EP2816975A1 - Zementfreie oberflächenersatzprothese für den natürlichen femurkopf - Google Patents

Zementfreie oberflächenersatzprothese für den natürlichen femurkopf

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EP2816975A1
EP2816975A1 EP13703809.7A EP13703809A EP2816975A1 EP 2816975 A1 EP2816975 A1 EP 2816975A1 EP 13703809 A EP13703809 A EP 13703809A EP 2816975 A1 EP2816975 A1 EP 2816975A1
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EP
European Patent Office
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replacement prosthesis
thread
surface replacement
osseointegrative
femoral head
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13703809.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kuntz
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Ceramtec GmbH
Original Assignee
Ceramtec GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a ceramic surface replacement prosthesis for the natural femoral head with an outer spherical surface and an inner receiving space with an inner circumferential surface.
  • Surface replacement prostheses are also called resurfacing head, hip cap or cap prosthesis.
  • the outer surface of the resurfacing prosthesis is spherically shaped and is inserted either directly into the natural pelvis or into an artificial acetabulum, which in turn is anchored in the natural pelvis.
  • Previous ceramic surface replacement prostheses are largely based on known metallic designs and are basically cemented.
  • the inner surface of the inner receiving space is provided with cement pockets and a centering pin.
  • a cementless version of a surface replacement prosthesis would be very advantageous because of the heat generation of the cement.
  • Another advantage would be an embodiment without centering, since the loss of bone tissue by the attributable center hole is smaller.
  • the invention has the object to improve a ceramic surface replacement prosthesis according to the preamble of claim 1 so that no necrosis of the bone tissue is caused during implantation and there is also no loss of internal bone tissue.
  • Internal bone tissue is understood to mean bone tissue that is not visible from the outside, in contrast to external bone tissue, which is visible from the outside and is processed before the surface replacement prosthesis is put on.
  • this object is achieved in that the inner lateral surface is at least partially provided with an osseointegrative coating or is designed osseointegrativ and / or the lateral surface is formed as a self-tapping thread.
  • an osseointegrative surface coating or design of the inner lateral surface By means of an osseointegrative surface coating or design of the inner lateral surface, a firm and durable anchoring of the surface replacement prosthesis on the femoral head is achieved.
  • An osseointegrative design of the lateral surface is, for example, by designing the near-surface area of the lateral surface in the green state of the ceramic surface replacement prosthesis achieved with the aim of a suitable open-pore structure.
  • a coating of the lateral surface in the sintered state of the ceramic surface replacement prosthesis, for example, with structured coverings of titanium alloys is suitable.
  • the surface replacement prosthesis is attached to the femoral head without cement. This applies to all inventive embodiments. It also arranged in all embodiments, no central centering pin in the receiving space.
  • the lateral surface is designed as a self-tapping thread.
  • the attachment is substantially improved, so that can be dispensed with the cementing or centering.
  • the thread is conical or cylindrical.
  • the femoral head usually has to be processed least.
  • the steepness of the thread is essential: After insertion of the femoral head with the surface replacement prosthesis In the acetabulum at the end of the operation, the interface of the surface replacement prosthesis to the femoral head is axially biased by the natural ligament tension and muscle tone.
  • the greater the steepness of the thread the higher the torque required for unintentional release of the connection; such a releasing torque about the axis of symmetry of the surface replacement prosthesis can occur by rotational movements of the leg during movement exercises.
  • Increasing ingrowth of bone tissue into the osseointegrative-shaped interface between femoral head and surface replacement prosthesis increases the fit between elements of the bone tissue ("trabeculae") and the osseointegrative structure, the safety of the interface.
  • the thread should therefore have a pitch greater than 2 mm / rev
  • the thread can be formed more smoothly.
  • the number of threads, the tooth shape and the pitch can be optimized in terms of primary anti-rotation and axial strength within wide limits and are to be produced on conventional CNC machines during the green machining of the ceramic surface replacement prostheses. Even very steep angles up to 90 ° can be carried out, whereby these can be mounted with an impact instrument.
  • cementless surface replacement prostheses according to the invention are shown. 1 shows schematically a section through a natural thigh neck 9 or femoral head 3 with attached inventive surface replacement prosthesis 1 made of a ceramic.
