CH628802A5

CH628802A5 - Anchorage device on an endoprosthesis

Info

Publication number: CH628802A5
Application number: CH797878A
Authority: CH
Inventors: Tech Martin Wilhelm Dr Happel; Albrecht Prof Dr Med Schmidt; Klaus Dr Med Mueller
Original assignee: Carbone Deutsche Ag
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1978-07-24
Publication date: 1982-03-31
Also published as: FR2398490B1; DE2733826A1; DE2733826B2; FR2398490A1; DE2733826C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Verankerungseinrichtung an einer Endoprothese die zum Befestigen in oder an einem Knochen bestimmt ist, wobei in Bohrungen in der Endoprothese Stifte eingesetzt sind, die in ihrer jeweiligen Bohrung verschiebbar sind, und ferner die Bohrungen einerseits in die Aussenwand der Endoprothese einmünden und anderseits mit einer von aussen zugänglichen Zentralbohrung verbunden sind.

Eine solche Verankerung beschreibt die DE-OS 2 305 442. Sie hat gegenüber anderen bekannten Verankerungen den Vorteil, dass die Stifte vornehmlich auf Druck beansprucht werden, so dass die Verankerung gut belastbar ist. Bei der erwähnten DE-OS ist ein gegebenenfalls biegsamer Stab mit keilförmigen Profilierungen seiner Aussenwand in der Zentralbohrung in Längsrichtung verschiebbar. An diesem Stab liegen die Stifte mit ihrem rückwärtigen Ende an. Bei einer Verschiebung des Stabes in Längsrichtung werden daher die Stifte aus ihren Bohrungen nach aussen getrieben und verankern dabei die Prothese in oder an dem Knochen. Die Stifte bestehen vorzugsweise.aus Aluminiumoxyd, d.h. aus einem elektrisch nichtleitenden Material.

Der die Endoprothese umgebende Teil des Knochens weist ein Knochengewebe mit lokal unterschiedlichem Aufbau auf. Bei der beschriebenen bekannten Verankerung wird darauf keine Rücksicht genommen, weil die Stifte über die Profilierungen des verschiebbaren Stabes jeweils gleich weit aus ihren Bohrungen herausgedrückt werden. Auch ist es nachteilig, dass zur Unterstützung der Verankerung eine Elektrostimulation nicht hinzugezogen werden kann.

Die FR-OS 2 310 121 beschreibt eine Verankerung einer Endoprothese in einem Knochen, wobei ein schaftförmiger Teil der Endoprothese unter Abstand von einer Hülse mit

Löchern umgeben ist. In den Ringraum zwischen dem Schaft und der Hülse wird anschliessend Knochenzement unter Druck eingepresst, so dass der Knochenzement durch die Löcher in der Hülse in den Ringraum zwischen der Hülse und der Innenwand des Knochens eindringt. Hieran ist es insbesondere nachteilig, dass das Knochengewebe durch die beim Abbinden des Knochenzementes entstehende Wärmereaktion geschädigt wird. Der Gedanke, Verankerungsstifte durch einen hydraulischen Druck aus Führungsbohrungen einer Endoprothese herauszupressen, kann dieser Offenlegungsschrift nicht entnommen werden.

Ausgehend von einer Verankerung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so weiterzubilden, dass die Verankerungswirkung weiterhin verbessert wird. Insbesondere soll die Eindringtiefe der Stifte im Knochen den jeweiligen lokalen Verhältnissen angepasst sein. Auch soll dafür gesorgt werden, dass die Stifte nicht aus ihrer Bohrung zu Gänze heraustreten können, wodurch dann keine Verankerung an dieser Stelle mehr gegeben wäre.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbohrung mit Druck beaufschlagbar ist, um die Stifte in ihren Bohrungen nach aussen zu verschieben.

In die Zentralbohrung wird somit eine selbsttätig aushärtbare Kunststoffmasse unter Druck eingegeben. Diese zunächst noch viskose Kunststoffmasse treibt die Stifte aus ihren Bohrungen in das umgebende Knochengewebe ein, wobei über den hydraulischen Druck die Eindringtiefe der Stifte in das Knochengewebe sich nach den jeweiligen lokalen Verhältnissen am Vorderende der Stifte richtet. Dies ist ein erwünschter hydraulischer Effekt. Das flüssige Kunststoffmaterial erhärtet nach dem Austreiben der Stifte aus ihren Bohrungen und hält diese in ihrer Position. Es kann als ein solches Kunststoffmaterial herkömmlicher Knochenzement verwendet werden, weil der Knochenzement in der Endoprothese zurückgehalten wird, also nicht mit dem Knochen selbst in Berührung kommt. Die beim Aushärten des Knochenzementes auftretende Wärme führt wegen des wesentlich geringeren Volumens an Knochenzement (weniger als 5% der herkömmlichen Menge) und der Wärmedämmung durch die sie umgebende Endoprothese im Knochengewebe zu keiner physiologisch unzuträglichen Erwärmung.

