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Numerische Betrachtung der biomechanischen Komplikationen begleitend zur Totalhüftgelenkprothese: Knochenumbau und Prothesenmigration

Autoren:B.-A. Behrens, A. Bouguecha, M. Vucetic, S. Betancur Escobar, C. Stukenborg-Colsman, M. Lerch, I. Nolte and A. Almohallami
Kategorie:Zeitschriften/Aufsätze (reviewed)
Jahr:2015
Veröffentlichung:Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Volume 46, Issue 9, pages 881–893, September 2015
DOI:10.1002/mawe.201500395

Abstract

Die aseptische Lockerung der Prothese stellt immer noch ein Problem bei der Hüftgelenkprothese dar. Die Lockerung kann u. a. durch den Knochenumbau um die Prothese aufgrund von Stressabschirmung verursacht werden. Ein numerisches Modell wurde am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover entwickelt, um den Knochenumbauprozess nach der Belastungsabschirmung abzubilden. Diese Studie wird durchgeführt, um das Modell mittels DEXA‐ sowie CT‐klinischen Studien an Patienten mit verschiedenen Arten von Prothesen zu validieren. Ferner wurde das Modell verwendet, um die Pfannenmigration abzubilden. Das Modell wurde auf den periprothetischen Femur und das Becken angelegt. In beiden Fällen zeigen die numerischen Berechnungen sehr gute Ergebnisse im Vergleich mit den klinischen Studien. Mit einer durchschnittlichen Differenz von 12 % im Falle des Femurs und 6,8 % im Falle des Beckens wurde das numerische Knochenumbaumodell erfolgreich validiert.

Darüber hinaus wurde eine neue Methode entwickelt, um die Prothesenmigration in das Becken abzubilden. Durch mechanische Gleichungen und Neuvernetzungsmethoden ist die Finite‐Elemente‐Analyse (FEA) in der Lage, die mögliche Prothesenmigration im Becken zu berechnen. Diese Methode wurde an Polyethylen‐Pfannen angewendet und zeigt gute Ergebnisse im Vergleich mit der klinischen Studie von Kadar et al. Um die Genauigkeit der numerischen Berechnung zu erhöhen, wird der Unterschied des durch die Pfannenmigration hervorgerufenen Hüftlastkollektivs mittels Mehrkörpersimulation mitberücksichtigt und in die FEA mittels einer von unserer wissenschaftlichen Gruppe entwickelten Kopplungssoftware integriert.