by G. H. | Jun 3, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Sind die mit einem Kniesimulator erzeugten Verschleißmuster vergleichbar mit der In-vivo-Situation?
Müller U, Jäger S, Reinders J, Sonntag R, Kretzer JP
Fragestellung: Die Untersuchungen des Verschleißverhaltens von künstlichen Kniegelenken im Rahmen von präklinischen Tests werden am häufigsten mit standardisierten Verschleißsimulatoren durchgeführt. Jedoch wird die Vergleichbarkeit dieser Tests zu den klinischen Beobachtungen hinsichtlich Verschleißmuster und Verschleißerscheinungen kontrovers diskutiert.
Ziel dieser Studie war es daher, zu untersuchen, ob die Fläche und die Ausdehnung der Verschleißzonen von explantierten Knieendoprothesen-Inlays vergleichbar sind mit denen, die im Verschleißsimulator erzeugt wurden.
Methodik: Für die Untersuchung standen drei Gruppen von PE-Inlays zur Verfügung. Gruppe A bestand aus 12 explantierten PE-Inlays, die an der Klinik XXX ausgebaut wurden. Zwei weitere Gruppen von PE-Inlays wurden einer Verschleißsimulation unterzogen. Bei Gruppe B wurde eine kraftgeregelte Verschleißtestung gemäß ISO 14243-1 durchgeführt. Demgegenüber erfolgte die Verschleißsimulation bei der Gruppe C weggeregelt (ISO 14243-3). Zur Verdeutlichung ihrer Position und ihrer Ausdehnung wurden die jeweiligen Verschleißzonen der medialen und lateralen Artikulationsfläche der PE-Inlays mit einem schwarzen Marker umrandet und fotografisch dokumentiert. Anschließend wurden diese mit Hilfe eines Bildbearbeitungsprogramms vermessen (Abbildung 1 [Abb. 1]).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Obwohl die Varianz bei den explantierten PE-Inlays wesentlich größer war, sind die Verschleißflächen auf der medialen und lateralen Artikulationsseite signifikant größer, verglichen zu denen von kraft- oder weggeregelter Verschleißsimulation. Die Ausdehnung der Verschleißzonen in AP-Richtung war bei den Explantaten größer als bei beiden Simulator-Gruppen. Jedoch besteht ein signifikanter Unterschied nur zwischen der Explantat-Gruppe und der Gruppe, bei der die Verschleißtestung weggeregelt erfolgte.
Die Fläche und die Ausdehnung der Verschleißzonen in AP- und ML-Richtung ist geringer bei den Inlays der beiden Simulator-Gruppen verglichen zu den Explantaten. Allerdings scheint es so, dass die kraftgeregelte Verschleißtestung zu ähnlicheren Verschleißmustern führt als die weggeregelte Testung.
Folglich sind Knieverschleißsimulatoren nicht vollständig in der Lage, die komplexen In-vivo-Kinematiken und -Belastungen nachzuahmen und können daher nicht alle möglichen Verschleißmuster, die bei Explantaten beobachtet werden, abbilden.
Zukünftig sollte daher das Ziel sein, die Verschleißtestung von Knieendoprothesen unter Verwendung von höheren Belastungsprofilen oder abwechslungsreicheren Aktivitätsprofilen zu verbessern.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-1035
doi: 10.3205/14dkou547, urn:nbn:de:0183-14dkou5476
Published: October 13, 2014
© 2014 Müller et al.
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by G. H. | Mai 27, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Femoropatellare Kinematik- und Druckverteilungsanalyse vor und nach KTEP in vitro: Ein Vergleich von Medial-Pivot- und Posterior-Stablized-Knieprothesen-Design
Schröder C, Steinbrück A, Woiczinski M, Fottner A, Müller PE, Jansson V
Fragestellung: Der vordere Knieschmerz nach Knietotalendoprothese (KTEP) ist immer noch für einen hohen Prozentsatz postoperativ unzufriedener Patienten verantwortlich. Es wird angenommen, dass die Bewahrung von natürlichen femoropatellaren Kinematik- und Druckverhältnissen nach KTEP die Inzidenz des vorderen Knieschmerzes vermindert. Neben operativen Einflussmöglichkeiten spielt das Design der Prothese hierfür eine wesentliche Rolle. Ziel dieser Studie war der Vergleich eines Medial-Pivot(MP)- und eines Posterior-Stabilized(PS)-Prothesen-Design gegenüber den natürlichen femoropatellaren Kinematik- und Druckverhältnissen.
Methodik: Sowohl die retropatellare Spannungsverteilung (Druckmessfolie, Tekscan), als auch die patellofemorale Kinematik (Zebris) wurden an 8 humanen Kniegelenken (Ø62 a,w:m=1:7) untersucht. Die Messung erfolgte während das Kniegelenk in einem Kniegelenkkinemator eine tiefe Hocke unter kraftgeregelter Simulation des M. Quadrizeps femoris durchführte.
