DE3726213A1 - Hueftgelenksprothese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hüftgelenksprothese der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Eine derartige Pfanne ist aus dem deutschen Gebrauchs­ muster Nr. 86 83 855.8 bekannt. In dieser Schrift ist eine zementfrei implantierbare selbstnachspannende Hüftgelenk­ pfanne beschrieben, welche als geschlossene Außenpfanne (in Form einer Rotationsfläche eines Bogens) ausgebildet ist, wobei sich vom Pfannenrand (von der in Einführungs­ richtung zurückliegenden Kante) ausgehende Einschnitte in die Pfannenoberfläche hinein erstrecken, so daß aufspreiz­ bare Segmente gebildet sind.

Bei dieser Ausführung besteht der Nachteil, daß die Spreizwirkung aufgrund eines "Setzens" der Innenpfanne er­ folgt und damit die Festigung des Sitzes der Pfanne von der Belastung abhängig ist. Wegen der mit der Benutzung erfolgenden Veränderung der Position der Eingriffselemente ist mit dem Setzen jeweils auch wieder ein Auflösen der unmittelbaren Verbindung zwischen Pfannenwerkstoff und Trä­ gerelement in dem Sinne zu verbinden, daß die direkt durch "Anwachsen" erzeugte Verbindung aufgebrochen wird. Das hat seine Ursache darin, daß mit dem Spreizen des Trägerele­ ments beim Setzen der Innenpfanne durch Veränderung der Abmessungen der Außenpfanne Scherbewegungen im Mikrobe­ reich an der Oberfläche auftreten. Außerdem kann die ange­ strebte Aufweitung der Außenpfanne durch Verschiebung der Innenpfanne nur über eine begrenzte Distanz erfolgen.

Nach Erreichen einer Endposition kann dann keine weite­ re Festigung des Sitzes mehr stattfinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Hüftge­ lenksprothese der eingangs genannten Gattung eine zusätz­ liche Festigung des Sitzes zu erzeugen, wobei diese Festi­ gung aber nicht die spätere Sekundärfixation durch unmit­ telbares Anwachsen beeinträchtigen soll.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des gültigen Ansprucns 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist, daß eine ver­ größerte Primärfixation erzeugt wird, welche mit dem Ver­ spannen der Pfanne bereits unmittelbar nach der Implanta­ tion erzielt wird. An diese Primärfixation schließt sich die Sekundärfixation an, welche mit dem Anwachsen der Pfanne an die umgebenden Knochenbereiche verbunden ist. Letztere kann ungestört verlaufen und überlagert die erreichte erhöhte Primärfixation, so daß eine sehr hohe Gesamtfestigkeit erzielbar ist. Durch die verwendeten selbsthemmenden Elemente ist die Haltewirkung in jeder ge­ wählten Position fixierbar.

Eine derartige Anordnung ist insbesondere bei sphärisch gestalteten Tragelementen bzw. Pfannen mit selbstschnei­ dendem Gewinde brauchbar, da hier die Tiefe der Gewinde­ flanken der beim Einschrauben der Pfanne vorangeführten Gewindesegmente meist verkleinert ist. Damit ist auch der Eingriff in die Knochensubstanz entsprechend verringert. Wenn nun bei einem derartigen Tragring insbesondere in diesem vorderen Bereich eine besonders gute Kraftüberlei­ tung erwünscht ist, kann sich die mittels der erfindungs­ gemäßen Maßnahmen erzielte Spreizwirkung bei entsprechen­ der Ausgestaltung auch bevorzugt auf den Bereich der vor­ deren Gewindegänge erstrecken. Das kann insbesondere auch dann der Fall sein, wenn bei geschädigtem Acetabulum sta­ bile verbleibende Knochenbereiche gezielt zur Befestigung ausgewählt werden müssen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird daher ein Tragelement geschaffen, welches insbesondere im beim Einschrauben vorangeführten Bereich eines ringförmigen Tragelementes eine zusätzliche Fixie­ rung erzielt.

Bei der Erfindung ist darüber hinaus vorteilhaft, daß die durch die unterschiedlichen vorgesehenen Maßnahmen nach außen gespreizten Gewindesegmente auch eine Verdrehsi­ cherung bilden, so daß im eingeschraubten Zustand nach Veranlassung des Aufspreizens der entsprechenden Segmente eine zuverlässige Verdrehsicherung gegeben ist, so daß die Hüftgelenksprothese alsbald belastet werden kann.

