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Beeinflusst die Schrittfrequenz und die Austauschrate der Testflüssigkeit den Verschleiß in Kniesimulatortests?
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Authors
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Jörn Reinders
- Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
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Robert Sonntag
- Universitätsklinikum Heidelberg, Department für Orthopädie und Unfallchirurgie, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
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Johannes Sebastian Rieger
- Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
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Rudi G. Bitsch
- Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Orthopädie und Unfallchirurgie, Heidelberg, Germany
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Falko von Stillfried
- Universitätsklinikum Heidelberg, Stiftung Orthopädische Universitätsklinik, Heidelberg, Germany
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Jan P. Kretzer
- Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Labor für Biomechanik und Implantatforschung, Heidelberg, Germany
| Published: | October 2, 2012 |
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Fragestellung: Die präklinische Simulation stellt aufgrund der durch PE-Verschleiß limitierten Standzeit ein wichtiges Qualitätskriterium für Knieendoprothesen (TKR) dar. Die standardisierte Testung kann jedoch nicht die mannigfaltige patientenspezifische Belastungssituation nachbilden. Ziel dieser Studie ist es daher den Einfluss der folgenden Parameter zu prüfen:
a) Test-Frequenz: Patienten mit TKR zeigen erniedrigte Schrittfrequenzen im Vergleich zu der in Simulationen genutzten Testfrequenz (1Hz). Es wird der Einfluss einer erniedrigten Testfrequenz auf das Verschleißverhalten geprüft.
b) Austauschrate der Synovialersatzflüssigkeit: In Simulationen wird Rinderserum als Ersatz für die Synovialflüssigkeit genutzt, welches nach 500.000 Zyklen vollständig ausgetauscht wird. Dies ist ein großer Unterschied zu der in-vivo Situation, in der ein kontinuierlicher Austausch der Synovialflüssigkeit stattfindet. Es wird der Einfluss der Austauschrate des Rinderserums auf das Verschleißverhalten geprüft.
Methodik: Auf einem AMTI Kniesimulator wurde zunächst ein Referenzverschleißtest mit einer Frequenz von 1 Hz und einer Austauschrate des Rinderserums von 500.000 Zyklen gemäß ISO 14243 durchgeführt.
In einem weiteren Test wurde mit einer red. Testfrequenz von 0,5 Hz getestet. Aus der halbierten Frequenz resultiert eine verdoppelte Zeitperiode pro Lastzyklus. Um einen Einfluss der längeren Nutzungsdauer des Rinderserums zu bestimmen, wurde dieses in der ersten Testhälfte alle 500.000 Zyklen getauscht (Belastungsanzahl identisch 1Hz) und in der zweiten Testhälfte alle 250.000 Zyklen getauscht (Zeitperiode identisch 1 Hz).
Ein dritter Test wurde mit einer Frequenz von 1 Hz durchgeführt. Die Austauschrate des Rinderserums erfolgte in diesem Test nach einer red. Zyklenzahl von 150.000 Zyklen.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Bei Testung mit einer red. Testfrequenz und zeitlich identischen Austauschintervall konnte kein sig. Unterschied in der Verschleißrate (7,17 mg/Mc) im Vergleich zum Referenztest (7,97 mg/Mc) gefunden werden. Die Austauschrate hat einen sig. Einfluss auf die Verschleißrate. Ein früherer Austausch des Serums führt mit 15,87 mg/Mc zu einer sig. erhöhten Verschleißrate und eine verlängtere Nutzung des Serums (Zyklenabhängiger Tausch bei 0,5Hz) mit 2,69mg/Mc zu einer sig. erniedrigten Verschleißrate. In dieser Studie konnte nachgewiesen werden, dass das Verschleißverhalten der Gleitpaarung Metall-PE nicht durch eine erniedrigte Schrittfrequenz beeinflusst wird. Das Austauschintervall zeigt einen massiven Einfluss auf das Verschleißverhalten (Abbildung 1 [Abb. 1]). Die Ursachen hierfür und inwiefern das Austauschintervall variiert werden muss, um eine realitätsnähere Testung zu erreichen muss in weiteren Studien geklärt werden.
