DE2447383A1

DE2447383A1 - ARTIFICIAL JOINT

Info

Publication number: DE2447383A1
Application number: DE19742447383
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Janssen; Bernhard Georg Prof Dr Weber
Original assignee: Allo Pro AG
Current assignee: Allo Pro AG
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1974-10-04
Publication date: 1976-04-15
Also published as: CH591845A5

Description

AlIo Pro AG, Baar (Schweiz)AlIo Pro AG, Baar (Switzerland)

Künstliches GelenkArtificial joint

Die vorliegende Erfindung betrifft ein künstliches Gelenk, mit einem Kopfteil und einem Pfannenteil.The present invention relates to an artificial joint, with a head part and a socket part.

Es sind bereits Gelenke der genannten Art bekannt. Man kann beispielsweise auf ein bekanntes künstliches Kniegelenk hinwiesen, das einen Oberschenkelkugelteil und einen dazu passenden Schienbeinpfannenteil aufweist. Der Oberschenkelkugelteil besteht aus einem Paar voneinander entfernten Kugelsegmenten und der Schienbeinpfannenteil besitzt ein Paar voneinander entfernten Kugelpfannensegmente. Die kugelsegmentförmige Oberfläche der Pfannenteile hat das gleiche KrümmungsZentrum, wie die zu den konkaven Oberflächen des Oberschenkelkugelteiles gehörenden Kugelsegmentoberflächen. Zwischen den Segmenten der Gelenkteile bleibt eine Oeffnung frei, in welche die vorderen und hinteren Kreuzbänder zu liegen kommen, welche die genannten am jeweiligen Knochen befestigten Gelenkteile miteinander in Eingriff halten.Joints of the type mentioned are already known. For example, one can refer to a known artificial one Pointed out knee joint, which has a femoral ball part and a matching tibial socket part. The femoral ball part consists of a pair of spaced apart spherical segments and the tibial socket part has a pair of each other removed ball socket segments. The spherical segment-shaped surface of the socket parts has the same center of curvature, like the spherical segment surfaces belonging to the concave surfaces of the femoral ball part. Between the segments of the Joint parts an opening remains free, into which the front and posterior cruciate ligaments come to lie, which the said joint parts attached to the respective bone engage with one another keep.

Wie aus der Beschreibung dieses vorbekanntenAs from the description of this previously known

Kniegelenkes ersichtlich, lässt seine Ausbildung nur eine Scharnierbewegung der Gelenkteile zueinander zu, was den Verhältnissen im natürlichen Kniegelenk nicht entspricht, denn in einem natürlichen Kniegelenk erfolgt, neben einer Scharnierbewegung seiner Teile zueinander auch eine Verschiebung derselben.As the knee joint can be seen, its formation only allows a hinge movement of the joint parts towards each other, which does not correspond to the conditions in the natural knee joint, because in a natural one Knee joint takes place, in addition to a hinge movement of its parts to each other, a displacement of the same.

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Das beschriebene bekannte künstliche Gelenk hat aussenden den Nachteil, dass es dann nicht verwendet werden kann, wenn die Gelenkbänder zerstört sind, weil es dann kein Mittel gibt, welches die genannten Gelenkteile zusammenhalten könnte.The known artificial joint described has the disadvantage that it cannot be used if the joint ligaments are destroyed, because there is then no means that could hold the joint parts together.

Ausser des vorstehend beschriebenen Gelenkes ist noch ein weiteres künstliches Gelenk bekannt, dessen Teile mittels einer starren Achse miteinander verbunden sind. Die Nachteile eines solchen Gelenkes bestehen darin, dass es nur eine Drehbewegung der Gelenkteile zueinander zulässt, so dass es beispielsweise als Ersatz eines Kniegelenkes nicht verwendet werden kann, und dass ein solches künstliches Gelenk die auf dieses einwirkenden Stösse unvermindert weiter überträgt.In addition to the joint described above, another artificial joint is known, its parts are connected to one another by means of a rigid axle. The disadvantages of such a joint are that there is only one Rotary movement of the joint parts to each other allows, so that it is for example can not be used as a replacement for a knee joint, and that such an artificial joint acts on it Continues to transmit shocks unabated.