Da mit dem zusätzlichen Aufspreizen der äußeren Pfanne bei der Implantation keine späteren Scherbewegungen zwi­ schen Knochen- und Pfannenmaterial auftreten, sind auch Ausnehmungen günstig, welche Knochenspäne aufnehmen, da ein durch diese begünstigtes Anwachsen später nicnt mehr beeinträchtigt wird.

Weitere Varianten der Erfindung bieten darüberhinaus die folgenden Vorteile:

Wenn das selbsthemmende Element ein Außengewinde aufweist, welches in Wechselwirkung mit einem mit dem Trägerelement verbundenen Innengewinde bei Verdrehung einen Vorschub er­ zeugt, das durch Keilwirkung oder mittels eines Winkelhe­ bels in die radiale Bewegungskomponente umgesetzt wird, läßt sich die Expansion mit einer einfachen Schraubbewe­ gung einstellen. Bei der Verwendung eines Schraubrings als selbsthemmendes Element, der an den expandierenden Teilen im Bereich des Pfanneninneren anliegt, können meh­ rere Elemente mit einer einzigen Schraubbewegung gleich­ mäßig verstellt werden.

Die expandierbaren Teile der Pfanne werden bevorzugt durch einen flexiblen Bereich, der von einem in tangentialer Richtung benachbarten Teil durch einen Schlitz oder eine sonstige Materialunterbrechung getrennt ist, gebildet oder aber durch Winkelhebel, die im Schei­ telbereich um eine, bezogen auf die Pfanne, tangential ge­ richtete Drehachse schwenkbar gelagert sind. Bei den Win­ kelhebeln kann die radiale expandierende Bewegung entweder durch einen zentralen Schraubring oder aber durch außer­ halb der Drehachse der Hebel vorgesehene Gewinde erzeugt werden, auf die jeweils eine Zugschraube einwirkt, deren Kopf sich an einer entsprechenden Auflage der Pfanne ab­ stützt.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Pfanne in einer ersten Ausführung in Seitenansicht,

Fig. 2 und 3 Teildarstellungen der Pfanne gemäß Fig. 1 im Schnitt,

Fig. 4 die erfindungsgemäße Pfanne in einer zweiten Aus­ führung in Seitenansicht sowie Fig. 5 und 6 Teildarstellungen der Pfanne gemäß Fig. 4 im Schnitt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Trägerelement 1, welches ringförmig ausgebildet und dessen Außenfläche der Oberflä­ che einer Kugelzone entspricht, sind eine Anzahl von ge­ windeförmig angeordneten Gewindesegmenten 2 vorgesehen, welche durch Schneidnuten 3 voneinander getrennt sind. Die Gewindesegmente sind an ihren beim Einschrauben vorange­ führten Teilen scharfkantig ausgeführt und stehen hier am weitesten von der Kugeloberfläche ab. Sie bilden im Bereich der Schneidnuten scharfkantige Spitzen, welche beispielhaft mit 4 bezeichnet sind. In bezogen auf die beim Einschrauben aufzuwendende Drehrichtung - weiter zu­ rückliegenden Bereichen sind die Gewindesegmente zu ihren Außenkanten abgestumpft bis abgeflacht ausgebildet, was durch eine parallele Bearbeitung der übereinanderliegenden Gewindesegmente mittels Fräsen oder dgl. erfolgen kann. Das ringförmige Trägerelement besteht bevorzugt aus Titan, dessen Elastizitätseigenschaften bei geeigneter Quer­ schnittsbemessung in etwa denen des umgebenden Knochenma­ terials entspricht.

