Lebenslauf - Life Science Nord

Entwicklung einer Methodik zur Ermittlung des metallischen
Verschleißes von explantierten Großkopf-Hüftprothesen (P)
Autor: Studierender/Nachwuchswissenschaftler Malte Strampe
Betreuer: MPhil. N. Bishop; Prof. Dr. M. M.Morlock
Technische Universität Hamburg-Harburg; Institut für Biomechanik
Denickestraße 15, 21073 Hamburg; Tel.: 040 / 42878-3253; macsek@tu-harburg.de
Ziel
Seit der Implantation der ersten Hüftendoprothese Ende des 19. Jahrhunderts unterlagen sowohl
die Formen als auch die verwendeten Materialien der Prothesen einem ständigen Wandel. Der
heutige Standard bei der Hüftprothetik besteht aus einem im Femur eingebrachten metallischen
Hüftgelenkskopf, der in einer Hüftpfanne aus Polyethylen gleitet. Ein neues Konzept, das „Resurfacing“
des Femurkopfes mittels einer Großkopfprothese, soll einen Einsatz von Totalendoprothesen
bei jungen Patienten und die langjährige Anlagerung von PE-Abrieb im Körper verhindern. Der
hierbei auftretende volumetrische Verschleiß besitzt auf Grund der verwendeten Metall-Metall-
Gleitpaarung ein äußerst geringes Ausmaß. Diesen zu ermitteln ist die Aufgabe, die sich hier stellt.
Methoden
Um Aufschluss über das Ausmaß des Abriebs unter in vivo-Bedingungen zu erhalten, werden die
Oberflächen explantierter Prothesenköpfe vermessen und untersucht. Ihre unterschiedlichen Implantationsdauern
ermöglichen Aussagen über das Abriebverhalten in Abhängigkeit der Zeit. Die
Ermittlung des volumetrischen Verschleißes erfolgt über einen Vergleich der Formen der explantierten
Prothese mit der der ursprünglichen. Die genaue Geometrie, die vor Implantation bestand,
ist nicht bekannt. Daher muss sie aus der jetzigen approximiert werden. Die Koordinaten der Abriebbereiche
fließen in diese Berechnung mit ein und verfälschen die angenäherte Form. Ein weiteres
Problem liegt in einer durch die Implantation hervorgerufenen Verformung der Geometrie. Auch
diese Bereiche werden fälschlicherweise in die Abriebermittlung miteinbezogen. Damit erschwert
sich die Bestimmung des Abriebs eines explantierten Prothesenkopfes noch weiter.
Ergebnisse
Das geringe Volumen der Metallpartikel erfordert die exakte Berechnung der Ursprungsform der
Prothese. Unter der Voraussetzung, dass eine sphärische Kopfform vorliegt, kann die Annäherung
über eine Kugel erfolgen. Dabei werden die Distanzen zwischen der approximierten und der tatsächlichen
Geometrie minimiert. Die Abriebbereiche weisen jedoch eine geringere Distanz auf.
Werden diese in den Minimierungsprozess miteinbezogen, ergibt sich für die Ursprungsform eine
geringere, als tatsächlich vorlag. Somit wird ein zu großes Volumen für den Verschleiß berechnet.
Damit liegt der Gedanke nahe, die Koordinaten des Abriebs und eventuelle durch die Vermessung
der Prothese hervorgerufene Sprungstellen bei der Berechnung unberücksichtigt zu lassen. Dies
erfolgt einerseits dadurch, dass explizit Distanzen aus der Minimierung entfernt werden. Andererseits
werden für die Berechnung der Ursprungsgeometrie nur Daten verwendet, die nicht vom Abrieb
betroffen sind. Liegt allerdings ein verformter Kopf vor, so muss auch die Gestalt der Vergleichsgeometrie
geändert werden. Es wird eine Finite Elemente Analyse verwendet, um diese
deformierte Prothesenform zu ermitteln.
Schlussfolgerungen
Die Methoden zur Berechnung des Verschleißes liefern mit Limitationen verwertbare Ergebnisse.
Liegt eine sphärische Prothesenform vor, kann der Abrieb ermittelt werden, solange die Abriebbereiche
nicht einen Großteil der Oberfläche einnehmen. Es ist denkbar, dass diese Methodik auch
auf andere Prothesen übertragbar sein wird.
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