Ein weiteres Problem, welches bei künstlichen Gelenken, insbesondere bei Küft- oder Kniegelenken, auftritt, ist ihr Verschleiss, welcher durch das verhaltnismassig grosse Körpergewicht verursacht wird. Ausserdem kann man darauf hinweisen, dass die das jeweilige natürliche Gelenk bildenden Endpartien der Knochen eine bestimmte Elastizität aufweisen, so dass sie die beispielsweise beim Gehen entstandenen Stösse bis zu' einem gewisen Mass aufnehmen und sie dadurch abdämpfen.Another problem that occurs with artificial joints, in particular with hip or knee joints, is their wear and tear, which is due to their relatively large body weight caused. In addition, one can point out that the end parts that form the respective natural joint the bones have a certain elasticity, so that they can cope with the bumps that occur when walking, for example, to a certain extent Take up the measure and thereby dampen it.

Dies ist bei bisherigen künstlichen GelenkenThis is the case with previous artificial joints

nicht der Fall, weil sie oft aus Metall angefertigt sind, so dass die genannten Stösse über das jeweilige Gelenk weiter in den Körper übertragen werden.not the case, because they are often made of metal, so that the above-mentioned impacts continue into the body via the respective joint be transmitted.

Diese Nachteile der bekannten künstlichen Gelenke werden durch das erfindungsgemässe Gelenk weitgehend behoben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens eines der Gelenkteile einen Dauermagnet enthält und dass der andere Gelenkteil wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Stoff ist.These disadvantages of the known artificial joints are largely eliminated by the joint according to the invention, which is characterized in that at least one of the joint parts contains a permanent magnet and that the other joint part is at least partially made of a ferromagnetic material.

Nachstehend werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 im Schnitt das künstliche Gelenk mit einem prak-Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 in section the artificial joint with a practical

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tisch kugelförmigen Kopf und einer dementsprechend geformten Pfanne,table spherical head and one accordingly shaped pan,

Fig. 2 in einem ersten Längsschnitt das künstliche. GeFig. 2 in a first longitudinal section the artificial. Ge

lenk, welches als ein künstliches Kniegelenk ausgeführt ist undlenk, which is designed as an artificial knee joint and

Fig. 3 in einem zweiten Längsschnitt das künstliche GeFig. 3 in a second longitudinal section the artificial Ge

lenk nach Fig. 2, wobei dieser zweite Längsschnitt um 3G gedreht ist und der Kopfteil die Form einer Walze hat.steering according to FIG. 2, this second longitudinal section being rotated by 3G and the head part the Has the shape of a roller.

Das künstliche Gelenk gemäss Fig. 1 weist einen Kopfteil 1 sowie einen Pfannenteil 2 auf. Diese Teile 1 und 2 werden auf chirurgischem Wege anstelle der Teile eines erkrankter, oder beschädigten Gelenkes eingesetzt.The artificial joint according to FIG. 1 has a Head part 1 and a pan part 2. These parts 1 and 2 are surgically instead of the parts of a sick person, or damaged joint.

Der Kopfteil 1 des künstlichen Gelenkes besitzt einen Kopf 3, einen Hals 4 und einen sich an den Hals 4 anschliessenden Stiel 5, wobei zwischen dem Hals 4 und dem Stiel 5 sich ein Abstützbund 6 befindet.The head part 1 of the artificial joint has a head 3, a neck 4 and one that adjoins the neck 4 Handle 5, a support collar 6 being located between the neck 4 and the handle 5.

Der Stiel 5 wird durch einen Chirurgen im entsprechenden Teil eines Knochens (nicht dargestellt) angebracht.The stem 5 is by a surgeon in the appropriate Part of a bone (not shown) attached.

