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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

26. - 29.10.2010, Berlin

Versagensmechanismus von DLC Beschichtungen bei Hüftköpfen und retrospektive Vorhersage des Implantatversagens im Vergleich zu Aluminiumoxidkeramik

Meeting Abstract

  • G. Täger - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • L. E. Podleska - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • C. Falub - EMPA, Nanoscale Materials Science, Dübendorf, Switzerland
  • G. Thorwald - EMPA, Nanoscale Materials Science, Dübendorf, Switzerland
  • R. Hauert - EMPA, Nanoscale Materials Science, Dübendorf, Switzerland

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 26.-29.10.2010. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2010. DocEF16-1588

DOI: 10.3205/10dkou047, URN: urn:nbn:de:0183-10dkou0476

Published: October 21, 2010

© 2010 Täger et al.
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Fragestellung: Wegen der Bedeutung von Verschleißpartikeln für die Entwicklung von Osteolysen mit konsekutivem Implantatversagen werden weiterhin Alternativen zu den bislang verwendeten Oberflächen beziehungsweise Gleitpaarungen untersucht. Kohlenstoff beschichteten Oberflächen (Diamond Like Carbon, DLC) wird nicht zuletzt wegen ihrer bekannten tribologischen Eigenschaften und wegen ihres inerten Charakters wieder vermehrt Aufmerksamkeit geschenkt.

In einer prospektiven Fallkontrollstudie sind die Standzeiten zementfreier Hüftgelenks-prothesen mit DLC-beschichteten Köpfen gegenüber Hüftköpfen aus Aluminiumoxid-keramik verglichen worden. Explantate von DLC-Köpfen wurden im Hinblick auf mögliche Verschleiß- beziehungsweise Versagensmechanismen analysiert.

Methodik: Jeweils 101 Patienten erhielten im Rahmen der Implantation einer zementfreien Hüftgelenksprothese wegen Coxarthrose einen Hüftkopf mit DLC-Beschichtung beziehungsweise einen Hüftkopf aus Aluminiumoxidkeramik (Al2O3). Die Pfannenkomponente (insert) bestand aus Polyethylen. Die Operationen sowie die perioperativen Maßnahmen folgten in beiden Gruppen einem standardisierten Protokoll. Die Standzeiten der DLC-beziehungsweise Al2O3-Gleitflächen wurden mittels Überlebensanalyse (Kaplan-Meier, SPSS) für jede Revisionsindikation und speziell für aseptische Lockerungen ermittelt. Die Oberflächen explantierter Köpfe wurden mittels 3D-Profiling (Tencor P-10) und Rasterlektronenmikroskopie (Philipps XL30), Schadensbereiche wurden zusätzlich mittels FIB untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Nach einem Beobachtungszeitraum von 8.5 Jahren ab Implantation haben sich die Standzeiten der Implantate für das Zielkriterium aseptische Lockerung mit 88% in der Al2O3-Gruppe gegenüber 54% in der DLC-Gruppe unterschieden (p<0.001). Andere Kriterien (Luxation, Infektion,Ossifikation etc.) waren ohne Unterschied zwischen den Gruppen.

Die profilometrische Untersuchung der DLC-Flächen zeigte multiple spotartige Defekte als Folge von Materialabtrag der DLC-Schicht. Die korrespondierenden Gleitflächen der Polyethylenpfannen waren durch Abrasion entsprechend schwer beschädigt. Bei den Spots handelte es sich um punktförmige Delaminationen aus der DLC-Schicht. Am Grund der Spots waren keine Verunreinigungen des Metallsubstrats (TiAlV) vorgelegen. Die DLC-Schichten waren aus reinem DLC, zum Substrat hin wurden aber DLC-Si Schichten identifiziert. Auf dem Substrat selbst ist eine Si-Schicht gelegen die offensichtlich als Haftschicht fungiert. In den Randbereichen der Delaminationen wurden Hinweise für Spaltkorrosion entlang dieser Si-Schicht gefunden. Entsprechende Ausbildungen von Rissen unter der intakten DLC-Schicht scheinen für die Delamination der DLC-Schicht verantwortlich zu sein.

Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass trotz der vielversprechenden Eigenschaften von Dünnfilmbeschichtungen eine sorgfältige Analyse der Haftschichten zwischen Film und Substrat notwendig ist um mögliche Schadensmechanismen unter physiologischen Bedingungen einschätzen zu können.