DE2819178A1

DE2819178A1 - Alloplastische endoprothese, insbesondere kappenprothese

Info

Publication number: DE2819178A1
Application number: DE19782819178
Authority: DE
Inventors: Arnold Keller
Original assignee: Waldemar Link GmbH and Co KG
Current assignee: Waldemar Link GmbH and Co KG
Priority date: 1978-05-02
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1979-11-15

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine alloplastische Endoprothese, insbesondere Kappenprothese, mit einer mittels einer dünnen Zementschicht zu befestigenden, Vorsprünge tragenden Befestigungsfläche.
Eine den Verbund mit der Zementschicht verbessernde Oberflächenstrukturierung der Befestigungsfläche ist in zwei Formen bekannt, nämlich erstens als Aufrauhung in Form paralleler Riffeln (Der Orthopäde, 1978, S. A 6 - PROTEK-Annonce) und zweitens bei Kappenprothesen in Form meridialer und ggf. circumferentialer Rippen (DE-OS 25 12 407 r DE-GM 77 14 799). Die Aufrauhung oder Riffelung ergibt eine gewisse Haftungsverbesserung, wenn die Zementschicht vergleichweise dick ist und daher, beispielsweise als ein einen Prothesenschaft umgebender Knochenzementköcher, als zusammenhängender und in sich starrer Körper fest an der Befestigungsfläche der Prothese anliegt. Man strebt jedoch in vielen Fällen möglichst dünne Zementschichten an, die nicht ohne weiteres als starr betrachtet werden können. Man muß damit rechnen, daß sie sich infolge unterschiedlicher Dehnungseigenschaften stellenweise ein wenig von der Befestigungsfläche abheben. Sie verlieren dann infolge der Kleinformatigkeit der durch Aufrauhung oder Riffelung gebildeten Oberflächenvorsprünge den formschlüssigen Kontakt mit der Befestigungsfläche, wodurch der Verbund wirkungslos wird. Man muß auch damit rechnen, daß unter Wechselbeanspruchungen Relativbewegungen zwischen der Befestigungsfläche und der Zementschicht stattfinden, bei der die Aufrauhungen und Riffelungen abrasiv auf den Zement einwirken.
Die abgeschabten Partikel werden von der Synovialflüssigkeit herausgespült und entfalten die bekannten schädlichen Wirkungen. Der fortschreitende Verschleiß verschlechtert die Haftung, so daß eine kleinformatige Aufrauhung oder Riffelung in Verbindung mit dünnen Zementschichten unter Umständen schlechtere Endergebnisse liefert als eine aufrauhungsfreie Befestigungsfläche. - Meridiale Rippen bei Kappenprothesen gemäß der anderen Art von Oberflächenstrukturierung haben eine dreiecksförmige, spitze Querschnittsgestalt. Die Haftung zwischen der Befestigungsfläche und der Zementschicht vermögen sie nicht zu verbessern, weil sie die Haftoberfläche kaum vergrößern. Zwischen den einzelnen Rippen bleiben verhältnismäßig große Flächenbereiche, in denen sich unterschiedliche Dehnungen zwischen der die Befestigungsfläche bildenden Prothese und der Zementschicht mit lösender Wirkung auf summieren können.
Treten dann parallel gerichtete Relativverschiebungen zwischen der Befestigungsfläche und der Zementschicht auf, so sprengen die schrägen Flanken der Rippen die Zementschicht von der Befestigungsfläche ab und fördern somit mehr die Lösung dieser Teile voneinander als die Haftung Ihre Aufgabe besteht deshalb auch weniger in einer Haftungsverbesserung als vielmehr in einer Verhinderung größerer Relativbewegungen der Kappe nach Lösung des Verbunds mit der Zementschicht. Die scharfkantige Form der Rippen hat überdies den Nachteil, daß sie infolge Kerbwirkung den Bruch der Zementschicht im Bereich der Rippen erleichtert. Außerdem führen sie bei Relativbewegungen zu einer Schabewirkung mit entsprechend vermehrtem Zementabrieb. - Wenn gemäß der anderen bekannten Kappenprothese eine Vielzahl dicht angeordneter circumferential verlaufender Rippen mit meridial verlaufenden Nuten kombiniert wird, so erreicht man einen besseren Verbund zwischen der Befestigungsfläche und der Zementschicht; jedoch haben auch dabei die flach geneigten Flanken der Rippen den Nachteil, daß sie im Falle einer schichtparallelen Relativbewegung die Zementschicht von der Befestigungsfläche absprengen, weil sie der Bewegung eine senkrecht zur Schichtfläche gerichtete Komponente verleihen. Wenn einmal eine Lockerung stattgefunden hat, so führt die Vielzahl der scharfen Rippen zu starkem Zementabrieb Schließlich hat diese bekannte Kappenprothese den Nachteil, daß bei sehr dünner Zementschicht die parallelen Rippen einzelne, dünne Zementstreifen voneinander abtrennen, die infolge mangelnder gegenseitiger Verbindung ihren Halt und ihre korrekte Lage verlieren können, wodurch sie nicht nur ihre Fähigkeit zur paßgenauen Verbindung der Prothese mit dem Knochen verlieren sondern bei unkorrekter Lage im Gegenteil als scharfkantige Grobelemente eine zerstörerische Wirkung auf die Knochenoberfläche ausüben können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine alloplastische Endoprothese, insbesondere Kappenprothese, mit haftungsverbessernden Vorsprüngen an der Befestigungsfläche zu schaffen, die auch bei Verwendung dünner Zementschichten einen dauernden, festen Verbund gewährleisten, ohne den mechanischen Zusammenhang der Zementschicht zu gefährden und ohne im Falle einer unerwünschten Lockerung des Verbunds zu erhöhter Abrasion zu führen.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die allseits begrenzt ausgebildeten Vorsprünge einen im wesentlichen lotrecht zur Befestigungsfläche verlaufenden Oberflächenanteil aufweisen.
Die erfindungsgemäße Lösung setzt sich somit aus zwei Merkmalen zusammen, nämlich einerseits aus dem Merkmal, daß die Vorsprünge allseits begrenzt ausbildet sind, daß es sich also um Einzelvorsprünge handelt, die irgendwie auf der Befestigungsfläche verteilt sein mögen und zwischen sich ausreichend Platz für eine durchgehende Schichtstruktur lassen, und andererseits aus dem Merkmal, daß die einzelnen Vorsprünge im wesentlichen lotrecht zur Befestigungsfläche verlaufende Oberflächenanteile aufweisen, so daß schichtparallel verlaufende Spannungen der Zementschicht von den Vorsprüngen aufgenommen werden können, ohne daß eine senkrecht dazu wirkende, trennende Kraftkomponente erzeugt wird.
