DE2138146B2

DE2138146B2 - Knochen-ersatz-implantat

Info

Publication number: DE2138146B2
Application number: DE19712138146
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Hochman, Robert Francis, Smyrna, Ga. (V.StA.)
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1971-07-30
Publication date: 1976-05-26
Also published as: GB1363305A; CH541324A; DE2138146A1; CA963746A; BE770685A; FR2104009A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Knochen-Ersatz-Implantat, dessen tragender Kern mitKunststoff beschichtet ist.

Aus der schweizerischen Patentschrift 4 86 880 ist die Anregung bekannt, prothetische Vorrichtungen, bestehend aus Graphit- Tantal. Wolfram oder Molybdän, mit pyrolytischem Kohlenstoff zu überziehen, wodurch die Festigkeit der Prothese erhöht und die Abnutzung vermindert werden soll. Die Festigkeit und Bruchsichcrhcit wird hierbei jedoch mit einem relativ hohen Eigengewicht des fertigen Prothesenwerkstoffes erkauft.

In der britischen Patentschrift Il 65 698 wird ein Implantat empfohlen, das aus massivem Graphit oder einem graphitierten Kunst- oder Naturzellulose-Produkt besieht und gegebenenfalls mit einer Schutzschicht überzogen ist, die Koagulieren verhindern soll. Der auf Graphit-Basis aufgebaute Prothesen-Werkstoff zeigt jedoch nicht die Bruchsicherheit und Ermüdungsfreiheil, die ein langjähriges, komplikationsloses Tragen im Körperinneren gewährleistet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff der eingangs genannten Art zu schaffen, der im bezug auf hohe Festigkeit, geringes Gewicht, Ermüdungsfreiheit und Bruchfestigkeit den bekannten Werkstoffen überlegen ist.

Die Lösung der Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß der tragende Kern aus- in Kunststoff eingebetteten Graphit- und/oder Borfasern besteht und wenigstens außen mit einem Organo-Polysiloxan ummantelt ist. Die Fasern sind dabei so in dem Kunststoff eingeschlossen, daß ein im wesentlichen homogener Werkstoff gebildet wird. Durch Verändern der räumlichen Proportionen der Graphit-Fasern und des Kunststoffes und des Elastizitätsmoduls der Fasern läßt sich die Festigkeit und Flexibilität des Implantats in weiten Grenzen einstellen. Damit ist der erfindungsgemäße Werkstoff nicht nur im Hinblick auf sein geringes Gewicht dem Bekannten überlegen, sondern besitzt außerordentliche Festigkeil ohne spröde zu sein und ist wegen seiner faserigen Struktur errnüdungslrci.

Der Kunststoff kann zweckmäßig das Organo-Polysiloxan sein, das zur Ummantelung dient, so daß dann ilio Granhit- und/oder Borfasern vollständig in dem Organo-Polysiloxan eingebettet sind. Andererseits kann es sich empfehlen, als Kunststoff Epoxydharz zu verwenden, das zwar nicht vollständig körperverträglich ist, jedoch wegen seiner Einbettung in das Organo-Polysiloxan mit den Körpersäften und dem Körpergewebe nicht in Verbindung kommt.

Besondere Anforderungen an erhöhte Festigkeit bei gleichzeitiger Elastizität werden erfüllt, wenn bei einem Implantat von langgestreckter Gestalt die Graphit- und/oder Borfasern in einer ersten Schicht im wesentlichen axial ausgerichtet sind und in einer zweiten, sich zur ersten koaxial erstreckenden Schicht in Umfangsrichtung gelegt sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigt

F i s. 1 eine perspektivische Darstellung für ein typischesimplantat gemäß vorliegender Erfindung,

F i g. 2 ein weiteres erfindungsgemäßes Implantat,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine Ebene 3-3 von F i g. 2.

Fig.4 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Körperprothese und

Fig.!) eine abgebrochene Schnittdarstellung mit Einzelbe'iten einer Prothese bzw. eines Implantats gemäß der vorliegenden Erfindung.

In F i g. 1 ist ein erfindungsgemäßes Implantat 1 dargestellt, wie es als Nagelelement zur Wiederherstellung des korrekten Winkels zwischen Schenkelhals und Schenkelschaft eines menschlichen Schenkelknochens verwendet wird. Die äußere Ausbildung des Implantats 1 ist an und für sich bekannt: man unterscheidet zwischen einem Nagelabschnitt 2 zum Einsetzen in den Schenkelhals und einen Schaftabschnitt 3, der von außen am Schenkelschaft befestigt wird. Das gesamte Implantat 1 besteht aus in Silikongummi eingebetteten Graphitfasern 4, deren Faserachsen parallel zur Längsachse sowohl des Nagelabschnittes 2 als auch des Schaftabschnittes 3 verlaufen. Als Silikongummi kann eine bewährte, handelsübliche medizinische Silikon-Art verwendet werden.