Ein Pfanneneinsatz 5 ist an die inneren Querschnittsabmes­ sungen des Trägerelementes 1 angepaßt und läßt sich in das bereits in den Knochen eingeschraubte Trägerelement von unten her einsetzen, wobei der obere kuppelförmige Bereich 6 des Einsatzes das Trägerelement überragt und sich im eingesetzten Zustand im Inneren der im Knochen angebrach­ ten Aussparung abstützt.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ersichtlich, daß Schlitze 7 vorgesehen sind, welche sich vom oberen Rand des ringförmigen Tragelementes (der beim Einschrauben voran geführt wird) ungefähr bis zur Mitte hin erstrecken. Die Schlitze münden in verrundete Durchbrüche 8 mit in bezug auf die Breite der Schlitze erweitertem Durchmesser, wobei die Durchbrüche 8 einerseits eine Rißbildung der Pfanne verhindern und zum anderen Raum zum Einwachsen von Knochenmaterial oder zum Einfügen von Spänen geben, der zusätzlich das Anwachsen der Pfanne erleichtert. An die Schlitze anschließend sind wannenförmige Ausnehmungen 9 vorgesehen, welche ebenfalls Knochenspäne aufnehmen, je­ doch dabei lediglich Vertiefungen bilden.

Die Schlitze sind derart eng ausgebildet, daß die Pfanne beim Einschrauben nach innen hin möglichst wenig nachgibt und sich die einander gegenüberliegenden Seitenwandungen der Schlitze bei während des Schneidvorganges des Gewindes auftretenden Belastungen gegenseitig blockieren. Dabei ist bevorzugt durch die Ausgestaltung der sich verjüngenden Oberfläche dafür Sorge getragen, daß das Tragelement seine während des selbsttätigen Einschneidens des Gewindes er­ forderliche optimale Form dann einnimmt, wenn die den Schlitzen benachbarten Materialkanten aneinanderstoßen.

In den Fig. 2 und 3 ist in vergrößerter Schnittdarstel­ lung wiedergegeben, wie ein ringförmiger Gewindekörper in Form eines Schraubrings 9 mit konischem Außengewinde 10 in ein entsprechendes der Innenseite des Tragelementes gese­ henes Innengewinde 11 eingreift, wobei sich dieses Gewinde in Einschraubrichtung der Pfanne gesehen - ebenfalls ko­ nisch verjüngt. Der Schnitt der Darstellung gemäß Fig. 3 verläuft zwischen Schlitzen 7 gemäß Fig. 1. In Fig. 2 ist die Pfanne in der Position zum Einschrauben wieder­ gegeben, wobei sich der Schraubring im Bereich des weite­ sten Durchmessers des konischen Innengewindes 11 befindet.

Der zusätzliche Schraubring 9 gestattet es, den Grad der Aufspreizung des Tragrings 1 und damit die Einpressung der Gewindeflanken im oberen Teil zu bestimmen. Dabei sind die Innengewindeflanken an denjenigen Teilen der auf­ spreizbaren Teile des Trägerelemtes vorgesehen, welche sich nach außen bewegen lassen. Beim Einschrauben der Pfanne ist der zusätzliche Schraubring in einer Position angeordnet, welche die beim Einschrauben vorgesehene Form der Pfanne arretiert, so daß der zum selbstschneidenden Eingriff der Gewindeflanke erforderliche Anpressdruck auf­ gebracht werden kann.

Eine Ausnehmung 12 bildet eine von mehreren über den Um­ fang verteilten Ausnehmungen zum Eingriff eines Werkzeugs zur Drehmomentübertragung, welches angesetzt wird, bevor der Einsatz 5 eingeschnappt wird.

Nach dem vollständigen Einschrauben des Tragrings 1 wird durch ein entsprechendes (nicht näher dargestelltes) Werk­ zeug über entsprechende ein Drehmoment übertragende Aus­ sparungen der Schraubring 9 weiter eingeschraubt, so daß sich infolge von dessen konischer Außengewindeform die Ge­ windetragflanken 4 im oberen Bereich der Pfanne weiter in den Knochen eingraben. Das Einschraubwerkzeug kann dabei im wesentlichen dem Werkzeug entsprechen, mit dem der Tragring 1 zuvor eingeschraubt wurde.

In Fig. 3 ist der Tragring 1 in seiner aufgespreizten Stellung wiedergegeben, wobei der Schraubring 9 nach oben vorangeschraubt ist. Der Bereich 13 des Tragrings 1 der Pfanne ist ringförmig geschwächt, so daß die Pfanne hier die notwendige Elastizität aufweist, welche ein Auf­ spreizen der geschlitzten Bereiche des Tragrings zuläßt.

