Akustische Analyse des Prothesensetzverhaltens und Frakturrisikos

J. Bätz, G. Campbell, M.M. Morlock

 

Unzementierte Hüftendoprothesen gewährleisten eine hohe Langzeitstabilität durch Knocheneinwuchs. Eine Voraussetzung für diese sekundäre Verankerung ist eine hohe Primärstabilität, die während der Implantation hergestellt werden muss. Die Primärstabilität beruht auf einem Presssitz zwischen Knochen und Implantat, der durch Reibung die Position des Implantats sicherstellt und Knocheneinwuchs ermöglicht. Dieser Presssitz kommt durch das Einschlagen der Prothese in den Knochen zustande. Häufige Versagensursache von unzementierten Hüftendoprothesen ist das Lösen des Implantats, was auf einen mangelhaften initialen Presssitz schließen lässt. 

Der initiale Presssitz ist sowohl von der geschaffenen Kavität im Knochen¬¬¬ als auch von der Größe und Endposition der Prothese abhängig. Ist die optimale Endposition noch nicht erreicht oder wird nicht die ideale Prothesengröße verwendet, kann es zum Lösen der Prothese kommen. Wird die Prothese weiter als bis zur optimalen Endposition eingeschlagen, besteht erhöhte Gefahr einer periprothetischen Fraktur des Femurs. 

Operateure orientieren sich während der Operation neben visueller und taktiler Beurteilung des Setzverhaltens vor allem  an Änderungen der Tonhöhe während des Einschlagvorganges der Raspeln bzw. des Prothesenschaftes, um die optimale Raspelgröße bzw. die Endposition des Schaftes bestimmen zu können. Diese Einschätzung basiert auf Erfahrungswerten des jeweiligen Operateurs und ist weitgehend subjektiv.

In diesem Projekt wird untersucht, ob mittels charakteristischen Frequenzspektren intraoperativ eine optimale Werkzeug- bzw. Prothesenposition bestimmt werden kann. Dazu werden Geräusche während der Implantationsschritte unter Einsatz von hochpräzisen Mikrofonen in experimentellen Versuchen mit Kunst- und Tierknochen sowie mit Humanpräparaten aufgenommen und das Geräuschspektrum analysiert. Zusätzliche FE-Simulationen werden genutzt, um das Schwingverhalten des Systems zu verstehen.

Die Ergebnisse der Studie können dazu beitragen, das Risiko des Lösens der Prothese sowie das einer intraoperativen, periprothetischen Fraktur zu minimieren.