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125. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie

22. - 25.04.2008, Berlin

Detektion von Metallpartikeln in periprothetischem Gewebe durch Kombination von Dunkelfeldmikroskopie und protoneninduzierter Emission charakteristischer Röntgenstrahlung (PIXE)

Meeting Abstract

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  • corresponding author A. Katzer - ORTHOCLINIC HAMBURG, Hamburg, Deutschland
  • B. Busse - Zentrum für Biomechanik, Universitätsklinikum-Eppendorf, Hamburg, Deutschland
  • M. Niecke - Institut für Experimentalphysik der Universität, Hamburg, Deutschland
  • B. Jobke - Musculoskeletal Quantative Imaging Research, Department of Radiology, UCSF - University of California, San Francisco, U.S.A.
  • M. Hahn - Zentrum für Biomechanik, Universitätsklinikum-Eppendorf, Hamburg, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie. 125. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie. Berlin, 22.-25.04.2008. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2008. Doc08dgch8781

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgch2008/08dgch347.shtml

Veröffentlicht: 16. April 2008

© 2008 Katzer et al.
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Gliederung

Text

Einleitung: Endoprothetischer Gelenkersatz belastet insbesondere das periartikuläre Gewebe und das retikuloendotheliale System (RES) mit Partikeln und ionischen Korrosionsprodukten, die nicht biologisch inert sind. Bis auf Polyethylen-Partikel, die in histologischen Präparaten leicht im polarisierten Licht nachweisbar sind, entziehen sich andere Verschleißpartikel, v.a. Metallegierungen, häufig dem histologischen Nachweis. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es daher, durch die Kombination einer speziellen lichtmikroskopischen Untersuchung mit einer Elementanalyse-Technik an ausgewählten Fällen eine Methode zu erarbeiten, die die Detektion metallischer Degradationsprodukte vereinfacht.

Material und Methoden: An 5 histologischen Präparaten von Autopsiefällen mit festsitzender Hüftendoprothese (3x zementiert, 2x zementfrei) wurde ein neues Untersuchungsschema, bestehend aus Dunkelfeldmikroskopie und protoneninduzierter Emission charakteristischer Röntgenstrahlung (PIXE) zur Partikelanalyse angewandt. Als Kontrolle dienten 8 Autopsiepräparate ohne einliegendes Implantatmaterial. Die Hüftendoprothesen wurden im Verbund von proximalem Femur und der korrespondierenden Acetabulumregion unter Erhalt der Kapsel entnommen. Nicht doppelbrechende Partikel wurden zunächst bei Dunkelfeldbeleuchtung im Mikroskop lokalisiert und deren Verteilung erfaßt. Bereits bei geringer Vergrößerung sind bei dieser Beleuchtungsart auch Abriebpartikel <0,5 µm im Mikroskop als Leuchtpunkte erkennbar. Die Elementuntersuchung (PIXE) wurde mit der 2 MeV-Protonenmikrosonde durchgeführt. Die Empfindlichkeit der Sonde eignet sich zum Nachweis kleinster Mengen (ab 20 ppm) auch leichterer Elemente.

Ergebnisse: Es zeigte sich, dass die Verschleißpartikel ungleichmäßig im Gewebe verteilt sind und deutlich mehr Partikel im Gewebe gespeichert sind, als dies die Betrachtung im Hellfeld mit und ohne Polarisation des Lichtes erwarten lässt. Der größere Anteil der Partikel im Kapselgewebe der zementierten Prothesen bestand aus Zirkon (Zementbestandteil). Metallpartikel ließen sich im Weichteilgewebe kaum nachweisen. Dagegen wird Kobalt (Co), Legierungsbestandteil der Schaftendoprothese, in erheblicher Menge in das mineralisierte Knochengewebe eingelagert. Die gemessenen Kobaltkonzentrationen reichten von 38 ppm bis 413 ppm und es zeigte sich ein Zusammenhang zwischen der Co-Konzentration, der Prothesenstandzeit und dem Abstand zum Implantat. Die Kontrollpräparate wiesen keine Kobaltbelastung auf.

Schlussfolgerung: Durch die zerstörungsfreie Analyse der Schnitte mit Hilfe der PIXE-Sonde ist ein direkter Abgleich zwischen histologischer Untersuchung und Mikroanalyse möglich. Eine Anreicherung des Knochengewebes mit anderen Legierungsbestandteilen, wie z.B. Chrom, das durch oberflächliche Passivierung vor weiterer Oxidation geschützt wird, konnte bisher nicht in vergleichbarer Höhe nachgewiesen werden. Kobalt dagegen oxidiert und kann als Ion in den Knochen eingebaut werden. Die erhobenen Befunde legen nahe, weitere Überlegungen in die Beurteilung der Biokompatibilität von Implantatwerkstoffen einzubeziehen, als die angestrebte Reduzierung der Gewebekontamination mit Degradationsprodukten primär auf tribologische Aspekte zu beschränken.