  • the outer surface of the surface replacement prosthesis 1 is spherical and is used either directly in the natural basin or in an artificial pan, which in turn is anchored directly or indirectly in the natural basin.
  • the surface replacement prosthesis 1 has an inner receiving space with an inner circumferential surface 4, with which the surface replacement prosthesis 1 is placed on the femoral head 3.
  • the inner circumferential surface 4 of the receiving space is preferably conical. But it can also, as shown in Figure 1, be crowned.
  • the surface replacement prosthesis 1 is fastened on the femoral head 3 without cement. This applies to all inventive embodiments. There is also no central centering pin arranged in the receiving space.
  • the inner circumferential surface 4 is provided with an osseointegrative coating 6 or is designed osseointegrative.
  • the inner circumferential surface 4 of the receiving space is formed as a self-tapping thread.
  • FIG 2 shows a surface replacement prosthesis 1 according to the invention, in which the lateral surface 4 of the inner receiving space is designed as a truncated cone and provided with a multi-course coarse thread.
  • a 2-course self-tapping thread is shown as an example.
  • the inner lateral surface 4 is provided with an osseointegrative coating 6 in addition to the thread.
  • An osseointegrative coating 6 is also referred to as a direct-to-bone coating.
  • the preparation of the seat during the operation is carried out with a correspondingly shaped milling instrument. After placement of the surface replacement prosthesis 1, this is fixed by a clockwise rotation. To correct the height, the surface replacement prosthesis 1 could be released again by turning to the left and, if necessary, the seat can be milled.
  • FIG. 3 shows a surface replacement prosthesis 1 according to the invention with a conical, self-forming, four-course thread with a pitch s / 4.
  • FIG. 4 shows a section through a surface replacement prosthesis 1 with a common thread 8 and
  • FIG. 5 shows a surface replacement prosthesis 1 with a four-prong thread.
  • FIG. 6 shows a surface replacement prosthesis 1 according to the invention with a cylindrical self-forming 6-thread thread.
  • the pitch of all threads is 1 to 20 mm / rev, preferably 2 to 10 mm / rev, more preferably 3 to 6 mm / rev.
  • the pitch is preferably 1 -2 mm / revolution, 2-4 mm / revolution for a 2-speed thread and 3-6 mm / revolution for a 3-thread.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine keramische Oberflächenersatzprothese (1) für den natürlichen Femurkopf (3) mit einer äußeren kugelförmigen Oberfläche (5) und einem inneren Aufnahmeraum (7) mit einer inneren Mantelfläche (4). Damit beim Implantieren keine Nekrotisierung des Knochengewebes verursacht wird und es außerdem zu keinem Verlust an innerem Knochengewebe kommt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die innere Mantelfläche (4) zumindest bereichsweise mit einer osseointegrativen Beschichtung (6) versehen ist oder osseointegrativ ausgestaltet ist und/oder die Mantelfläche (4) als selbstformendes Gewinde (8) ausgebildet ist.

Description

Zementfreie Oberflächenersatzprothese für den natürlichen Femurkopf
Die Erfindung betrifft eine keramische Oberflächenersatzprothese für den natürlichen Femurkopf mit einer äußeren kugelförmigen Oberfläche und einem inneren Aufnahmeraum mit einer inneren Mantelfläche.
Oberflächenersatzprothesen werden auch Resurfacing Kopf, Hüftkappe oder Kappenprothese genannt.
Bei Verschleiß des natürlichen Femurkopfes bzw. Hüftgelenkkopfes (Caput femoris) ist es nach dem Stand der Technik bekannt, eine Oberflächenersatzprothese aus Metall oder Keramik auf den Femurkopf aufzusetzen und mit Knochenzement zu verankern. Die Oberflächenersatzprothese ersetzt nur den Gelenkknorpel des Femurkopfes und wird angewendet, wenn der Femur-Knochen unter dem Gelenkknorpel in Form oder Struktur nicht wesentlich geschädigt ist.
Die äußere Oberfläche der Oberflächenersatzprothese ist kugelförmig ausgebildet und wird entweder direkt in das natürliche Becken oder in eine künstliche Pfanne eingesetzt, die wiederum im natürlichen Becken verankert wird.
