DE4208247C1 - Implantat als Knochenersatz - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Implantat als Ersatz für
Knochen, insbesondere als Gelenkersatz mit eine
seiner Oberfläche zumindest teilweise bedeckenden
offenmaschigen dreidimensionalen Struktur.
Derartige Implantate sind seit etwa 10 Jahren im
klinischen Einsatz. Im Gegensatz zu zementierbaren
Implantaten erfolgt die Fixation der eingangs
genannten Implantate zementlos, dadurch, daß in die
dreidimensionale Struktur Knochentrapekel einwachsen
und dort verknöchern. Die dreidimensionale
Oberflächenstruktur derartiger Implantate wird also
regelrecht durchwachsen durch Knochenmaterial, was
zu im Prinzip hervorragenden Ergebnissen bei der
Langzeitfixation hervorruft. Implantate dieser Art
sind beispielsweise bekannt geworden aus der
DE A 29 10 627 A1, der DE 32 24 265 A1 und in jüngerer
Zeit aus der DE 90 11 363 U1.
Wenn die Langzeitfixation - wie bereits erwähnt - im
Prinzip die an sie gestellten Erwartungen auch
erfüllt, so weisen die bekannten Implantate jedoch
den Nachteil auf, daß sie nur in Grenzen eine
funktionale Einheit mit dem sie umgebenden
Knochenmaterial bilden, in dem Sinne, daß aufgrund
der unterschiedlichen Knochendichtestruktur in
Bereichen des Implantates unterschiedliche
Elastizitätsmoduln in der natürlichen Spongiosa des
Knochens einer recht einheitlichen
Oberflächenstruktur des Implantates gegenüberstehen.
In bestimmten
Bereichen der Knochenspongiosa eines Röhrenknochens
ist die Spongiosa von einer relativ großen Zellig-
und Porigkeit zu den Gelenkenden hin, wohingegen es
Bereiche gibt, wo die Zell- und Porengröße der
Knochenspongiosa etwa um einen Faktor bis zu 3
kleiner ist als in dem erstgenannten Bereich. Als
Beispiel für einen solchen Röhrenknochen wird der
menschliche Femur angegeben. Es ist einleuchtend,
daß die Knochentrapekel als Bestandteil der
natürlichen Spongiosa in homogener Zellig- und
Porigkeit nicht sämtlich gleich gut in die
einheitliche Oberflächenstruktur des Implantates
einwachsen können. Letztlich führt dies zu einer
Verlängerung der Einheilphase und Umbauphase des
knöchernen Lagers zum Implantat hin und zu einer
Verkürzung der Langzeitfixation aufgrund der
Tatsache, daß sozusagen Angehörige einer
Knochentrapekelgruppe in die Oberflächenstruktur
einwachsen, die nicht der Gruppe der an einer
bestimmten Stelle der Spongiosa vorherrschenden
Zelligkeit und Porigkeit zuzuordnen sind.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein Implantat mit einer
seiner Oberfläche zumindest teilweise bedeckenden
offenmaschigen dreidimensionalen Struktur zu
schaffen, deren Einheilverhalten sowie deren
Langzeitfixationseigenschaften deutlich gegenüber
bekannten Implantaten verbessert sind.
Gelöst wird die Aufgabe durch das Implantat mit den
Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben aus den Unteransprüchen.
Demgemäß wird vorgeschlagen, daß die
Oberflächenstruktur des Implantates in ihrer
flächigen Ausdehnung in zumindest zwei diskrete
Zonen unterschiedlicher Maschenweiten unterteilt
ist. Bei dieser Festlegung wird unter flächiger
Ausdehnung ein Oberflächenabschnitt des Implantates
verstanden im Gegensatz zu der räumlichen
Ausdehnung, welche auf die Dicke oder Stärke der
Struktur abzielt.
Die Maschenweiten der Zonen sind vorzugsweise der
Zelligkeit und der Porigkeit des Knochenmaterials,
welches nach der Implantation mit der
Oberflächenstruktur des Implantates in Verbindung
steht, angepaßt, in dem Sinne, daß die jeweiligen
Maschenweiten der Zonen in etwa der Größe der Zellen
und Poren der natürlichen Spongiosa entsprechen,
welche in und an die Oberflächenstruktur des
Implantates einwachsen soll. Für die Spongiosa mit
einer kleinen Zell- und Porenweite wird demnach auf
dem Implantat eine Struktur mit einer entsprechend
kleinen Maschenweite vorgesehen. Umgekehrt wird für
eine Spongiosa mit einer großen Zell- und Porenweite
eine Zone auf dem Implantat mit einer entsprechend
großen Maschenweite vorgesehen.
