DE69329283T2

DE69329283T2 - Endoprothese aus Verbundstoff mit diskontinuierlichen Fasern

Info

Publication number: DE69329283T2
Application number: DE69329283T
Authority: DE
Inventors: Dr. Ilhan; Dr. Roozbeh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: DE69329283D1; ES2151500T3; GB2268064B; EP0642774A1; GB2268064A; EP0642774B1; GB9211362D0

Description

[001] Die Erfindung bezieht sich auf die Form und Struktur einer Prothese aus Verbundstoff.
[002] Die folgenden Patente WO-A-87-04961, EP-171884 und US-A-3-893-196 beschreiben die Prothese aus Verbundstoffe, die aus einem Kern ununterbrocher Fasern geformt ist, die sich über die gesamte Länge der Prothese ausdehnen. Darüber liegt eine quer orientierte Schicht aus ununterbrochenen Fasern und eine zusätzliche Schicht aus Polymer-Plastik, welche die Einteilung von Knochen erlaubt.
[003] Die relevantesten Kriterien werden im Dokument WO-A-93 19699 beschrieben, welches unter die Bestimmungen entsprechend Art. 54 (3) EPC fällt. Darin enthalten ist eine Verbundprothese die aus einem länglichen Kern geformt ist, der von kurzen Fasern gebildet wird, die eine Länge von weniger als vier Millimeter haben, die im thermoplastischen Polymer-Plastik eingebettet werden; und den Kern einhüllend, eine Hülle gebildet von den länglichen Carbonfasern eingebettet in einer thermoplastischen Polymer-Plastik Wunde um den Kern in den Schichten und dazu geformt.
[004] US-Patent Nr. 4.902.297 beschreibt die obenerwähnte Fertigung des Kernes. Es enthält eine Verbundprothese, die aus einer Vielzahl, im wesentlichen unidirektionalen Fasern gebildet wird. Jeder Faser dehnt sich im wesentlichen über der kompletten Länge des Kernes aus. Das innere Gehäuses wird definiert durch das umsponnene Material, das den Kern umgibt, und des äußeren Gehäuses, welches das innere Gehäuse umgibt. Der Kern und das innere Gehäuse, das eine im wesentlichen konstante Breite von einem Ende zum anderen Ende definiert, während das äußere Gehäuse eine unregelmäßige Breite von einem Ende zum anderen definiert, um Einteilung der Prothese neben einem Knochen anzupassen. Hier wird der Kern einem erheblichen Teil der Belastung unterworfen, die in die Hüfteprothese eingeleitet wird. Da die Abmessungen des Kernes und des ersten Gehäuses entlang der einpflanzen Länge von einem Ende zum anderen konstant sind, können Veränderung der Steifheit entlang der Länge der prothese nicht mit diesem Design angepaßt werden. Diese Limitierung liegt am Herstellungsverfahren, das zum Bilden des Kernes und des ersten Gehäuses eingesetzt wird. Hier werden der Kern und das erste Gehäuse in eine einzelne gerade Stange mit konstanter Breite durch ziehen gebildet. Diese Stange wird dann in eine Formpresse plaziert, in der Hitze und Druck verwendet wird, um die Stange zu formen.
[005] Mit der jetzigen Erfindung ist es möglich, eine Verbundprothese zu bilden, die einem Kern und ein erstes Gehäuse enthält, die in Breite von einem Ende zum anderen variieren können. Dieses gewährt die Breite des Kernes und das erste Gehäuse entlang der Verbundprothese zu variieren, um unterschiedliche Steifheit von einem Ende zum anderen zu erziehlen und um eine unregelmäßige Breite definieren zu können, um die Einteilung der Prothese neben einem Knochen anzupassen. Diese Teile können, folglich in der Form des abschließenden Profils als komplette Prothese produziert werden und benötigen folglich seperaten Prozess, um den Kern und das erste Gehäuse zu formen.
[006] Die Erfindung enthält eine Prothese aus Verbundstoff mit einem Kern, der durch Verstärkung einer Matrix gebildet wird, die überwiegend durch unterbrochene unidirektional ausrichtete Fasern in Längsrichtung verwendet und ein erstes Gehäuse, das den Kern umgibt, welches unterbrochene Fasern überwiegend in Querrichtung enthält, um ein umfangsmäßig verstärktes erstes Gehäuse zu bilden.
[007] Eine Methode für die Konstruktion einer Prothese aus Verbundstoff umfasst folgende Schritte
a) die Bildung eines Kerns aus unidirektional ausgerichteter unterbrochener Faserverstärkungen in Längsrichtung der Prothese unter Verwendung eines geschlossenen Formprozesses.