Das Implantat 1 kann auf herkömmliche Weise als Formteil hergestellt sein. Dabei werden beispielsweise zuerst die Graphitfasern 4 in eine geeignete Form eingelegt und anschließend die Form mit Silikon gefüllt und schließlich die gesamte Formfüllung bei einem geeigneten Druck auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, so daß der Silikongummi polymerisiert. Das aus der Form herausgenommene Formteil kann, falls erforderlich, anschließend auf einer Maschine oder in anderer Weise bearbeitet werden.

Das Implantat 1 hat eine extrem hohe Zug-, Druck- und Ermüdungsfestigkeit. Besonders die letzte Eigenschaft isi von Bedeutung in der Medizin, weil die Hauptursache für viele Brüche von orthopädischen Implantaten in Ermüdungserscheinungen der verschiedenen bisher verwendeten Metall-Legierungen zu sehen ist. Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Material eine wesentlich höhere Ermüdungsfestigkeit aufweist, als die derzeit bei Körperimplantaten verwendeten Materialien.

Ein besonderer Vorteil ist, daß Graphitfasern sich mit einem in weiten Grenzen unterschiedlichen Elastizitätsmodul herstellen lassen, und daß sie außerdem in Form sun gewebten oder ungewcbten Textilien lieferbar sind. Somit läßt sich durch Auswahl einer bestimmten Graphitfaser sowohl die Festigkeit als auch die Elastizität des daraus herzustellenden Implantats so gestal-

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ten, wie es für die vorgesehene Körperregion erforderlich ist.

Ein in Fig. 2 dargestelltes Implantat 5 weist eine Bauform auf, mit der es zur Verwendung als Knochenmark-Nagel innerhalb des Schenkei-Knochenmarkkanals verwendet werden kann. Wie durch einen in F i g. 3 dargestellten Schnitt ersichtlich ist, besitzt das Implantat 5 einen kleeblattähnlichen Querschnitt, und einen ähnlichen Aufbau aus Graphitfasern und Silikonpolymer wie das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel. Beim vorüegenden Implantat 5 ist davon abweichend jedoch eine innere Lage 6 aus Graphit.fasern 7, deren Faserverlauf parallel zur Längsachse des Implantats 5 ausgerichtet ist, und eine äußere Lage 8 aus Graphitfasern 9 vorhanden, welche in Umfangsrichtung. also rechtwinklig zur Faserrichtung der inneren Lage 6 verlaufen. Dadurch wird erreicht, d<<ß dieses Implantat 5 sowohl in Längsrichtung als auch in (Jmfangsrichtung eine hohe Festigkeit besitzt.

Ein in F i g. 4 dargestelltes weiteres erfindungsgeniä-Bes Ausführungsbeispiel besitzt die Form einer Schenkelhalsprothese 10. Diese Schenkelhalsprothese 10 weist einen Kugelkopf 11 als Ersatz für den menschlichen Schenkelhals, und ferner einen unteren Schaft 12 auf, der im Knochenmark-Kanal des Schenkels befestigt wird.

Der Kugelkopf 11 besitzt Graphitfasern 13 mit nach allen Richtungen verteiltem Faserverlauf, damit eine nacii allen Richtungen gleichmäßige Festigkeit vorhanden ist. Die Graphitfasern 13 innerhalb des Schaftes 12 verlaufen dagegen in Schaftrichtung. Der im Bereich des Kugelkopfes 11 gewählte Silikonkunststoff ist nicht porös, während der für den Schaft 12 verwendete Kunststoff zumindest an seiner Oberfläche porös ausgebildet ist, damit das Knochengewebe sich mit der Schenkelhalsprothese 10 verbinden kann. Die Porosität im Bereich des Schaftes 12 kann durch entsprechende, bekannte Maßnahmen beim Einformen der Prothese erzielt werden.

In F i g. 5 ist in abgebrochener und geschnittener Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Implantats 14 dargestellt, bei dem Graphitfasern 15 in Epoxydharz 16 eingebettet sind. Epoxydharze sind als solche bekannt, und in Verbindung mit Graphitfasern 15 entsteht ein Implantat mit extrem hoher Festigkeit. Es muß jedoch sichergestellt sein, daß das Epoxydharz gegenüber dem menschlichen Körpergewebe einwandfrei isoliert wird; deshalb ist das Implantat 14 vollständig in eine äußere Schicht aus Silikongummi 17 eingebettet. Falls erforderlich, kann auch diese äußere Silikongummi-Schicht 17 Graphitfasern enthalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Knochen-Ersatz-Implantat, dessen tragender Kern mit Kunststoff beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der tragende Kern aus Γη Kunststoff eingebetteten Graphit- und/oder Borfasern besteht, und wenigstens außen mit einem Organo-Polysiloxan ummantelt ist.

2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Organo-Polysiloxan ist.

3. Implantat nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Epoxydharz ist.

4. Implantat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das eine im wesentlichen langgestreckte Gestalt hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphit- und/oder Borfasern in einer ersten sich axial erstreckenden Schicht (6) des Implantats im wesentlichen axial ausgerichtet sind und in einer zweiten, sich koaxial zur ersten Schicht erstreckenden Schicht (8) im wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.