DE2306552A1

DE2306552A1 - Gelenkendoprothesen

Info

Publication number: DE2306552A1
Application number: DE19732306552
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Med Griss; Guenther Dipl Phys Dr Heimke
Original assignee: Friedrichsfeld GmbH Steinzeug und Kunststoffwerke
Current assignee: Friatec AG
Priority date: 1973-02-10
Filing date: 1973-02-10
Publication date: 1974-08-15
Also published as: GB1451283A; DE2306552B2; CH561055A5

Description

Friedrichsfeld GmbH
Steinzeug- und Kunststoffwerke

68 Mannheim 71
Postfach 7

Pa t e nt a nme!dung

C-elenkendoprothesen

Die Erfindung betrifft Gelenkendoprothese^ die das günstige Verschleissverhalten dichter AIpCU - Keramik für die auf Reibung beanspruchten Gelenkteile ausnutzen, während für die Verankerung im Knochenschaft die günstigen mechanischen Eigenschaften hochfester Stähle dadurch ausgenutzt werden können, dass diese an sich in biologischer Umgebung nicht'korrosionsbeständigen Stähle durch mindestens einen dichten Glasoder glasähnlichen Überzug von der Berührung mit dem Gewebe geschützt werden.

Für den Aufbau von Gelenkendoprothesen sind bisher folgende Konstruktionen und Werkstoffkombinationen benutzt bzw. vorgeschlagen worden :

1) Prothesen aus Metall, bei denen man zunächst von den nicht rostenden Stählen ausging. Nachdem erkannt worden war, dass diese Stähle in biologische Umge-

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ORIGINAL INSPEGTED

bung korrosionsanfällig sind, wurden, spezielle Co-Cr-Mo-Legierungen entwickelt, deren Korrosionsverhalten günstiger ist. Dafür erreichen diese Legierungen nicht die mechanischen Eigenschaftender hochfesten Stähle, besonders nicht bezüglich der Dauerstandfestigkeit. - Eine Reibbeanspruchung von Metall auf Metall in biologischer Umgebung ist' möglichst zu vermeiden, da der dabei entstehende Metallabrieb zu Gewebeschäden führt.

2) Gelenkendoprothesen werden daher oft in der Kombination Metall-Kunststoff für die Reibende Fläche ausgeführt, z. B. für den Ersatz von Hüftgelenken. Dabei tritt jedoch an den Kunststoffteilen ein Reibverschleiss auf, der ein Auswechseln der Kunststoffteile nach etwa 5 bis 10 Jahren notwendig macht.

3) Gelenkendoprothesen aus Keramik, insbesondere aus dichter AIp(X - Keramik, bieten den 'Vorteil bei Reibbeanspruchung nur einen ganz geringen Einlaufverschleiss zu zeigen. Die dabei entstehenden wenigen Verschleisspartikel sind.nicht schädlich für den Körper. Nach der Einlaufperiode tritt kein weiterer Verschleiss auf - Korrosionserscheinungen sind an AIpO - Keramik nicht beobachtet worden. Histologische Untersuchungen des an AIpO-, - Keramik Implantate angrenzenden Gewebes zeigten keine Abstossungsreaktionen wie bei Metallen und Kunststoffen. Es wurden An- und Einwachsreaktionen beobachtet. -

4) Es sind auch schon Gelenkendoprothesen In Kerarnik-Metall-Verbundausführung bekannt geworden, und zwar als Hüftgelenkersatz, die aus einer Pfanne, die in der Hüfte befestigt wird, und einem Kopf aus AIpO-. Keramik bestehen, wobei der Kopf mit Hilfe eines in ihn hineinragenden Zapfens auf einem Metallschaft

befestigt ist, der seinerseits in dem Oberschenkelknochen verankert ist. - 3ei dieser Konstruktion werden zwar die günstigen Eigenschaften der Keramik bezüglich der Reibbepnspruchung ausgenutzt, doch sind die Festigkeiten und das Zeitstandverhalten der infrage kommenden Legierungen unbefriedigend, wie bereits unter 1) erwähnt.

5) 2um Schutz von Metallprothesen vor Korrosion in biologischer Umgebung und zur besseren Verankerung von Metallprothesen ist auch schon vorgeschlagen worden, die Oberflächenteile von Metallendoprothesen, die der Befestigung in den Knochen dienen, mit poröser Keramik zu beschichten. - Wegen der genannten Porosität kommt es aber auch bei dieser Konstruktion zu einem direkten Kontakt zwischen den Metallteilen und der biologischen Umgebung, nämlich durch die Poren hindurch, so dass als Metalle auch hier nur die oben genannten korrosionsbeständigeren Legierungen infrage kommen und hochfeste Stähle nicht eingesetzt werden können.