Die angestrebte gute Verankerung wird unterstützt,

wenn zumindest der an dem Knochen anliegende Teil der Endoprothese aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial oder einem anderen elektrisch leitenden Material besteht. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den Knochen bzw. an die Endoprothese wird daher der Knochen in dem Bereich, der an der Endoprothese anliegt, zu verstärktem Wachstum angeregt, was die Verankerung der Endoprothese beträchtlich unterstützt. Man verwendet also das Phänomen der an sich bekannten Elektrostimulation, welche jedoch - soweit bekannt - bisher zur Verankerung einer Endoprothese in oder an einem Knochen noch nicht herangezogen wurde. Die Elektrostimulation beruht darauf, dass ein Knochen an seiner Aussenhaut bei Stimulierung durch elektrischen Strom Knochengewebe anlagert.

Die Stifte müssen in ihrer Verankerungsstellung mit ihrem rückwärtigen Ende in der Bohrung verbleiben. Um dies mit Sicherheit zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn die Stifte eine Verankerung in ihrer Bohrung aufweisen.

Eine Ausführungsform einer solchen Verankerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte einen elastischen Bund haben, der sich an eine Rastschulter der jeweiligen Bohrung anlegt.

Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte eine Rastfeder haben, die sich an eine Rastschulter der jeweiligen Bohrung anlegt.

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Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, dass sich die Stifte von aussen in ihre Bohrungen einsetzen lassen.

Wenn die Stifte durch hydraulischen Druck aus ihren Bohrungen herausgedrückt werden, soll die Zentralbohrung eine Entlüftungsöffnung aufweisen, über die Luft aus der Zentralbohrung und den Bohrungen austreten kann. Diese Entlüftungsöffnung soll einen sehr kleinen Durchmesser haben, damit dort eindringender Knochenzement konsistenzbedingt die Entlüftungsöffnung verschliesst. Diese Entlüftungsöffnung kann sich an der Stelle der Zentralbohrung befinden, die vom flüssigen Knochenzement zuletzt erreicht wird. Es können auch Entlüftungsöffnungen in den Stiften selbst vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines Schaftes einer Endoprothese für Hüftgelenkersatz, eingesetzt in eine Bohrung des umgebenden Knochens,

Fig. 2 das Detail X von Fig. 1 in vergrössertem Massstab,

Fig. 3 ebenfalls vergrössert eine Schnittansicht entsprechend Fig. 2, wobei die Stifte mittels eines profilierten biegsamen Stabes herausgedrückt werden,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Stiftes, Fig. 5 eine Ansicht von Fig. 4 in Pfeilrichtung A, Fig. 6 schematisch einen Schnitt durch ein weiteres Anwendungsbeispiel der neuartigen Verankerung, nämlich bei der Pfanne einer Hüftgelenkprothese.

Fig. 1 zeigt einen Schaft einer Hüftgelenkendoprothese, der aus einem neuartigen Werkstoff besteht, nämlich einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, vorzugsweise einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial und/oder glas-faser- bzw. kunststoffaser-, z. B. aramidfaserverstärkten Kunststoffmaterial. Der neuartige Schaft 1 hat eine Zentralbohrung 2, die sich etwa längs seiner Mittellinie erstreckt. Die Zentralbohrung ist frei zugänglich, nämlich am oberen Ende 3 des Schaftes oder am Kragen 24. Dort ist ein aus Keramik oder anderem harten Material bestehender Hüftkopf 4 angedeutet, der abnehmbar ist. Am unteren Ende der Zentralbohrung befindet sich eine Entlüftungsöffnung 5. Der Schaft kann auch eine geringere Biegung haben als zeichnerisch dargestellt, und am Umfang radial verlaufende Vertiefungen zur Vergrösserung der Oberfläche aufweisen, in die Knochensubstanz einwachsen kann. In der Wandung des Schaftes 1 sind über seine Länge und seinen Umfang verteilt eine Reihe von Bohrungen 6 vorgesehen, die sämtlich mit der Zentralbohrung 2 in Verbindung stehen. In die Bohrungen 6 sind Stifte 7 eingesetzt (vgl. auch Fig. 3 bis 5).

