DE4423020A1 - Joint prosthesis giving min. wear and resistance and abrasion - Google Patents

Abstract

The prosthesis has a fluid reservoir channel (10) in the joint socket (2) at the sliding surface (6) towards the ball (4) of the joint. When the prosthesis is assembled, a sliding gap (12) between the ball (4) and socket (2) gives a fluid connection to the reservoir, which is outside the main load-bearing zone (11). The materials for the sliding surfaces are paired with each other as metal alloy-metal alloy, metal alloy-polyethylene, ceramic-polyethylene or ceramic-ceramic. The anchoring shell (7) is of titanium with a polyethylene insert (8).

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Gelenkprothese, die aus einem Gelenkkopf und einer Gelenkpfanne besteht, wobei die Gelenk­pfanne den Gelenkkopf im zusammengesetzten Zustand teilweise umgibt und an diesem gleitbeweglich abgestützt ist.The invention relates to a joint prosthesis that consists of aArticular head and an articular socket, the jointpartially pan the joint head when assembledsurrounds and is slidably supported on this.

Gelenkprothesen sind seit vielen Jahren bekannt und kommen aufgrund ihrer verhältnismäßig hohen technischen Reife und der Fortschritte, die im operationstechnischen Bereich in den vergangenen Jahren erzielt wurden, immer häufiger zum Einsatz.Joint prostheses have been known for many years and are comingdue to their relatively high level of technical maturity andthe progress made in the operational area inhave been achieved in recent years, more and more atCommitment.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei künstlichen Gelenken ist ihr Reibungsverhalten. Da die implantierte Prothese unter Bewegung häufig verhältnismäßig hohen Belastungen ausgesetzt ist, ist ein Verschleiß der Gleitflächen im Prothesengelenk unvermeidlich. Um diesen Verschleiß möglichst gering zu hal­ten, sollte die zwischen den Gleitflächen auftretende Rei­bung auf ein Minimum reduziert sein.An essential aspect of artificial joints istheir friction behavior. Since the implanted prosthesis is underMovement is often exposed to relatively high loadsis wear of the sliding surfaces in the prosthetic jointinevitable. To keep this wear as low as possibleshould occur between the sliding surfacesexercise to a minimum.

Insbesondere Hüftgelenkprothesen haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Moderne Hüftgelenkprothesen weisen in der Regel eine Gelenkpfanne auf, die aus Polyethy­len besteht und verwenden als Gelenkkopfmaterial entweder eine Metallegierung, zumeist CoCrMo, oder ein Keramikmate­rial, beispielsweise Al₂O₃. Es hat sich gezeigt, daß diese Gleitpartner in hohem Maße reibungsfrei zusammenwirken und nur langsam verschleißen. Ein Verschleißfreiheit ist jedoch nicht zu erreichen, und ein Verschleiß tritt bei diesen Mate­rialpaarungen hauptsächlich an dem etwas weicheren Polyethy­lenmaterial der Gelenkpfanne auf.Hip prostheses in particular have been used in recent yearsincreasingly important. Modern hip prosthesesusually have an acetabular cup made of polyethylenelen exists and use as joint head material eithera metal alloy, mostly CoCrMo, or a ceramic material, for example Al₂O₃. It has been shown that thisSliding partners work together to a high degree without friction andwear out slowly. However, there is no wearnot attainable, and wear occurs with these material pairings mainly on the somewhat softer polyethyleneon the socket.

In den vergangenen Jahren durchgeführte Untersuchungen haben ferner gezeigt, daß die durch den Verschleiß erzeugten Po­ lyethylenabriebpartikel im Körper des Patienten eine uner­wünschte Eigenschaft aufweisen. Die Abriebspartikel lagern sich in das die Prothese umgebende Gewebe ein und bilden dort mit der Zeit Fremdkörpergranulome aus, die zu einem Ga­lertgewebe und zu einer Auflösung von benachbarter Knochen­substanz führen können. Diese Fremdkörperreaktion führt im Laufe der Zeit zu der sogenannten aseptischen Spätlockerung des Implantats und kann die maximale Verweildauer des Implantats im Körper des Patienten begrenzen.Investigations carried out in recent yearsfurther shown that the Po generated by wear ethylene abrasion particles in the patient's body an unhave the desired property. Store the abrasion particlesinto the tissue surrounding the prosthesis and formthere foreign body granulomas develop over time, which lead to a Galearning tissue and to dissolve neighboring bonescan lead substance. This foreign body reaction leads toOver time to the so-called aseptic late looseningof the implant and the maximum dwell time of theLimit the implant in the patient's body.