Anschließend wurde eine MP-KTEP implantiert (GMK Sphere, Fa. Medacta), welche eine laterale Translation um den medialen Drehpunkt erlaubt. Dieses Design wurde mit einer klassischen PS-KTEP (GMK PS) verglichen, was bei identischer knöcherner Sägeschnittführung innerhalb desselben Präparates möglich war.
Statistische Auswertung der Spitzenwerte mittels gepaarten ANOVA mit darauffolgendem Bonferroni Test (Signifikanzniveau von p<0,05).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Der retropatellare Spitzendruck beider Prothesensysteme (PS: 6,7±2,2 MPa; MP: 6,5±2,2 MPa) unterschied sich nicht signifikant zum natürlichen Kniegelenk (5,2±1,6 MPa; p=0,5). Die maximale retropatellare Druckfläche der MP-Prothese (282±62 mm²) zeigte keine signifikante Verminderung zur natürlichen Gelenksituation (309±38 mm²), jedoch aber zum PS-Design (225±37 mm²; p<0,05).
Die Patella bewegte sich zwischen 20° und 120° Beugung im natürlichen Gelenk um 5,2±2,4 mm von medial nach lateral (Shift), was sich signifikant nach Prothesenimplantation bei beiden Prothesenvarianten (PS: -0,3±2,1 mm; MP: 0,01±3,9 mm; p<0,05) reduzierte. Wobei es bei der MP-Prothese bis 65° Flexion zu einer Medialisierung (-2,7 mm) und anschließend zu einer Lateralisierung der Patella kam.
Im natürlichen Kniegelenk kippte die Patella (Tilt) mit Flexion nach lateral (3,7°±3,4°), während sowohl die MP-Prothese (-3,2°±3,1°), als auch die PS-Prothese (-3,6°±3,2°) einen medialen Tilt zeigten (p<0,05).
Bezüglich der retropatellaren Druckfläche zeigte das PS-Design Nachteile im Vergleich zum MP-Design, auch wenn die retropatellaren Spitzendrücke nicht signifikant unterschiedlich waren. Trotz alledem scheint die Rekonstruktion der natürlichen femorotibialen Kniegelenkskinematik mit einer MP-Prothese die natürliche Patellakinematik nicht vollständig wiederherzustellen. Beide Knieprothesendesigns konnten die natürliche Patellakinematik bezüglich des Patella-Shifts und -Tilts nicht erhalten.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-855
doi: 10.3205/14dkou546, urn:nbn:de:0183-14dkou5469
Published: October 13, 2014
© 2014 Schröder et al.
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by G. H. | Mai 27, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Einfluss von unterschiedlichen patellofemoralen Gleitlagervarianten auf Basis der Genesis-II-Knietotalendoprothese auf die Patellastabilität
Leichtle U, Müller AD, Bobrowitsch E, Wülker N, Lorenz A
Fragestellung: Im klinischen Alltag beobachten wir häufig persistierende retropatellare Beschwerden nach Knietotalendoprothesen (KTP) mit und ohne Retropatellarersatz (RPE) sowie ein patellofemorales Malalignement. Die Prothesenmodelle verschiedener Hersteller unterscheiden sich deutlich bezüglich des femoralen Patellagleitlagers und das optimale Design scheint noch nicht gefunden. Ziel dieser in-vitro Studie war es nun, an humanen Kniepräparaten unter Simulation verschiedener Muskellasten robotergestützt die Patellastabiltät und Kinematik von Implantatprototypen mit unterschiedlichen Gleitlagerdesigns unter Berücksichtigung der Form der nativen Patella zu untersuchen.
Methodik: 10 humane Kniegelenke wurden präpariert und in einen dynamischen Kniesimulator eingespannt. Mit Hilfe eines Industrieroboters (KUKA) wurden auf die Patella Kräfte in lateraler und medialer Richtung aufgebracht. Dabei wurden nacheinander der Flexionswinkel, die Muskelkraftverteilung des Quadrizeps und die Patellaauslenkkraft variiert. Die Kinematik sowie insbesondere die mediolaterale Auslenkung der Patella wurden unter Verwendung eines ZEBRIS-Ultraschallsystems bestimmt. Die Messungen erfolgten am nativen Kniegelenk und nach Implantation von 5 Implantatprototypen mit unterschiedlichen patellofemoralen Gleitlagerkonfigurationen (original, vollständig flach, lateral erhöht, medial erhöht, beidseits erhöht) basierend auf dem Grunddesign der Genesis-II-KTP sowohl ohne als auch mit RPE. Die Analyse der Form der Patella erfolgte anhand von Röntgen- und CT-Aufnahmen.
Ergebnisse: Das vollständig flache Design wies eine signifikant höhere laterale Auslenkung der Patella gegenüber den übrigen Designvarianten auf, wobei die Auslenkung nach medial mit der Standardendoprothese sowie der medial erhöhten Variante vergleichbar war. Die geringste Gesamtauslenkung war beim beidseits erhöhten Design (tief gemuldet) nachweisbar. Die Designvarianten mit medial und lateral erhöhter Facette ergaben insgesamt mit dem Originalimplantat vergleichbare Ergebnisse. Bei den verschiedenen Präparaten fielen deutliche interindividuelle Unterschiede auf, welche sich teilweise durch die Konfiguration des nativen Gleitlagers bzw. der Patellaform erklären lassen.