Die Zell- und Porenweiten der natürlichen Spongiosa
in Röhrenknochen des Menschen ist katalogisierbar,
so daß die Implantate in Anwendung dieses Katalogs
mit entsprechenden Zonen unterschiedlicher
Maschenweite hergestellt werden können, je nachdem,
für welche Knochenpartie das Implantat bestimmt ist.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Implantates hat
zur Folge, daß Knochentrapekel des spongiösen
Knochens mit einer gegebenen Zell- und Porengröße in
die Oberflächenstruktur mit einer entsprechenden
Maschenweite einwachsen können. Die Knochentrapekel
treffen auf quasi natürliche Gegebenheiten, so daß
ein deutlich besseres Einwachsverhalten der
Implantate beobachtet werden kann. Darüber hinaus
läßt das erfindungsgemäße Implantat verbesserte
Eigenschaften in Hinblick auf eine Langzeitfixation
erkennen, da die "richtigen" Knochentrapekel in die
"richtige" Maschenweite der Struktur einwachsen
können und so die Elastizitätsmoduln in der
natürlichen Spongiosa weitgehend erhalten bleiben
können trotz der Anwesenheit des Implantates.
Die größte Maschenweite einer Zone der
Oberflächenstruktur beträgt 6 mm, die kleinste
Maschenweite einer Zone 1,5 mm. Sämtliche Bereiche
zwischen diesen beiden Grenzwerten können vorgesehen
sein in Abhängigkeit von der natürlichen Ausbildung
der Spongiosa des Knochens, an oder in den das
Implantat eingesetzt werden soll.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind
mindestens drei Zonen der Oberflächenstruktur
vorgesehen, deren Maschenweiten sich, ausgehend von
der größten, stufenförmig von Zone zu Zone
vermindern. Ein konkretes Implantat, welches so
ausgebildet sein kann, ist ein Hüftgelenksstiel.
Entsprechend der natürlichen Spongiosa im
Femurknochen ist im proximalen Bereich des
Implantates eine große Maschenweite von bis zu 6 mm
vorhanden, der sich eine mittlere Zone mit einer
Maschenweite von 2-4 mm anschließt, welcher sich
distalseitig einer Zone anschließt, deren
Maschenweite bis zu 1,5 mm herunter reichen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des
Implantates sind in den Übergangsbereichen von einer
Zone zu der benachbarten Zone der
Oberflächenstruktur Maschenweiten beider
angrenzenden Zonen vorhanden, d. h. daß also in der
räumlichen Tiefe der Oberflächenstruktur sowohl die
eine als auch die andere Maschenweite präsent ist.
Dies wird freilich nur bei einem relativ kleinen
Übergangsbereich der Fall sein. Durch diese
Ausbildung ergeben sich zwar immer noch diskrete
Zonen der Struktur mit unterschiedlichen
Maschenweiten, die Übergänge
werden aber quasi vergleichmäßigt im Sinne eines und
im Hinblick auf einen quasi stetigen Übergang von
einer Zone in die andere. Dies entspricht weitgehend
dem allmählichen Wechsel des natürlichen spongiösen
Materials von einer Zell- und Porenweite zu einer
anderen Zell- und Porenweite.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
gemäß der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei
zeigt:
Fig. 1 ein Implantat als Hüftgelenksstiel mit einer
ihn teilweise bedeckenden dreidimensionalen
offenmaschigen Struktur,
Fig. 2 eine schematisierte Ansicht mehrerer Zonen
der Oberflächenstruktur eines Implantates
nach der Erfindung, und
Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, aber mit
einer anders aufgebauten Oberflächenstruktur.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Implantats gemäß Fig. 1 stellt
einen üblichen Hüftgelenksstiel 10 dar. Der massive
Kern des Stiels 10 ist, wie schematisch dargestellt,
mit einer seine Oberfläche zumindest teilweise
bedeckenden offenmaschigen dreidimensionalen
Struktur 1 versehen. In diese Oberflächenstruktur
wächst nach der Implantation Knochenmaterial ein und
sorgt so für eine Dauerfixation des Implantats im
Knochen.