Daher ist eine Verminderung des Polyethylenabriebs sowohl in Hinblick auf eine Verschleißminderung im Prothesengelenk als auch in Hinblick auf die bleibende Verankerungsfestigkeit der Gelenkpfanne im Hüftknochen wünschenswert.Therefore, a reduction in polyethylene wear is both inWith regard to wear reduction in the prosthesis joint asalso with regard to the permanent anchoring strengththe acetabulum in the hip bone is desirable.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gelenkprothese, ins­besondere Hüftgelenkprothese mit einem weiter verbesserten Reibungsverhalten, d. h. mit minimalem Verschleiß und minima­lem Abrieb zu schaffen. Darüber hinaus ist angestrebt, dafür zu sorgen, daß das in der Prothese unvermeidlich anfallende Abriebsmaterial möglichst nicht in den Körper des Patienten gelangen kann.An object of the invention is to provide a joint prosthesisspecial hip joint prosthesis with a further improvedFriction behavior, d. H. with minimal wear and minimalto create abrasion. It also strives for thatto ensure that what is inevitable in the prosthesisIf possible, do not put abrasion material in the patient's bodycan reach.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Gelenk­pfanne in ihrer dem Gelenkkopf zugeordneten Gleitfläche eine als Gelenkflüssigkeitsreservoir dienende Grube aufweist, die im zusammengesetzten Zustand der Prothese mit dem zwischen dem Gelenkkopf und der Gelenkpfanne bestehenden Gleitspalt in Verbindung steht und außerhalb des zwischen Gelenkkopf und Gelenkpfanne auftretenden Hauptbelastungsbereichs ange­ordnet ist.To solve this problem it is provided that the jointpan in its sliding surface assigned to the joint headhas as a joint fluid reservoir pit thatin the assembled state of the prosthesis with the betweenthe joint head and the joint socket existing sliding gapcommunicates and outside of between the condyleand joint socket occurring main load rangeis arranged. 

Durch die Erfindung wird die Tatsache genutzt, daß das Rei­bungs- und Verschleißverhalten einer künstlichen Gelenkpro­these neben der Wahl geeigneter Gleitpartnermaterialien auch durch die Fluiddynamik innerhalb des Gleitspaltes beeinflußt ist. Wenn beispielsweise eine Hüftgelenkprothese implantiert ist, kommt es durch die beim Gehen auftretenden Belastungs­änderungen im künstlichen Gelenk ständig zu einer Kompres­sion oder Expansion des Gleitspaltes, was hinsichtlich der im Gleitspalt vorhandenen Gelenkflüssigkeit zu einer Saug- bzw. Druckwirkung führt. Da auch die Grube - zumindest teil­weise - mit Gelenkflüssigkeit gefüllt ist und mit dem Gleit­spalt in Verbindung steht, kann sie bei einer Expansion des Gleitspaltes aufgrund des sich einstellenden Saugeffekts diesen rasch mit Flüssigkeit versorgen und dient somit dazu, sicherzustellen, daß beim folgenden Belastungsvorgang ein ausreichender, die Reibung vermindernder Gleitfilm zwischen den Gleitflächen aufgebaut ist. Die Grube stellt somit in Art eines Flüssigkeitsreservoirs Gelenkflüssigkeit zur Verfü­gung, die durch Pumpwirkung im Gleitspalt verteilt wird und dort verschleiß- und abriebsmindernd wirkt. Dadurch wird einem vorzeitigen Verschleiß der Gelenkgleitflächen mit ein­hergehender Erhöhung der Gelenksreibung entgegengewirkt. Be­steht die Gelenkpfanne aus Polyethylen, entsteht weniger Polyethylenabrieb, wodurch das Problem des Auftretens von Fremdkörperreaktionen gemildert bzw. zumindest zeitlich hin­ausgeschoben wird. Im Ergebnis ist mit der Erfindung eine Prothese mit verlängerter Lebensdauer und/oder verlängerter maximaler Verweildauer im Körper des Patienten geschaffen.The invention takes advantage of the fact that the ReiExercise and wear behavior of an artificial joint testbesides the choice of suitable sliding partner materialsinfluenced by the fluid dynamics within the sliding gapis. If, for example, a hip prosthesis is implantedis, it comes from the stress occurring when walkingChanges in the artificial joint constantly to a compresssion or expansion of the sliding gap, which in terms ofjoint fluid present in the sliding gap to a suction orPressure effect leads. Since the pit too - at least in partwise - filled with synovial fluid and with the glidegap is connected, it can expand theSliding gap due to the suction effectsupply it quickly with liquid and thus serves toensure that the next loading processsufficient friction film to reduce friction betweenthe sliding surfaces is built up. The pit is thus inType of fluid reservoir synovial fluid availablewhich is distributed in the sliding gap by pumping action andthere reduces wear and abrasion. This willpremature wear of the joint sliding surfacescounteracting increase in joint friction. Beif the socket is made of polyethylene, less is createdPolyethylene abrasion, which eliminates the problem of the occurrence ofForeign body reactions mitigated or at least in timeis pushed out. The result is with the inventionExtended life and / or extended prosthesismaximum residence time created in the patient's body.

Darüber hinaus ist vorteilhaft, daß durch die aus der Grube ausströmende und zurückströmende Gelenkflüssigkeit eine ver­besserte Spülwirkung zwischen den Gleitflächen der Hüftge­lenkprothese geschaffen wird. Insbesondere im Hauptbela­stungsbereich, in dem der meiste Abrieb anfällt, ist ein ra­scher Wegtransport der Abriebspartikel wünschenswert, da diese beim Verbleib zwischen den Gleitflächen ihrerseits zu einem erhöhten Abrieb beitragen.In addition, it is advantageous that from the pitoutflowing and backflowing synovial fluid a verbetter flushing effect between the sliding surfaces of the hip areasteering prosthesis is created. Especially in the main areaThe area in which the most abrasion occurs is a raTransport of the abrasion particles is desirable becausethis in turn when remaining between the sliding surfacescontribute to increased abrasion. 