Bisherige keramische Oberflächenersatzprothesen sind weitgehend angelehnt an bekannte metallische Designs und werden grundsätzlich einzementiert. Die innere Mantelfläche des inneren Aufnahmeraums ist mit Zementtaschen und einem Zentrierstift versehen.
Wegen der exothermen Reaktion bei der Härtung der verwendeten Zemente besteht die Gefahr einer thermischen Schädigung und Nekrotisierung des Knochengewebes. Eine zementfreie Version einer Oberflächenersatzprothese wäre sehr vorteilhaft wegen der entfallenden Wärmeentwicklung des Zements.
Ein weiterer Vorteil wäre eine Ausführung ohne Zentrierstift, da der Verlust an Knochengewebe durch die entfallende Zentrierbohrung geringer ausfällt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Oberflächenersatzprothese nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass beim Implantieren keine Nekrotisierung des Knochengewebes verursacht wird und es außerdem zu keinem Verlust an innerem Knochengewebe kommt. Mit innerem Knochengewebe wird das nicht von außen sichtbare Knochengewebe verstanden im Gegensatz zum äußeren Knochengewebe, welches von außen sichtbar ist und vor dem Aufsetzen der Oberflächenersatzprothese bearbeitet wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die innere Mantelfläche zumindest bereichsweise mit einer osseointegrativen Beschichtung versehen ist oder osseointegrativ ausgestaltet ist und/oder die Mantelfläche als selbstformendes Gewinde ausgebildet ist.
Eine osseointegrative Oberflächenbeschichtung ist beschrieben in B. Theelke, Mi. Kuntz, M. Zipperle, S. Eichhorn, T. Boxleitner, T. Pandorf, R. Burgkart, "Development of osseointegrative ceramic coatings based on ZPTA - mechanical characterization and influence on the Substrate", Bioceramics 1 , 2010, S. 1 -4.
Durch eine osseointegrative Oberflächenbeschichtung bzw. Ausgestaltung der inneren Mantelfläche wird eine feste und haltbare Verankerung der Oberflächenersatzprothese auf dem Femurkopf erreicht. Eine osseointegrative Ausgestaltung der Mantelfläche wird zum Beispiel durch Gestaltung des oberflächennahen Bereichs der Mantelfläche im Grünzustand der keramischen Oberflachenersatzprothese mit dem Ziel einer geeigneten offenporigen Struktur erzielt. Auch eine Beschichtung der Mantelfläche im gesinterten Zustand der keramischen Oberflächenersatzprothese, zum Beispiel mit strukturierten Belägen aus Titanlegierungen ist geeignet.
Ein extrem wichtiges Merkmal der Erfindung, ist, dass die Oberflächenersatzprothese ohne Zement auf dem Femurkopf befestigt ist. Dies gilt für alle erfinderischen Ausgestaltungen. Es auch in allen Ausgestaltungen auch kein mittiger Zentrierstift im Aufnahmeraum angeordnet.
Alternativ oder in Kombination zur osseointegrativen Beschichtung oder osseointegrativen Ausgestaltung ist die Mantelfläche als selbstformendes Gewinde ausgebildet. Hierdurch ist die Befestigung wesentlich verbessert, so dass auf das Einzementieren oder den Zentrierstift verzichtet werden kann.
Das Gewinde ist konisch oder zylinderförmig ausgebildet ist. Beim konischen
Gewinde muss der Femurkopf in der Regel am wenigsten bearbeitet werden.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Steigung des Gewindes einen
wesentlichen Einfluss auf die Verankerung der Oberflächenersatzprothese auf dem Femurkopf ausübt. Die Steilheit des Gewindes ist nötig, damit keine Lockerung der Oberflächenersatzprothese auf dem Femurkopf auftritt. Je größer die Steigung ist, desto größere Kräfte sind erforderlich, um die Oberflächenersatzprothese auf dem Femurkopf zu drehen. Andersherum ausgedrückt: Liegt, bei festsitzender
Oberflächenersatzprothese, das durch Reibungskräfte auf die
Oberflächenersatzprothese wirkende Drehmoment unterhalb des Drehmoments, mit der die Oberflächenersatzprothese mit ihrem Gewinde auf dem Femurkopf verdrehbar ist, bleibt die Oberflachenersatzprothese fest auf dem Femurkopf verankert. Die Steilheit des Gewindes ist daher ein wichtiges erfindungsgemäßes Merkmal.
