkstoff, z.B. aus Keramik oder Metall, so wird die Lagerschale vorzugsweise selbsthemmend in dem Innenkonus 19 gehalten. Der Konuswinkel des Innenkonus 19 und des Außenkonus der Lagerschale sind in diesem Falle so gewählt, daß entsprechend der Materialpaarung von Pfanne und Lagerschale Selbsthemmung eintritt. Besteht die Lagerschale aus einem Kunststoff, der eine gewisse Elastizität aufweist, so ist vorzugsweise anschließend an den inneren Rand des Innenkonus 19 eine hinterschnittene Nut 20 eingestochen, in welche die Lagerschale mit einem entsprechenden Wulst oder entsprechenden Vorsprüngen einrastet.

Zur Verdrehsicherung der Lagerschale in der Pfanne ist in einem gegen den Grund der Aufnahme hin sich an die Nut 20 anschließenden Abschnitt 21 eine zirkuläre Vielfachzahnung 22 ausgebildet. Diese zirkulär angeordnete Vielfachzahnung 22 besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von in gleicher Teilung über den Umfang verteilten geringfügig nach innen ragenden spitzen Zähnen. An den Abschnitt 21 schließt sich ein abgeflachter Boden 23 der Aufnahme an.

Die Lagerschale kann in beliebiger stufenlos verdrehbarer Stellung in die Aufnahme der Pfanne eingesetzt werden. Ist die Lagerschale soweit in die Aufnahme eingedrückt, daß sie in die Nut 20 einrastet, so drücken sich die Zähne der Zahnung 22 radial in den Umfang der Lagerschale und fixieren diese spielfrei gegen eine Drehung.

In dieser Ausführung ist die Lagerschale nicht am peripheren Rand der inneren Aufnahme sondern an deren Grund in der Pfanne fixierbar. Eine Schwächung der Maximaldicke der Lagerschale in Richtung der hüftresultierenden Kräfte tritt daher nicht auf.

Es ist offensichtlich, daß die Form der durch die Gewindeprofile 12 und 13 gebildeten Pyramidenspitzen 16 von dem Profilquerschnitt der Profile 11 und 12 bestimmt ist. Weisen die Profile 11 und 12 einen symmetrischen Profilquerschnitt auf, so ergibt sich eine im Axialschnitt symmetrische Pyramidenform. Weisen die Profile 11 und 12 eine asymmetrische Profilform auf, so ergeben sich andere Pyramdenfor en der Pyramidenspitzen 16. Weisen die Profile 11 und 12 beispielsweise eine gegen den Pol 14 gewandte flache Profilflanke und eine gegen die Eingangsebene 13 gewandte steile Profilflanke auf, so ergeben sich Pyramidenspitzen 16, die widerhakenförmig ausgebildet sind. Die flachen Profilflanken erleichtern das Einpressen der Pfanne in das Acetabulum, während die steilen Profilflan- ken das Verhaken der Pfanne in dem Knochen und damit insbesondere die Primärverankerung begünstigen.

Um eine Positionierung der Pfanne in einfacher Weise und mit hoher anatomischer Präzision zu ermöglichen, kann die Pfanne mit einer Navigations- oder Zielvorrichtung verbunden sein. Hierzu werden Marker (z.B. Leüchtdioden) an der Pfanne angeordnet, um deren Lage und räumliche Ausrichtung mittels einer Erfassungseinheit zu erfassen und rechnergestützt auszuwerten und bildlich auf einem Monitor darzustellen. Mittels C-Arm-Modulen kann die Pfanne zweidimensional und dreidimensional navigiert und in die geplante Position gebracht werden.

Bezugszeichenliste

10 Oberfläche des Rohlings

11 Linksgewinde-Profil 12 Rechtsgewinde-Profil

13 Eingangsebene

14 Pol

15 Polbereieh

16 Pyramidenspitzen 17 Oberfläche des Profilgrundes

18 Öffnung

19 Innenkonus 20 Nut

21 Abschnitt 22 Zirkuläre Vielfachzahnung 23 Boden

Claims

Patentansprüche

1. Implantierbare Pfanne für Huftgelenk-Endoprothesen, mit einer kugelschalenförmigen Oberfläche und vorzugsweise ei- ner inneren Aufnahme für eine in die Pfanne einsetzbare

Lagerschale, wobei die Oberfläche zur Verankerung im Knochen eine Struktur aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Struktur der Oberfläche durch spanabhebendes Einarbei- ten von Linksgewinde-Profilen (11) und Rechtsgewinde- Profilen (12) erzeugt ist, wobei diese Gewindeprofile (11, 12) die gleiche Gewindesteigung aufweisen und von der Eingangsebene (13) der Pfanne gegen den Pol (14) der Oberfläche hin in der Profilhöhe abnehmen.

2. Pfanne nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Profilhöhe der Gewindeprofile (11, 12) in Richtung gegen den Pol (14) auf Null abnimmt, wodurch ein Polbereich (15) ohne Gewindeprofile (11, 12) freibleibt.

3. Pfanne nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Oberfläche der Pfanne in dem Polbereich (15) abge- flacht ist.

4. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass größenabhängig etwa 20 Gewindegänge des Linksgewinde- Profils (11) und 20 Gewindegänge des Rechtsgewinde-Profils (12) vorhanden sind.

5. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gewindeprofile (11, 12) einen Gewindesteigungswinkel von etwa 18° aufweisen.

6. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gewinderücken der Gewindeprofile (11, 12) auf einer Oberfläche (10) mit einem Spitzenradius, der Grund der Ge- weindeprofile (11, 12) auf einer Oberfläche (17) mit einem Kernradius liegen und der Polbereich (15) mit einem Polra- dius abgeflacht ist, wobei der Polradius größer als der

Spitzenradius und der Kernradius kleiner als der Spitzenradius ist.

7. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Linksgewinde-Profile (11) und die Rechtsgewinde- Profile (12) ein asymmetrisches Gewindeprofil aufweisen, wobei insbesondere die dem Pol (14) zugewandte Flanke dieses Gewindeprofils flacher ist als die der Eingangsebene (13) zugewandte Flanke.

8. Pfanne nach einem der vohergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Oberfläche eine Beschichtung oder Oberfläc enbearbei- tung aufweist.

9. Pfanne nach einem der vorhergehenden- Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Lagerschale in die innere Aufnahme der Pfanne in be- liebiger Drehstellung einsetzbar ist und verdrehsicher fixiert ist.

10. Pfanne nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h-n e t, dass am Innenumfang der Aufnahme eine zirkuläre Vielfachverzahnung (22) vorgesehen ist, die zur Verdrehsicherung in die Lagerschale eingreift.

11. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Bereich des Poles (14) eine zentrale Öffnung (18) zur

Kontrolle und Markraumdekompression vorgesehen ist.

12. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Pfanne zur anatomischen Positionierung mit einer Navigationseinrichtung gekoppelt ist.