WO2006015812A1

WO2006015812A1 - Hüftgelenkprothese mit einem in den oberschenkelknochen einzusetzenden schaft

Info

Publication number: WO2006015812A1
Application number: PCT/EP2005/008513
Authority: WO
Inventors: Helmut D. Link
Original assignee: Waldemar Link Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2006-02-16
Also published as: BRPI0513069B8; BRPI0513069A; JP4564533B2; CA2575568A1; TW200607482A; ATE455517T1; ES2338440T3; AU2005270361A2; EP1623685A1; BRPI0513069B1; JP2008508914A; AR054675A1; AU2005270361B2; KR101186437B1; US7947084B2; US8641772B2; KR20070056085A; US20080033568A1; EP1776068A1; CN100528104C

Abstract

Hüftgelenkprothese mit einem in den Oberschenkelknochen einzusetzenden Schaft (3), dessen Oberfläche eine osteoinduktive Ausrüstung aufweist. Diese Ausrüstung ist ausschliesslich im metaphysären Abschnitt (5) des Schafts (3) und lateral von der Linie (7) grösster AP-Abmessung des Schaftquerschnitts vorgesehen. Erreicht wird dadurch eine bessere Einbeziehung der metaphysären Spongiosa in den Kraftfluss, ohne dass die Reoperierbarkeit der Prothese beeinträchtigt wird.

Description

Hüftgelenkprothese mit einem in den Oberschenkelknochen einzusetzenden Schaft

Das spongiöse Knochengewebe in der Metaphyse des Oberschen- kelknochens weist eine komplizierte Struktur aus Knochen- bälkchen auf, die die druck- und zugbelasteten Teile des Knochens am Schenkelhals, dem großen Trochanter, dem klei¬ nen Trochanter und der Diaphyse druck- und zugübertragend verbinden. In ihrer Summe bilden sie durchgehende Zug- und Druck-Trajektorien (Farbatlanten der Medizin, Bd 7: Bewe- gungsapparat I. Verlag Thieme, Stuttgart, 1992) . Wenn der Schaft einer Hüftgelenkprothese eingesetzt wird, werden insbesondere die primären Zugtrajektorien, die den Schen¬ kelhals mit dem gegenüberliegenden, intertrochantären Ober- flächenbereich des Knochens verbinden, großenteils unter¬ brochen. Wenn sie anschließend nicht mehr an der Kraftüber¬ tragung beteiligt sind, bilden sie sich zurück. Dies gilt insbesondere bei Verwendung solcher Prothesen, deren Pro¬ thesenschaft in der Diaphyse verklemmt wird und bei denen der proximale, metaphysäre Bereich des Oberschenkelknochens besonders in seinem lateralen Teil kaum in die Kraftüber¬ tragung einbezogen wird. Man hat versucht, durch sogenannte Zuganker den Prothesenschaft mit dem Bereich des großen Trochanters zu verbinden und diesen dadurch in den Kräf- tefluß einzubeziehen. Dabei wurde eine mit dem Prothesen¬ schaft verbundene Stange durch den großen Trochanter ge¬ führt und außen mit einer Kontermutter versehen, so daß bei Belastung der Hüftprothese ein Zug auf den großen Trochan- ter ausgeübt wird (US-A-3 , 995, 323 , EP-B-93230, DE-B- 1943598) . Es hat sich aber gezeigt, daß derartige mechani¬ sche Zuganker in Folge der ständigen Wechselbelastung schnell locker werden und deshalb nur kurzfristig wirken. Ferner ist es bekannt, den Schaft oder einen davon lateral in den Bereich des großen Trochanters vorragenden Flügel so auszubilden, daß sich eine innige Verbindung mit der in Po¬ ren oder Öffnungen dieses Flügels einwachsenden Knochensub¬ stanz ergibt (GB-A-1030145, FR-A-2356465, EP-A-128036, EP- A-222236, EP-A-95440, EP-B-601223, EP-A-1044665, US-A-

5755811, US-A-4718915, US-A-5370698, FR-C-2194123) . Um die Verbindung des Knochens mit der Prothesenoberflache zu för¬ dern, ist es auch bekannt, die Prothesenoberfläche osteo- konduktiv zu gestalten. So bezeichnet man Oberflächen, die das benachbarte Knochenwachstum dulden. Dazu gehören Ober¬ flächen aus Titanlegierungen sowie Beschichtungen, die Kal¬ ziumphosphat oder Hydroxylapatit enthalten (EP-A-761182, WO9308771) .