Die seitliche Ausdehnung der Vorsprünge ist zweckmäßigerweise in keiner Richtung größer als ihre fünffache Höhe, wobei sogar vorzugsweise die seitliche Ausdehnung der Vorsprünge (in zumindest einer Querrichtung) nicht wesentlich größer als ihre Höhe ist. Man vermeidet auf diese Weise Längsstrukturierungen innerhalb der Befestigungsfläche, die zu Aufspaltungen der Zementschicht Anlaß geben können. In diesem Sinne ist es auch vorteilhaft, wenn die Vorsprünge eine von scharfen Ecken freie Oberflächenform haben, damit in der Zementschicht keine Kerbwirkungen entstehen.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung der Vorsprünge in kugeliger Form. Mit anderen Worten soll die Oberfläche der Vorsprünge in wesentlichen Bereichen angenäherte Kugelgestalt haben.
Die Höhe und mindestens eine Querabmessung der Vorsprünge liegen zweckmäßigerweise zwischen o,4 und 2 mm. Eine besonders bevorzug-te Größenordnung liegt bei 1 mm.
Dabei sollen zwischen den Vorsprüngen ausreichende Zwischenräume verbleiben, damit die Zementschicht nicht nur oberhalb sondern auch (im Falle sehr dünner Ausführung) zwischen den Vorsprüngen in sich einen netzartigen und damit stabilen Verbund zeigt.
Der Abstand der einzelnen Vorsprünge voneinander sollte 1o mm im Mittel nicht übersteigen, damit die innerhalb eines Flächenelements zwischen den Vorsprüngen auftretenden Deiinungskräfte möglichst ohne Relativbewegungen von den zugehörigen Vorsprüngen aufgenommen werden. Besser ist ein mittlerer Abstand der Vorsprünge, der nicht größer als die mittlere fünffache Höhe der Vorsprünge ist. Wenn die Vorsprünge eine längliche Struktur (in Richtung parallel zur Befestigungsfläche) aufweisen, sollen sie im allgemeinen nicht parallel zueinander angeordnet sein, damit nicht Dehnungskräfte in der Zementschicht sich parallel zur Richtung der Vorsprünge auf summieren und zu Relativbewegungen führen können. Länglich ausgebildete Vorsprünge sollen deshalb einen von Oo deutlich verschiedenen Winkel miteinander einschließen.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Darin zeigen: Fig. 1 eine Kappenprothese in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 u. 3 Schnittdarstellung durch die Befestigungsfläche einer Prothese mit Zementschicht in vergrößerter Darstellung und Fig 4 bis 6 Draufsichten auf die Befestigungsfläche einer Prothese in weniger stark vergrößerter Darstellung.
Hüftkopfkappen gemäß Fig. 1 werden nach Abfräsen des Femurkopfes auf den verbliebenen Knochenteil mit einer Zementzwischenlage aufgesetzt, um eine neue Gleitschale gegenüber dem Azetabulum zu bilden. Eine solche Kappenprothese 1 ist gemäß der Erfindung auf der Innen seite mit perlenartigen Vorsprüngen 2 besetzt. Meridial verlaufende Streifen 3 sind im wesentlichen frei von derartigen Vorsprüngen gelassen, um einen Luftausweg zu bilden.
Das Zusammenwirken der Vorsprünge mit der Zementschicht veranschaulichen Fig. 2 und 3, in denen die Vorsprünge zum einen in dichter und zum anderen in lockerer, einschichtiger Anordnung vorgesehen sind. Auf der Befestigungsfläche 4 der Prothese 1 sind die Vorsprünge 5 mit kugelförmiger Grundform aufgebracht. Sie können mit der Prothese aus einem Stück, beispielsweise im Gießverfahren, hergestellt sein. Sie könnten auch nachträglich mit der Befestigungsfläche 4 verbunden sein, beispielsweise durch ein Schweiß-, Löt- oder Klebeverfahren.
Man erkennt, daß sich eine innige Verzahnung zwischen der Zementschicht 6 und der Befestigungsfläche ergibt. Je enger die Vorsprünge angeordnet sind, umso inniger ist die Verbindung. Jedoch sind auch noch bei der relativ lockeren Anordnung gemäß Fig. 3 die zwischen benachbarten Vorsprüngen 5 befindlichen Zementfelder 7 von begrenzter Größe, so daß die darin durch gegenüber dem Prothesenmaterial unterschiedliche Dehnungseigenschaften entstehenden Kräfte von den Vorsprüngen 5 aufgenommen werden können. Da diese abgerundet sind, geschieht die Kraftübertragung ohne Entstehung schädlicher Kerbwirkungen im Zementmaterial, die zu Rissebildung Anlaß geben könnten. Bei der Kraftübertragung entstehen auch keine quer zur Befestigungsfläche verlaufenden Kraftkomponenten, weil die Vorsprünge Oberflächenteile aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zur Befestigungsfläche verlaufen.
Die zwischen den einzelnen Vorsprüngen befindlichen Felder der Zementschicht werden durch die Vorsprünge nicht wesentlich voneinander getrennt, so daß zwar einerseits eine verteilte Kraftaufnahme durch die Vorsprünge gewährleistet ist, so daß sich die Kräfte nicht über größere Strecken summieren können, daß aber andererseits der Verbund zwischen den einzelnen zementgefüllten Feldern erhalten bleibt. Damit erreicht man, daß sowohl eine Lockerung der Zementschicht gegenüber der Befestigungsfläche als auch Risse in der Zementschicht weitgehend ausgeschlossen werden. Die Zementschicht verhält sich starr, weil sie praktisch ganzflächig von der Prothese abgestützt ist.
Wie man aus Fig. 3 und 5 erkennt, ist es nicht unbedingt erforderlich, die Vorsprünge so dicht anzuordnen, wie es in Fig. 1, 2 und 4 gezeigt ist. Welche Anordnungsdichte für jeden Einzelfall für jedes gewählte Prothesen- bzw. Zementmaterial am geeignetsten ist, läßt sich durch Versuch leicht bestimmen.
Fig. 6 zeigt in Draufsicht längliche Vorsprünge, die mit unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind.
Die kugelige Form der Vorsprünge führt dazu, daß diese in Richtung quer zur Befestigungsfläche teilweise hinterschnittene Oberflächenteile aufweisen, wie dies deutlich bei dem mittleren Vorsprung in Fig. 3 erkennbar ist. Dadurch wird eine Ablösung der Zementschicht von der Befestigungsfläche zusätzlich erschwert.
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Claims