6) Auf ihre Eignung für Endoprothesen wurden auch glaskeramische Werkstoffe verschiedener Art und mit unterschiedlichem Entglasungsgrad untersucht, wobei eine der Keramik ähnliche Körperverträglichkeit gefunden wurde. - Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Biegebruehfestigkeit, gestatten jedoch meist nicht die Konstruktion ganzer Gelenkendoprothesen.

Für die Befestigung von Gelenkendoprothesen im angrenzenden Knochenraum gibt es bisher im wesentlichen zwei Möglichkeiten: Einmal den direkten -Kontakt von Prothesen und Knochen, meist unter mechanischer Belastung durch Einschlagen in den Knochen. Bei den Metallendoprothesen hat diese, auch als zementfreie Befestigung bezeichnete Art der Veranke-■ rung nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt, da

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wegen der oben schon erwähnten Abstossungsreaktionen des Körpergewebes oft Lockerungen der Prothesen auftraten. - Deshalb werden zum anderen Gelenkendoprothesen heute meist mit Hilfe von Kunststoffzementen in den angrenzenden Knochen verankert. - Hier gibt es jedoch gewisse Verarbeitungsschwierigkeiten, die mit der Art der Aushärtereaktion zusammen hängen; ausserdem veranlasst der ausgehärtete Kunststoff eine Abwehrreaktion des umgebenden Gewebes. Erfindungsgemäß können die ungünstigen Aspekte der einzelnen oben genannten Gelenkendoprothesen durch eine Konstruktion mit der folgenden Werkstoffkombination vermieden werden :

Die reibender Beanspruchung ausgesetzten Teile der Gelenkendoprothesen werden aus dichter AlpCL· Keramik hergestellt, die der Verankerung im angrenzenden Knochenraum dienenden Teile bestehen aus hochfestem Stahl mit grosser Zeitstandfestigkeit und tragen auf allen Oberflächen, die mit Gewebe in Berührung kommen, einen dichten Glasoder glasähnlichen Überzug.

Die Erfindung wird am Beispiel einer Hüftgelenkendoprothese entsprechend Pig. 1 und einer EIlbogenendoprothese entsprechend Fig. 2 näher besprochen :

In Pig. 1 bedeutet 1 der Schaft des Oberschenkelteiles der Prothese. Dieser Schaft steckt bis zum Kragen 2 im Oberschenkelknochen und stützt sich mit diesem Kragen 2 teilweise auf dem Knochen ab. Dieser Schaft besteht erfindungsgemäß aus hochfestem Stahl grosser ZeitstandfestigMt und ist auf allen Oberflächen mit Ausnähme der Grenzflächen zum kugelförmigen Gelenkkopf 3 mit einem Glas- oder glas-

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ähnlichen Überzug versehen. Der Schaft trägt an seinem oberen Ende einen Zapfen 4 mit einer als Verdrehungsschutz dienenden Abflachung, der in eine entsprechende Ausnehmung des Gelenkkopfes 3 passt. Die Grenzfläche 5 zwischen dem Gelenkkopf 3 und dem Schaft 1 ist eben, z. B. geschliffen. - Der Gelenkkopf 3 besteht aus Al_p0 Keramik. Er wird im allgemeinen nach der Implantation des Schaftes im Oberschenkelknochen mit einem geeigneten Kleber längs der Oberflächen des Zapfens 4 auf dem Schaft befestigt. Die äussere Oberfläche des Gelenkkopfes 3 aus Al_p0-, Keramik ist poliert. - Die Innenfläche der Gelenkpfanne 6 aus AIpO^ - Keramik ist zur Oberfläche des Gelenkkopfes 3 passend poliert. Die Gelenkpfanne 6 trägt auf ihrer Rückseite 7 verschiedene Nuten, durch die eine direkte Verankerung im Hüftknochen erfolgt.

