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Fragestellung: Prothesenlockerungen und Funktionsstörungen stellen in der Klinik ein weitreichendes Problem dar. Revisionseingriffe sind mit einer höheren Morbidität und Letalität verbunden. Langzeitergebnisse werden wesentlich durch den Verschleiß bestimmt. Der demographische Wandel der Bevölkerung und das jüngere Patientenklientel lassen auch in Zukunft ein Wachstum in der endoprothetischen Versorgung erwarten. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an zuverlässigen Langzeitlösungen. Wir haben uns mit der Frage beschäftigt, ob eine Laserbearbeitung von Endoprothesen-Oberflächen im Vergleich zu nicht gelaserten Standardproben den Verschleiß bei einer Dauerprüfung in-vitro reduzieren kann und ob die Art des aufgebrachten Musters den Verschleiß beeinflusst.

Methodik: Die Untersuchungen erfolgten als 2D-Ring-on-Disc-Versuche (ISO 6474) mit Hart/Hart-Paarungen aus Metall (CrCoMo) und Keramik (ELEC^®plus). Es wurden 3 Strukturgeometrien (Dimples, versetzte Linien, Gitternetz) definiert. Die Strukturierung erfolgt m. H. eines Ultrakurzpulslasers (TruMicro 5x50). Die Probescheiben wurden kreisflächig m. den entsprechenden Strukturen versehen, die Ringe blieben unstrukturiert. Pro Strukturgeometrie u. Material wurden 5 Paarungen gefertigt (n=40). Tiefen u. Breiten der Strukturen lagen bei 20 Mikrometer, Längen u. Abstände bei 100 Mikrometer. Die Versuche liefen über einen Zeitraum von 100h unter einer Axialkraft von 1500N u. einer Temp. von 37°C. Der Ring rotierte m. einem Drehwinkel von ± 25° bei einer Frequenz v. 1 Hz auf der festsitzenden Scheibe. Als Synovia-Ersatz fand Kälberserum Verwendung. Messgröße war der Tiefenabtrag (z-Abtrag). Dieser wurde m. H. eines konfokalen Laserscanningmikroskops (Typ VK-X200, Fa. Keyence) bestimmt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Alle Strukturgeometrien führten in unterschiedlichem Maße zu einer Abriebreduktion. In der Keramikgruppe konnte die Gitternetzstruktur den Abrieb signifikant verringern. Allerdings war bereits in der Referenzgruppe, aufgrund der Härte des Materials, nur ein äußerst geringer Abrieb messbar. Aus diesem Grund wurde auf weitere Testungen verzichtet. In der Metallgruppe konnten die Gitternetzstrukturund die versetzten Linien eine signifikante Verbesserung des Abriebverhaltens ermöglichen. Im direkten Vergleich der beiden Strukturen ergab sich kein signifikanter Unterschied. Der Tiefenabtrag war in der Referenzprobe am größten. Im Materialvergleich zeigte Keramik die besseren Verschleißeigenschaften. Wir konnten nachweisen, dass die Mikrostrukturierung der Oberflächen mittels ultrakurzer Laserpulse bei beiden Materialien zu einer Abriebreduktion führt. Dies könnte in Zukunft dazu genutzt werden, die Standzeit von Prothesen zu verlängern und die Anzahl der Revisionen zu verringern. Die Interpretation der Ergebnisse muss jedoch unter Berücksichtigung der eingeschränkten Aussagekraft erfolgen, da es sich um ein 2D-Simulationsverfahren handelt. Nächster Schritt wäre die Übertragung der Strukturgeometrien auf Endoprothesenköpfe und deren Testung im Hüftsimulator.