Der Pfanneneinsatz 5 weist eine ringförmige Ausnehmung 14 auf, welche bei eingefügtem Einsatz den Schraubring 9 in jeder Position unbehindert läßt, wie anhand des Vergleichs der Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Der Einsatz 5 läßt sich also auch dann einsetzen, wenn der Ring 9 nur wenig oder gar nicht angezogen wurde.

Bei dem weiteren in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist ersichtlich, wie sich jeweils ein über mehrere Gewindegänge erstreckendes einen Gewindeseg­ mentbereich bildendes Element 15 in die Außenoberfläche des Tragrings 1′ einfügt und jeweils den aufspreizbaren Bereich bildet. Das Element 15 ist in die Außenoberfläche als separates Halteelement in eine entsprechende Aus­ nehmung des Tragrings eingefügt und radialer Richtung nach außen hin verschiebbar angeordnet. Diese Verschiebung er­ folgt durch Winkelhebelübertragung unter Ausnutzung des Antriebs einer durch die untere Kante des Tragrings hin­ durchragenden Schraube oder ein entsprechendes Element, welches selbsthemmend und von der konkaven Seite der Pfan­ ne her verstellbar ist. Eine U-förmig verlaufende Begren­ zungskante 16 markiert in Fig. 1 sichtbar die Grenzen des Elements 15.

In den Fig. 5 und 6 ist die Anordnung gemäß Fig. 4 vergrößert im Schnitt dargestellt, wobei erkennbar ist, wie das Element 15 von der konkaven Seite der Pfanne her erreichbar ist. Es ist damit kein Durchbruch zum Inneren des Tragelementes erforderlich, was aus Gründen der Stabi­ lität oder zum Erzielen einer von Dichtigkeit von Bedeu­ tung sein kann.

Das aufspreizbare Element 15 ist als Winkelhebel ausge­ bildet, welches in eingefahrenem Zustand gemäß Fig. 5 mit dem in tangentialer (senkrecht zum Papier in der Zeichnun­ g) anschließenden Teil der Außenkontur übereinstimmt. Auch die Anordnung und Position der Tragrippen 4 entspricht derjenigen der nicht aufspreizbaren Bereiche zwischen den Elementen 15, so daß sich bei in der eingefahrenen Stel­ lung befindlichem Element 15 eine homogene Außenfläche der Pfanne ergibt.

Die Gewindesegmente 4, die das Element 15 aufweist, bil­ den nach außen (radial) gerichtete "Krallen", welche zum Einschrauben der Pfanne im wesentlichen eingefahren sind, so daß das das selbstschneidende Gewinde voll funktions­ fähig ist. Hat das Tragelement 1′ seine Endposition er­ reicht, so wird durch eine Betätigungsschraube 16, welche durch eine gewindelose Bohrung eines Bunds 17 der unteren Stirnfläche des Tragelementes 1′ in einen mit einem an die Schraube angepaßten Innengewinde 18 versehenen Bereich des Elements 15 eingreift, der den kürzeren radial gerichteten Schenkel des Winkelhebels bildet, dessen verrundeter Scheitel 19 in einer entsprechenden radial versetzt gele­ genen Ausnehmung um einen entsprechenden Drehwinkel schwenkbar gelagert ist. Die Schraube 16 weist einen In­ nensechskant 20 auf, der den Drehmomentanschluß für ein entsprechendes Schraubwerkzeug bildet.

Durch Anziehen der Schraube wird der kurze Schenkel an der obere nach außen weisende längere Schenkel des Elements 15 ausgefahren, so daß das Halteelement in den Knochenbereich eingreift und die Pfanne festhält. Das Element 15 wird ausgefahren, wenn das Tragelement seine Endposition im Ac­ tabulum erreicht hat, so daß das Element 15 eine zusätzli­ che Verdrehsicherung bewirkt, zumal sich die Seitenka­ nten der Spreizkralle an den entsprechenden Seitenwänden der Ausnehmung abstützen und somit sowohl eine Sicherung gegen Herausziehen als auch gegen Verdrehung bewirken. Der ausgefahrene Zustand des Elements 15 ist in Fig. 6 wie­ dergegeben. Die Schraube 16 kann auch bei eingesetzter In­ nenpfanne betätigt werden, wie Fig. 5 zeigt. Somit kann das zusätzliche Arretieren der Pfanne durch Spreizen des (oder der) Element(e) 15 auch vorgenommen werden, nachdem die für die genaue Positionierung der Pfanne erforderli­ chen Kontrollmessungen ausgeführt sind.