Ferner ist davon auszugehen, daß sich zumindest die größeren Abriebspartikel (etwa 250 µm) in der Grube ansammeln und somit dem Gleitflächenbereich entzogen sind und auch nicht in das umgebende Gewebe gelangen können. Dieser Effekt ist erwünscht, da vermutet wird, daß insbesondere die größeren Abriebspartikel für die aseptische Spätlockerung ursächlich sind.It can also be assumed that at least the larger onesCollect abrasion particles (about 250 µm) in the pit andare therefore removed from the sliding surface area and also notcan get into the surrounding tissue. This effect isdesirable, since it is suspected that the larger ones in particularAbrasion particles cause the aseptic late looseningare.

Grundsätzlich kann die Grube mit Ausnahme des Hauptbela­stungsbereichs überall in der Gleitfläche der Gelenkpfanne an geordnet sein, eine im implantierten Zustand relativ zum Hauptbelastungsbereich tieferliegende Lage ist jedoch bevor­zugt. Die Grube kann in Form einer kantenfreien, flachen Mulde ausgebildet sein und eine seitliche Ausdehnung im Be­reich von etwa 0,5 bis 1,5 cm und eine Tiefe im Bereich von etwa 2 bis 5 mm aufweisen.Basically, the pit with the exception of the main belarange anywhere in the sliding surface of the socketto be ordered, one in the implanted state relative toThe main area of exposure lower lying is aheadmoves. The pit can be in the form of an edge-free, flatBe formed trough and a lateral expansion in the loadingranging from about 0.5 to 1.5 cm and a depth in the range ofhave about 2 to 5 mm.

Vorzugsweise ist die Gleitfläche der Gelenkpfanne mit einem oder mehreren zur Gleitfläche hin offenen Kanälen versehen, die mit der Grube in Fluidverbindung stehen. Diese Kanäle un­terstützen den beschriebenen Pump- und Spüleffekt und tragen somit wesentlich zur Lösung der der Erfindung zugrundelie­genden Aufgabe bei. Derartige Kanäle können auch reliefartig in der Gleitfläche des Gelenkkopfes vorgesehen sein.Preferably, the sliding surface of the socket is oneor several channels open towards the sliding surface,that are in fluid communication with the pit. These channels andSupport the described pumping and rinsing effect and wearthus essential to the solution of the inventiontask. Such channels can also be in reliefbe provided in the sliding surface of the joint head.

Die Kanalverteilung, Kanalbreite und Kanaltiefe kann entspre­chend der im Gelenk zu erwartenden Belastungsverteilung aus­gelegt sein. In höher belasteten Bereichen weisen die Kanäle vorzugsweise eine geringere Breite als in den übrigen Berei­chen auf, um hier die Ausbildung eines besonders tragfähigen Flüssigkeitsfilms zu unterstützen. Allgemein ist die Kanal­struktur auf den Gleitflächen in Abhängigkeit von dem Benet­zungsverhalten der Gleitpartner und der Viskosität der Ge­lenkflüssigkeit auszulegen und kann durch Laborexperimente und/oder durch flüssigkeitsmechanische Berechnungen bestimmt werden.The channel distribution, channel width and channel depth can corresponddepending on the load distribution to be expected in the jointbe laid. The channels point in areas with higher loadspreferably a smaller width than in the other areaschen on here to train a particularly viableTo support liquid film. General is the channelstructure on the sliding surfaces depending on the benetbehavior of the sliding partners and the viscosity of the Geto design steering fluid and can be done by laboratory experimentsand / or determined by fluid mechanical calculationswill. 

Falls die Gelenkpfanne aus einem mit der Gleitfläche versehe­nen Einsatz und einer den Einsatz aufnehmenden Verankerungs­schale aufgebaut ist; wie dies beispielsweise bei Hüftgelenk­prothesen häufig der Fall ist, kann es bevorzugt sein, wenn der Einsatz von einem oder mehreren im wesentlichen senk­recht zur Gleitfläche der Gelenkpfanne verlaufenden Stich­kanälen durchsetzt ist, die im implantierten Zustand einem Gleitspalt mit einem zwischen Einsatz und Verankerungsschale liegenden Zwischenraum verbinden. Diese Stichkanäle dienen in gleicher Weise wie die in der Gleitfläche verlaufenden Ka­näle dem Flüssigkeitstransport in vorgebbare Bereiche des Gleitspalts und bewirken außerdem, daß im Bereich der Gleit­flächen anfallender Abrieb in den Zwischenraum zwischen Ein­satz und Verankerungsschale eingelagert werden kann.If the socket is provided with the sliding surface from oneinsert and an anchoring that receives the insertshell is built up; like this for example with the hip jointprosthesis is often the case, it may be preferable ifthe use of one or more substantially lowerstitch running right to the sliding surface of the socketis penetrated, the one in the implanted stateSliding gap with a between insert and anchoring shellconnect lying space. These branch channels servein the same way as the Ka running in the sliding surfacechannels the liquid transport into predeterminable areas of theSliding gap and also cause that in the area of slidingsurface abrasion in the space between onset and anchoring shell can be stored.

