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Fragestellung: In klinischen Studien zu Osteonekrosen der Femurkopfes (ONFK) gibt es Hinweise darauf, dass die Defektausdehnung sowohl den Spontanverlauf als auch die Ergebnisse nach erfolgter Behandlung in Hinblick auf Hüftkopfeinbrüche beeinflussen. Zudem wird vermutet, dass auch die Traglast des Knorpels durch die darunterliegende Osteonekrose beeinflusst wird. Gezielte biomechanische Untersuchungen zu diesem Thema sind aber bisher nicht erfolgt und daher Gegenstand dieser Studie.

Methodik: Fünf anonymisierte Hüftgelenks-CT Datensätze von Personen ohne Hüftgelenksbeschwerden in der Anamnese wurden genutzt um daraus 3D-CAD Modelle des Beckens und des proximalen Femurs zu erstellen. In Übereinstimmung mit entsprechenden Vorarbeiten wurden die Knochenoberflächen des Acetabulums und Femurs um eine gleichmäßige Knorpelschicht von 1,2 bzw. 1,4 mm ergänzt und auch die Labrumfläche eingerechnet. In jedes der so entstandenen Modelle wurden drei verschiedene Defektgrößen an jeweils drei verschiedenen Lokalisationen implementiert. Die Defektgröße wurde entsprechend des Kerboul-Winkels bemessen, also einem Winkel, dessen Schenkel beginnend vom Hüftkopfmittelpunkt die Ränder der Nekrose begrenzen. Für die a.p. und laterale Ebene wurden jeweils gleichgroße Defektgrößen von 60°, 90° und 120° verwendet. Entsprechend der Kerboul-Klassifikation ergaben sich somit kleine (120°), mittlere (180°) und große Defekte (240°). Die Lage wurde jeweils cranial in der Hauptbelastungszone und 20° bzw. 40° versetzt dazu gewählt. Die Elastizitätsmodule der geschädigten und nicht-geschädigten Gewebeanteile wurden nach einem etablierten Algorithmus berechnet. Gelenkkapsel und Muskeln wurden in die Modelle integriert und die auftretenden Maximalbelastungen mit denen beim Gehen verglichen. Abschließend wurde der Einfluss einer Advanced Core Decompression (ACD), also einer Ausräumung und Wiederauffüllung des Defektes mit autologem Knochen und bioresorbierbarem Knochenersatzstoff untersucht. Statistisch wurde bei Normalverteilung der Daten der T-Test für unabhängige Variablen durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Während die ONFK nur einen unwesentlichen, Effekt auf die Belastung des Knorpels im Bereich des Acetabulums haben, zeigen die Untersuchungen einen signifikanten Anstieg der von Mises Vergleichsspannung im Bereich des Hüftkopfes bei mittelgroßen und großen ONFK. Im Vergleich zu nicht betroffenen Knochen zeigten sich Erhöhungen der Spannungen auf bis zu 277% an den anterioren und posterioren Begrenzungen der ONFK. Es zeigten sich zudem lageabhängige Unterschiede, wobei die jeweils höchsten Belastungen auftraten wenn die Nekrose cranial gelegen ist. Bei der Simulation einer Behandlung der Nekrose mit einer ACD zeigte sich eine Normalisierung der Spannungsmuster und kein nennenswerter Unterschied zu den nicht betroffenen Knochen.

Somit zeigte die Studie, dass Belastungen des Knorpels durch die eine ONFK größenabhängig sind und die ACD eine probate Behandlungsoption darstellt sofern die Ausräumung vollständig gelingt.