Der Kopf 3 kann aus einem körperfreundlichenThe head 3 can consist of a body-friendly

Werkstoff angefertigt sein, beispielsweise aus einem geeigneten organischen Polymer hoher Festigkeit, oder einer geeigneten Metalllegierung oder auch aus Keramik. In diesem Werkstoff sind Dauermagneten 8 und 9 eingebettet. Diese Dauermagnete 8 und 9 liegen möglichst nahe an jener Partie der konvexen Oberfläche des Kopfes 3, welche sich in einer konkaven Partie 10 des Pfannenteiles 2 befindet. Die Dauermagneten 8 und 9 können aus Eisen, Nickel, Kobalt ,Samarium oder aus einer zu diesem Zweck gewöhnlich verwendeten Legierung sein, sie können jedoch auch als Ferritkörper ausgeführt sein.Material be made, for example from a suitable organic polymer of high strength, or a suitable metal alloy or made of ceramic. Permanent magnets 8 and 9 are embedded in this material. These permanent magnets 8 and 9 are located as close as possible to that part of the convex surface of the head 3 which is located in a concave part 10 of the socket part 2. The permanent magnets 8 and 9 can be made of iron, nickel, cobalt, samarium or any one commonly used for this purpose Be alloy, but they can also be designed as ferrite bodies.

Der Hals 4, der Kopfstiel 5 sowie der Abstützbund 6 können aus rostfreiem Stahl oder einer zu diesem Zweck verwendeten Legierung sein, beispielsweise aus einer Kobalt-ChromThe neck 4, the head shaft 5 and the support collar 6 can be made of stainless steel or an alloy used for this purpose, for example cobalt-chromium

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BADBATH

Legierung oder dgl. Ein Ende des Halses 4 ist im Material des Kopfes 3 ebenfalls eingegossen.Alloy or the like. One end of the neck 4 is in the material of the Head 3 also poured.

Gemäss Fig. 1 besitzt der Pfannenteil 2 eine Pfanne 11 und ebenfalls einen Stiel 12. Der Stiel 12 wird ebenfalls vom Chirurgen in einem Knochen befestigt. Die Pfanne 10 dient zur Aufnahme des Kopfes 3 des künstlichen Gelenkes und sie weist zu diesem Zweck die bereits genannte konkave Partie 10 auf. Je nachdem, welches natürliche Gelenk durch das vorliegende künstliche Gelenk ersetzt werden soll, wählt man auch die Tiefe dieser konkaven Partie 10 der Pfanne 11, sowie gegebenenfalls auch ihren Krümmungradius. Falls ein Hüftgelenk oder ein Schultergelenk ersetzt werden soll, so wählt man eine dementsprechend kleinere Tiefe der Pfanne 11 im Vergleich zum im Fig. 1 dargestellten Gelenk.According to FIG. 1, the pan part 2 has a pan 11 and also a handle 12. The handle 12 is also fixed in a bone by the surgeon. The socket 10 serves to hold the head 3 of the artificial joint and it has the aforementioned concave portion 10 for this purpose. Depending on which natural joint by the present artificial Joint is to be replaced, one also selects the depth of this concave portion 10 of the pan 11, and possibly also their radius of curvature. If a hip joint or a shoulder joint is to be replaced, a correspondingly smaller depth of the pan 11 compared to that shown in FIG. 1 is selected Joint.

