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WO2008015290A1 - Mit poröser aussenhülle versehene metallpfanne zur verringerung der pfannendeformation in pressfit-situationen - Google Patents

Mit poröser aussenhülle versehene metallpfanne zur verringerung der pfannendeformation in pressfit-situationen Download PDF

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WO2008015290A1
WO2008015290A1 PCT/EP2007/058129 EP2007058129W WO2008015290A1 WO 2008015290 A1 WO2008015290 A1 WO 2008015290A1 EP 2007058129 W EP2007058129 W EP 2007058129W WO 2008015290 A1 WO2008015290 A1 WO 2008015290A1
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WO
WIPO (PCT)
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porous outer
outer coating
metal
pelvic bone
cup
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2007/058129
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Preuss
Dr. Thomas Pandorf
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.)
Ceramtec GmbH
Original Assignee
Ceramtec GmbH
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 Ceramtec GmbH filed Critical Ceramtec GmbH
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    • A61F2310/00011—Metals or alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metal cup which is implantable directly into the pelvic bone of a patient and is part of a hip joint prosthesis, with a permitted cup deformation by the elasticity of the pelvic bone in the loading state and the metal cups produced by this method.
  • the market has a variety of prosthetic systems for the replacement of the natural hip joint. These usually consist of a shaft 1 coupled to a ball head 2 and a metal pan 4 coupled with a pan insert 3. Shank 1 and metal pan 4 are connected to the body by ingrowth in the Oberschenkel construction.
  • the ball head 2 is rotatably mounted in the cup of the cup insert 3 - degree of freedom: 1 (see Figure 1).
  • Metal pans are coupled to the pelvic bone by various techniques during the primary fixation operation.
  • a common type of fixation is the clamping of the metal cup by means of pressfit. This represents a form of coupling which in the technical sense is attributable to the oversize connections, i. the external geometry of the metal cup is greater than the cup holder created by the doctor by milling out the acetabulum. The thus acting after the introduction of the pan from the pelvic bone on the pan normal forces and consequently frictional forces ensure the primary anchoring of the metal pan.
  • the deformation of the pan can lead to an increased risk of the formation of stripe-wear, which is a possible cause of the occurrence of the squeaking phenomenon.
  • the invention has for its object to improve a method according to the preamble of claim 1 so that asymmetric deformations of the metal pan are compensated by the elasticity of the pelvic bone in the load state. Furthermore, a metal pan is to be specified, which is produced by this method.
  • the metal pan is provided with a thick-walled, porous outer coating whose stiffness is adjusted so that the layer collapses in the load state when a voltage corresponding to the permitted pan deformation is exceeded.
  • asymmetrical deformations of the metal cup are compensated by the elasticity of the pelvic bone in the load state.
  • Collapse is understood to mean the collapse or breakage of the porous outer coating. This collapse takes place at the points of the porous outer coating, at which the permitted corresponding voltage is exceeded.
  • a pan deformation therefore means the deformation of the metal pan.
  • the porous outer coating is realized with a closed-pore structure, which collapses when the metal pan is inserted into the pelvic bone when the corresponding tension is exceeded. However, the fragments remain within the structure so that there is no inflammatory risk.
  • the porous outer coating is realized with an open-pore structure, which collapses during the introduction of the metal pan in the pelvic bone when the corresponding voltage is exceeded. This collapse is to be understood as a plastic deformation. There are no free fragments. The pelvic bone can grow into the remaining pores of the biocompatible material.
  • the porous outer coating can be realized with areas with a closed-pore structure and with areas with an open-pore structure.
  • the outer coating is produced in an inventive embodiment with a thickness of at least 0.1 mm, preferably with a thickness of at least 0.5 mm.
  • a metal cup according to the invention for direct implantation into the pelvic bone of a patient, as part of a hip joint prosthesis, produced in particular by the method described, is characterized in that the metal cup has a thick-walled, porous outer coating which has a closed-pore and / or open-pore structure.
  • the metal pan can compensate for asymmetrical deformations due to the elasticity of the pelvic bone in the loaded state.