Es hat sich gezeigt, dass für die Primärfixierung der Oberflächenersatzprothese unmittelbar nach der Operation, speziell für die Sicherheit gegen das Lösen der Fixierung durch eine ungewollte Linksdrehung der Oberflächenersatzprothese, die Steilheit des Gewindes von wesentlicher Bedeutung ist: Nach dem Einsetzen des Oberschen kelkopfes mit der Oberflächenersatzprothese in die Hüftpfanne zum Ende der Operation wird durch die natürliche Bandspannung und den Muskeltonus die Schnittstelle der Oberflächenersatzprothese zum Oberschenkelkopf axial unter Vorspannung gesetzt. Je größer die Steilheit des Gewindes ist, desto höher ist das notwendige Drehmoment zum ungewollten Lösen der Verbindung; ein solches lösendes Drehmoment um die Symmetrieachse der Oberflächenersatzprothese kann durch Drehbewegungen des Beins bei Bewegungsübungen auftreten. Mit
zunehmendem Einwachsen von Knochengewebe in die osseointegrativ gestaltete Grenzfläche zwischen Oberschenkelkopf und Oberflächenersatzprothese vergrößert der Formschluss zwischen Elementen des Knochengewebes („Knochenbälkchen") und der osseointegrativen Struktur die Sicherheit der Schnittstelle.
Das Gewinde sollte daher mit einer Steigung größer als 2 mm/Umdrehung
ausgebildet sein. Schon besser ist eine Steigung größer als 4 mm/Umdrehung. Die besten Ergebnisse wurden mit einer Steigung größer als 6 mm/Umdrehung erzielt.
Auch kann das Gewinde mehrgängig ausgebildet sein.
Die Anzahl der Gewindegänge, die Zahnform und die Steigung können bezüglich primärer Verdrehsicherheit und axialer Festigkeit in weiten Grenzen optimiert werden und sind bei der Grünbearbeitung der keramischen Oberflächenersatzprothesen auf herkömmlichen CNC-Maschinen zu fertigen. Auch sehr steile Winkel bis 90° sind ausführbar, wobei diese mit einem Aufschlaginstrument montiert werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren weiter erläutert. In allen Figuren sind erfindungsgemäße zementfreie Oberflächenersatzprothesen dargestellt. Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen natürlichen Oberschenkelhals 9 bzw. Femurkopf 3 mit aufgesetzter erfinderischer Oberflächenersatzprothese 1 aus einer Keramik. Die äußere Oberfläche der Oberflächenersatzprothese 1 ist kugelförmig ausgebildet und wird entweder direkt in das natürliche Becken oder in eine künstliche Pfanne eingesetzt, die wiederum direkt oder indirekt im natürlichen Becken verankert wird.
Die Oberflächenersatzprothese 1 weist einen inneren Aufnahmeraum mit einer inneren Mantelfläche 4 auf, mit dem die Oberflächenersatzprothese 1 auf den Femurkopf 3 aufgesetzt ist. Die innere Mantelfläche 4 des Aufnahmeraums ist bevorzugt konisch ausgebildet. Sie kann aber auch, wie in Figur 1 gezeigt, ballig ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist die Oberflächenersatzprothese 1 ohne Zement auf dem Femurkopf 3 befestigt. Dies gilt für alle erfinderischen Ausgestaltungen. Es ist auch kein mittiger Zentrierstift im Aufnahmeraum angeordnet.