Erfindungsgemäß ist die Oberflächenstruktur 1 des
Hüftgelenksstiels 10 unterteilt in drei diskrete
Zonen A, B und C. In der Zone A zeigt die
Oberflächenstruktur die größte Maschenweite, in der
Zone B eine mittlere Maschenweite und schließlich in
der Zone C die kleinste Maschenweite. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel sind die
Maschenweiten gebildet aus Partikeln, wie sie in der
DE-C1-41 06 971 beschrieben sind. Es kann auch ein
anderes Material zur Erzeugung der
Oberflächenstrukturen verwendet werden,
beispielsweise präparierte Filterschäume, wie in der
DE-C1-39 17 033 und der DE-C2-39 28 394 beschrieben
ist.
Die Auswahl der Maschenweiten der
Oberflächenstruktur 1 in den Zonen A, B und C
richtet sich nach den natürlichen Zellen- und
Porenweiten der Spongiosa im Femurknochen. Die
Maschenweiten der Oberflächenstruktur 1 sind den
Zell- und Porenweiten der Spongiosa angepaßt, d. h.
im proximalen Bereich zum Hüftgelenksende hin
relativ groß, im distalen Bereich relativ klein.
Fig. 2 zeigt schematisiert eine vergrößerte Ansicht
der Oberflächenstruktur 1 des erfindungsgemäßen
Implantats. Deutlich erkennbar sind die diskreten
Zonen A, B und C mit unterschiedlichen Maschenweiten
der Oberflächenstruktur 1. Diese werden erzielt
durch die Partikel 2, 2′ und 2′′ unterschiedlicher
Größe. Wie bereits weiter oben erwähnt, können diese
unterschiedlichen Maschenweiten anstelle durch
unterschiedlich große Partikel auch durch
retikulierte Filterschäume mit unterschiedlichen
Maschenweiten als Ausgangsmaterial im
Herstellungsverfahren verwendet werden. Eine
Oberflächenstruktur 1′ eines Implantats, hergestellt
mit retikulierten Filterschäumen als
Ausgangsmaterial eines Gießverfahrens
(DE 39 28 394 C2), zeigt Fig. 3. Auch hier sind
deutlich die diskreten Zonen A, B und C erkennbar,
die unterschiedlich große, von den Stegen 3
eingefaßte Maschen 4, 4′ und 4′′ aufweisen.
Daß die Oberflächenstrukturen 1 und 1′ in ihren
Stärken mit der Abnahme der Größe der Partikel in
den diskreten Zonen A, B und C ebenfalls abnehmen,
ist nicht zwingend erforderlich. Wesentlich ist, daß
die Knochentrapekel der betreffenden
Spongiosabereiche des Knochens, an denen die Zonen
A, B und C jeweils zu liegen kommen, Maschenweiten
in der Oberflächenstruktur 1 auffinden, in die sie
hineinwachsen sollen und die in ihrer Maschenweite
in etwa Zellen- und Porengröße entsprechen, welche
die jeweiligen Knochentrapekel in der natürlichen
Spongiosa ausbilden würden.
Claims (4)
1. Implantat als Ersatz für Knochen mit einer seine
Oberfläche zumindest teilweise bedeckenden
offenmaschigen dreidimensionalen Struktur (1,
1′), bei dem die Struktur in ihrer flächigen
Ausdehnung in zumindest zwei diskrete Zonen (A,
B, C) unterschiedlicher Maschenweiten unterteilt
ist.
2. Implantat nach Anspruch 1, bei dem die größte
Maschenweite einer Zone der Struktur (1, 1′) 6
mm und die kleinste Maschenweite einer Zone 1,5
mm beträgt.
3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
mindestens drei Zonen der Oberflächenstruktur
(1, 1′) vorgesehen sind, deren Maschenweiten
sich, ausgehend von der größten, stufenförmig
von Zone zu Zone vermindern.
4. Implantat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei
dem in den Übergangsbereichen von einer Zone (A
bzw. B) zu der benachbarten Zone (B bzw. C) der
Oberflächenstruktur (1) Maschenweiten beider
angrenzender Zonen (A und B bzw. B und C)
vorhanden sind.
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