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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

21. - 24.10.2009, Berlin

Berechnung der Von-Mises-Vergleichsspannungen in der Knochen-Implantat-Grenzschicht einer künstlichen Hüftgelenkspfanne anhand von experimentell ermittelten Dehnungswerten

Meeting Abstract

  • A. Görgner - Fachhochschule Münster, Physikalische Technik, Steinfurt, Germany
  • C. Arndt - Hochschule Mittweida (FH), Fachbereich Mathematik/Physik/Informatik, Mittweida, Germany
  • R. Splittgerber - Hochschule Mittweida (FH), Fachbereich Mathematik/Physik/Informatik, Mittweida, Germany
  • C. Klöhn - Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (FH), Fachbereich Maschinen- und Energietechnik, Leipzig, Germany
  • R. Scholz - Universität Leipzig, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Leipzig, Germany
  • C. Voigt - Universität Leipzig, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Leipzig, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 21.-24.10.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. DocPO12-945

DOI: 10.3205/09dkou613, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou6133

Veröffentlicht: 15. Oktober 2009

© 2009 Görgner et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Nach Hüftgelenksersatz kann es bei alltäglichen Patientenaktivitäten zum Anschlagen (Impingement) der Implantatkomponenten kommen. Durch das Impingement werden große Kontaktkräfte am inneren Rand des Inlays in die acetabuläre Implantatkomponente eingeleitet, wodurch die Verankerungsstabilität in der Knochen-Implantat-Grenzschicht gefährdet werden kann.

In der Literatur werden bei Finite-Elemente-Analysen des Knochen-Implantat-Verbundes an verschiedenen Implantatsystemen zur Darstellung der Belastungen vielfach die Von-Mises-Vergleichsspannungen angegeben. In der vorliegenden Studie wurde unter Impingement-Belastung der dreidimensionale Verzerrungszustand in der Implantatumgebung einer künstlichen Hüftgelenkspfanne experimentell gemessen. Von den Messwerten wurden die Von-Mises-Vergleichsspannungen rechnerisch abgeleitet.

Methodik: An einem speziell entwickelten Versuchsstand wurde eine Hüftpfanne (CL-Metallsockel, Typ 2000, Größe 7, Material CoCrMo, ESKA Implants, Lübeck) mit Hilfe eines Gießharzes eingebettet. Speziell für den Versuchsaufbau wurde beim Hersteller des oben genannten Pfannenimplantats die Sonderanfertigung eines passenden Metall-Inlays ausgeführt, da das Standard-PE-Inlay durch ein ausgeprägtes Kriechverhalten keine reproduzierbaren Messbedingungen zuließ. In der Grenzschicht des Pfannenimplantates wurden Dehnungsmessstreifen (DMS, Typ C2A-06-062WW-350, Vishay Intertechnology Inc., Malvern, PA, USA) an festgelegten Positionen eingebracht. Ein Metallkopf (Außendurchmesser 32 mm, Material CoCrMo, ESKA Implants, Lübeck) wurde an einem speziellen Hebelarm befestigt, der im Versuch die femorale Komponente repräsentiert. Durch Aufbringen eines definierten Hebelmomentes wurde eine typische Impingement-Belastung simuliert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Messwerte wurden mit Hilfe eines Datenerfassungsgerätes Spider8 und der Software Catman Easy (Hottinger Baldwin Messtechnik, Darmstadt) aufgenommen. Durch die spezielle Ausrichtung der DMS in der Implantat-Grenzschicht war es möglich, die Dehnung in meridionaler, äquatorialer und radialer Richtung zu messen. Zusätzlich wurde in den drei orthogonal zueinander stehenden Ebenen, die von den genannten Hauptrichtungen räumlich aufgespannt werden, noch jeweils die dazwischen liegende 45°-Richtung gemessen. Im Ergebnis ist der dreidimensionale Verzerrungszustand in der Implantat-Grenzschicht erfasst worden und steht für die Ableitung beliebiger Spannungsgrößen zur Verfügung. Die Von-Mises-Vergleichsspannungen wurden berechnet und dargestellt. Das Maximum der Von-Mises-Vergleichsspannungen liegt, wie zu erwarten, unterhalb des Impingement-Punktes. In dieser Studie wurden erstmalig der gesamte dreidimensionale Verzerrungszustand in der Implantat-Grenzschicht einer Hüftgelenkspfanne gemessen. Die so erzielten Messergebnisse können zum quantitativen Abgleich mit den Simulationsergebnissen eines Finite-Elemente-Modells herangezogen werden.