Alloplastische Endoprothese, insbesondere Kappenprothese Patentansprüche 1. ~Alloplastische Endoprothese, insbesondere Kappenprothese, mit einer mittels einer dünnen Zementschicht zu befestigenden, Vorsprünge tra-genden Befestigungsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die allseits begrenzt ausgebildeten Vorsprünge (5) einen im wesentlichen lotrecht zur Befestigungsfläche (4) verlaufenden Oberflächenteil aufweisen.
2. Endoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Ausdehnung der Vorsprünge in keiner Richtung größer als ihre fünffache Höhe ist.
3. Endoprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Ausdehnung der Vorsprünge nicht wesentlich größer als ihre Höhe ist.
4. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (5) eine von scharfen Ecken freie Oberflächenform haben.
5. Endoprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge kugelig ausgebildet sind.
6. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe und mindestens eine Querabmessung der Vorsprünge zwischen o,4 und 2 mm liegen.
7. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Vorsprüngen (5) netzartig miteinander verbundene Zwischenräume (7) freigelassen sind.
8. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß länglich ausgebildete Vorsprünge einen von Oo deutlich verschiedenen Winkel miteinander einschließen.
9. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge einen lo mm im Mittel nicht übersteigenden Abstand voneinander haben.
10. Endoprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abstand der Vorsprünge acht größer als die mittlere fünffache Höhe der Vorsprünge ist.
11. Endoprothese nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Vorsprünge hinterschnitten ausgeführt ist.