Neben den bereits angesprochenen Hüftgelenkprothesen kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Gelenkersatz u. a. auch um eine Knieprothese, Schultergelenkprothese, Sprunggelenkpro­these oder Fingergelenkprothese handeln.In addition to the hip prostheses already mentioned, it canthe u. a. also arounda knee prosthesis, shoulder joint prosthesis, ankle proact or finger joint prosthesis.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung be­schrieben. In dieser zeigt:The invention will be based on the drawingwrote. In this shows:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Hüftgelenkprothese,Fig. 1 is a longitudinal sectional view of a hip joint prosthesis according to the invention,

Fig. 2 eine aufgeschnittene, perspektivische An­sicht einer erfindungsgemäßen Gelenkpfanne, undFig. 2 is a cut, perspective view of a joint socket according to the invention, and

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Gleitfläche der Gelenkpfanne ausFig. 2.Fig. 3 is a plan view of the sliding surface of the joint socket inFIG. 2.

NachFig. 1 setzt sich eine Hüftgelenprothese aus einer Schaftprothese1 sowie einer Gelenkpfanne2 zusammen. Die Schaftprothese1 weist einen Schaft3 auf, mit der die Schaftprothese1 im Röhrenknochen eines nicht dargestellten Oberschenkelhalses verankerbar ist, beispielsweise ein­ zementiert wird. Am oberen Ende des Schaftes3 ist ein Gelenkkopf4 vorgesehen, der im wesentlichen Kugelform auf­weist. Wie inFig. 1 dargestellt, wirkt der Gelenkkopf4 über seine im folgenden als Gleitfläche5 bezeichnete Außen­fläche mit einer kugelhalbschalenförmigen Gleitfläche6 der Gelenkpfanne2 zusammen.According toFig. 1, a Hüftgelenprothese of a shaft prosthesis1 and a socket2 is composed. The stem prosthesis1 has a stem3 with which the stem prosthesis1 can be anchored, for example cemented, in the tubular bone of a thigh neck, not shown. At the upper end of the shaft3 , a joint head4 is provided, which has a substantially spherical shape. As shown inFig. 1, the joint head4 acts on its outer surface, hereinafter referred to as the sliding surface5 , with a spherical half-shaped sliding surface6 of the socket2 .

Die Gelenkpfanne2 weist eine äußere Titanschale7 auf, die über ein nicht dargestelltes Außengewinde in einem ebenfalls nicht gezeigten Hüftknochen verankerbar ist. Die Titanschale7 nimmt einen Einsatz8 auf, der aus Polyethylen besteht. Der Polyethyleneinsatz8 ist in dem inFig. 1 dargestellten Beispiel an seiner Innenfläche mit einer Metalleinlage9 ver­sehen, an deren Innenfläche die bereits erwähnte Gleitfläche6 ausgebildet ist.The joint socket2 has an outer titanium shell7 which can be anchored in a hip bone, also not shown, via an external thread (not shown). The titanium shell7 receives an insert8 which is made of polyethylene. The polyethylene insert8 is seen in the example shown inFig. 1 ver on its inner surface with a metal insert9 , on the inner surface of which the aforementioned sliding surface6 is formed.

Genausogut - und in der Praxis in dieser Form weitaus häufi­ger realisiert - ist es möglich, daß keine Metalleinlage9 vorhanden ist und die Innenfläche des Polyethyleneinsatzes8 unmittelbar als Gleitfläche6 ausgebildet ist.Exactly - and realized in practice in this form far more ger ger - it is possible that no metal insert9 is present and the inner surface of the polyethylene insert8 is formed directly as a sliding surface6 .

Die Gleitfläche6 weicht insoweit von der Kugelform ab, als in ihr eine Vertiefung in Form einer Grube10 oder Mulde aus­gebildet ist. Der Übergang zwischen der kugelförmigen Gleit­fläche6 und der Grube10 ist kantenfrei ausgebildet und die Grube10 weist gegenüber dem kugelförmigen Gleitspaltverlauf eine Tiefe von etwa 3 mm und seitliche Ausdehnungen in der Größenordnung von 1 cm auf. Die Grube10 kann von beliebiger Gestalt, beispielsweise linsenförmig, zigarrenförmig oder kreisscheibenförmig ausgebildet sein.The sliding surface6 deviates from the spherical shape in that a depression in the form of a pit10 or trough is formed in it. The transition between the spherical sliding surface6 and the pit10 is formed without edges and the pit10 has a depth of about 3 mm and lateral dimensions on the order of 1 cm compared to the spherical sliding gap. The pit10 can be of any shape, for example lenticular, cigar-shaped or circular disk-shaped.

Fig. 1 zeigt die Hüftgelenkprothese etwa in der Lage, in der sie im implantierten Zustand angeordnet ist. Demzufolge weist der Pfeil11 in Richtung der maximalen Belastungs­kräfte, die im Gelenk wirken und deutet auf den Bereich, in dem die Gleitfläche5 des Gelenkkopfes4 und die Gleitfläche6 der Gelenkpfanne2 bei Relativbewegungen einem maximalen Verschleiß ausgesetzt sind.Fig. 1 shows the hip joint prosthesis approximately in the position in which it is arranged in the implanted state. Accordingly, the arrow11 in the direction of the maximum load forces that act in the joint and indicates the area in which the sliding surface5 of the joint head4 and the sliding surface6 of the socket2 are exposed to maximum wear during relative movements.

