DE60214307T2

DE60214307T2 - Hüftgelenkspfanne

Info

Publication number: DE60214307T2
Application number: DE60214307T
Authority: DE
Inventors: Christophe Cueille; Denis Pichon
Original assignee: Benoist Girard et Cie SAS
Current assignee: Benoist Girard et Cie SAS
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: AU2002300993B2; EP1290992A1; GB0122002D0; ATE337758T1; US20030050705A1; JP2003175099A; EP1290992B1; CA2402184A1; DE60214307D1

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER HÜFTPFANNE
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne für eine totale Hüftprothese, sowie eine totale Hüftprothese, die eine solche Pfanne enthält.
Ein Totalersatz-Hüftgelenk umfasst zwei generelle prothetische Komponenten, die in die Hüfte und das Bein des Patienten implantiert werden. Eine femorale Kugelkomponente ersetzt die natürliche Femurkopfoberfläche, und eine Hüftpfannenkomponente ersetzt die natürliche Hüftgelenkspfannenoberfläche.
Femorale prothetische Komponenten gibt es in vielen verschiedenen Formen, um für den Patienten geeignet zu sein und um die Menge an natürlichem Knochen, die entfernt werden muss, zu minimieren. Einige dieser Komponenten weisen eine ungefähr halbkugelförmige Gestalt auf und werden direkt auf den femoralen Kopf aufgesetzt. Andere Komponenten umfassen einen Schaftteil, der in den medullären Kanal implantiert wird, sowie einen Hals, der einen Kugelkopf trägt, oder einen Kopfzapfen, der angepasst ist, um einen Kugelkopf zu tragen.
Hüftpfannenkomponenten werden ebenfalls in einer Vielzahl von Formen hergestellt, um für die Bedürfnisse des Patienten geeignet zu sein. Diese Komponenten weisen im Allgemeinen eine halbkugelförmige Gestalt auf und werden in das Azetabulum eingesetzt.
Bei einem Totalersatz-Hüftgelenk ist es wichtig, dass der femorale Kopf und die Hüftpfanne gute Lageroberflächen aufweisen, um für eine natürliche reibungslose Hüftbewegung zu sorgen. Es ist bekannt, Hüftersatzkomponenten aus Metallen, wie Titan- oder Edelstahllegierungen, Kunststoffmaterialien, wie Polyethylen, und Keramikmaterialien, wie Aluminiumoxid, zu konstruieren.
Jedoch müssen die verwendeten Materialien auch imstande sein, die postoperative Belastung des Gelenks auszuhalten. während des natürlichen Gangs und anderer natürlicher Bewegungen werden verschiedene multidirektionale Lasten auf das Gelenk aufgebracht. Um diese Kräfte auszuhalten, muss eine Hüftpfanne entweder sehr kräftig sein oder gleichförmig am Azetabulum befestigt werden, so dass die Lasten über ihre kugelförmige Struktur verteilt werden. Es ist bekannt, dass Prothesen versagen, wenn sie nicht richtig am Knochen befestigt sind, weil die Lasten in kleinen Bereichen konzentriert werden.
Die am meisten gewünschte Form von totaler Hüftprothese ist eine Keramik-auf-Keramik-Anordnung, wobei sowohl der femorale Kugelkopf und die Hüftpfanne aus einem Keramikmaterial konstruiert sind. Weiter hat man gefunden, dass die Lageroberfläche bei einer Keramik-auf-Keramik-Anordnung am besten mit der bekannten größeren Art von prothetischen Kugelköpfen und Pfannen funktioniert, die ähnliche Abmessungen wie das natürliche Hüftgelenk aufweisen. Diese größeren prothetischen Gelenke sorgen auch für mehr Stabilität während des natürlichen Gangs und verringern die Möglichkeit einer Dislokation, und die vorliegende Erfindung ist zur Verwendung bei dieser Art von größerem prothetischem Gelenk vorgesehen.
Jedoch ist eine solche Anordnung wegen der bekannten Schwierigkeiten beim Befestigen einer keramischen Hüftpfanne am Azetabulum als nicht für möglich gehalten worden. Keramikmaterialien sind verhältnismäßig spröde, und es ist bekannt, dass sie ohne eine gleichförmige Grenzfläche mit dem Knochen zum Verteilen der Last über den Knochen versagen. Es sind Versuche unternommen worden, größere Keramik-Hüftpfannen mit Zement und anderen bekannten Mitteln am Knochen zu befestigen, jedoch erzielten sie keine zufriedenstellende Befestigung, was zu einem eventuellen Versagen führte, wenn die Last in kleinen Bereichen konzentriert wurde. Bisher sind nur Keramik-Hüftpfannen erfolgreich gewesen, die mit einer äußeren metallischen, die Grenzfläche mit dem Knochen bildenden Schale versehen waren. Jedoch vergrößert die äußere Schicht die wanddicke der Pfanne, was den für die Lageroberfläche des Gelenks verfügbaren Innenraum verkleinert. Daher kommen diese Hüftpfannen nicht in den Genuss der größeren Lageroberfläche und Stabilität, die von der oben beschriebenen bekannten größeren Art von prothetischen Kugelkopf- und Pfannenanordnungen geliefert wird.