Die Pfanne 11 kann auch aus einem der bereits genannten körperfreundlichen Werkstoffe angefertigt sein. In diesem Werkstoff ist wenigstens ein Körper 13 aus einem ferromagnetischen Stoff eingebettet. Dieser Körper 13 arbeitet mit den Dauermagneten 8 und 9 im Kopf 3 zusammen, so dass die beiden Teile 1 und 2 des künstlichen Gelenkes infolge der Wirkung der durch die Dauermagneten 8 und 9 erzeugten Anziehungskraft zusammenhalten. In den Werkstoff der Pfanne 11 kann auch eines der Enden des Pfannenstieles 12 eingegossen sein.The pan 11 can also be made from one of the body-friendly materials already mentioned. In this material is at least one body 13 made of a ferromagnetic Fabric embedded. This body 13 works together with the permanent magnets 8 and 9 in the head 3, so that the two Parts 1 and 2 of the artificial joint due to the action of the attractive force generated by the permanent magnets 8 and 9 stick together. One of the ends of the pan handle 12 can also be cast into the material of the pan 11.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das soeben beschriebene künstliche Gelenk, welches diesmal jedoch als ein künstliches Kniegelenk ausgeführt ist. Zu diesem Zweck ist der Abstützbund 6 mit einem Vorsprung 7 versehen. Eine der Randpartien der Pfanne 11 weist eine Erhöhung I¹I auf, die als Anschlag für den Vorsprung 7 des Kopfteiles 1 dient. Mit Hilfe des Vorsprunges 7 und der Erhöhung IM- auf der Pfanne 11 wird eine Begrenzung der Drehbewegung des Kopfes 3 in der Pfanne 11 erreicht, wie das in einem natürlichen Gelenk der Fall ist. Der Stiel 5 des Kopfteiles 1 ist durch den Vorsprung 7 und die Erhöhung 14 anFIG. 2 shows a longitudinal section through the artificial joint just described, which this time, however, is designed as an artificial knee joint. For this purpose, the support collar 6 is provided with a projection 7. One of the edge parts of the pan 11 has an elevation I ¹ I which serves as a stop for the projection 7 of the head part 1. With the help of the projection 7 and the elevation IM- on the socket 11, a limitation of the rotational movement of the head 3 in the socket 11 is achieved, as is the case in a natural joint. The stem 5 of the head part 1 is through the projection 7 and the elevation 14 on

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einem allfälligen Ausschwenken nach links gehindert.prevented from pivoting to the left.

Falls hingegen der Stiel 5 des Kopfteiles 1 ausIf, however, the stem 5 of the head part 1 from

den in Fig. 2 dargestellten Lage nach rechts geschwenkt wird, so schwenkt er zunächst um die Drehachse des Kopfes 3, welcher diesmal zylinderförmig ist (Fig. 3) um eine Scharnierbewegung der Gelenkteile zueinander zu erreichen.the position shown in Fig. 2 is pivoted to the right, it first pivots about the axis of rotation of the head 3, which this time is cylindrical (Fig. 3) to achieve a hinge movement of the joint parts to each other.

Die Endfläche 15 der Pfanne 11 ist, wie aus demThe end face 15 of the pan 11 is, as from the

Längsschnitt in Fig. 2 ersichtlich, in einer seiner Partien mit einem Krümmungsradius ausgeführt, der grosser als der Krümmungsradius des Kopfes 3 ist. Dies hat dann zur Folge, dass der Kopf 3 unter Einwirkung von äusseren Kräften geschwenkt und auch verschoben werden kann, und zwar gegen das andere Ende der länglich ausgebildeten Pfanne 11 hin.Longitudinal section can be seen in FIG. 2, executed in one of its parts with a radius of curvature which is greater than the radius of curvature of the head 3 is. This then has the consequence that the head 3 is pivoted under the action of external forces and also can be moved, towards the other end of the elongated pan 11.

Um ein möglichst gleichmässiges Halten des Kopfes 3 in der Pfanne 11 zu erreichen, wenn sich der Kopf 3 in der Pfanne 11 bewegt, ist die der konkaven Endfläche 15 der Pfanne 11 nahe Oberfläche des Körpers 13 aus einem ferromagnetischen Stoff praktisch gleich wie die konkave Endfläche 15 der Pfanne 11 geformt. Die konkave Oberfläche des Körpers 13 befindet sich dabei in einem kleinen Abstand von der konkaven Endfläche 15 der Pfanne 11. Dieser Abstand soll möglichst klein sein, damit die zwischen den Magneten 8 und 9 und dem Körper 13 wirkende Anziehungskraft möglichst gross ist. Auf der anderen Seite muss dieser Abstand gross genug sein, um sicherzustellen, dass sich die zwischen dem Kopf 3 und dem Körper 13 liegende Schicht aus dem genannten Kunststoff nicht dermassen abnützt, dass eine direkte Berührung zwischen dem Kopf 3 und dem Körper 13 zustande kommen würde.In order to achieve the most uniform possible holding of the head 3 in the pan 11 when the head 3 is in the Pan 11 moves, the concave end face 15 of the pan 11 is near surface of the body 13 made of a ferromagnetic material shaped practically the same as the concave end face 15 of the pan 11. The concave surface of the body 13 is located at a small distance from the concave end surface 15 of the pan 11. This distance should be as small as possible, so that the force of attraction acting between the magnets 8 and 9 and the body 13 is as large as possible. On the other hand, this distance must be large enough to ensure that the between the Head 3 and the body 13 lying layer of said plastic does not wear out to such an extent that direct contact between the head 3 and the body 13 would come about.

