CH705032A2 - Implantat sowie Verfahren zum Herstellen eines Implantats mit mindestens einer Rippe auf der Oberfläche. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Implantats mit mindestens einer Rippe (7) auf der Oberfläche. Dabei wird in einem ersten Schritt durch Materialumformung mindestens ein Rippenvorläufer (5) erzeugt, welcher in einem zweiten Schritt durch eine weitere Materialumformung zur Rippe umgeformt wird.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Implantat sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats mit mindestens einer Rippe auf der Oberfläche.

[0002] Zur besseren Verankerung von Implantaten, insbesondere Endoprothesen in Knochen sind eine Vielzahl von Oberflächenstrukturen bekannt. Diese reichen von aufgerauten Oberflächen bis zur Ausstattung der Oberfläche mit komplexen Strukturelementen.

[0003] Insbesondere im Bereich der Hüftgelenksprothesen ist es von Vorteil, wenn die Implantatteile, vor allem die im Hüftknochen angebrachte Gelenkspfanne, ausreiss- und drehfest im Knochen verankert werden können. Während eine Gruppe von Gelenkpfannen durch Schrauben verankert wird, erfolgt bei einer zweite Gruppe die Befestigung mittels Knochenzement.

[0004] Um das Ausreissverhalten sowie die Drehfestigkeit einer mit oder insbesondere ohne Knochenzement befestigte Gelenkpfanne zu erhöhen, wird die Oberfläche solcher Pfannen üblicherweise mit Strukturelementen versehen. Diese Strukturelemente verteilen dabei auftretende Kräfte gleichmässig und verhindern so eine Drehung oder gar das Ausreissen der Gelenkpfanne.

[0005] Unter diesem Aspekt wurden verschiedene Strukturelemente für Gelenkpfannen entwickelt. So zeigt beispielsweise die EP 0 186 471 eine Kniegelenkprothese mit sägezahnartigen Rillen, die quer zur Einbringrichtung angebracht sind, wobei die Stabilität in der Richtung der Rillen reduziert ist. Eine weitere Alternative sieht an der Prothese widerhakenähnliche Stifte vor, welche in Einbringrichtung in den Femurstumpf eindringen.

[0006] Eine generelle Anforderung an Verankerungsflächen dieser Art ist, dass sie einmal eine dem Einwachsen förderliche Struktur aufweisen sollten und dass sie andererseits wirtschaftlich herstellbar sein sollten.

[0007] Die DE 2 914 513 zeigt Verankerungsflächen, die mit warzenähnlichen Vorsprüngen und Vertiefungen versehen sind, um das Einwachsen von Knochen zu verbessern. Es werden keine Angaben zur Erzeugung und zu den absoluten Dimensionen dieser Struktur gemacht. In den relativen geometrischen Verhältnissen werden allseitig verrundete Formen vorgeschlagen, die nur eine begrenzte Primärverankerung zulassen.

[0008] Eine weitere Struktur wird in der EP 0 381 351 vorgeschlagen, bei der an einer Hüftgelenkschale an einem gegen aussen vorstehenden Wulst durch schräg zum Äquator verlaufende und in Umfangsrichtung versetzte Einstiche, die sich kreuzen, eine Art randrierte Verankerungsfläche mit abgeplatteten vorstehenden Pyramiden erzeugt wird. Auch hier ist die Primärverankerung begrenzt, d.h. sehr stark von der Vorspannung im Knochenhohlraum respektive vom Untermass des Knochenhohlraums im Bereich des Äquators abhängig.

[0009] In der EP 1 648 350 wird eine Hüftgelenkspfanne beschrieben, welche im äquatorialen Bereich mit einem Gewinde versehen ist, welches aus durch geneigte Rillen voneinander getrennten Gewindebereichen besteht. Bei der Herstellung der Oberflächenstruktur werden zunächst die geneigten Rillen aus dem Implantatgrundkörper gefräst und anschliessend das Gewinde gedreht.

[0010] Die EP 0 639 356 schlägt ferner vor, die Oberfläche einer Gelenkpfanne mit im Wesentlichen zur Einbringrichtung der Pfanne senkrecht stehenden Rippen zu versehen, welche durch ein Presswerkzeug mit parallel zur Einbringrichtung verlaufenden Gräben versehen werden. An den Rändern der Gräben bilden die Rippen Schulterabschnitte, deren Spitzen durch den Pressvorgang entgegen der Einbringrichtung verbogen sind. Dadurch entsteht eine Widerhakenstruktur, welche die Gelenkpfanne zusätzlich verankert.

