gms | German Medical Science

Fragestellung: Die Ermittlung der periprothetischen Knochendichte (BMD) nach Implantation einer Hüfttotalendoprothese geht meist mit einer erheblichen Patientenbelastung einher. Numerische Modelle könnten in Zukunft die Wirkung von Prothesendesigns auf den umgebenden Knochen voraussagen, um möglicherweise solche Untersuchungen überflüssig zu machen. Ziel unserer Arbeit ist die Etablierung eines Finite Element Modells (FEM) für Geradschaftprothesen und dessen Validierung. Was zeigt uns das Modell und was passiert wirklich im Patienten?

Methodik: Nach Etablierung eines numerisches Modells eines physiologischen Femurs folgte eine Virtualisierung der Prothese und die Implantation in das Femur. Die Bicontact Prothese ist in der Aufsicht relativ breit, im Querschnitt rechteckig, in ihrem proximalen Anteil mit Plasmapore beschichtet und im übrigen Anteil glatt, um die proximale Krafteinleitung nicht zu behindern. Dies wurde simuliert, in dem der proximale raue Anteil der Prothese als fest mit dem Knochen verbunden berechnet wurde. Die physiologische Belastung wurde anhand der Randbedingungen von Speirs et al. simuliert. Die Änderungen der Knocheneigenschaften wurden iterativ erfasst und mit Erreichen der Konvergenz beendet. Ein Knochenwachstumsmodell basierend auf dem Dichteevolutionsgesetz von Huiskes et al. wurde verwendet. Die numerischen Daten wurden anhand einer prospektiven DEXA Studie (Ethikkommissionsnr. 4226) validiert. Bei 24 Patienten wurde ein Bicontact Schaft über einen transglutelaen Zugang implantiert. Präoperativ, postoperativ sowie 6, 12 und 24 Monate nach Implantation erfolgten DEXA Untersuchungen in 7 Gruen Zonen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im FE-Model konvergierte der Masseverlust des gesamten Femur gegen 9,25%. Das proximale Femur zeigte eine Abnahme von 46,2%, die Diaphyse 7,6%. Unterhalb der Prothesenspitze war kein Masseverlust vorhanden. Der Masseverlust konzentrierte sich weitestgehend auf den proximalen Calcar und das Trochantermassiv. Distal des Trochanter minor zeigte sich eine dezente Massezunahme. Die Simulation zeigte keine Zeichen für eine distale Lasteinleitung. Die DEXA zeigte eine starke Dichteabnahme in der Calcarregion (-19.2%), die nach weiteren 18 Monaten nur noch -8,5% betrug. Die BMD des Trochanter major reduzierte sich 6 Monate nach Implantation um 9,8% und verblieb auf diesem Niveau. Die BMD überschritt die Basiswerte direkt postoperativ unterhalb des Trochanter minor und in den distalen Zonen nach 2 Jahren leicht.

Mit dem hier etablierten Modell können wir nun den Effekt unterschiedlicher Prothesenmodelle auf den umgebenden Knochen simulieren. Die Untersuchung der Prothese zeigt, dass proximales Stressshielding nicht zwangsläufig mit distaler Lasteinleitung und proximaler Lockerung einher geht. Die proximale Knochendichteabnahme scheint auf die hohe proximale Steifigkeit des Implantats zurückzuführen zu sein. Die Dichteerhöhung unterhalb des Trochanter minor lässt auf eine relativ physiologische Lasteinleitung schließen.