gms | German Medical Science

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

FEM-Analyse zum Einfluss von Knochendefekten auf die Implantatverankerung in der Hüftrevisionsendoprothetik

Meeting Abstract

  • A. Schaller - Universitätsklinikum Leipzig AöR, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Leipzig, Germany
  • C. Voigt - Universitätsklinikum Leipzig AöR, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Leipzig, Germany
  • J. Mai - Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Fakultät Informatik, Mathematik und Naturwissenschaften, Leipzig, Germany
  • M. Quickert - Fraunhofer Institut, IWU, Dresden, Germany
  • C. Klöhn - Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Fakultät Maschinen- und Energietechnik, Leipzig, Germany
  • R. Scholz - Universitätsklinikum Leipzig AöR, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Leipzig, Germany

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. DocPO16-1465

DOI: 10.3205/10dkou606, URN: urn:nbn:de:0183-10dkou6065

Published: October 21, 2010

© 2010 Schaller et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.


Outline

Text

Fragestellung: Bei Endoprothesenwechseln muss mit unterschiedlichen Knochendefekten am Implantatlager gerechnet werden. Additive Fixationselemente (z.B. Schrauben) werden eingesetzt, um die Primärstabilität des Revisionsimplantates zu erhöhen und eine sichere Sekundärstabilität (ossäre Integration) zu erreichen. Wir gehen in der vorliegenden Studie der Frage nach, welchen Einfluss ein definierter Knochendefekt im Acetabulum auf die Belastung der additiven Fixationselemente und die Mikrobewegungen des Implantates im Falle eines eintretenden Impingementes zwischen den Implantatkomponenten ausübt.

Methodik: Die Untersuchungen erfolgen an Finite-Elemente-Modellen des Knochen-Implantat-Verbundes, welche nach einem festgelegten Algorithmus erstellt wurden. Im FE-Modell des Beckenknochens, der hinsichtlich der Geometrie und der Materialparameterzuweisung auf CT-Daten beruht, wurde ein acetabulärer Knochendefekt nach D'Antonio, Typ 2b durch Volumensubtraktion von einer jeweils superior und medial im Acetabulum platzierten Kugelgeometrie modelliert. Nach der Subtraktion betrug die resultierende Implantat-Knochen-Kontaktfläche noch etwa 60%. Diesem Defektmodell wurde ein intaktes Modell desselben Knochens mit völligem Formschluss zwischen Implantat und Knochen gegenübergestellt. In den FE-Modellen kommt eine ovaläre Revisionspfanne Größe 4 sowie drei Fixationsschrauben von je 25 mm Länge der Firma ESKA Implants zum Einsatz. Die Pfanne wurde unter 45°-Inklination und 20°-Anteversion im Becken positioniert. Als Lastansatz wurde eine Impingementbelastung am vorderen oberen Pfannenrand eingebracht, wie sie beim Beinüberschlagen im Sitzen auftritt. Aufgezeichnet werden die Von-Mises-Vergleichsspannungen in den Schrauben und die Mikrobewegungen im Knochen-Implantat-Interface.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Im defektbehafteten Knochenmodell betragen die maximalen Von-Mises-Vergleichsspannungen in den Fixationsschrauben 2 MPa, 31 MPa und 42 MPa und die Mikrobewegungen bleiben nur in einem Anteil von etwa 50% des Implantat-Knochen-Interfaces unter 150 µm. Im Modell ohne Knochendefekt betragen die maximalen Von-Mises-Vergleichsspannungen in den Spongiosa-Schrauben hingegen nur 11–12 MPa und die Mikrobewegungen bleiben in einem Anteil von etwa 80% des Implantat-Knochen-Interfaces unter 150 µm (trotz des Impingementvorganges). Die vierfache Belastung der am höchsten beanspruchten Spongiosa-Schraube im Falle des Knochendefektes weist auf eine erhöhte Bruchgefahr hin. Die Erhöhung der Mikrobewegungen im Implantat-Knochen-Interface über die 150 µm-Grenze ist für diese Bereiche als kritisch hinsichtlich der Osseointegration zu bewerten. Die Ergebnisse weisen auf die große Bedeutung der Vermeidung von Impingementsituationen besonders auch in der Revisionschirurgie hin, da bei der Verwendung zusätzlicher Fixationselemente ein mechanisches Versagen derselben wegen zu hoher Belastung und vor allem deutlich vermehrte Mikrobewegungen mit konsekutiver Integrationsstörung zu befürchten sind.