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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Die Vibrometrie zur Lockerungsdiagnostik von Endoprothesen im Sawbone-Modell

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Johannes S. Rieger - Universitätsklinikum Heidelberg, Department Orthopädie, Unfallchirurgie und Paraplegiologie, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
  • Sebastian Jäger - Universitätsklinikum Heidelberg, Department Orthopädie, Unfallchirurgie und Paraplegiologie, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
  • Christian Schuld - Universitätsklinikum Heidelberg, Department Orthopädie, Unfallchirurgie und Paraplegiologie, Experimentelle Paraplegiologie - Neurorehabilitation, Heidelberg, Germany
  • Jan P. Kretzer - Universitätsklinikum Heidelberg, Department Orthopädie, Unfallchirurgie und Paraplegiologie, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
  • Robert Sonntag - Universitätsklinikum Heidelberg, Department Orthopädie, Unfallchirurgie und Paraplegiologie, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
  • Rudi G. Bitsch - Universitätsklinikum Heidelberg, Department Orthopädie, Unfallchirurgie und Paraplegiologie, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocWI31-870

DOI: 10.3205/12dkou129, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou1290

Published: October 2, 2012

© 2012 Rieger et al.
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Text

Fragestellung: Mit zunehmender Lebenserwartung steigt die Anzahl der implantierten Hüftprothesen an. Der Problematik der Prothesenlockerung kommt dadurch in der Orthopädie eine größer werdende Bedeutung zu. Eine valide Diagnose solcher Lockerungen im Frühstadium ist oft schwierig. Mit dem vorgestellten Projekt soll die Vibrometrie als potentielles Diagnoseverfahren vorangebracht werden. Hierfür wurden am Sawbone-Modell die systemrelevanten Schwingungs-eigenschaften untersucht.

Methodik: Der CLS Spotorno Schaft und die Allofit Hüftpfanne wurden standardisiert in sechs Composite Sawbones implantiert und auf einem Prüfstand montiert. Es wurden vier Implantatzustände simuliert:

1.
Schaft, Pfanne fest (Referenz)
2.
Schaft locker, Pfanne fest
3.
Schaft locker, Pfanne locker
4.
Schaft fest, Pfanne locker

Jedes der sechs Femur-Becken-Paare wurde bei allen vier Zuständen mit einem Laser-Scanning-Vibrometer optisch abgetastet. Hierfür wurde das Knochen-Implantat-System mit einem Schwingerreger angeregt. Für jeden Messpunkt konnte das Spektrum von 0 Hz-10000 Hz erfasst werden. Zusätzlich liefert das Verfahren eine dreidimensionale Darstellung des Systems. Dies ermöglicht qualitative Aussagen über die Schwingformen.

Eine zweite Messung erfolgte mit Beschleunigungsaufnehmern nach Anregung mit Gleitsinus im Bereich von 100 Hz bis 2000 Hz.

Abschließend wurde eine Analyse der auftretenden Frequenzspitzen in den Spektren nach monofrequenter Anregung im Bereich der Resonanzen realisiert.

Die statistische Auswertung wurde mit SPSS 18 durchgeführt. Auf Signifikanz (p=0,05) wurde mit T Test und einer Varianzanalyse mit Tukey-Test geprüft.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Analyse der gemessenen Spektren ergab einen Zusammenhang zwischen dem Lockerungszustand und der Resonanzlage. Der charakteristischste Resonanzfall ergab sich im Bereich um 200 Hz (1. Femurbiegung).

In beiden Fällen in denen eine Lockerung der Schaftprothese vorlag zeigte sich eine signifikante Verschiebung der Resonanz in den niederfrequenteren Bereich im Vergleich zur Referenz. Sie lag im Mittel bei 39,6 Hz (SD=23,3) bzw. 36,5 Hz (SD=20,7). Bei der Messung mit Beschleunigungsaufnehmern war die Verschiebung ebenfalls signifikant (24,3 Hz (SD=12,7) bzw. 25 Hz (SD=12,2)).

In den Spektren nach monofrequenter Anregung zeigten sich in den Fällen einer gelockerten Pfanne eine signifikant höhere Anzahl an Frequenzspitzen (3,5 (SD=0,45) bzw. 3,4 (SD=0,49), gemessen an der Crista iliaca) im Vergleich zur Referenz (2,3 (SD=1,03)).

Es konnte gezeigt werden, dass bei gelockerten Schäften eine signifikante Verschiebung der Resonanzfrequenz auftritt.

Bei gelockerten Pfannen kann eine signifikant höhere Anzahl an Frequenzspitzen an der Crista iliaca detektiert werden.

Im Modell konnte zwischen einer fest sitzenden und einer gelockerten Prothese differenziert werden sowie die jeweils gelockerte Komponente bestimmt werden.

Aufbauend auf dieser Erkenntnis soll in einer Präparatstudie die Vibrometrie in realistischer Umgebung hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit untersucht werden.