Ferner ist derFig. 1 zu entnehmen, daß bei konzentrischer Anordnung von Gelenkkopf5 und Gelenkpfanne2 zwischen den beiden Gleitflächen5,6 ein Gleitspalt12 vorhanden ist, der mit der Grube10 in Verbindung steht.Furthermore, theFig. 1 it can be seen that is present in a concentric arrangement of articulated head5 and socket2 between the two sliding surfaces5,6 is a slide slot12 which communicates with the pit10 in connection.

Im implantierten Zustand ist ein streng konzentrischer Ver­lauf der Gleitflächen5 und6 selbstverständlich nicht gewährleistet. Aufgrund der geringfügig unterschiedlichen Durchmesser der zusammenwirkenden Gleitflächen5 und6 ist zwischen diesen jedoch zumindest ein sichelförmiger Gleit­spalt vorhanden. Im implantierten Zustand sind der Gleit­spalt12 und die Grube10 zumindest teilweise mit Gelenk­flüssigkeit13 gefüllt, die in der zum Teil noch vorhandenen Gelenkhaut produziert wird.In the implanted state, a strictly concentric course of the sliding surfaces5 and6 is of course not guaranteed. Due to the slightly different diameter of the cooperating sliding surfaces5 and6, there is at least one crescent-shaped sliding gap between them. In the implanted state, the sliding gap12 and the pit10 are at least partially filled with joint fluid13 , which is produced in the joint skin still partially present.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist wie folgt.The operation of the invention is as follows.

Im eingesetzten Zustand führen auf die Gelenkprothese einwir­kende Belastungsänderungen oder Bewegungen zu einer Änderung der Spaltgeometrie und somit zu einer Saug- oder Druckwir­kung innerhalb des Gleitspaltes12. Da die Grube10-ständig mit dem Gleitspalt12 in Fluidverbindung steht, wirkt sie in der Weise als Flüssigkeitsreservoir, daß bei einer Vergröße­rung des Spaltvolumens Flüssigkeit13 aus der Grube10 rasch durch Saugwirkung in den Gleitspalt12 gelangen kann. Bei einer nachfolgenden Belastung wirkt dann die im Gleitspalt12 vorhandene Flüssigkeit13 verschleißmindernd.When inserted, load changes or movements acting on the joint prosthesis lead to a change in the gap geometry and thus to a suction or pressure effect within the sliding gap12 . Since the pit10 is constantly in fluid communication with the sliding gap12 , it acts as a liquid reservoir in such a way that when the gap volume is enlarged, liquid13 from the pit10 can quickly reach the sliding gap12 by suction. In the event of a subsequent load, the liquid13 present in the sliding gap12 has a wear-reducing effect.

Die Grube10 ermöglicht somit, daß der Gleitspalt12 beson­ders effektiv mit der als Gleitmittel wirkenden Gelenk­flüssigkeit13 versorgt wird, wobei als Pumpmechanismus die am implantierten Gelenkersatz in natürlicher Weise auftreten­den Belastungs- und Bewegungsänderungen ausgenutzt werden.The pit10 thus allows that the sliding gap12 FITS effectively with the lubricant acting joint fluid13 is supplied, with the pump mechanism, the implanted joint replacement occurring naturally the stress and movement changes are exploited.

InFig. 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Gelenk­pfanne2′ dargestellt, die sich von der inFig. 1 gezeigten Gelenkpfanne2 zunächst dadurch unterscheidet, daß sie keine Metalleinlage9 aufweist sondern die Innenfläche des Poly­ ethyleneinsatzes25 unmittelbar als Gleitfläche6′ dieser Gelenkpfanne2′ ausgebildet ist.InFig. 2, an alternative embodiment of a socket2 'is shown, which differs from the socket2 shown inFig. 1 initially in that it does not have a metal insert9 but the inner surface of the polyethylene insert25 directly as a sliding surface6 ' of this socket2 'is formed.

Zusätzlich ist die Gleitfläche6′ der Gelenkpfanne2′ mit einem Kanalsystem versehen. In bezug auf den Scheitelpunkt20 der Gleitfläche6′ ist, wie inFig. 2 erkennbar, ein mit einer Grube10′ in Verbindung stehender Ringkanal21 ausge­bildet, der von drei Radialkanälen22,23,24 gekreuzt wird und mit diesen in Fluidverbindung steht. Der Polyethylenein­satz25 ist wie der Einsatz8 ausFig. 1 von einer Titan­schale7′ umgeben.In addition, the sliding surface6 'of the socket2 ' is provided with a channel system. With respect to the apex20 of the sliding surface6 ', as can be seen inFig. 2, a with a pit10 ' in connection ring channel21 forms out, which is crossed by three radial channels22 ,23 ,24 and is in fluid communication with them . The polyethylene insert25 is like the insert8 ofFIG. 1 surrounded by a titanium shell7 '.

Ferner ist es möglich, daß die Gleitfläche6′ nicht-wie inFig. 2 gezeigt, an der Innenfläche des Polyethyleneinsatzes25 ausgebildet ist, sondern daß dieser statt dessen wie inFig. 1 gezeigt eine innenliegende Metalleinlage oder eine andere Oberfläche, beispielsweise aus Keramik, aufweist, die mit der inFig. 2 gezeigten Kanalstruktur21,22,23,24 und der Grube10′ versehen ist.Furthermore, it is possible that the sliding surface6 'is not - as shown inFig. 2, is formed on the inner surface of the polyethylene insert25 , but that instead, as shown inFig. 1, an inner metal insert or another surface, for example made of ceramic , Has, which is provided with the channel structure shown inFig. 221 ,22 ,23 ,24 and the pit10 '.