In jüngerer Zeit sind Substanzen bekannt geworden, die das

Knochenwachstum nicht nur wie die osteokonduktiven Oberflä¬ chen dulden, sondern undifferenzierte pluripotente Stamm¬ zellen zur Umbildung in Knochenzellen stimulieren (Albrechtsson, Johansson: Osteoinduction, Osteoconduction and Osseointegration; in: Gunzburg Hrsg. : The use ob bone substitutes in Spine Surgery; Springer. - Denissen, H. et al . : Ceramic hydroxyapatite Implants for the Release of Bisphosphonate; in: Bone and Mineral 1994, S. 123-134. - Yoshinari, M. et al.: Bone response sto calcium phosphate- coated and bisphosphonate-immobilized titanium implants; in: Biomaterials 2002 S. 2879-2885. - Yoshinari, M. et al . : Immobilization of bisphosphonates on surface modified tita¬ nium; in: Biomaterials 2001 S. 709-715) . Zu diesen Substan¬ zen gehören Bisphosphonate und Bone Morphogenic Proteins (kurz: BMP) . Diese kann man auch zur Ausrüstung der Ober- flächen von Knochenprothesen, einschließlich Hüftprothesen, verwenden (US-A-2002/0049497, US-A-2002/0127261) . Sie füh^¬ ren zu einer sehr innigen Verbindung der Prothesenoberflä¬ che mit dem Knochen, die im Falle einer Reoperation uner- wünscht sein kann, weil dadurch die Lösung der zu entfer¬ nenden Prothese vom Knochen behindert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einbindung einer Oberschenkel-Hüftprothese in den Knochen zu verbes- sern, ohne die Reoperierbarkeit zu gefährden. Die erfin¬ dungsgemäße Lösung besteht in den Merkmalen der Ansprüche.

Demnach ist vorgesehen, daß bei einer Hüftgelenkprothese mit einem in den Oberschenkelknochen einzusetzenden Schaft die osteoinduktive Beschichtung ausschließlich in einem la¬ teral von der Linie größter AP-Abmessung im metaphysären Abschnitt liegenden Teil des Schafts vorgesehen ist.

In einer älteren, nicht zum vorveröffentlichten Stand der Technik gehörenden Patentanmeldung (PCT/EP03/05292) wurde vorgeschlagen, die Ausrüstung mit der osteoinduktiven Sub¬ stanz ausschließlich im trochantären Bereich vorzusehen, der folgendermaßen definiert ist. Geht man vom Schnittpunkt zwischen der Schenkelhals-Mittellinie mit der Mittellinie des proximalen Diaphysen-Endes aus, so liegt der trochantä- re Bereich lateral von der von diesem Schnittpunkt gezoge¬ nen Tangente an den oberen Rand des Hüftkopfs und lateral von den diese Tangente fortsetzenden Teil der Schenkelhals- Mittellinie.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Grenze des mit der osteoinduktiven Substanz auszurüstenden Oberflächenbe¬ reichs anders definiert. Die erfindungsgemäße Definition läuft darauf hinaus, daß die osteoinduktive Ausrüstung der Prothesenoberfläche in demjenigen Teil des metaphysären Ab- Schnitts vorgenommen wird, in welchem besonders viele Flä¬ chenanteile vorkommen, deren Richtungsnormale eine laterale Komponente enthält. In diesen Flächenanteilen kann nach bisheriger Erfahrung keine zugkraftübertragende Verbindung mit dem Knochen erwartet werden. Dank der osteoinduktiven Beschichtung wird eine solche Verbindung jedoch größten¬ teils ermöglicht. Anspruch 5 der älteren Anmeldung schlägt das Gegenteil vor, nämlich die Anbringung der Beschichtung an Flächenanteilen, die in bezug auf die Lateralrichtung hinterschnitten sind, d.h., daß sie nach medial blicken.