[0011] Bei vielen Oberflächenstrukturen handelt es sich um eine Anordnung von hervorstehenden Rippen auf der Oberfläche des Implantats, welche je nachdem noch einem oder mehreren zusätzlichen Bearbeitungsschritten unterzogen werden.

[0012] Ein wesentlicher Nachteil der beschriebenen Strukturen besteht darin, dass diese meistens nur durch spanende Fertigungsverfahren hergestellt werden. Durch die spanende Bearbeitung geht jedoch einiges an Material verloren, was wirtschaftlich nicht vorteilhaft ist. Die Arbeitsprozesse sind ausserdem aufwändig und erfordern oft ein mehrfaches Umspannen des Werkstücks.

[0013] Eine weitere Möglichkeit solche Strukturen herzustellen sind Beschichtungsverfahren, welche jedoch technisch komplex sind und hohe Kosten verursachen. Ausserdem besteht das Risiko, dass sich die Beschichtung nur schlecht mit der Gelenkspfanne verbindet und es dadurch zu Problemen kommen kann.

[0014] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Implantats zu schaffen, welches die Nachteile des Bekannten umgeht und welches insbesondere das einfache und kostengünstige Herstellen eines Implantats mit mindestens einer Rippe ohne Materialverlust erlaubt.

[0015] Beim erfindungsgemässen Verfahren wird in einem ersten Schritt auf der Oberfläche eines Wandabschnitts von der Rückseite des Wandabschnitts her durch Materialumformung mindestens ein Rippenvorläufer auf der Oberfläche herausgedrückt. In einem zweiten Schritt wird dann der mindestens eine Rippenvorläufer weiter zur endgültigen Rippe verformt. Insbesondere erfolgt dieser zweite Schritt bevorzugt durch Quetschen des Rippenvorläufers.

[0016] Alternativ kann der Rippenvorläufer auch durch andere Verfahren zur endgültigen Rippe geformt werden. Z.B. kann der Rippenvorläufer durch Schleifen geschärft werden.

[0017] Der mindestens eine Rippenvorläufer weist noch nicht die endgültige Form der Rippe auf. Vielmehr wird durch das Herausdrücken auf dem Wandabschnitt ein Bereich mit auf der Vorderseite hervorstehendem Material erzeugt.

[0018] Die Grundfläche des Rippenvorläufers auf der Oberfläche des Wandabschnitts wird bevorzugt derart gewählt, dass diese der Grundfläche der herzustellenden Rippe entspricht.

[0019] Als «Implantatgrundkörper» werden sowohl bereits fertig hergestellte Implantate sowie Implantathalbfabrikate, welche zusätzlich mit mindestens einer Rippe ausgerüstet werden sollen, oder auch Rohlinge, welche zu einem Implantat geformt werden sollen, verstanden.

[0020] Eine «Rippe» im Sinne der Anmeldung ist ein Strukturelement auf der Oberfläche eines Implantats, welches aus der Oberfläche heraussteht und ein Höhe zu Breite Verhältnis von mindestens 2:1 aufweist. Derartige Rippen werden auch als Finnen, Zacken, Dorne, Flossen oder dergleichen bezeichnet.

[0021] Im zweiten Schritt wird dann der mindestens eine Rippenvorläufer durch Quetschen zur Rippe geformt. Dabei erhält der mindestens eine Rippenvorläufer die endgültige Form der Rippe.

[0022] Durch das erfindungsgemässe Verfahren lassen sich somit Implantate mit mindestens einer Rippe herstellen, ohne dass dabei Material verloren geht. Zudem lassen sich durch das erfindungsgemässe Verfahren Implantate schneller herstellen, als durch spanende Verfahren, da sich in nur zwei aufeinander folgenden Schritten eine Vielzahl an Rippen herstellen lassen.

[0023] Im ersten Schritt erfolgt die Materialumformung bevorzugt durch Hohlprägen. Dabei wird der Implantatgrundkörper auf eine Matrize gelegt, welche eine entsprechende Negativform der Rippenvorläufer aufweist. Auf der der Matrize entgegengesetzten Seite ist mindestens ein Pressstempel angeordnet, der das Material des Implantatgrundkörpers in die Negativform der Matrize presst.