  • the thickness of the porous outer coating is at least 0.1 mm, preferably at least 0.5 mm. - A -
  • FIG. 1 shows the state of the art.
  • a hip prosthesis usually consists of a shaft 1, the shaft head 7 is coupled to a ball head 2 and a metal pan 4 coupled with a pan insert 3.
  • Shank 1 and metal pan 4 are connected to the body of the patient by ingrowth in the femoral 20 and Connected pelvic bone 21 and are carriers for the ball head 2 and Pfannendon 3.
  • the ball head 2 is rotatably mounted in the calotte of the socket insert 3.
  • FIG. 2 shows a metal pan 4 according to the invention, which is provided with a thick-walled, porous outer coating 5. Their stiffness is adjusted so that the outer coating 5 collapses in the load state when a voltage corresponding to the permitted ladle deformation is exceeded.
  • the metal pan 4 shown in FIG. 2 has a porous outer coating 5 with a closed-pored structure which collapses when the metal pan 4 is inserted into the pelvic bone 21 when the corresponding voltage is exceeded.
  • FIG. 3 likewise shows a metal pan 4 according to the invention, which is provided with a thick-walled, porous outer coating 5. Their stiffness is adjusted so that the outer coating 5 collapses in the load state when a voltage corresponding to the permitted ladle deformation is exceeded.
  • the metal pan 4 shown in Figure 3 has a porous outer coating 5 with an open-pore structure, which collapses during insertion of the metal pan 4 in the pelvic bone 21 when the corresponding voltage is exceeded.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Metallpfanne (4), die direkt in den Beckenknochen eines Patienten implantierbar ist und Teil einer Hüftgelenkprothese ist, mit einer erlaubten Pfannendeformation durch die Elastizität des Beckenknochens im Belastungszustand. Damit asymmetrische Verformungen der Metallp'fanne durch die Elastizität des Beckenknochens im Belastungszustand kompensiert werden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Metallpfanne (4) mit einer dickwandigen, porösen Außenbeschichtung (5) versehen wird, deren Steifigkeit so eingestellt wird, dass die Schicht im Belastungszustand kollabiert, wenn eine der erlaubten Pfannendeformation entsprechende Spannung überschritten wird.

Description

MIT PORÖSER AUSSENHÜLLE VERSEHENE METALLPFANNE ZUR VERRINGERUNG DER PFANNENDEFORMATION IN PRESSFIT-SITUATIONEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Metallpfanne, die direkt in den Beckenknochen eines Patienten implantierbar ist und Teil einer Hüftgelenkprothese ist, mit einer erlaubten Pfannendeformation durch die Elastizität des Beckenknochens im Belastungszustand und die mit diesem Verfahren hergestellten Metallpfannen.
Im Markt existiert eine Vielzahl von Prothesen-Systemen zum Ersatz des natürlichen Hüftgelenkes. Diese bestehen in der Regel aus einem Schaft 1 gekoppelt mit einem Kugelkopf 2 und einer Metallpfanne 4 gekoppelt mit einem Pfanneneinsatz 3. Schaft 1 und Metallpfanne 4 sind mit dem Körper durch Einwachsen in den Oberschenkelbzw. Beckenknochen verbunden und sind Träger für den Kugelkopf 2 bzw. Pfanneneinsatz 3. Der Kugelkopf 2 ist in der Kalotte des Pfanneneinsatzes 3 drehbar gelagert - Freiheitsgrad: 1 (siehe Figur 1).
Metallpfannen werden im Lauf der Operation zur primären Fixierung durch verschiedene Techniken mit dem Beckenknochen gekoppelt. Eine verbreitete Fixierungsart ist das Klemmen der Metallpfanne mittels Pressfit. Dies stellt eine Form der Kopplung dar, welche im technischen Sinn den Übermaßverbindungen zuzuordnen ist, d.h. die Außengeometrie der Metallpfanne ist größer als die vom Arzt durch Ausfräsen des Acetabulums geschaffene Pfannenaufnahme. Die so nach dem Einbringen der Pfanne vom Beckenknochen auf die Pfanne wirkenden Normalkräfte und infolgedessen Reibkräfte stellen die primäre Verankerung der Metallpfanne sicher.