Zur Verankerung der Oberflächenersatzprothese 1 ist die innere Mantelfläche 4 mit einer osseointegrativen Beschichtung 6 versehen oder ist osseointegrativ ausgestaltet. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die innere Mantelfläche 4 des Aufnahmeraums als selbstformendes Gewinde ausgebildet. Diese Ausgestaltungen werden anhand der Figuren 2 bis 6 näher erläutert. Zusätzlich kann auch bei diesen Ausgestaltungen die innere Mantelfläche mit einer osseointegrativen Beschichtung versehen oder osseointegrativ ausgestaltet sein.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Oberflächenersatzprothese 1 , bei der die Mantelfläche 4 des inneren Aufnahmeraums als Kegelstumpf ausgeführt und mit einem mehrgängigen Steilgewinde versehen ist. In Figur 2 ist als Beispiel ein 2- gängiges selbstformendes Gewinde dargestellt. Die innere Mantelfläche 4 ist zusätzlich zum Gewinde mit einer osseointegrativen Beschichtung 6 versehen. Eine osseointegrative Beschichtung 6 wird auch als Direct-To-Bone-Beschichtung bezeichnet. Die Präparation des Sitzes während der Operation erfolgt mit einem entsprechend geformten Fräsinstrument. Nach dem Aufsetzen der Oberflächenersatzprothese 1 wird diese durch eine Rechtsdrehung fixiert. Zur Korrektur der Höhe könnte die Oberflächenersatzprothese 1 wieder durch Linksdrehung gelöst und der Sitz gegebenenfalls nachgefräst werden.
Wegen der zentrierenden Wirkung des kegelförmigen Sitzes kann auf einen Zentrierstift im Aufnahmeraum verzichtet werden mit dem Vorteil des Gewebeerhalts.
In Figur 2 ist die Steigung (s) des konischen 2-gängigen Gewindes konstant, d.h. der axiale Weg pro ganzer Umdrehung ist konstant. Die Teilung (t), d.h. der Abstand zwischen zwei Gewindespitzen ist hier s/2.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Oberflächenersatzprothese 1 mit einem konischen selbstformenden 4-gängigen Gewinde mit einer Teilung s/4. Figur 4 zeigt einen Schnitt durch eine Oberflächenersatzprothese 1 mit einenn 2- gängigen Gewinde 8 und Figur 5 eine Oberflächenersatzprothese 1 mit einem 4- gängigen Gewinde. Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Oberflächenersatzprothese 1 mit einem zylinderförmigen selbstformenden 6-gängigen Gewinde. Hier weist nur der kugelförmige Abschnitt 2 des Aufnahmeraums oberhalb des Gewindes eine osseointegrative Beschichtung 6 auf. Die Steigung aller Gewinde liegt bei 1 bis 20 mm/Umdrehung, bevorzugt bei 2 bis 10 mm/Umdrehung, besonders bevorzugt bei 3 bis 6 mm/Umdrehung. Die Auswahl der Gänge des Gewindes erfolgt in Abhängigkeit von der Steigung und der Gewindeform. So beträgt bei einem 1 -gängigen Gewinde die Steigung bevorzugt 1 -2 mm/Umdrehung, 2-4 mm/Umdrehung bei einem 2-gängigen Gewinde und 3-6 mm/Umdrehung bei einem 3-gängigen Gewinde.
Erläuterung zu den Bezugszeichen:
1 Oberflächenersatzprothese
2 kugelförmiger Abschnitt des Aufnahmeraums oberhalb des Gewindes
3 Femurkopf
4 Mantelfläche
5 kugelförmigen Oberfläche
6 osseointegrative Beschichtung
7 Aufnahmeraum
8 Gewinde
9 Oberschenkelhals

Claims

Patentansprüche
1 . Keramische Oberflächenersatzprothese (1 ) für den natürlichen Femurkopf (3) mit einer äußeren kugelförmigen Oberfläche (5) und einem inneren Aufnahmeraum (7) mit einer inneren Mantelfläche (4), dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche (4) zumindest bereichsweise mit einer osseointegrativen Beschichtung (6) versehen ist oder osseointegrativ ausgestaltet ist und/oder die Mantelfläche (4) als selbstformendes Gewinde (8) ausgebildet ist.
2. Oberflächenersatzprothese nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (8) konisch oder zylinderförmig ausgebildet ist.
3. Oberflächenersatzprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (8) mit einer Steigung größer als 2 mm/Umdrehung ausgebildet ist.
4. Oberflächenersatzprothese nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (8) mit einer Steigung größer als 4 mm/Umdrehung ausgebildet ist.
5. Oberflächenersatzprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (8) mit einer Steigung größer als 6 mm/Umdrehung ausgebildet ist.
6. Oberflächenersatzprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (8) mehrgängig ausgebildet ist.
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