[0024] Alternativ kann der mindestens eine Rippenvorläufer auch durch ein spannendes Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Fräsen oder Drehen.

[0025] Bevorzugt erfolgt beim zweiten Schritt die Materialumformung durch Quetschen. Dabei kann der mindestens eine Rippenvorläufer zu einer Rippe mit beliebigem Querschnitt umgeformt werden. Besonders bevorzugt wird der mindestens eine Rippenvorläufer dabei in eine Rippe mit einem rechteckigen, dreieckigen, polygonalen oder runden Querschnitt umgeformt. Alternativ kann der mindestens eine Rippenvorläufer auch zu einer Rippe mit einem Querschnitt mit Seitenkanten mit unterschiedlichen Geometrien umgeformt werden. Beispielsweise kann dabei eine Seitenkante gerade ausgestaltet sein, während die gegenüberliegende Seitenkante eine konkave oder konvexe Wölbung aufweist. Die Seitenkanten können auch gegenüber der Oberfläche des Implantatgrundkörpers einen Winkel aufweisen. Dieser Winkel ist dabei grösser als 0° und kleiner als 180°. Besonders bevorzugt ist dieser Winkel zwischen 30° und 150°, ganz besonders bevorzugt zwischen 45° und 135°.

[0026] Besonders bevorzugt wird die Rippe derart geformt, dass die Seitenkante, welche in die Einbringrichtung des Implantatgrundkörpers zeigt, in einem spitzen Winkel zur Oberfläche des Implantatgrundkörpers steht.

[0027] Der Querschnitt der mindestens einen Rippe kann dabei derart ausgestaltet sein, dass durch Schneiden der beiden Seitenflächen an der Spitze der Rippe eine Schneidkante ausgebildet wird. Alternativ kann die Spitze der Rippe auch abgeflacht ausgestaltet sein. Weiter bevorzugt kann die Spitze der Rippe leicht gerundet oder auch konisch ausgebildet sein.

[0028] Ferner können bevorzugterweise auch weitere Strukturelemente auf der Oberfläche der Rippe ausgebildet sein, wie zum Beispiel Noppen oder dergleichen. Diese können unter Umständen die Haltekraft der Rippen beispielsweise in Knochen vergrössern.

[0029] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Implantatgrundkörper in einem dritten Schritt weiter umgeformt, insbesondere gekrümmt. Dabei kann beispielsweise die mindestens eine Rippe mit dem erfindungsgemässen Verfahren zunächst auf einem Rohling erzeugt werden, welcher dann in einem weiteren Verfahrensschritt zum fertigen Implantat umgeformt oder spanend bearbeitet wird.

[0030] Besonders bevorzugt erfolgt der dritte Umformschritt durch Tiefziehen. Dabei kann beispielsweise mindestens eine Rippe nach dem erfindungsgemässen Verfahren zunächst auf einen Rohling aus flachem Material erzeugt werden. Dieser Rohling kann dann im dritten Schritt durch Tiefziehen umgeformt werden.

[0031] Besonders bevorzugt wird der Implantatgrundkörper im dritten Schritt zu einer Kugelkalotte geformt. Dadurch lässt sich mit dem erfindungsgemässen Verfahren aus einem Rohling eine Gelenkpfanne mit mindestens einer Rippe herstellen.

[0032] Die Materialumformungen im ersten, zweiten und/oder im dritten Schritt werden bei hochfesten Materialien, wie beispielsweise Titan, rostfreiem Stahl oder Cobalt-Chrom Legierungen bevorzugt als Warmumformungen durchgeführt. Alternativ können die Materialumformungen aber auch als Kaltumformungen durchgeführt werden.

[0033] Der Implantatgrundkörper kann im Anschluss noch beliebig nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen etc.

[0034] Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Implantat mit mindestens einer Rippe auf der Oberfläche zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit einem Implantat nach Anspruch 7 gelöst.

[0035] Das erfindungsgemässe Implantat weist dabei mindestens eine Rippe auf, welche durch Materialumformung hergestellt ist. Das Implantat wird dabei bevorzugt durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt. Dadurch lässt es sich wirtschaftlich und schnell fertigen.

