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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Retropatellare Spannungsverteilungsmessung mittels eines Finite Elemente Modells in der Knieendoprothetik

Meeting Abstract

  • A. Steinbrück - Orthopädische Klinik und Poliklinik - Campus Großhadern, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany
  • M. Woiczinski - Orthopädische Klinik und Poliklinik, LMU München, Labor für Biomechanik & Experimentelle Orthopädie, München, Germany
  • C. Schröder - Orthopädische Klinik und Poliklinik, LMU München, Labor für Biomechanik & Experimentelle Orthopädie, München, Germany
  • S. Utzschneider - Orthopädische Klinik und Poliklinik - Campus Großhadern, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany
  • A. Fottner - Orthopädische Klinik und Poliklinik - Campus Großhadern, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany
  • V. Jansson - Orthopädische Klinik und Poliklinik - Campus Großhadern, Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocPO13-549

DOI: 10.3205/11dkou594, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou5944

Published: October 18, 2011

© 2011 Steinbrück et al.
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Fragestellung: Die aktuelle Knieendoprothetik erzielt insgesamt gute bis exzellente Ergebnisse. Hauptgründe für Revisionsoperationen sind Lockerung und Infektionen der Endoprothese, mechanische Komplikationen und Probleme an der Patella. Bei durch die Patella bedingten Beschwerden, wird angenommen, dass der Anstieg des postoperativen retropatellaren Drucks zu einem hohen Maße zu dieser Problematik beiträgt und ein Hauptgrund für den anterioren Knieschmerz nach Prothesenimplantation ist.

Eine Methode zur Untersuchung der Belastungen im Patellofemoralgelenk bietet die sogenannte Finite Elemente Methode (FEM). Mit dieser ist es unter anderem möglich Druckverteilungen und Spannungsverteilungen in dreidimensionalen Baugruppen zu analysieren.

Ziel dieser Studie war eine computergestützte Analyse der retropatellaren Spannungsverteilung mittels eines Finite Elemente Modells vor und nach Implantation einer Knieendoprothese.

Methodik: In dieser Studie wurde ein 3D-Modell eines Kniegelenks anhand Magnetresonanz-Tomographie-Bilder mit einer speziellen Segmentierungssoftware (Amira) erstellt und mit Hilfe eines CAD Programms eine passende Knie-TEP virtuell implantiert. Anschließend wurde dieses Modell mittels der Finite Elemente Methode berechnet und die Belastungen im Patellofemoralgelenk dargestellt.

Damit die FE-Simulation die natürlichen Gegebenheiten widerspiegelt, wurde die Krafteinleitung des Musculus quadriceps femoris an der Patella mit einem Kraftvektor von 400 N in Richtung Spina iliaca anterior superior simuliert und das Ligamentum patellae mit einer linearen Feder mit einer Federsteifigkeit von 200 N/mm realisiert. Weiterführend wurden den einzelnen Strukturen des Kniegelenks bestimmte, aus der Literatur bekannte, Materialwerte zugewiesen. Die Kontaktfläche von Patella und Femurschild wurde durch eine Kontaktbedingung mit einem Reibungskoeffizienten von µ = 0,05 umgesetzt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Nach Implantation der Knieendoprothese in Neutralstellung ergab sich ein maximaler retropatellarer Druck von 7,67 MPa bei einem maximalen präoperativen Druck von 6,59 MPa. Die Druckverteilung präoperativ war breitflächiger mit einer fast ausgeglichenen Verteilung auf der medialen und lateralen Patellarückfläche. Postoperativ zeigten sich vor allem Druckspitzen im Bereich des Patellafirstes.

Die Implantation der Knieendoprothese führte in unserer Studie zu einer Steigerung des retropatellaren Drucks. Es ist davon auszugehen, dass durch die Erhöhung des retropatellaren Drucks und die ungünstigere Druck-Verteilung in vivo postoperative Patellabeschwerden entstehen würden.

Um die Patellaführung zu optimieren werden sehr häufig Veränderungen - wie z.B. die Außenrotation der femoralen Komponente - bei der Positionierung der Knie-TEP durch den Operateur vorgenommen. Die Auswirkungen auf die Patellaführung und die retropatellare Druckverteilung durch diese Modifikationen werden bereits im Rahmen der Fortsetzung dieser Studie mittels FEM untersucht.