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Fragestellung: Obwohl Kunstknochen einfach in der Handhabung und nicht so kostenintensiv wie Leichenknochen sind, reproduzieren sie die einzigartige innere Struktur und visko-elastischen Eigenschaften eines echten menschlichen Knochens nicht. Nach der Erstellung eines digitalen 3D Modells des metakarpalen Knochens entwickelten wir zwei individualisierte, mit additiver Fertigung hergestellte Kunstknochen (3D-IK). Wir haben diese Knochen auf 4 unterschiedliche Arten belastet und die Ähnlichkeit zu einem herkömmlichen metacarpalen Kunstknochen (Fa. Sawbones) verglichen.

Methodik: Basierend auf Datensätzen aus CT-Untersuchungen metakarpaler Leichenknochen (MC 2-5) bereiteten wir digitale Schablonen mit 3-Schichten, basierend auf einem Standard Tesselation Language (STL) Netz, vor, die den Anforderungen eines 3D-Druckers entsprachen. Eine spongiöse Knochenstruktur mit 1,2mm Poren zwischen den Trabekeln wurde abgebildet. Wir nutzten Polyamid 12 (DuraForm Material der Fa. 3D System) als Basismaterial, ein linear thermoplastisches Plastikmaterial. Zwei verschiedene Arten 3D-IK der wurden entwickelt:

1.Probe mit horizontal angelegter Lamellenstruktur (PA12H)

2.Probe (PA 12) mit Zusatz von Mineralfasern (PA12hst)

Die Testung für Torsion, Zug, Biegung und Scherung wurde jeweils an einer speziell dafür entworfenen Vorrichtung durchgeführt. Die Kräfte wurden über 5mm/Min angebracht. Die unterschiedliche 3D-IK Metakarpalia wurden gegen Sawbone Kunstknochen getestet.

Ergebnisse: Insgesamt wurden 45 Proben getestet. Es wurde bei allen Versuchen die zum Versagen notwendige Kraft aufgenommen. Bei dem Torsionsversuch wurden zusätzlich der Weg und Winkel erfasst. Bei Biegung, Scherung und Zug stattdessen ein Traversenweg.

Im Biegungsversuch zeigten sich die 3D-IK elastischer als die Sawboneproben. Im Scherungsversuch brauchte der Sawbone 2x so viel Kraft bis zum Versagen. Unter Zug elongierten die 3D-IK unter geringerer Kraft als die Sawbones. Die maximale Krafbelastung für Torsion war im Sawbone dreimal so hoch wie in beiden 3D-IK-Varianten. Der Sawbone zeigte sich im Torsionsversuch deutlich weniger elastisch. Die genaue Werte sind in der Tabelle 1 aufgeführt und in den Grafiken 1-4 weiter dargestellt.

Schlussfolgerung: Die bisher entwickelten 3D-IK unterscheiden sich in unseren Testreihen deutlich von den bisher häufig zur biomechanischen Testung verwendeten Sawbones. Eine Weiterentwicklung und Testung der weiteren Varianten der 3D-IK, sowie ein direkter Vergleich mit den Leichenknochen scheint als nächster Schritt sinnvoll