Mikrobewegungen am Konusadapter modular aufgebauter Hüftendoprothesen

S. Jauch, G. Huber, M.M. Morlock

Modular aufgebaute Hüftendoprothesen werden seit 1972 klinisch eingesetzt. Sie bieten dem Operateur ein hohes Maß an Flexibilität, um bestmöglich die anatomischen Verhältnisse des Patienten wiederherzustellen. Durch den modularen Aufbau ist es möglich, verschiedene Werkstoffe wie Metalle und Keramiken miteinander zu kombinieren. Konische Steckverbindungen erzeugen eine zusätzliche Grenzfläche, wodurch ein erhöhtes Risiko einer nicht korrekten Materiallage aber auch für die Ausbildung von Reib- und Risskorrosion entsteht.

Bisweilen gibt es nur wenige Studien die sich mit der Relativbewegung an der konischen Steckverbindung befassen. Immer wiederkehrende Bewegungen in hochbelasteten Kontaktzonen zweier Komponenten führen zu einer Reibdauerbeanspruchung (komplexe Oberflächenbeanspruchung). Wird durch eine kombinierte Beanspruchung von Flächenpressung und Schlupf die Festigkeit eines Werkstoffs überschritten, kommt es zur Freisetzung von Partikeln und zur Bildung von Mikroanrissen an der Oberfläche. Rissbildung mit anschließender Rissfortsetzung führt zu einem Reibdauerbruch und somit zum Versagen der Prothese. Kontaminationen an der Fügefläche können dieses Phänomen deutlich verstärken.

In dieser Studie wird Reib- und Risskorrosion, die durch Mikrobewegungen verursacht werden, untersucht. Die Aufklärung des Versagensmechanismus und der beeinflussenden Faktoren wird hilfreich sein, Implantatversagen in der Zukunft zu vermeiden.

Nach Quantifizierung der Mikrobewegungen an modularen Konusadaptern unterschiedlicher Werkstoffkombinationen und Fügebedingungen, sollen geeignete Testmethoden zur präklinischen Testung entwickelt werden. Mittels eines Finite-Elemente-Modells können Bereiche mit reduzierten Kontaktkräften, d.h. Bereiche in denen eine hohe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Mikrobewegungen besteht, aufgezeigt und das Ausmaß der Relativbewegungen bestimmt werden. Dadurch wird es möglich sein, neu entwickelte, modular aufgebaute Prothesen vor dem klinischen Einsatz zu testen, um ein Versagen in der klinischen Anwendung zu vermeiden.

Derzeit werden modulare Hüftendoprothesen in Polymethylmethacrylat entsprechend ISO 7206-4 eingebettet und an einer servohydraulischen Prüfmaschine (MTS MiniBionixII) mit einer sinusförmigen Belastung zwischen 230N und 2300N belastet. Um die Relativbewegung zwischen Schaft und Halsadapter der Prothese bestimmen zu können, werden drei Wirbelstromsensoren (Micro-Epsilon) in eine Halterung geschraubt, die am proximalen Teil des Schaftes angebracht wird. Als Messpartner dient eine am Konusadapter befestigte Halterung aus Stahl.

Dieses Forschungsprojekt wird finanziell von der Aesculap AG, Tuttlingen unterstützt.