b) das unter (a) produzierte Formteil wird als Einsatz in einem zweiten geschlossenen Gestaltungsprozeß verwendet, um das erste Gehäuse zu produzieren, das den Kern einkapselt. Die Lagebestimmung der Faserverstärkung in diesem Gehäuse ist zu der des Kernes, überwiegend quer angeordnet, um eine Umfangsverstärkung zu erziehlen.
[008] Das beschriebene Herstellungsverfahren erlaubt den Querschnitt des unidirektionalen ausgerichteten Kernes und das umfangsmäßig verstärkte erste Gehäuse entlang der Prothese unterschiedlich zu verstärken. Die gesamte Breite der Verbundprothese kann entlang die Protheselänge von einem Ende zum anderen folglich variiert werden, um die Einteilung von Knochen an die Prothese anzupassen.
[009] Eine alternative Methode der Produktion ist es den Kern und das erste Gehäuse separat herzustellen und danach zu verbinden.
[0010] Die Erfindung wird jetzt mittels eines Beispiels mit Bezug auf die angeschlossenen Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Verbundprothese entsprechend der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer anderen Verbundprothese, die einen Stellring hat;
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht, die entlang Zeile AA von Figs 1 genommen wird und 2 von der Verbundprothese (ohne die Aussenhülse 3).
Fig. 4 ist eine schematische Abbildung der Faserorientierung und des E-Moduls entlang der Verbundprothese (ohne die äußere Hülse 3);
Fig. 5 ist eine schematische Abbildung einer einspringenden Einfaßung in ein Kugelgelenk, das durch die Verbundprothese zur Verfugung gestellt werden kann; und
Fig. 6 ist eine schematische Abbildung eines alternativen Formulars des Kugelgelenkes, das im geschlossenen Formteil des Kernes 1 umfaßt wird und erstes Gehäuse 2 zur Produktion der kompletten Prothese.
[0011] Abb. 1 und 2, zeigen die zusammengesetzte Hüfteprothese, die in Übereinstimmung mit dem oben beschrieben Prozeß konstruiert wird und die einen zentralen Kern 1 und ein erstes Gehäuse 2 enthält. Im Fall der umschlossenen Hüfteprothese, die in Fig. 2 gezeigt wurde, wird eine Sandwichstruktur gebildet, indem man den Kern (1) und erstes Gehäuse (2) in den Stellring (4) ausdehnt. Die Steifheit dieser Sandwichstruktur wird optimiert, indem man die Stärke des Kernes und des ersten Gehäuses (2) steuert, um die Lasteinleitung auf den "calcar femoral" zu optimieren.
[0012] Um die Veränderung der femoral Kanalform von Patienten zu Patienten anzupassen, kann eine unterschiedliche äußere Hülse, (3) durch einen geschlossenen Gestaltung Prozeß gebildet werden. Dieses wird während oder vor der Operation an den Prothesisstamm angebunden (wie in Abb. 1 und 2). Die äußere Hülse enthält vorzugsweise Material mit einer porösen Oberfläche, um Fixierung der Prothese mittels des mechanischen Ineinandergreifens zu erzielen, das durch den Knochenwachstum erzielt wird.
[0013] Vorzugsweise sind die Radialmaße des Kernes und das erste Gehäuse, wie in Fig. 3 gezeigt, so daß a ≥ a1 und b ≥ b1. Die Maße des Kernes (1) und des ersten Gehäuses (2), wie in Fig. 3 gezeigt werden entlang die Länge der Prothese, um die Steifheit der Prothese entlang seiner Länge zu optimierent und die gesamte Breite der Prothese zu kontrollieren, um die Einteilung der Prothese neben einem Knochen zu ermöglichen.
[0014] Die Anordnung für die Verstärkung, wie in der anwesenden Erfindung entworfen, führt zu einer Prothese mit schichtweiser Steifheit. Die Steifheit in der Längsrichtung zum Stamm wird über dem Querschnitt der Prothese verringert und geht vom longitudinal ausgerichteten Kern (1) zum quer ausgerichteten ersten Gehäuse (2). Andererseits wird die Steifheit in der Querrichtung zum Stamm über dem Querschnitt der Prothese erhöht und geht vom ausgerichteten Kern (1) zum ersten Gehäuse (2). Vorzugsweise ist der E-Modul für den Kern (1) und das erste Gehäuse (2), wie in Fig. 4 gezeigt zu verwenden, so daß E11c ≥ E11o und E22c ≥ E22o.
[0015] Das Kugelgelenk der Prothese (5) ist mit einem unterschiedlichen geschlossenen Gestaltungsprozeß hergestellt. Dieser kann an den Prothesenansatz angebunden werden indem man eine einspringende Einfaßung in die Kugel mittels einer mechanischen Fixierung, wie in Fig. 5 gezeigt, anbindet.
[0016] Alternativ kann, wie in Fig. 6 gezeigt, das Kugelgelenk (5) im geschlossenen Gestaltung Prozeß des Kernes (10) umfaßt werden und das erste Gehäuse (2) um eine komplette Verbundprothese zu produzieren.

