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Reduziert die medial kurvierte Form der Nanos® Kurzschaft Prothese das "stress shielding"? Eine Analyse der Knochenumbauprozesse basierend auf einem in-vivo validierten Finite Element Modell
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Autoren
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Matthias Lerch
- Medizinische Hochschule Hannover, Orthopädie im Annastift e.V., Hannover, Germany
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Henning Windhagen
- Medizinische Hochschule Hannover, Orthopädie im Annastift e.V., Hannover, Germany
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Max Ettinger
- Medizinische Hochschule Hannover, Orthopädie im Annastift e.V., Hannover, Germany
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Fritz Thorey
- ATOS Klinik Heidelberg, Zentrum für Hüft-, Knie- und Fußchirurgie, Heidelberg, Germany
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Agnes Kurtz
- Medizinische Hochschule Hannover, Orthopädie im Annastift e.V., Hannover, Germany
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Anas Bouguecha
- Leibniz Universität Hannover, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Garbsen, Germany
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Amer Almohallami
- Leibniz Universität Hannover, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Garbsen, Germany
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Christina Stukenborg-Colsman
- Medizinische Hochschule Hannover, Orthopädie im Annastift e.V., Hannover, Germany
| Veröffentlicht: | 13. Oktober 2014 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Das Design des Nanos® Kurzschaftes (Smith & Nephew) wurde anhand einer Durchschnittsgeometrie der lateralen und medialen Kortikalis von 565 Computertomographien von physiologischen proximalen Femura erstellt. Ziel ist eine physiologische Lasteinleitung über eine gute Anpassung an die mediale Kortikalis des Calcars. Trotz ermutigender Mittel- und Langzeitergebnisse ist unklar wie dieses spezifische Design auf den Verlauf der periprothetischen Knochendichte (BMD) wirkt. Ziel der Studie war die Simulation dieser Veränderungen mit Hilfe eines in-vivo validierten Finite Element Modells. Da die mediale Geometrie des Implantats theoretisch der Krümmung des medialen Clacars entspricht, wird die Hypothese aufgestellt, dass eine proximale und physiologische Lasteinleitung zu einem sehr guten bis überdurchschnittlichen Ergebnis in der numerischen Simulation führt.
Methodik: Wir haben erstmalig ein durch uns erstelltes und per prospektiver DEXA Studie erfolgreich validiertes numerisches Modell für Knochenumbauprozesse nach Kurzschaftprothesenimplantation auf die Nanos® Prothese übertragen. Das Modell basiert auf mechanischen Einflussgrößen und berücksichtigt den gesamten Gangzyklus. Simulierte Veränderungen der periprothetischen Knochendichte können sowohl qualitativ als auch quantitativ erfasst werden. Es wurden die Randbedingungen von Speirs et al. sowie ein erweitertes Knochenwachstumsgesetz von Huiskes et al. angewendet.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Ein Knochenmasseverlust von 2,3% des Femurs wurde nach erreichen der Konvergenzkriterien mit 63 Recheninkrementen berrechnet. Es zeigte sich ein starker Masseverlust im proximalen Calcar und ein leichter Anstieg am lateralen kortikalen Ring des Calcars, distal des Trochanter Minor und im lateralen, distalen Bereich des Schaftes.
Entgegen der eingangs formulierten Hypothese zeigt die durchgeführte Studie eine Verklemmung des Schaftes im Bereich der distalen Verjüngung, die dort zu einer Lasteinleitung führt.
Das spezifische Design hat folglich keinen überdurchschnittlich positiven Effekt auf den Knochenumbau in unseren Berechnungen gezeigt. Trotzdem wurde ein sehr geringer Knochenverlust des gesamten Femur nach Implantation des untersuchten Kurzschaftes simuliert. In Zukunft könnten numerische Simulationen vor der klinischen Einführung neuer Implantate deren Effekte voraussagen und damit die Patientensicherheit verbessern.