Die Breite der Kanäle21,22,23,24 ist in derFig. 2 stark vergrößert dargestellt und kann etwa 0,01 mm betragen. Die Kanaltiefe entspricht in etwa der Kanalbreite und kann je nach Bedarf auch tiefer oder flacher ausgebildet sein. Insbesondere können Ring- und Radialkanäle21 bzw.22,23,24 unterschiedlich dimensioniert sein.The width of the channels21 ,22 ,23 ,24 is shown greatly enlarged inFIG. 2 and can be approximately 0.01 mm. The channel depth corresponds approximately to the channel width and can also be made deeper or shallower, as required. In particular, ring and radial channels21 and22 ,23 ,24 can be dimensioned differently.

Fig. 3 zeigt die inFig. 2 dargestellte Gleitfläche6′ der Gelenkpfanne2′ in Draufsicht aus Richtung des Pfeiles26 ausFig. 2. Die Ausmaße des Ringkanals21 und der Radialka­näle22,23 und24 sind stark vergrößert dargestellt.Fig. 3 shows the sliding surface6 shown inFig. 2 'of the socket2 ' in plan view from the direction of arrow26 inFig. 2. The dimensions of the annular channel21 and the Radialka channels22 ,23 and24 are shown greatly enlarged.

Neben dem in denFig. 2 und 3 gezeigten Kanalsystem21,22,23 und24 der Gleitfläche6′ der Gelenkpfanne2′ kann ein entsprechendes aber nicht notwendigerweise identisch ausgebildetes Kanalsystem auch in die Gleitfläche5 des Gelenkkopfes4 der Schaftprothese1 eingearbeitet sein.In addition to the channel system21 ,22 ,23 and24 of the sliding surface6 'of the joint socket2 ' shown inFIGS. 2 and 3, a corresponding but not necessarily identical channel system can also be incorporated into the sliding surface5 of the joint head4 of the socket prosthesis1 .

Sämtliche Oberflächenkanäle in den Gleitflächen5 und/oder6 bzw.6′ dienen der Unterstützung des erfindungsgemäß vorgese­henen Flüssigkeitstransports zwischen der Grube10,10′ und dem Gleitspaltbereich12. Es sind daher eine Vielzahl von un­terschiedlichen Strukturierungen der Gleitflächen5,6,6′ denkbar und das in denFig. 2 und 3 dargestellte Struktur­muster dient lediglich der Illustration einer speziellen Aus­führungsmöglichkeit einer derartigen erfindungsgemäßen Kanalstruktur.All surface channels in the sliding surfaces5 and / or6 or6 'serve to support the inventive liquid transport between the pit10 ,10 ' and the sliding gap area12 . There are therefore a variety of un different structuring of the sliding surfaces5 ,6 ,6 'conceivable and the structure shown in FIGS. 2 and 3 is only used to illustrate a special implementation option of such a channel structure according to the invention.

Optimierte Kanalverteilungen und Kanalprofile können durch flüssigkeitsmechanische Rechnungen und Labormessungen ermit­teln werden. Da das Verteilungsmuster und die Profilform der Kanäle21,22,23 und24 in Abhängigkeit von der Belastungs­verteilung an den Gleitflächen5 bzw.6,6′ auszubilden ist und der Hauptbelastungsbereich nach Pfeil11 nicht im Schei­telpunkt20 auftritt, ist zu erwarten, daß eine optimierte Kanalverteilung nicht notwendigerweise wie in denFig. 2 und 3 dargestellt bezüglich des Scheitelpunkts20 symme­trisch ist.Optimized channel distributions and channel profiles can be determined using liquid mechanical calculations and laboratory measurements. Since the distribution pattern and the profile shape of the channels21 ,22 ,23 and24 is to be formed depending on the load distribution on the sliding surfaces5 and6 ,6 'and the main load area according to arrow11 does not occur at the point20 , it is to be expected that an optimized channel distribution is not necessarily symmetrical as shown in FIGS. 2 and 3 with respect to the vertex20 .

Sofern eine Kanalstruktur21,22,23, und 24 sowohl auf dem Gelenkkopf4 der Schaftprothese1 als auch an der Gelenk­pfanne2,2′ vorgesehen ist, können die beiden Strukturen so ausgebildet sein, daß sie beim Transport von Gelenkflüssig­keit13 zusammenwirken.If a channel structure21 ,22 ,23 , and 24 both on the joint head4 of the socket prosthesis1 and on the joint socket2 ,2 'is provided, the two structures can be designed so that they work together during the transport of joint fluid speed13 .