Aufgrund der inhomogenen Eigenschaften des Beckenknochens erfolgt in der Regel eine asymmetrische Belastung der Metallpfanne in der Pressfit-Situation, welche eine asymmetrische Verformung der Metallpfanne zur Folge haben kann. Dies ist prinzipiell unerwünscht, da die asymmetrische Verformung der Metallpfanne das Einbringen der Pfanneneinsätze erschwert bzw. im weiteren Verlauf zur asymmetrischen Belastung und Verformung der Pfanneneinsätze führen kann. Mögliche weitere Auswirkungen sind dann Beschädigungen des Pfanneneinsatzes und/oder Ein- schränkung der Funktion der Gleitpaarung durch lokale Verringerung des Kalottendurchmessers des Pfanneneinsatzes.
Weiterhin kann die Deformation der Pfanne zu einer erhöhten Gefahr der Ausbildung von Stripe-Wear führen, was eine mögliche Ursache für das Auftreten des Quietschphänomens darstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass asymmetrische Verformungen der Metallpfanne durch die Elastizität des Beckenknochens im Belastungszustand kompensiert werden. Ferner soll eine Metallpfanne angegeben werden, welche nach diesem Verfahren hergestellt ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Metallpfanne mit einer dickwandigen, porösen Außenbeschichtung versehen wird, deren Steifigkeit so eingestellt wird, dass die Schicht im Belastungszustand kollabiert, wenn eine der erlaubten Pfannendeformation entsprechende Spannung überschritten wird. Hierdurch werden asymmetrische Verformungen der Metallpfanne durch die Elastizität des Beckenknochens im Belastungszustand kompensiert. Unter Kollabieren wird das Zusammenfallen oder das Brechen bzw. Einbrechen der porösen Außenbeschichtung verstanden. Dieses Kollabieren erfolgt an den Stellen der porösen Außenbeschichtung, an denen die erlaubte entsprechende Spannung überschritten wird. Unter Pfanne wird in dieser Beschreibung immer die Metallpfanne verstanden. Eine Pfannendeformation bedeutet daher die Deformation der Metallpfanne.
Das Kollabieren kann durch zwei Mechanismen erreicht werden, welche nachfolgend vorgestellt werden. Nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die poröse Außenbe- schichtung mit einer geschlossenporigen Struktur realisiert, die während des Einbringens der Metallpfanne in den Beckenknochen bei Überschreiten der entsprechenden Spannung kollabiert. Die Bruchstücke verbleiben aber innerhalb der Struk- tur, so dass kein entzündliches Risiko besteht.
Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die poröse Außenbe- schichtung mit einer offenporigen Struktur realisiert, die während des Einbringens der Metallpfanne in den Beckenknochen bei Überschreiten der entsprechenden Spannung kollabiert. Dieses Kollabieren ist als plastische Deformation zu verstehen. Es entstehen keine freien Bruchstücke. Der Beckenknochen kann in die verbleibenden Poren des biokompatiblen Materials einwachsen.
Die poröse Außenbeschichtung kann mit Bereichen mit einer geschlossenporigen und mit Bereichen mit einer offenporigen Struktur realisiert werden.
Die Außenbeschichtung wird in einer erfinderischen Ausgestaltung mit einer Dicke von mindestens 0,1 mm, bevorzugt mit einer Dicke von mindestens 0,5 mm hergestellt.
Eine erfindungsgemäße Metallpfanne zur direkten Implantation in den Beckenknochen eines Patienten, als Teil einer Hüftgelenkprothese, hergestellt insbesondere mit dem beschriebenen Verfahren, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- pfanne eine dickwandige, poröse Außenbeschichtung aufweist, die eine geschlossenporige und/oder offenporige Struktur aufweist. Hierdurch kann die Metallpfanne asymmetrische Verformungen durch die Elastizität des Beckenknochens im Belastungszustand kompensieren.