Das künstliche Gelenk ist in den Fig. 2 und 3 in einer■solchen Lage dargestellt, welche dem gestreckten Bein entspricht. Während einer Beugebewegung des Beines, wandert der Kopf wie bereits beschrieben in der Pfanne 11 schräg nach vorn aufwärts, so dass die von einem natürlichen Kniegelenk vollzogene horizontale Verschiebung zwischen Ober- und Unterschenkel dadurchThe artificial joint is shown in FIGS. 2 and 3 in such a position that corresponds to the extended leg. During a bending movement of the leg, the head moves obliquely upwards in the socket 11, as already described, so that the horizontal displacement between the upper and lower leg, which is carried out by a natural knee joint

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ermöglicht wird. Zu dieser Verschiebung sind trotz fehlender starrer Achse bei diesem Gelenk die oft zerstörten Gelenkbänder nicht nötig.is made possible. To this shift are in spite of missing rigid axis, the joint ligaments, which are often destroyed, are not necessary for this joint.

Eine weitere Möglichkeit der Ausnützung der beschriebenen Ausführung eines künstlichen Gelenkes ergibt sich dann, wenn die Bänder eines beschädigten Gelenkes, beispielsweise eines Knie- oder Hüftgelenkes, immer noch imstande sind, mit einer zum Zusammenhalten der beiden Teile des künstlichen Gelenkes ausreichenden Kraft einzuwirken und sie dadurch zusammenzuhalten. In einem solchen Fall kann der Körper 13 aus einem ferromagnetischen Stoff ebenfalls als ein Dauermagnet ausgeführt sein, wobei jedoch die Pole der Dauermagnete 8 bzw. 9 und 13 zueinander derart eingestellt sind, dass sich die Dauermagnete 8 und 9 vom Körper 13 wegstossen. Da der Spalt zwischen dem nun dauermagnetischen Körper 13 und den Dauermagneten 8 und 9 verhältnismässig klein ist, können die Abstossungskrafte in diesem Spalt beträchtliche Werte aufweisen, so dass eine wenigstens teilweise Entlastung der Berührungsflächen auf dem Kopf 3 und in der Pfanne 11 erfolgt. Dies ist von grosser praktischer Bedeutung, denn eine Erneuerung der Gleitschicht auf den genannten Berührungsflächen des Kopfteiles und des Pfannenteiles ist nur auf chirurgischem Wege möglich. Bei dieser Ausführung des künstlichen Gelenkes werden ausserdem jene Stösse bis zu einem gewissen Mass abgedämpft, welche auf das Gelenk durch den jeweiligen Knochen übertragen werden. Diese Stossdämpferwirkung lässt sich dadurch erklären, dass die Gelenkteile unter Einwirkung der zwischen den Magneten 8 bzw. 9 und 13 herrschenden Abstossungkraft die Gelenkteile voneinander abstossen. Wenn das künstliche Gelenk belastet wird, beispielsweise durch einen Stoss, so wirken diese Abstossungskrafte gegen die einwirkende Belastungskraft. Die volle Uebertragung der Belastung des Gelenkes durch die sich satt berührenden Gelenkteile kann erst dann erfolgen, wenn die das künstliche Gelenk belastende Kraft grosser als die genannte Abstossungs-Another possibility of utilizing the described Execution of an artificial joint arises when the ligaments of a damaged joint, for example a knee or hip joint, are still able to hold the two parts of the artificial joint together with one sufficient force to act and thereby hold them together. In such a case, the body 13 can be made of a ferromagnetic Substance can also be designed as a permanent magnet, but the poles of the permanent magnets 8 or 9 and 13 to each other in such a way are set so that the permanent magnets 8 and 9 push away from the body 13. Because the gap between the now permanently magnetic Body 13 and the permanent magnets 8 and 9 is relatively small, the repulsive forces in this gap can be considerable Have values so that an at least partial relief of the contact surfaces on the head 3 and in the socket 11 he follows. This is of great practical importance because a renewal of the sliding layer on the mentioned contact surfaces the head part and the socket part is only possible surgically. In this version of the artificial joint in addition, those shocks are dampened to a certain extent, which are transmitted to the joint through the respective bone. This shock absorber effect can be explained by that the joint parts under the action of the repulsion force prevailing between the magnets 8 or 9 and 13, the joint parts repel each other. When the artificial joint is loaded, for example by a shock, these repulsive forces act against the acting load force. The full transfer of the load on the joint through the full contact Joint parts can only take place when the force loading the artificial joint is greater than the aforementioned repulsion

