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Fragestellung: Das retropatellare Schmerzsyndrom stellt eines der zentralen Probleme der Knieendoprothetik dar und ist zu einem hohen Prozentsatz für unzufriedene Patienten nach einer KTEP verantwortlich. Bei durch die Patella bedingten Beschwerden, wird angenommen, dass der Anstieg des postoperativen retropatellaren Drucks zu einem hohen Maße zu dieser Problematik beiträgt.

Bei den meisten international eingesetzten Prothesensystemen ist die Orientierung der femoralen Gleitrinne von lateral nach medial verlaufend. Dies führt zu einer Veränderung der Patellakinematik und zu einer Zwangsführung der Patella nach medial, welche sich deutlich von den physiologischen Bewegungsmustern der Patella unterscheidet.

Eine Methode zur Untersuchung der Belastungen im Patellofemoralgelenk bietet die sogenannte Finite Elemente Methode (FEM). Mit dieser ist es unter anderem möglich Druckverteilungen und Spannungsverteilungen in dreidimensionalen Baugruppen zu analysieren. Ziel dieser Studie ist eine computergestützte Analyse der retropatellaren Spannungsverteilung mittels eines FE-Modells nach Idealisierung der Gleitrinne am Femurschild einer Knieendoprothese im Vergleich zum herkömmlichen Trochlea-Design.

Methodik: In dieser Studie wurde ein 3D-Modell eines Kniegelenks anhand Magnetresonanz-Tomographie-Bilder mit einer speziellen Segmentierungssoftware (Amira) erstellt und mit Hilfe eines CAD Programms eine passende Knie-TEP mit einem herkömmlichen und dem neuem Trochlea-Design virtuell implantiert. Anschließend wurde dieses Modell mittels der Finite Elemente Methode berechnet und die Belastungen im Patellofemoralgelenk dargestellt.

Damit die FE-Simulation die natürlichen Gegebenheiten widerspiegelt, wurde die Krafteinleitung des Musculus quadriceps femoris an der Patella mit einem Kraftvektor von 400 N in Richtung Spina iliaca anterior superior simuliert und das Ligamentum patellae mit einer linearen Feder mit einer Federsteifigkeit von 200 N/mm realisiert. Weiterführend wurden den einzelnen Strukturen des Kniegelenks bestimmte, aus der Literatur bekannte, Materialwerte zugewiesen. Die Kontaktfläche von Patella und Femurschild wurde durch eine Kontaktbedingung mit einem Reibungskoeffizienten von µ = 0,05 umgesetzt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach Implantation der Knieendoprothese ergab sich bei der Knieprothese mit einem Standard-Design der Trochlea ein maximaler retropatellarer Druck von 3,46 MPa bei einem maximalen präoperativen Druck von 2,84 MPa. Der maximale retropatellare Druck mit neuem Trochlea-Design betrug 3,17 MPa. Die retropatellare Druckverteilung präoperativ war breitflächiger mit einer fast ausgeglichenen Verteilung auf der medialen und lateralen Patellarückfläche.

Die Implantation der Knieendoprothese mit neuem Trochlea-Design führte in unserer Studie zu einer Verminderung des retropatellaren Drucks im Vergleich zum herkömmlichen Trochlea-Design.