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Fragestellung: Die Hüftendoprothetik stellt die wesentliche Behandlungsmöglichkeit in der Versorgung der fortgeschrittenen Coxarthrose dar und hat sich während der letzten Jahrzehnte als Goldstandard etabliert. Dennoch tritt bis heute ein Versagen des künstlichen Gelenks infolge von Instabilitäten und rezidivierenden Luxationen auf. Neben der Vielzahl an Einflussgrößen, erschwert besonders die Unzugänglichkeit des Situs eine reproduzierbare Analyse der zur Instabilität führenden Parameter im Patienten. In diesem Kontext stellen die Berücksichtigung der Artikulation der Implantatkomponenten in Abhängigkeit von Einbau- und Designparametern sowie die physiologische Abbildung des muskuloskelettalen Systems innerhalb realistischer Bewegungsabläufe eine Voraussetzung für die systematische Untersuchung luxationsrelevanter Einflussfaktoren dar.

Methodik: Die vorliegende Arbeit untersucht die Auswirkungen der Parameter Implantatposition (Pfannen-Inklination, Pfannen-Version und Stiel-Torsion), Implantatdesign (Kopfgröße und femoraler Offset) und muskuläre Defizite (gluteale Insuffizienz, posteriorer Zugang) auf die Luxationsstabilität des künstlichen Hüftgelenks während dynamischer Bewegungsabläufe und unter Berücksichtigung physiologischer Randbedingungen mittels Hardware-in-the-Loop (HiL) Simulation.

Der HiL-Prüfstand besteht aus einem 6-Achs Roboter dessen Endeffektor die femorale Komponente in einer nachgiebig gelagerten Hüftpfanne bewegt und Messdaten zur Abbildung des Kontaktes der artikulierenden Gelenkflächen an ein numerisches Simulationsmodell sendet. Der Roboter interagiert in Realzeit über definierte Schnittstellen mit dem muskuloskelettalen Modell der unteren Extremität, welches die physiologischen Randbedingungen über die invers-dynamische Berechnung der auf das Skelettsystem wirkenden Kräfte inklusive der Muskelkräfte emuliert. Basierend auf diesem Ansatz, wurde das Bewegungsprofil "Tiefes Sitzen mit Adduktion des Beins" hinsichtlich Stabilität unter folgenden Testbedingungen untersucht: Antero-lateraler Zugang, Geradschaft mit 12/14 Konus, 52 mm Pressfit-Pfanne mit UHMW-PE Insert in Kombination mit 28 mm Metallkopf der Größe M, Tabelle 1 [Tab. 1], sowie 62 mm Pressfit-Pfanne in Kombination mit 28 mm und 44 mm Keramikkopf der Größen (Halslängen) M und XL, Tabelle 2 [Tab. 2].

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Besonders die unzureichende Pfannen-Anteversion und Stiel-Antetorsion sowie der posteriore Zugang mindern die Gelenkstabilität und führen zu einem reduzierten ROM bis zur Luxation (Tabelle 1 [Tab. 1]).

Größere Kopfdurchmesser und höhere femorale Offsets steigern den ROM, d.h. Impingement und Luxation traten erst bei höheren Flexionswinkeln auf (Tabelle 2 [Tab. 2]). Größere Köpfe führen jedoch, insbesondere bei auftretendem Impingement, zu erhöhten Widerstandsmomenten.

Der vorgestellte HiL-Ansatz kann dazu beitragen, luxations-assoziierte Szenarien präziser zu identifizieren und Hüftendoprothesen präklinisch realitätsnaher zu evaluieren.