In einer erfinderischen Ausgestaltung beträgt die Dicke der porösen Außenbe- Schichtung mindestens 0,1 mm, bevorzugt mindestens 0,5 mm. - A -
Nachfolgend werden der Stand der Technik und die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt den Stand der Technik. Eine Hüftprothese besteht in der Regel aus einem Schaft 1 , dessen Schaftkopf 7 mit einem Kugelkopf 2 gekoppelt ist und einer Metallpfanne 4 gekoppelt mit einem Pfanneneinsatz 3. Schaft 1 und Metallpfanne 4 sind mit dem Körper des Patienten durch Einwachsen in den Oberschenkel- 20 bzw. Beckenknochen 21 verbunden und sind Träger für den Kugelkopf 2 bzw. Pfanneneinsatz 3. Der Kugelkopf 2 ist in der Kalotte des Pfanneneinsatzes 3 drehbar gelagert.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Metallpfanne 4, die mit einer dickwandigen, porösen Außenbeschichtung 5 versehen ist. Deren Steifigkeit ist so eingestellt, dass die Außenbeschichtung 5 im Belastungszustand kollabiert, wenn eine der erlaubten Pfannendeformation entsprechende Spannung überschritten wird. Die in Figur 2 dargestellte Metallpfanne 4 weist eine poröse Außenbeschichtung 5 mit einer ge- schlossenporigen Struktur auf, die während des Einbringens der Metallpfanne 4 in den Beckenknochen 21 bei Überschreiten der entsprechenden Spannung kollabiert.
Figur 3 zeigt ebenfalls eine erfindungsgemäße Metallpfanne 4, die mit einer dickwandigen, porösen Außenbeschichtung 5 versehen ist. Deren Steifigkeit ist so eingestellt, dass die Außenbeschichtung 5 im Belastungszustand kollabiert, wenn eine der erlaubten Pfannendeformation entsprechende Spannung überschritten wird. Die in Figur 3 dargestellte Metallpfanne 4 weist eine poröse Außenbeschichtung 5 mit einer offenporigen Struktur auf, die während des Einbringens der Metallpfanne 4 in den Beckenknochen 21 bei Überschreiten der entsprechenden Spannung kollabiert.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung einer Metallpfanne (4), die direkt in den Beckenknochen (21 ) eines Patienten implantierbar ist und Teil einer Hüftgelenkprothese ist, mit einer erlaubten Pfannendeformation durch die Elastizität des Beckenkno- chens (21 ) im Belastungszustand, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpfanne (4) mit einer dickwandigen, porösen Außenbeschichtung (5) versehen wird, deren Steifigkeit so eingestellt wird, dass die Schicht im Belastungszustand kollabiert, wenn eine der erlaubten Pfannendeformation entsprechende Spannung überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Außenbeschichtung (5) mit einer geschlossenporigen Struktur realisiert wird, die während des Einbringens der Metallpfanne (4) in den Beckenknochen (21 ) bei Überschreiten der entsprechenden Spannung kollabiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Außen- beschichtung (5) mit einer offenporigen Struktur realisiert wird, die während des
Einbringens der Metallpfanne (4) in den Beckenknochen (21 ) bei Überschreiten der entsprechenden Spannung kollabiert.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Außenbeschichtung (5) mit Bereichen mit einer geschlossenporigen und Berei- chen mit einer offenporigen Struktur realisiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbeschichtung (5) mit einer Dicke von mindestens 0,1 mm, bevorzugt mit einer Dicke von mindestens 0,5 mm hergestellt wird.
6. Metallpfanne zur direkten Implantation in den Beckenknochen eines Patienten, als Teil einer Hüftgelenkprothese, hergestellt insbesondere mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpfanne (4) eine dickwandige, poröse Außenbeschichtung (5) aufweist, die eine geschlossenporige und/oder offenporige Struktur aufweist.
7. Metallpfanne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der porösen Außenbeschichtung (5) mindestens 0,1 mm, bevorzugt mindestens 0,5 mm beträgt.
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