Durch die sich insbesondere im beim Einschrauben vorange­ führten Teil der Pfanne aufspreizenden Elemente, wird dort ein zusätzliche Haltewirkung erzielt. Die Mechanik des Winkelhebels sorgt darüber hinaus dafür, daß die Pfanne beim Festziehen der Schraube 16 in das Acetabulum hinein­ gezogen wird. Wenn - wie beim dargestellten Ausführungs­ beispiel in Fig. 4 erkennbar - sowohl die Elemente 15 als auch die zwischen diesen befindlichen festen Bereiche mit beim Einschrauben aufeinanderfolgenden Gewindeflanken ver­ sehen sind, verspannen sich die Gewindeflanken beim Anzie­ hen der Schrauben 19 in den Gewindegängen gegeneinander, so daß auch mit diesem Versatz quer zur Richtung der Ge­ windegänge eine Verdrehsicherung verbunden ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (13)

1. Hüftgelenksprothese, bestehend aus einer äußeren Pfanne und einem Pfanneneinsatz, wobei mindestens ein Teil der äußeren Pfanne in radialer Richtung expandierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein selbsthemmend von der konkaven Seite der Pfanne aus betätigbares Element (12, 16) vorgesehen ist, welches auf den expandierbaren Bereich einwirkt und bei Verstellung eine radiale Bewegungskomponente erzeugt.

2. Hüftgelenksprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsthemmende Ele­ ment ein Außengewinde aufweist, welches in Wechselwirkung mit einem mit dem Trägerelement verbundenen Innengewinde bei Verdrehung einen Vorschub erzeugt, das durch Keil­ wirkung oder mittels eines Winkelhebels in die radiale Bewegungskomponente umgesetzt wird.

3. Hüftgelenksprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als selbsthemmendes Element ein Schraubring mit einem Außengewinde vorgesehen ist, welcher in ein entsprechendes Innengewinde eingreift und mit einer Innenfläche in Wechselwirkung tritt, die mit dem expandierbaren Bereich verbunden ist, wobei der Schraubring das Expandieren durcn Aufgleiten auf die Innenfläche bewirkt.

4. Hüftgelenksprothese nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der expandierbare Teil der Pfanne durch einen flexiblen Bereich gebildet wird, der von einem in tangentialer Richtung benachbarten Teil durch einen Schlitz oder eine sonstige Materialunterbrechung getrennt ist.

5. Hüftgelenksprothese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz sich bei ringförmiger Ausbildung der äußeren Pfanne von der Kante mit dem geringeren Durchmesser her erstreckt.

6. Hüftgelenksprothese nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der expandierbare Teil durch mindestens einen Winkelhebel gebildet wird, der im Scheitelbereich um eine, bezogen auf die Pfanne, tangential gerichtete Drehachse schwenkbar ge­ lagert ist.

7. Hüftgelenksprothese nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß radial außerhalb der Drehachse ein Gewinde vorgesehen ist, auf das eine Zug­ schraube einwirkt, deren Kopf sich an einer entsprechenden Auflage der Pfanne abstützt.

8. Hüftgelenksprothese nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelhebel spitz­ winklig ausgebildet sind, wobei der Scheitel in einer entsprechenden Ausnehmung des äußeren Pfannenteils dreh­ bar gelagert ist.

9. Hüftgelenksprothese nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelhebel in sei­ nem nach außen weisenden Bereich der Struktur der äußeren Pfannenoberfläche angepaßt ist.

10. Hüftgelenksprothese nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelhebel in einer nicht expandierten Position sich innerhalb der Außenkontur der übrigen äußeren Pfanne befindet und ins­ besondere mit dieser übereinstimmt.

11. Hüftgelenksprothese nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die expandierenden Bereiche Erhebungen aufweisen, welche bei der expandierenden Bewegung in den Knochen eingreifen.

12. Hüftgelenksprothese nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen Gewinde­ oder Tragflanken bilden.

13. Hüftgelenksprothese nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Oberflächenteilen der expandierenden Bereiche oder diesen benachbart Ausnehmungen vorgesehen sind, welche wannenförmige Vertiefungen oder Durchbrüche bilden.