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Fragestellung: Die Entfernung von Knochenzement bei Endoprothesenwechseloperationen gehört nach wie vor zu den großen und bislang nicht befriedigend gelösten Herausforderungen. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Auswirkungen von Wärmequellen auf den Knochenzement sowie die temperaturabhängige mikrostrukturelle Veränderung des Knochenzementes experimentell zu untersuchen und den Glas-transformationspunkt (TG) des Knochenzementes zu ermitteln.

Methodik: Der polymerisierte Knochenzement wurde im Alter von 14 Tagen unter Verwendung einer Netzsch STA 409 C thermoanalytisch charakterisiert (ein ofen-ähnliches Gerät). Proben mit einer Masse von ca. 55 mg wurden mit einer Rate von 5 K/min auf 390 °C aufgeheizt. Zum Einsatz kamen die simultane Differenzthermoanalyse (DTA) und Thermogravimetrie (TG).

Das temperaturabhängige Zugspannungs-Dehnungsverhalten des Knochenzementes wurde mit einer elektromechanischen Universalprüfmaschine geprüft. Auf Grundlage der DTA/TG-Ergebnisse wurden die nachfolgenden Zieltemperaturen angesteuert: 37 °C (Referenztemperatur) sowie oberhalb der Glastransformationstemperatur bei 70 °C / 80 °C / 90 °C / 100 °C.

Mit einem speziell für Materialuntersuchungen entwickelten Röntgen-Computer-Tomographen (3D-µXCT) wurden die durch thermomechanischen Einwirkungen induzierten Veränderungen im Materialgefüge analysiert.

Ergebnisse: In dieser Arbeit konnte mit thermomechanischen Versuchen belegt werden, dass mit zunehmender Temperatur die Zugfestigkeit des Knochenzementes deutlich abnimmt. Das Verhalten zeigt sich speziell nach Erreichen des Glastransformationspunktes (TG) von > 65 °C. Darüber hinaus konnten die Veränderungen des Gefüges des Zements mit CT-Messungen demonstriert werden.

Schlussfolgerung: Um ein effektives Entfernen des Knochenzementes zu garantieren, sollte eine Zieltemperatur im plastisch-elastischen Bereich gewählt werden. Es bedarf demnach nur noch eines geeigneten Ansatzes, um den vollständigen Knochenzementquerschnitt gleichmäßig auf eine Temperatur von ca. 65 - 70 °C zu erwärmen, um ihn dann mit geringer mechanischer Kraft später entfernen zu können. Unter den aus dieser Studie neuen erkannten Gesichtspunkten, kann perspektivisch eine thermo-mechanische Methode zur Entfernung des Knochenzementes entwickelt werden, die wesentlich effektiver als die bisher auf dem Markt und im klinischen Einsatz befindlichen Methoden ist.