Besonders zweckmäßig ist es wenn die Substanz in eine Be¬ schichtung eingebracht wird, die außerdem porös sein soll¬ te. Die Beschichtung kann von beliebiger Art sein. Bei- spielsweise kann es sich um einen poröse Metallschicht han¬ deln. Besonders vorteilhaft sind solche Beschichtungen, die von Haus aus osteokonduktiv sind und beispielsweise aus Kalziumphosphat oder Hydroxylapatit bestehen.

Die Wirkung der Erfindung besteht darin, daß sehr rasch nach der Operation Knochenzellen in unmittelbarer Nachbar¬ schaft und Verbindung zur Prothesenoberfläche entstehen. Damit wird erreicht, daß sich nicht infolge Relativbewegun¬ gen zwischen der Knochenoberfläche und dem Knochen zunächst ein Spalt oder eine bindegewebige Zwischenschicht bildet, die den späteren innigen Verbund beeinträchtigt oder unmög¬ lich macht. Dank der Erfindung findet an der trochantären Oberfläche der Prothese eine raschere Knochenanlagerung und ein Knocheneinbau in deren Poren und Vertiefungen statt, so daß der trochantäre Knochenbereich rasch eine dauerhafte

Verbindung mit der Prothese erhält und als Folge davon an der Kraftübertragung beteiligt wird. Hingegen findet an den übrigen Oberflächenteilen die Verbindung mit dem Knochen nur in dem auch bisher schon gewohntem Maße statt. Außer- halb des trochantären Bereichs, der im Falle einer Reopera- tion gut zugänglich ist und daher auch bei einer sehr star¬ ken Knochenbindung keine Probleme macht, findet der Arzt daher im Falle einer Reoperation genau diejenigen Verhält¬ nisse vor, mit denen er bereits vertraut ist.

Der die osteoinduktive Substanz enthaltende Teil der Ober¬ fläche weist zweckmäßigerweise Poren oder Hinterschnitte in bezug auf die Lateralrichtung auf, damit die sich aufgrund der Osteoinduktion gebildete Knochensubstanz nicht nur durch Haftung an der Oberfläche sondern auch durch Formschluß daran verankern kann.

In der Mitte des trochantären Teils des Knochens ist die Spongiosa mitunter weniger dicht ausgebildet, als nahe der Knochenrinde. Vorzugsweise befinden sich deshalb die nach ventral und dorsal gewendeten Anteile der osteoinduktiv ausgerüsteten Oberflächenanteile der Prothese in einem ge¬ wissen Abstand von der Mittelebene des Knochens und näher der Knochenrinde. Deshalb soll der diese Oberflächenanteile bildende Teil der Prothese in AP-Richtung nicht zu dünn sein. Seine Dicke und damit der Abstand der genannten dor¬ sal bzw. ventral gelegenen Oberflächenanteile voneinander liegt zweckmäßigerweise über 6 und weiter vorteilhaft über 9 mm bis etwa 15 mm.

Das Anwachsen frischer Knochenzellen an der Prothesenober¬ fläche kann durch einen Preßsitz der betreffenden Flächen¬ anteile gefördert werden. Zweckmäßig ist es deshalb, die betreffenden Flächen und deren Gegenflächen in der Rich- tung, in welcher die Prothese in den Knochen eingefügt wird, keilförmig auszuführen und die der Prothese zugehöri¬ ge Raspel, die dazu benutzt wird, den Aufnahmeraum für den Prothesenschaft zu formen, mit knapperen Querschnittsmaßen auszustatten, so daß beim Einschieben des Prothesenschafts in den durch die Raspel vorbereiteten Raum die betreffenden Flächenanteile Knochenmaterial verdrängen.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Ventralansicht einer femuralen

Hüftgelenkprothese,

Fig. 2 einen Schnitt Längslinie II-II der Fig. 1, Fig. 3 und 4 alternative Querschnittsformen,

Fig. 5 einen Schnitt Längslinie V-V der Fig. 1.