Die Ellbogengelenkprothese in Fig. 2 besteht aus den beiden Schäften 8 und 9 aus hochfestem Stahl grosser Zeitstandfestigkeit und den beiden gegeneinander beweglichen Teilen 10 und 11 aus AIpO., Keramik. Die Schäfte 8 und 9 sind auf allen Oberflächen mit Ausnehme der Grenzflächen, mit denen sie die Teile 10 und 11 aus Al₀O^ - Keramik berühren, mit einem Glas- oder glasähnlichen Überzug versehen. Die Teile 10 und 11 xverden i. a. nach der Implantation der Schäfte 8 und 9 mit einem geeigneten Kleber längs der Zapfen 12 und 13, die auch einen Verdrehungsschutz, aufvjeisen, in entsprechende Ausnehmungen in den ΛI₀O.,, - Xeramikteilen 10 und 11 eingepasst und befestigt. Die Grenzflächen 14 und 15 zwischen den

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Schäften 8 und 9 und den A1„O^ - Keramilcteilen 10 und 11 sind eben, z. B. geschliffen. Die aufeinander gleitenden Flächen der Teile 10 und 11 aus AIpO-, - Keramik sind passend poliert. Als hochfester Stahl kommen alle Stähle hoher Zugfestigkeit infrage, die bei der Körpertemperatur diese hohe Festigkeit auch nach einer grossen Zahl von"Lastwechseln behalten oder nahezu behalten. Für die genaue Dimensionierung muss die nach einer grossen Zahl von Lastwechseln verbleibende Festigkeit zugrunde gelegt werden. Ausserdem muss dieser Stahl die zum Aufbringen des Glasoder glasähnlichen Überzugs notwendige Wärmebehandlung möglichst ohne Festigkeitsverlusfc durchlaufen, bzw. es müssen für die Dimensionierung die nach dieser Wärmebehandlung gültigen Festigkeitswerte benutzt werden. - Viird - der Glas- oder glasähnliche Überzug nach einem der Flammspritzverfahren oder durch eine andere, nur die Oberfläche des Stahls beeinflussende Methode, aufge-. bracht, so ist die Festigkeitsänderung des Stahlteiles meist gering.

Unter AIpO-, - Keramik wird eine dichte, d. h. keine offene Porosität aufweisende Oxidkeramik mit mehr als 85 Gew. $ Al₀O^, verstanden. Am günstigsten ist eine Oxidkeramik mit mehr als 95 $> Gew. f? A

Unter dichten Glas- oder glasähnlichen Überzügen werden Schichten aus Glas, Emaille oder Glaskeramik verstanden, die fest auf dem Stahl der Schäfte haften, ggf. vermitteis metallischer, z. B.galvanisch aufgebrachter Zwischenschichten. Die Verfahren zum Aufbringen solcher Schichten sind bekannt, und gehören zum Stand der Technik.

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chemische Zusammensetzung dieser Überzüge und der Grad der Entgasung bei den Glaskeramiken wird durch ihre Gewebeverträglichkeit bestimmt. Günstige Zusammensetzungen, die diese Bedingungen erfüllen, sind bereits bekannt.

Zur Verbesserung: der Verankerung des anwachsenden Gewebes ist er- in vielen Fällen vorteilhaft, eine poröse Schicht aus Keramik, z. 3. Al_o0_ - Keramik, auf den dichten Glas- oder glasähnlichen Überzug zusätzlich aufzubringen. Die wesentliche Verbesserung gegenüber bisher vorgeschlagenen porösen Überzügen besteht in der ersten dichten Glas- oder glasähnlichen Unterschicht, die jede Berührung des' Gewebes mit dem Metall sicher ausschliesst und damit auch Jede Lösung der Metallionen im Gewebe. Die zweite, poröse ßchicht dient nur der besseren Verankerung der Prothese im Gewebe.

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Claims

Ansprüche

I)) Gelenkendoprothesen aus im we sent liehen dichter AIpO-. - Keramik für die gleitender Reibung ausgesetzten Gelenkteile und Metallteilen für das Verankern der Prothesen im jeweils angrenzenden Knochenschaft, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallteile aus hochfestem Stahl bestehen und an den Flächen, mit denen sie mit biologischem Milieu in Berührung stehen, mit mindestens einem dichten Glas- oder glasähnlichen Überzug versehen sind.
2) Gelenkendoprothesen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus Emaille besteht.
3) Gelenkendoprothesen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus einer Glaskeramik besteht.
4) Gelenkendoprothesen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus einer ersten an das Metall angrenzenden dichten Glas- oder glasähnlichen Schicht und aus einer zweiten, porösen Schicht besteht.

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