Ferner kann der Einsatz8,25 und, falls vorhanden, die Metalleinlage9 in nicht dargestellter Weise von Stich­kanälen durchsetzt sein, die den Gleitspalt12 mit einem in den schematischen Darstellungen derFig. 1 und 2 eben­falls nicht dargestellten Zwischenraum zwischen dem Poly­ethyleneinsatz8,25 und der Titanschale7,7′ verbindet. Diese Stichkanäle ermöglichen ebenfalls einen Zu- und Ab­transport von im Gleitspalt12 befindlicher Gelenkflüssig­keit13 und können so einen Spüleffekt im Gleitspaltbereich unterstützen. Dabei können Abriebsprodukte durch die Stich­kanäle aus dem Gleitspaltbereich12 wegtransportiert und in den Zwischenraum eingelagert werden. Die Anordnung und Ver­teilung derartiger Stichkanäle über die Gleitfläche6,6′ ist verhältnismäßig beliebig und kann nach Versuchsergeb­nissen optimiert werden.Furthermore, the insert8 ,25 and, if present, the metal insert9 can be penetrated in a manner not shown by stitch channels, the sliding gap12 with a gap between the poly ethylene insert, if not shown, in the schematic representations ofFIGS. 1 and 28 ,25 and the titanium shell7 ,7 'connects. These branch channels also allow the supply and removal of articulated fluid13 located in the sliding gap12 and can thus support a rinsing effect in the sliding gap area. In this case, abrasion products can be transported away from the sliding gap area12 through the stitch channels and stored in the intermediate space. The arrangement and distribution of such branch channels on the sliding surface6 ,6 'is relatively arbitrary and can be optimized according to experimental results.

Insgesamt ist die Wirkung des Ringkanals21, der Radialka­näle22,23,24 und gegebenenfalls vorhandener Stichkanäle vergleichbar und ermöglicht stets die gezielte Beeinflussung der Flüssigkeitstransporteigenschaften im Gleitspalt12 zur Verstärkung der mit der Erfindung erzielten Gleit- und Spül­wirkung im Prothesengelenk.Overall, the effect of the ring channel21 , the Radialka channels22 ,23 ,24 and any stitch channels present is comparable and always allows the targeted influencing of the liquid transport properties in the sliding gap12 to reinforce the sliding and flushing effect achieved with the invention in the prosthetic joint.

Claims (21)