Die Hüftprothese gemäß Fig. 1 umfaßt einen Gelenkkopf 1, einen Hals 2, der einen Schaft 3 aufweist. Dieser besitzt einen diaphysären, in der Diaphyse des Knochens zu veran¬ kernden Abschnitt 4 und einen metaphysären, in der Metaphy- se des Knochens zu verankernden Abschnitt 5. Der diaphysäre Abschnitt ist so bemessen, daß er eine primäre Verankerung des Schafts in der Diaphyse des Oberschenkelknochens be- wirkt. Der Fachmann erkennt bei Betrachtung der Fig. 1, wie die Prothese im Knochen liegen wird, und weiß daher auch, wo die Grenze 8 zwischen dem diaphysären und metaphysären Abschnitt der Prothese liegt.

Während sich der diaphysäre Abschnitt 4 des Schafts an der starken Knochenrinde der Diaphyse abstützen kann und dort eine primäre Verankerung bewirkt, liegt der metaphysäre Ab¬ schnitt hauptsächlich im spongiösen Knochengewebe der Me- taphyse.

In Fig. 2 erkennt man eine Stelle 7 mit der in AP-Richtung (anterior-posterior) größten Dimension des Schafts 3. Die Verbindung der Stellen größter AP-Dimension erscheint in Fig. 2 als Linie 7. Sie erstreckt sich über die gesamte Prothesenlänge. Für die Erfindung ist lediglich ihr Verlauf im metaphysären Abschnitt 5 von Interesse. Lateral von die¬ ser Linie besteht die Oberfläche des Schafts im Ausfüh¬ rungsbeispiel der Fig. 3 ausschließlich aus Flächenantei¬ len, bei denen die Flächennormale eine in die Lateralrich- tung weisende Komponente aufweist. Das bedeutet, daß mit herkömmlichen Mitteln keine Verbindung zwischen diesen Flä¬ chen und dem Knochen erreichbar ist, die zur Aufnahme von nach medial gerichteten Prothesenkräften fähig sind. Diese Kräfte setzen nämlich eine Zugverbindung zwischen diesen Oberflächenbereichen und dem Knochen voraus. In den Ausfüh¬ rungsbeispielen gemäß Fig. 4 oder 5 sind lateral von der Stelle bzw. Linie 7 auch hinterschnittene Flächenanteile vertreten, bei denen die Flächennormale keine in die Late¬ ralrichtung weisende Komponente aufweist. Jedoch überwiegen auch hier die nach lateral blickenden Flächenanteile.

Ein im metaphysären Abschnitt (also oberhalb der Linie 8) und lateral von der Linie 7 liegender Teil 6 der Schafto¬ berfläche ist erfindungsgemäß mit einer osteoinduktiven Substanz ausgerüstet. Er ist in der Zeichnung durch eine

Punktierung gekennzeichnet.Die Ausrüstung ist vorzugsweise in einer Schicht aus osteokonduktivem Material wie Hydroxy- lapatit enthalten. Durch diese Ausrüstung gelingt es, die Verbindung zwischen den betreffenen Oberflächenteilen und dem Knochengewebe so zu intensivieren, daß sie Zugkräfte zu übertragen vermag. Das bedeutet, daß die Zugtrajektorien im spongiösen Knochengewebe an der Kraftaufnahme beteiligt werden und demzufolge nicht abgebaut werden.

Der erfindungsgemäß ausgerüstete Bereich schließt im Aus- führungsbeispiel der Fig. 1 einen Vorsprung 9 ein, der im trochantären Bereich der Metaphyse liegt. Derartige tro- chantäre Vorsprünge sind üblich, um die Verankerung des Schafts im Knochengewebe zu verbessern und den Schaft an einer Verdrehung im Verhältnis zum Knochen zu hindern. Eine die Verbindung mit dem Knochen fördernde Oberflächen¬ gestaltung kann auch in den übrigen Bereichen des Schafts 3, d.h. medial von der Linie 7 und distal von der Linie 8, vorgesehen sein, beispielsweise eine Beschichtung mit

Hydroxylapatit oder Kalziumphosphat. Jedoch soll sie dort keine osteoinduktiven Bestandteile enthalten, weil andern¬ falls die Entfernung des Prothesenschafts aus dem Knochen im Falle einer Reoperation zu sehr erschwert wird.

