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Kontaktflächen und Spannungsanalyse eines neuen High-Flexion Knie Designs
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Veröffentlicht: | 21. Oktober 2010 |
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Fragestellung: Von modernen Knie TEPs wird heute die Möglichkeit einer Hyperflexion erwartet. Ein Problem dieser Implantate kann ein erhöhter Polyethylenverschleiss sein. Da die Kontaktflächen in tiefer Beugung zu klein sein können, kommt es in der Folge zu hohen Kontaktspannungen im Inlay. Das führt in der Folge zu einem Implantatversagen.
Methodik: In einem neu entwickelten PS (Posterior Stabilisiertes) Knie Design (Smith&Nephew) wird eine sogenannte 3.Condyle eingeführt, um den Oberflächenkontakt in tiefer Flexion zu vergrössern. Mittels eines Finiten Elemente Models (FEM) wurden die Kontaktspannungen und -flächen ermittelt. Dabei wurden normale Alltagsaktivitäten simmuliert um das Risiko eines Polyethylenversagens oder Abriebs zu bestimmen. Der Femur wurde mittels quadratischen oder dreieckigen Elementen Netz (mesh), das PE Inlay mittels starrer 3D Elementen Netz (hexagonaler mesh) simmuliert. Als Materialeigenschaften wurden die von Cobald Chrom bzw. Polyethylen angenommen (D’Lima. J Orthop Res. 2008).
Insgesamt wurden 3 verschiedenen Gangzyklen für 3 tiefe Flexionsbedingungen (Hinknieen, Aufstehen vom Stuhl und Treppensteigen) angemommen. Als einleitende Kraft wurde das 4,5-fache des Körpergewichtes angenommen.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Oberfläche für die verschiedenen Randbedingungen varierte zwischen 110 und 240 mm2. Die maximalen Kontaktspannungen für diese Bedingungen lagen alle unter 22MPa und somit unter dem für Polyethylen kritischen Spannungsbereich. Somit kann gefolgert werden, dass dieses neue PS Design unter Verwendung eines FE Model in allen untersuchten Bereichen (Gangzyclus, tiefe Flexion) eine hohe Oberfläche bei niedrigen Kontaktspannungen aufweist.