Translated fromGerman

1. Gelenkprothese aus einem Gelenkkopf und einer Gelenk­pfanne, wobei die Gelenkpfanne den Gelenkkopf im zusam­mengesetzten Zustand teilweise umgibt und an diesem gleitbeweglich abgestützt ist,dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpfanne (2,2′) in ihrer dem Gelenkkopf (4) zugeordneten Gleitfläche (6,6′) eine als Gelenkflüssig­keitsreservoir dienende Grube (10,10′) aufweist, die im zusammengesetzten Zustand der Prothese mit dem zwischen dem Gelenkkopf (4) und der Gelenkpfanne (2,2′) bestehen­den Gleitspalt (12) in Flüssigkeitsverbindung steht und außerhalb des zwischen Gelenkkopf (4) und Gelenkpfanne (2,2′) auftretenden Hauptbelastungsbereichs (11) ange­ordnet ist.1. joint prosthesis from a joint head and a joint socket, wherein the joint socket partially surrounds the joint head in the assembled state and is supported on it in a slidable manner,characterized in that the joint socket (2 ,2 ') in its sliding surface associated with the joint head (4 ) (6 ,6 ') serving as a joint fluid reservoir (10 ,10 '), which in the assembled state of the prosthesis with the between the joint head (4 ) and the socket (2 ,2 ') consist of the sliding gap (12 ) in Liquid connection is and outside of the between the joint head (4 ) and joint socket (2 ,2 ') occurring main load area (11 ) is arranged.2. Gelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es sich bei der Prothese um eine Hüftgelenkprothese handelt, bei der ein Schaftteil (3) an dem Gelenkkopf (4) an angebracht ist.2. Joint prosthesis according to claim 1, characterized in that the prosthesis is a hip joint prosthesis in which a shaft part (3 ) is attached to the joint head (4 ).3. Gelenkprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Grube (10,10′) im implantierten Zustand der Prothese bezüglich des Hauptbelastungsbereichs (11) tie­ferliegend angeordnet ist.3. Joint prosthesis according to claim 1 or 2, characterized in that the pit (10 ,10 ') in the implanted state of the prosthesis with respect to the main loading area (11 ) is arranged low lying.4. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grube (10,10′) in Form einer kantenfreien, fla­ chen Mulde ausgebildet ist.4. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the pit (10 ,10 ') is designed in the form of an edge-free, fla chen trough.5. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grube (10,10′) eine seitliche Ausdehnung von etwa 0,5 bis 1,5 cm und eine Tiefe von etwa 2 bis 5 mm aufweist.5. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the pit (10 ,10 ') has a lateral extent of about 0.5 to 1.5 cm and a depth of about 2 to 5 mm.6. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (6,6′) der Gelenkpfanne (2,2′) mit einem oder mehreren zur Gleitfläche (6,6′) hin offenen Kanälen (21,22,23,24) versehen ist, die mit der Grube (10,10′) in Fluidverbindung stehen.6. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding surface (6 ,6 ') of the socket (2 ,2 ') with one or more channels (21 ,22 ,23 ) towards the sliding surface (6 ,6 ') ,24 ) is provided, which are in fluid communication with the pit (10 ,10 ').7. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Gleitfläche (5) des Gelenkkopfes (4) mit einem oder mehreren zur Gleitfläche (5) hin offenen Kanälen versehen ist.7. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding surface (5 ) of the joint head (4 ) is provided with one or more channels open towards the sliding surface (5 ).8. Gelenkprothese nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (21,22,23,24) der Gelenkpfanne (2,2′) und/oder des Gelenkkopfes (4) sich in den Hauptbela­stungsbereich (11) hinein erstrecken.8. Joint prosthesis according to claim 6 or 7, characterized in that the channels (21 ,22 ,23 ,24 ) of the socket (2 ,2 ') and / or the joint head (4 ) stungsbereich (11 ) extend into the Hauptbela .9. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen Gleitfläche (5;6,6′) und Kanal (21,22,23,24) kantenfrei ausgebildet ist.9. Joint prosthesis according to one of claims 6 to 8, characterized in that the transition between the sliding surface (5 ;6 ,6 ') and the channel (21 ,22 ,23 ,24 ) is edge-free.10. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (21,22,23,24) ein sich zur Gleitfläche (5;6,6′) hin erweiterndes Querschnittsprofil aufwei­sen.10. A prosthetic joint according to one of claims 6 to 9, characterized in that the channels (21 ,22 ,23 ,24 ) have a cross-sectional profile which widens towards the sliding surface (5 ;6 ,6 ').11. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (21,22,23,24) ein sich zur Gleitfläche (5;6,6′) hin verjüngendes Querschnittsprofil aufwei­sen.11. A prosthetic joint according to one of claims 6 to 9, characterized in that the channels (21 ,22 ,23 ,24 ) have a cross-sectional profile tapering towards the sliding surface (5 ;6 ,6 ').12. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalverteilung und/oder die Kanalbreite und/oder die Kanaltiefe lokal entsprechend der erwarte­ten Belastungsverteilung im Gleitspalt (12) ausgelegt ist.12. Joint prosthesis according to one of claims 6 to 11, characterized in that the channel distribution and / or the channel width and / or the channel depth is designed locally according to the expected load distribution in the sliding gap (12 ).13. Gelenkprothese nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (21,22,23,24) im Hauptbelastungsbe­reich (11) eine geringere Breite als in den übrigen Be­reichen aufweisen.13. A prosthetic joint according to claim 12, characterized in that the channels (21 ,22 ,23 ,24 ) in the main loading area (11 ) have a smaller width than in the other areas.14. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (6,6′) der Gelenkpfanne (2,2′) in bezug auf ihren Scheitelpunkt (20) sowohl von Radialkanä­len (22,23,24) als auch von Ringkanälen (21) durch­setzt ist.14. Joint prosthesis according to one of claims 6 to 12, characterized in that the sliding surface (6 ,6 ') of the socket (2 ,2 ') with respect to their apex (20 ) both of Radialkanä len (22 ,23 ,24 ) as well as ring channels (21 ) is set.15. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpfanne (2,2′) aus einem die Gleitfläche (6,6′) mit Grube (10,10′) aufweisenden Einsatz (8,25) und einer den Einsatz (8,25) aufnehmenden Verankerungs­schale (7,7′) aufgebaut ist.15. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the joint socket (2 ,2 ') from a the sliding surface (6 ,6 ') with pit (10 ,10 ') having insert (8 ,25 ) and one the insert (8 ,25 ) receiving anchoring shell (7 ,7 ') is constructed.16. Gelenkprothese nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (8,25) von einem oder mehreren sich im wesentlichen senkrecht zur Gleitfläche (6,6′) der Ge­lenkpfanne (2,2′) erstreckenden Stickkanälen durchsetzt ist, die im zusammengesetzten Zustand der Prothese den Gleitspalt (12) mit einem zwischen Einsatz (8,25) und Verankerungsschale (7,7′) liegenden Zwischenraum verbin­den.16. Joint prosthesis according to claim 15, characterized in that the insert (8 ,25 ) of one or more substantially perpendicular to the sliding surface (6 ,6 ') of the Ge steering socket (2 ,2 ') extending embroidery channels is penetrated, which in Assembled state of the prosthesis, the sliding gap (12 ) with an intermediate space between the insert (8 ,25 ) and the anchoring shell (7 ,7 ').17. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Gleitflächenpaaren um eine Metalle­gierungs-Metallegierungspaarung, eine Metallegierungs-Po­lyethylenpaarung, eine Keramik-Polyethylenpaarung oder eine Keramik-Keramikpaarung handelt.17. Joint prosthesis according to one of the preceding claims,characterized,that the pair of sliding surfaces is a metalalloy-metal alloy pair, a metal alloy Popolyethylene pairing, a ceramic-polyethylene pairing oris a ceramic-ceramic pairing.18. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschale (7,7′) aus Titan besteht.18. Joint prosthesis according to one of claims 15 to 17, characterized in that the anchoring shell (7 ,7 ') consists of titanium.19. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (8,25) aus Polyethylen besteht.19. Joint prosthesis according to one of claims 15 to 18, characterized in that the insert (8 ,25 ) consists of polyethylene.20. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (8,25) aus Polyethylen besteht und als Gleitfläche (6,6′) eine Metallegierungseinlageschicht (9) aufweist.20. Joint prosthesis according to one of claims 15 to 19, characterized in that the insert (8 ,25 ) consists of polyethylene and has a metal alloy insert layer (9 ) as a sliding surface (6 ,6 ').21. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Knieprothese, Schultergelenkpro­these, Sprunggelenkprothese oder Fingergelenkprothese handelt.21. Joint prosthesis according to one of the preceding claims,characterized,that it is a prosthetic knee, shoulder joint prothesis, ankle prosthesis or finger joint prosthesisacts.