Fig. 2 veranschaulicht, daß der Vorsprung 13 eine beträcht¬ liche Dicke in antero-posteriorer Richtung aufweist. Seine anterioren und posterioren Oberflächenanteile 6 sind daher dem mittleren Bereich entrückt, in welchem die spongiöse Knochensubstanz in manchen Fällen verarmt ist, und befinden sich in einem der Knochenrinde näheren und dichteren Be¬ reich. Damit wird die Wahrscheinlichkeit einer guten Ver¬ bindung zwischen der Knochenoberfläche und der Knochensub¬ stanz weiter vergrößert.

Fig. 5 veranschaulicht die Querschnittsform des Vorsprungs 9 in der Schnittrichtung V-V, die auch etwa der Einsetz¬ richtung entspricht. Wenn die Hohlform, die mittels einer . Raspel zur Aufnahme der Prothese vorbereitet wurde, etwas knapper als die Prothesenform ist, ist mit dem Einfügen dieser Keilform in den Knochen eine Verdrängung von Kno¬ chensubstanz und dadurch eine Erhöhung der von der Knochen- substanz auf die Prothesenoberfläche ausgeübten Pressung verbunden. Auch dadurch wird ein rasch wachsender und inni- ger Verbund der Prothesenoberfläche mit dem Knochen geför¬ dert.

Damit die innige Verbindung zwischen der Oberfläche des trochantären Vorsprungs und dem Knochen im Falle einer Re- vision nicht hinderlich ist, kann der Vorsprung 9 vom Schaft 3 lösbar sein. Beispielsweise kann er mittels Schrauben oder anderen Verbindungsmitteln mit dem Schaft 3 verbunden sein und von diesem gelöst werden, bevor der Schaft dem Knochen entnommen wird. Anschließend kann der Vorsprung leichter aus dem ihn umgebenden und mit ihm ver¬ wachsenen Knochen herausgelöst werden.

Die erfindungsgemäße Oberflächenausrüstung ist nicht an die in Fig. 1 und 2 dargestellte Prothesenform gebunden. Bei- spiele für andere Querschnittsformen zeigen Fig. 3 und 4. Die Bezugsziffer 7 weist dort auf den Querschnittspunkt größter Dicke in AP-Richtung, lateral von welchem die Er¬ findung eine osteoinduktive Ausrüstung der Prothesenober¬ fläche zuläßt.

Claims

Patentansprüche

1. Hüftgelenkprothese mit einem in den Oberschenkelkno- chen einzusetzenden Schaft (3), dessen Oberfläche eine osteoinduktive Ausrüstung aufweist, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die osteoinduktive Ausrüstung aus¬ schließlich in einem lateral von der Linie (7) größter AP-Abmessung des Schaftquerschnitts im metaphysären Abschnitt (5) liegenden Teil (6) des Schafts (3) vor¬ gesehen ist.

2. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die osteoinduktive Substanz von einer Beschichtung gebildet oder in einer Beschichtung ent¬ halten ist.

3. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die osteoinduktive Substanz ein Bisphosphonat oder ein BMP umfaßt.

4. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß mindestens der die osteoinduktive Substanz enthaltende Teil (6) der Prothesenoberfläche porös ist.

5. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der mit einer osteoinduktiven Sub¬ stanz ausgerüstete Teil (6) der Prothese mindestens zwei einander ventral und eine dorsal gegenüberstehen¬ de Flächen umfaßt, die einen Abstand in AP-Richtung von mehr als 6 mm, vorzugsweise mehr als 9 mm ein¬ schließen.

6. Hüftgelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer osteoinduk- tiven Substanz ausgerüstete Teil (6) der Prothese min¬ destens teilweise von einem vom Schaft (12) abstehen- den Vorsprung (13) gebildet ist.

7. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Vorsprung (13) in Implantationsrich¬ tung keilförmig ist und eine der Prothese zugeordnete Raspel im Bereich dieses Vorsprungs ein geringeres Vo¬ lumen aufweist.

8. Hüftgelenkprothese nach Anspruch 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Vorsprung (13) vom Schaft lösbar ist.