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kraft ist.strength is.

Es versteht sich, dass man die Art des ferromagnetischen Stoffes der einzelnen Teile des beschriebenen Gelenkes, sowie die Menge dieses Stoffes aber auch die Form der genannten Teile bzw. auch ihre Anordnung in den einzelnen Teilen des künstlichen Gelenkes so wählen kann, damit man die für den jeweiligen Fall des zu ersetzenden natürlichen Gelenkes kennzeichnenden Eigenschaften des künstlichen Gelenkes erreicht.It goes without saying that one is the kind of ferromagnetic Substance of the individual parts of the described joint, as well as the amount of this substance but also the shape of the named Parts or their arrangement in the individual parts of the artificial joint can be chosen so that one can choose for the respective Case of the natural joint to be replaced, characteristic properties of the artificial joint.

Ausserdem kann man die Gelenkteile ungleich gross machen oder man kann den Endflächen sowohl des Kopfes 3 als auch der Pfanne 11 derartige Form geben, dass dadurch der im jeweiligen natürlichen Gelenk vorhandene. Bewegungsbereich des einen Teiles des Gelenkes gegenüber dem anderen seiner Teile erreicht wird. In dieser Weise kann man beispielsweise ein künstliches Gelenk als einen Ersatz eines natürlichen Schultergelenkes bilden, wo zwischen den Gelenkteilen ein praktisch nur punktförmiger Kontakt besteht, wobei jedoch diese Gelenkteile infolge der von den Dauermagneten erzeugten Anziehungskräfte gut zusammenhalten. In addition, the joint parts can be made unequal in size or the end faces of both the head 3 as well as the pan 11 give such a shape that the im respective natural joint existing. Reached range of motion of one part of the joint relative to the other of its parts will. In this way, for example, an artificial joint can be used as a replacement for a natural shoulder joint form where between the joint parts a practically only point-shaped Contact exists, but these joint parts hold together well as a result of the attractive forces generated by the permanent magnets.

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Claims

(l./Artificial joint, with a headboard and

a socket part, characterized in that at least one of the joint parts (1 or 2) has at least one permanent magnet (8, 9) and that the other of the joint parts is at least partially made of a ferromagnetic material.

2. Joint according to claim 1, characterized in that the head part (1) has at least one permanent magnet (8, 9) contains.

3. Joint according to claim 1, characterized in that the joint parts (1, 2) by the action of the permanent magnet are held together on the ferromagnetic substance.

4. Joint according to claim 1, characterized in that both the head part (1) and the socket part (2) Permanent magnets (8, 9, 13) which are polarized so that the two joint parts (1, 2) repel each other.

5. Joint according to claims 2 to 4, characterized

characterized in that at least the one in contact with the pan (11) standing end face of the head (3) is spherical.

6. Joint according to claims 2 to 4, characterized

characterized in that at least the one in contact with the pan (11) standing end face of the head (3) is cylindrical.

7. Joint according to claims 5 and 6, characterized

characterized in that the shape of the end face (10 or 15) is matched to the shape of the end face of the head (3), the joint parts (1, 2) are of different sizes and either have the same radius of curvature or different radii of curvature.

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8. Joint according to claim 7, characterized in that that the socket (11) has a smaller curvature than the head (3) in one direction, so that the joint head (3) - Can also be moved in the joint socket (11) (Fig. 2 and 3).

9. Joint according to claim 1, characterized in that the magnets (8, 9) in a body-friendly material are fully embedded.

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