[0036] Das Implantat ist bevorzugt eine Gelenkpfanne, insbesondere eine Hüftgelenkspfanne.

[0037] Weitere Ausführungsformen und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Beispielen und Figuren. Es zeigen: <tb>Fig. 1a-1d:<sep>Eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens im Schnitt; <tb>Fig. 2a-2b:<sep>eine schematische Darstellung des dritten Verfahrensschritts im Schnitt; und <tb>Fig. 3a-3c:<sep>eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des dritten Verfahrensschritts im Schnitt.

[0038] Die Fig. 1a-1d zeigen eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens im Schnittbild. Ein Wandabschnitt 1 eines Implantatgrundkörpers wird auf eine Matrize 2 gelegt. Die Matrize 2 weist dabei eine Negativform 4 von mindestens einem Rippenvorläufer auf. Das Material des Wandabschnitts 1 wird durch mindestens einen Pressstempel 3 von der Rückseite her in die mindestens eine Negativform 4 herausgedrückt, wie in Fig. 1bdargestellt. Dabei wird durch die Materialumformung der Rippenvorläufer 5 erzeugt. Die Fig. 1c zeigt den zweiten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens. In diesem Schritt wird der Rippenvorläufer 5 durch Quetschen zur endgültigen Rippe 7 umgeformt, welche in Fig. 1dgezeigt ist. Die Materialumformungen können dabei entweder als Kalt- oder als Warmumformprozesse durchgeführt werden.

[0039] Die Fig. 2a-2c zeigen den dritten, optionalen Schritt des Verfahrens. Wie in der Fig. 2a dargestellt, wird der Implantatgrundkörper 10 in eine Öffnung 12 einer Tiefziehvorrichtung eingelegt, von welcher nur der Tiefziehring 8 gezeigt ist. Mittels eines Ziehstempels 9 wird der Implantatgrundkörper 10 durch den Tiefziehring 8 gezogen und dabei zu einer Gelenkpfanne 11 umgeformt, wie in der Fig. 2b dargestellt.

[0040] Die Fig. 3a-3c zeigen eine alternative Ausführungsform des dritten, optionalen Schrittes des Verfahrens. Auf der Fig. 3aist eine Draufsicht des Ziehrings 8 zu sehen. Die Öffnung 12 des Ziehrings 8 weist vier in radialer Richtung verlaufende Aufnahmen 13 auf. Die Fig. 3bstellt einen Schnitt durch den Ziehring 8 aus der Fig. 3a entlang der Achse A-A dar, wobei in dieser Figur ein Implantatgrundkörper 10 eingelegt ist. Der Implantatgrundkörper 10 weist vier in axialer Richtung verlaufende Rippen 14 auf, welche in die Aufnahmen 13 eingelegt werden. Mittels des Ziehstempels 9 wird der Implantatgrundkörper durch den Tiefziehring 8 gezogen. Dabei wird dieser zur Gelenkpfanne 11 umgeformt, wobei die Rippen 14 durch das Vorhandensein der Aufnahmen 13 ihre Form beibehalten, wie in der Fig. 3cgezeigt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen eines Implantats mit mindestens einer Rippe (7) auf der Oberfläche eines Wandabschnitts (1), dadurch gekennzeichnet, dass: - in einem ersten Schritt von der Rückseite des Wandabschnitts (1) her durch Materialumformung mindestens ein Rippenvorläufer (5) auf der Oberfläche herausgedrückt wird; und - in einem zweiten Schritt der mindestens eine Rippenvorläufer (5) weiter zur endgültigen Rippe (7) umgeformt wird, insbesondere durch Quetschen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt die Materialumformung durch Hohlprägen erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schritt der Implantatgrundkörper (10) umgeformt, insbesondere gekrümmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des Implantatgrundkörpers (10) im dritten Schritt mit einem Zugdruckverfahren erfolgt, insbesondere durch Tiefziehen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Implantatgrundkörper (10) im dritten Schritt zu einer Kugelkalotte geformt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialumformungen im ersten, zweiten und/oder im dritten Schritt als Warm- oder Kaltumformungen durchgeführt werden.

7. Implantat mit mindestens einer Rippe (7) auf der Oberfläche, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rippe (7) durch einen Umformprozess hergestellt ist.

8. Implantat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat eine Gelenkpfanne, insbesondere eine Hüftgelenkspfanne ist.