Die WO 99/30634 A zeigt eine Hüftpfanne, bei der die Lagerschale der Pfanne, in welcher der Kugelkopf des Schaftes angebracht wird, aus einem Keramikmaterial besteht, und die im Bereich ihrer Oberfläche, mit der sie in den Hüftknochen eingesetzt wird, mit einer Beschichtung versehen ist, die aus einem biokompatiblen Metall oder einer biokompatiblen Metalllegierung besteht, die mit einem bioaktiven Überzug versehen sein kann. Bei dieser Konstruktion wird die Beschichtung aus biokompatiblem Metall oder biokompatibler Metalllegierung aus der Dampfphase abgeschieden oder auf die Keramiklagerschale aufgesprüht. Mit dieser Art von Konstruktion gibt es insofern Schwierigkeiten, als es schwierig ist, für eine gute Verbindung zwischen der Beschichtung und der Lagerschale zu sorgen.
Die US 5,658,348 zeigt ebenfalls eine Konstruktion, bei der eine Hüftpfanne mit einer Keramikauskleidung mit einer aus einem biokompatiblen Material, wie Kobalt-Chrom- oder Titanlegierungen bestehenden äußeren Schale versehen sein kann. Bei dieser Konstruktion wird die äußere Schale durch Befestigungsschrauben mit der Auskleidung verbunden und schließt einen polaren Vorsprung ein, der ein Gewinde aufweist, das sich mit einem Gewinde in einer polaren Öffnung in der Schale paart. Wiederum ist diese Art von Konstruktion zur Verwendung mit größeren prothetischen Gelenken nicht ausreichend bestimmt.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne bereit zu stellen, das Mittel liefert, um eine große keramische Hüftpfanne zur Verwendung mit einem großen keramischen femoralen Kugelkopf erfolgreich am Azetabulum zu befestigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne zur Verwendung in einer totalen Hüftprothese, die einen groß bemessenen femoralen Kugelkopf verwendet, der ähnliche Abmessungen wie ein natürliches Hüftgelenk aufweist, welche einen aus einem Keramikmaterial konstruierten halbkugelförmigen inneren Lageroberflächenteil, eine aus Titan oder einer Titanlegierung konstruierte halbkugelförmige äußere Knochengrenzflächenschicht und eine auf die äußere Knochengrenzflächenschicht aufgebrachte äußere Beschichtung aus einer Knochenwachstum stimulierenden Substanz umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte einschließt:
Bilden der Knochengrenzflächenschicht als vorgeformte halbkugelförmige Auflageschale.
Erwärmen der Auflageschale.
Anlegen der Auflageschale am inneren Lageroberflächenteil.
Zulassen, dass die Auflageschale schrumpft und einen sicheren Sitz auf dem inneren Lageroberflächenteil bildet.
Ein bevorzugtes Verfahren kann ein Aufbringen einer Druckkraft zwischen der Auflageschale (3) und dem inneren Lageroberflächenteil (2) während des Schrumpfens einschließen.
Der innere Lageroberflächenteil kann aus Aluminiumoxid oder aus mit Zirkoniumoxid verstärktem Aluminiumoxid (ZTA) konstruiert werden. Das Knochenwachstumsstimulans kann eine beliebige geeignete Verbindung sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Hydroxylapatit-Beschichtung verwendet. Es ist bekannt, dass dieses Material ein erfolgreiches Knochenwachstumsstimulans ist. Sein Vorhandensein auf der halbkugelförmigen Auflageschale stimuliert den Knochen, um die Schicht herum oder in diese hinein zu wachsen, was sie an ihrem Platz festhält.
Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, und einige Verfahren werden nun beispielhaft und mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine geschnittene Seitenansicht einer mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Hüftpfanne ist; und
2 eine geschnittene Seitenansicht eines totalen prothetischen Hüftgelenks ist, das eine mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte und implantierte Hüftpfanne enthält.
In 1 umfasst eine Hüftpfanne 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen inneren Lageroberflächenteil 2, eine äußere Knochengrenzflächenschicht 3 und eine Hydroxylapatit-Beschichtung 4. Der innere Lageroberflächenteil 2 weist eine Lageroberfläche 5 auf und ist aus einem Keramikmaterial konstruiert, zum Beispiel dichtem ZTA. Die äußere Knochengrenzflächenschicht 3 ist eine Titanlegierungs-Auflageschale, zum Beispiel bestehend aus TA6V, die während der Herstellung nach einer Erwärmung durch Aufschrumpfen am inneren Laberoberflächenteil befestigt worden ist. Somit schließt gemäß der Erfindung das Verfahren die Schritte ein:
Bilden der Knochengrenzflächenschicht als vorgeformte halbkugelförmige Auflageschale.
Erwärmen der Auflageschale.