Nachdem der Schaft 1 in eine vorher angelegte Bohrung 8 im Knochen 9 eingesetzt ist, wird aushärtbarer Kunststoff unter Druck über die Einlassöffnung 3 in die Zentralbohrung 2 eingegeben. Die Stifte befinden sich dabei in ihrer zurückgezogenen Stellung, in der ihre Vorderenden mit der Aussenwand des Schaftes 1 abschliessen. Durch den hy628 802

draulischen Druck werden die Stifte in ihrer Bohrung nach aussen gepresst und dringen dadurch in das Gewebe des Knochens 9 ein oder legen sich an die Innenwand der Kom-pacta. Dadurch ergibt sich eine einwandfreie Verankerung.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der verwendeten Stifte. Diese sind an ihrem rückwärtigen Ende gegabelt und haben dort einen Bund 10. Werden sie durch den hydraulischen Druck in Pfeilrichtung 11 nach aussen gedrückt, so legt sich der Bund 10 aufgrund der federnd elastischen Eigenschaften des gegabelten Endes des Stiftes an eine Rastschulter 12 der Bohrung 6 an. Dadurch wird der Stift in dieser Position im Schaft 1 am unbeabsichtigten Herausgleiten gehindert.

Der Bund 10 steigt von rückwärts nach vorne mit einem spitzen Winkel an, so dass bei der Herstellung der neuartigen Endoprothese die Stifte 7 in Gegenrichtung des Pfeiles 11 von aussen in ihre Bohrung in die in Fig. 2 zeichnerisch dargestellte Lage eingesetzt werden können. Hierbei hilft eine sich konisch nach aussen erweiternde Öffnung 25 der Bohrung 6.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform dieser Stifte, wobei das rückwärtige Ende der Stifte ebenfalls gegabelt ist. Ein Bolzen 13 verbindet die beiden Gabelenden und legt eine Feder 14 im Stift fest. Die Feder ist symmetrisch ausgebildet. Ihre Enden sind hakenförmig abgebogen. Die Feder ist um den Bolzen 13 in einem Schlitz 15 des Stiftes 7 gelagert. Die abgebogenen Enden der Feder übernehmen die Funktion des Bundes 10 bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Die Bohrung 2 hat auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 eine Rastschulter, wie in Fig. 2 gezeigt. Es kann auch eine Feder mit nur einem federnden und hakenförmig abgebogenen Ende vorgesehen sein.

Fig. 3 zeigt einen biegsamen Stab 16 mit einer wellenförmig profilierten Aussenfläche. In der zeichnerisch dargestellten Lage schliessen die Stifte 7 mit ihrem vorderen Ende etwa mit der Aussenwand 17 des Schaftes 1 ab. Wird der Stab 16 in seiner Längsrichtung (Pfeilrichtung 18) verschoben, so werden dadurch die Stifte 7 nach aussen gedrückt (Pfeilrichtung 11 von Fig. 2). Dies erfolgt, weil die Stifte dann zur Anlage an die vorstehenden Profilierungen des Stabes 16 gelangen. Der Stab 16 ist in seiner Querrichtung vorzugsweise elastisch federnd, beispielsweise durch einen Gummiüberzug 21 oder indem der Stab als Hohlstab ausgebildet ist.

Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der neuartigen Verankerung anhand einer Pfanne einer Hüftgelenkendoprothese. Diese Pfanne besteht aus einer Stützschale 19 aus dem neuartigen faserverstärkten Kunststoffmaterial. Die Innenseite der Stützschale ist mit einer dünnen Lagerschicht 20 aus Polyäthylen ausgekleidet. Wiederum ist ein zentraler Kanal 21 in der Stützschale 19 vorgesehen, der sämtliche Bohrungen 22 mit Druck versorgt, in die die Stifte 7 eingesetzt sind. Der Kanal 21 ist bei diesem Ausführungsbeispiel von der Auskleideschicht 20 her in Pfeilrichtung 23 mit Druck versorgbar. Auch hier ist die Entlüftungsbohrung 5 vorgesehen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

628 802 PATENTANSPRÜCHE

1. Verankerungseinrichtung an einer Endoprothese, die zum Befestigen in oder an einem Knochen bestimmt ist, wobei in Bohrungen in der Endoprothese Stifte eingesetzt sind, die in ihrer jeweiligen Bohrung verschiebbar sind, und ferner die Bohrungen einerseits in die Aussenwand der Endoprothese einmünden und anderseits mit einer von aussen zugänglichen Zentralbohrung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbohrung (2) mit Druck beaufschlagbar ist, um die Stifte (7) in ihren Bohrungen (6) nach aussen zu verschieben.

2. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (7) eine Verankerung in ihrer Bohrung (6) aufweisen.

3. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (7) einen elastischen Bund (10) haben, der sich an eine Rastschulter (12) der jeweiligen Bohrung (6) anlegt, wenn die Zentralbohrung mit Druck beaufschlagt wird.

4. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (7) eine Rastfeder (14) haben, die sich an eine Rastschulter (12) der jeweiligen Bohrung (6) anlegt, wenn die Zentralbohrung mit Druck beaufschlagt wird.

5. Verankerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbohrung (2) eine Entlüf-tungsöffnung (5) aufweist.

6. Verankerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der an dem Knochen (9) anliegende Teil der Endoprothese (1,19) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial besteht.