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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
72. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 94. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 49. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

22. - 25.10.2008, Berlin

Entwicklung eines neuen Messverfahrens zur experimentellen Bestimmung des Verschleißverhaltens von Metall-Metall-Gleitpaarungen in der Hüftendoprothetik

Meeting Abstract

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  • J.P. Kretzer - Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
  • C. Heisel - Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 72. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 94. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 49. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 22.-25.10.2008. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2008. DocWI40-402

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2008/08dkou225.shtml

Veröffentlicht: 16. Oktober 2008

© 2008 Kretzer et al.
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Gliederung

Text

Die exakte Beschreibung und Reduktion des Verschleißes erhöht klinisch die Lebensdauer von Endoprothesen. Dies kommt im Besonderen den heute immer jünger werdenden und aktiveren Patienten zugute und vermindert das Risiko für einen Revisionseingriff.

Der Verschleiß von Hüftimplantaten wird im Simulator konventionell anhand des Gewichtsverlustes der Implantate bestimmt. Diese Methode ist geeignet, um das Verschleißverhalten von Hart-Weich-Gleitpaarungen, wie Metall-PE oder Keramik-PE, zu bestimmen, bei denen relativ hoher Verschleiß entsteht. Bei Hart-Hart-Paarungen, wie Metall-Metall oder Keramik-Keramik, stößt dieses Messverfahren allerdings an seine Nachweisgrenze.

Im Rahmen dieser Studie wurde ein neues Verfahren entwickelt, welches den Verschleiß von Hart-Hart-Paarungen im Simulator exakt bestimmen kann. Dabei wird der Verschleiß anhand der freigesetzten Partikel und Ionen in der Testflüssigkeit des Simulators analysiert. Hierzu war es notwendig, die eingesetzten Hüftsimulatoren zu modifizieren, um eine Metallionen-Kontamination auszuschließen.

Das Verfahren wurde zunächst validiert und mit der konventionellen Gravimetrie verglichen. Anschließend wurden vier Oberflächenersatzprothesen mit einem Durchmesser von 47mm aus einer hochkohlenstoffhaltigen CoCrMo-Gusslegierung im Simulator untersucht.

Die Simulation wurde unter Reinraumbedingungen für 3 Millionen Zyklen in Anlehnung an ISO 14242-2 durchgeführt. Das System wurde vor jedem Serumswechsel mit reiner Salpetersäure und Reinstwasser gespült. Die Ionenkonzentration wurde zunächst alle 100.000 Zyklen im Serum gemessen und nach 500.000 Zyklen alle weiteren 500.000 Zyklen. Dazu wurde das Serum unter Reinraumbedingungen in einem Mikrowellen-Hochdruckautoklaven aufgeschlossen. Die Lösungen wurden anschließend mit einem HR-ICP-MS, das unter Reinraumbedingungen betrieben wurde, auf ihre Elemente (Co, Cr und Mo) hin untersucht und der Verschleiß anhand der Ionenkonzentration und des Serumvolumens ermittelt.

Die Validierung zeigte eine statistisch signifikante Übereinstimmung zwischen der neuen und der etablierten Methode. Drei der vier Implantate wiesen einen um 300.000 Zyklen verzögerten Einlaufverschleiß auf. Es wurde eine mittlere Einlaufverschleißrate von 6,3 mm3/106 Zyklen bestimmt, die sich im Laufe der Simulation auf eine Dauerverschleißrate von 0,03 mm3/106 Zyklen reduzierte. Der mittlere Gesamtverschleiß betrug zum Ende der Simulation 2,3 mm3. Die Dauer der Einlaufphase konnte bei allen Implantaten exakt bestimmt werden und betrug im Mittel 480.000 Zyklen.

Die Einlaufphase nimmt entscheidenden Einfluss auf den Gesamtverschleiß einer Metall-Metall-Gleitpaarung und kann mit der neuen Messmethode präzise bestimmt werden. Die Methode ist der etablierten gravimetrischen Methode in ihrer Genauigkeit deutlich überlegen. Dadurch kann die Simulationsdauer reduziert werden, und eine präzisere Beschreibung der individuellen Verschleißcharakteristik moderner Gleitpaarungen erfolgen.