DE10106863A1

DE10106863A1 - Implantierbare Pfanne für Hüftgelenk-Endoprothesen

Info

Publication number: DE10106863A1
Application number: DE10106863A
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Staeubli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: DE10106863C2; WO2002064066A3; WO2002064066A2

Abstract

Eine implementierbare 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

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

Bei Hüftgelenk-Totalendoprothesen wird auch die Hüftgelenk pfanne durch eine in den Beckenknochen implantierte künstliche Pfanne ersetzt. In den meisten Fällen wird heute eine zweitei lige Pfanne verwendet, die aus einer metallischen Pfanne be steht, welche in den Knochen implantiert wird, und einer in diese Pfanne einsetzbaren Lagerschale, die den Gelenkkopf auf nimmt. 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 U1) besteht diese Struktur aus einem Gewinde, welches auf der Oberfläche der Pfanne ausgebildet ist und sich beim Einschrauben der Pfanne in die Knochensubstanz einschnei det.

Weiter sind sogenannte Einpreßpfannen bekannt, die in das ent sprechend ausgefräste Acetabulum eingedrückt werden. Die Ein preßpfannen weisen an der Oberfläche z. B. eine Kordelung auf (EP 0 381 351 A1) oder widerhakenartige Vorsprünge (US 5,755,799). Um eine ausreichende Verankerung der Pfanne in dem Knochen und insbesondere eine ausreichende Primärverankerung beim Einsetzen der Pfanne in den Knochen zu gewährlei sten, muß die Pfanne eine gewisse Übergröße gegenüber dem aus gefrästen 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 Knochengewe bes 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 ge ringem Druck eingepreßt werden kann und eine stabile Veranke rung, insbesondere Primärverankerung gewährleistet.

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

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

Durch die erfindungsgemäße Einarbeitung eines Rechtsgewinde profils 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 ab genommen hat. Dadurch bleibt ein Bereich um den Pol der Pfan nenoberfläche von den Pyramidenspitzen frei. Dieser Polbereich ist vorzugsweise abgeflacht, d. h. weist einen größeren Krüm mungs radius auf. Die Oberfläche ist somit insbesondere durch drei unterschiedliche Krümmungsradien gekennzeichnet: den Kernradi us im Bereich der Gewindeprofile, d. h. den Radius der Oberfläche im Profilgrund; den Pyramidenspitzenradius, d. h. den Radi us der Kugelfläche, in welcher die Spitzen der Pyramiden bzw. die Profilrücken liegen, und der aufgrund der abnehmenden Pro filhöhe 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 Kern radius 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 ab nehmenden Höhe sich gegen die Eingangsebene der Pfanne zuneh mend stärker in dem Knochengewebe verankern. Die durch die ge genläufigen Gewinde gebildeten Pyramidenspitzen sind in Um fangsrichtung auf Lücke gegeneinander versetzt, so daß sich eine starke Fixation der Pfanne gegen Rotation ergibt. Ebenso weisen die Pyramidenspitzen aufgrund der gegenläufigen Gewin deprofile und der abnehmenden Profilhöhe eine starke Asymme trie in Meridianrichtung auf, so daß sich auch eine starke axiale Verankerung ergibt, die einer Lockerung der Pfanne ent gegenwirkt und auch eine hohe Kippstabilität der Pfanne be wirkt. 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 Fixa tion 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 struktu rierte 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 Oberflächenbearbei tung 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 Pfan ne nicht beiträgt, eine geringere Knochenmenge abgetragen wer den 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 Einset zen 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 berücksich tigt werden muß. Da die Lagerschale keine Vorzugsorientierung in Bezug auf die Pfanne hat, kann die erforderliche Orientierung ohne Einschränkung beim Einsetzen der Lagerschale in die Aufnahme der Pfanne bewirkt werden. Die stufenlose Verdreh sicherung der Lagerschale gegen Rotation wird vorzugsweise durch eine zirkuläre Vielfachzahnung am Grund der inneren Auf nahme 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 spanab hebende 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 Oberflächen form,

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 ein gearbeitet, z. B. eingefräst. Die Profile 11 und 12 werden mit einer sich von der Eingangsebene 13 gegen den Pol 14 hin ab nehmenden Tiefe eingearbeitet. Die Profile 11 und 12 haben so mit 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 Polbe reich 15, in welchem keine Profile 11 und 12 mehr vorhanden sind. In Fig. 1 sind zur Verdeutlichung jeweils nur ein Links gewinde-Profil 11 und ein Rechtsgewinde-Profil 12 eingezeich net. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden jedoch eine Viel zahl von Gewindegängen solcher Linksgewinde-Profile 11 und Rechtsgewinde-Profile 12 eingearbeitet, die in einer gleichmä ßigen Teilung über den Umfang der Oberfläche der Pfanne ver teilt 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 ur sprünglichen Oberfläche 10 des Rohlings entspricht. Der Pro filgrund 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 ge gen den Pol hin abnehmenden Profilhöhe kleiner ist als der Py ramidenspitzenradius der Oberfläche 10.