Anlegen der Auflageschale am inneren Lageroberflächenteil.
Zulassen, dass die Auflageschale schrumpft und einen sicheren Sitz auf dem inneren Lageroberflächenteil bildet.
Während des Aufschrumpfens kann eine Druckkraft zwischen der Auflageschale und dem inneren Lageroberflächenteil aufgebracht werden.
Mit diesem Verfahren kann die Oberflächenbeschaffenheit der Knochen-Grenzflächenschicht durch maschinelle Bearbeitung oder ein beliebiges anderes Verfahren strukturiert werden, bevor die HA-Beschichtung aufgebracht wird.
Bei der Hüftpfanne in 1 kann der innere Lageroberflächenteil zwischen 3-5 Millimeter dick sein, die äußere Knochengrenzflächenschicht kann zwischen 0,1-2 Millimeter dick sein, und die Hydroxylapatit-Beschichtung kann zwischen 0,020 bis 0,2 Millimeter dick sein.
In 2 ist ein Totalersatz-Hüftgelenk unter Verwendung einer mit dem oben angegebenen Verfahren und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Pfanne 30 in den Femur 31 und das Azetabulum 32 implantiert worden. Das Hüftgelenk 30 umfasst eine femorale Schaftkomponente 33 und eine Hüftpfannenkomponente 34. Die femorale Schaftkomponente 33 umfasst einen Körper 35, einen Hals 36, einen Zapfen 37 und einen großen Kugelkopf 38, der aus Aluminiumoxid besteht und auf dem Zapfen 37 montiert ist. Die Hüftpfannenkomponente 34 umfasst einen aus einem Keramikmaterial konstruierten inneren Lageroberflächenteil 39, eine aus einer Titanlegierung bestehende Knochengrenzflächenschicht 40, sowie eine Hydroxylapatit-Beschichtung 41.
Wie in 2 dargestellt, ist die femorale Schaftkomponente 33 unter Verwendung von Zement 43 erfolgreich in den medullären Kanal 42 implantiert worden. Die Hüftpfanne 34 ist erfolgreich in das Azetabulum 32 implantiert worden. Die freiliegende Knochensubstanz des Azetabulums 44 hat sich dank des Hydroxylapatit-Knochenwachstumsstimulans 41 mit der äußeren Knochengrenzflächenschicht 40 verbunden. Mit dieser Anordnung wird die multidirektional Belastung des prothetischen Hüftgelenks nicht zu einem Versagen der Prothese führen, weil die Last über die Kugel der Hüftpfanne hinweg getragen wird. Weiter sorgt die Keramik-auf-Keramik-Lagerung für eine reibungslose Bewegung, und die große Abmessung des Gelenks sorgt für Stabilität während der Bewegung und eine erhöhte Sicherheit gegen Dislokation.
Daher wird eine groß bemessene keramische Hüftpfanne bereit gestellt, die zur Verwendung mit einer groß bemessenen keramischen femoralen Kopfkomponente erfolgreich am Azetabulum befestigt werden kann.
Weiter wird ein totales Hüftersatzgelenk mit den Vorteilen einer natürlich bemessenen Keramik-auf-Keramik-Lageroberfläche bereit gestellt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne zur Verwendung in einer totalen Hüftprothese, die einen groß bemessenen femoralen Kugelkopf (38) verwendet, der ähnliche Abmessungen wie ein natürliches Hüftgelenk aufweist, welche einen aus einem Keramikmaterial konstruierten halbkugelförmigen inneren Lageroberflächenteil (7), eine aus Titan oder einer Titanlegierung konstruierte halbkugelförmige äußere Knochengrenzflächenschicht (3), sowie eine auf die äußere Knochengrenzflächenschicht (3) aufgebrachte äußere Beschichtung (4) aus einer Knochenwachstum stimulierenden Substanz umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte einschließt: Bilden der Knochengrenzflächenschicht als vorgeformte halbkugelförmige Auflageschale (3). Erwärmen der Auflageschale (3). Anlegen der Auflageschale (3) am inneren Lageroberflächenteil (2). Zulassen, dass die Auflageschale (3) schrumpft und einen sicheren Sitz auf dem inneren Lageroberflächenteil (2) bildet.
Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Aufbringen einer Druckkraft zwischen der Auflageschale (3) und dem inneren Lageroberflächenteil (2) während des Aufschrumpfens.
Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Lageroberflächenteil (2) aus Aluminiumoxid konstruiert wird.
Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Lageroberflächenteil (2) aus mit Zirkoniumoxid verstärktem Aluminiumoxid konstruiert wird.
Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Knochenwachstum stimulierende Substanz eine Hydroxylapatit-Beschichtung ist.
Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Lageroberflächenteil (2) zwischen 3 und 5 Millimeter dick ist.
Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmige Auflageschale (3) zwischen 0,1 und 2 Millimeter dick ist.
Verfahren zur Herstellung einer Hüftpfanne nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die äußere Beschichtung zwischen 0,020 und 0,2 Millimeter dick ist.