Claims

1. Eine Verbundprothese, die aus einem Kern besteht (1) und eine Matrix und ein erstes Gehäuse (2) hat, worin: der Kern (1) durch Verstärkung der Matrix gebildet wird, welche unterbrochenen Fasern verwendet, die überwiegend unidirectional entlang ausgerichtet werden, und das erste Gehäuse (2), das den Kern (1), mit unterbrochenen Fasern überwiegend quer zum Kern orientierten Fasern umgibt (1), um ein umfangsmäßig verstärktes erstes Gehäuse (2) zu bilden.

2. Eine Prothese entsprechend Anspruch 1, worin eine Veränderung der Steifheit der Verbundprothese entlang seiner Länge mittels des Veränderns der Maße des ausgerichteten Kernes (1) und erstes Gehäuse (2) entlang der Länge kontrolliert wird.

3. Eine Prothese entsprechend Anspruch 1 oder 2, worin die Maße des ausgerichteten Kernes (1) und des ersten Gehäuses (2) verändert werden, um eine gesamte unregelmäßige Breite zu definieren, um die Einteilung der Prothese neben einem Knochen anzupassen.

4. Eine Prothese entsprechend Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Kern (1) und das erste Gehäuse (2) sich ausdehnen, um einen strukturellen Stellring (4) mit einer Sandwichstruktur zu bilden, dessen Steifigkeit optimiert wird, indem man die Stärke des Kernes (1) und des ersten Gehäuses (2), welches die Sandwichstruktur am Stellring bildet steuert.

5. Eine Prothese entsprechend jeder vorausgegangenen Forderung versehen mit einem Kugelgelenk (5), das mit dem Kern (1) geformt wurde und das erste Gehäuse (2) um eine komplette Prothese zu produzieren.

6. Eine Prothese entsprechend irgendwelchen von Ansprüchen 1 bis 4 versehen mit einem Kugelgelenk (5), das durch Verkleben oder durch eine einspringende Einfaßung im Kugelgelenk (5) angebracht wird.

7. Eine Prothese entsprechend den vorausgegangenen Forderungen, worin eine äußere Hülse (3) zur Verfügung gestellt wird, um die Form der Prothese zu korregieren, um Veränderung des femoral Kanalform-Formularpatienten zum Patienten anzupassen.

8. Eine Prothese entsprechend Anspruch 7, worin die äußere Hülse (3) Material mit einer porösen Oberfläche enthält, um Fixierung der Prothese mittels des mechanischen Ineinandergreifens zu erzielen, das durch Knochenverwachsung erzielt wird.