Der Polbereich 15, in welchem keine Profile 11 und 12 vorhan den sind, wird anschließend abgedreht, so daß dieser Polbe reich 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 größen abhängig 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 Hö he der Pyramidenspitzen 16, d. h. der radiale Abstand zwischen den Kugeloberflächen 10 und 17 beträgt im Bereich der Ein gangsebene 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 kontrol liert 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 Fig. 6 und 7 zu erkennen ist, weist die Pfanne eine innere Aufnahme auf, in welche die nicht dargestellte La gerschale 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 Po sitionierung 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 ei nem gegen den Grund der Aufnahme hin sich an die Nut 20 an schließenden Abschnitt 21 eine zirkuläre Vielfachzahnung 22 ausgebildet. Diese zirkulär angeordnete Vielfachzahnung 22 be steht 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 abge flachter 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 ra dial in den Umfang der Lagerschale und fixieren diese spiel frei 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 Gewindepro file 12 und 13 gebildeten Pyramidenspitzen 16 von dem Profil querschnitt der Profile 11 und 12 bestimmt ist. Weisen die Profile 11 und 12 einen symmetrischen Profilquerschnitt auf, so ergibt sich eine im Axialschnitt symmetrische Pyramiden form. Weisen die Profile 11 und 12 eine asymmetrische Profil form auf, so ergeben sich andere Pyramdenformen der Pyramiden spitzen 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 er geben sich Pyramidenspitzen 16, die widerhakenförmig ausgebil det 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 insbeson dere 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. Leuchtdioden) an der Pfanne ange ordnet, 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 dreidimen sional navigiert und in die geplante Position gebracht werden.

Bezugszeichenliste

10

Oberfläche des Rohlings

11

Linksgewinde-Profil

12

Rechtsgewinde-Profil

13

Eingangsebene

14

Pol

15

Polbereich

16

Pyramidenspitzen

17

Oberfläche des Profilgrundes

18

Öffnung

19

Innenkonus

20

Nut

21

Abschnitt

22

Zirkuläre Vielfachzahnung

23

Boden

Claims

1. Implantierbare Pfanne für Hüftgelenk-Endoprothesen, mit einer kugelschalenförmigen Oberfläche und vorzugsweise ei ner inneren Aufnahme für eine in die Pfanne einsetzbare Lagerschale, wobei die Oberfläche zur Verankerung im Kno chen eine Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, 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 Ein gangsebene (13) der Pfanne gegen den Pol (14) der Oberflä che hin in der Profilhöhe abnehmen.

2. Pfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilhöhe der Gewindeprofile (11, 12) in Richtung ge gen den Pol (14) auf Null abnimmt, wodurch ein Polbereich (15) ohne Gewindeprofile (11, 12) freibleibt.

3. Pfanne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Pfanne in dem Polbereich (15) abge flacht ist.

4. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeprofile (11, 12) einen Gewindesteigungs winkel von etwa 18° aufweisen.

6. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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 Spitzen radius ist.

7. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linksgewinde-Profile (11) und die Rechtsgewinde- Profile (12) ein asymmetrisches Gewindeprofil aufweisen, wobei insbesondere die dem Pol (14) zugewandte Flanke die ses Gewindeprofils flacher ist als die der Eingangsebene (13) zugewandte Flanke.

8. Pfanne nach einem der vohergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Beschichtung oder Oberflächenbearbei tung aufweist.

9. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale in die innere Aufnahme der Pfanne in be liebiger Drehstellung einsetzbar ist und verdrehsicher fi xiert ist.

10. Pfanne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenumfang der Aufnahme eine zirkuläre Vielfachverzah nung (22) vorgesehen ist, die zur Verdrehsicherung in die Lagerschale eingreift.

11. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Poles (14) eine zentrale Öffnung (18) zur Kontrolle und Markraumdekompression vorgesehen ist.

12. Pfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfanne zur anatomischen Positionierung mit einer Navi gationseinrichtung gekoppelt ist.