Schlussfolgerung: Ein vollständig flaches Design des Patellagleitlagers führt zu einer signifikant vermehrten lateralen Auslenkung der Patella. Bereits eine leichte Erhöhung des lateralen Randes – wie beim Originaldesign der Genesis-II-KTP – reichte zu einer deutlichen Verbesserung der Stabilität aus. Eine zusätzliche isolierte Erhöhung des medialen oder lateralen Randes führte zu keiner wesentlichen weiteren Verbesserung. Die Führung der Patella durch das Gleitlager ist somit sehr wichtig, eine tiefe Muldung erscheint jedoch nicht notwendig. Abhängig von der jeweiligen Form des nativen patellofemoralen Gleitlagers bzw. der Patella bestehen deutliche interindividuelle Unterschiede bezüglich der Vorteile der einzelnen Gleitlagervarianten: Entwicklung einer Individualendoprothese?
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-1113
doi: 10.3205/14dkou545, urn:nbn:de:0183-14dkou5451
Published: October 13, 2014
© 2014 Leichtle et al.
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by G. H. | Mai 27, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Eine Außenrotation der Tibiakomponente führt zur retropatellaren Druckverminderung nach Knietotalendoprothese in vitro
Steinbrück A, Schröder C, Woiczinski M, Fottner A, Müller PE, Jansson V
Fragestellung: Ein schmerzfreier Verlauf der Patella bei Knieflexion nach Implantation einer Knietotalendoprothese (KTEP) ist am ehesten ohne Zwangsführung der Patella möglich. Durch die Wiederherstellung des physiologischen Patellatrackings und die Vermeidung von hohem Anpressdruck der Patella können postoperative Beschwerden des Patienten, wie ein anteriorer Knieschmerz oder Patella(sub-)luxationen verhindert werden. Um dies zu erreichen wird häufig intraoperativ besonders auf die Rotation der tibialen Komponente geachtet. Ziel dieser Studie war die analytische Auswirkung der Rotation der Tibiakomponente hinsichtlich der Patellakinematik und des retropatellaren Drucks zu untersuchen.
Methodik: Mittels der CAD-Daten einer Knieprothese (Columbus CR fixed bearing, Aesculap) wurden Inlays mit integrierter Rotation (Neutral, 3° Innenrotation, 3° Aussenrotation) aus UHMWPE hergestellt.
Als Präparate dienten acht humane fresh-frozen Kniegelenke. Die Simulation der Kniebewegung erfolgte mit einem modifizierten Kniegelenkskinemator. Mittels eines Motors wird das Kniegelenk flektiert und extendiert (20°-120°), während ein weiterer Motor mit einer programmierten Regelung die Kraft an den Sehnen des M. quadriceps femoris so steuerte, dass eine konstante isokinetische Gewichtskraft (50 N) simuliert wurde. Die retropatellare Spannungsverteilung wurde mittels Druckmessfolie (Tekscan), die Kinematikanalyse mittels 3D Ultraschallmesssystem (Zebris) in den verschiedenen tibialen Rotationsausrichtungen gemessen.
Ein gemischtes Modell mit einem Signifikanzniveau von p<0,05 diente zur statistischen Auswertung.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Außenrotation der Tibiakomponente um 3° reduzierte den retropatellaren Druck signifikant (Spitzendruck Innenrotation 8,5±2,3 MPa, Neutral 8,2±2,4 MPa, Außenrotation 7,8±2,5 MPa; p<0,01). Der Patella-Shift änderte sich nicht signifikant (Innenrotation 5,1±2,7 mm, Neutral 5,6±2,5 mm, Außenrotation 5,5 ± 2,2 mm; p=0,80).
Mit zunehmender Außenrotation der Tibiakomponente kommt es zu einer diskreten Reduktion des medialen Tilts der Patella um 0,3° (p=0,02).
Femorotibial kommt es durch die Innenrotation der Tibiakomponente zu einer Verschiebung der medialen Femurkondyle um 1,7 mm nach posterior (p<0,01). Bei der Außenrotation war keine signifikante Verschiebung gegenüber der neutralen Rotation nachweisbar (0,3 mm nach anterior; p=0,3). Bei der lateralen Femurkondyle kam es zu keiner messbaren Veränderung der Kinematik bei allen Rotationsausrichtungen.
Die Außenrotation der tibialen fixed bearing Komponente führte zu einer Verminderung des retropatellaren Drucks und keiner Änderung der patellofemoralen und femorotibialen Kinematik. Eine intraoperative Innenrotation der Tibiakomponente ist entsprechend dieser Studie zu vermeiden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-874
doi: 10.3205/14dkou544, urn:nbn:de:0183-14dkou5441
Published: October 13, 2014
© 2014 Steinbrück et al.
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by G. H. | Mai 20, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Ein erhöhter tibialer Slopes reduziert in vitro den Abrieb von fixed-bearing unikonylären Schlittenprothesen
Weber P, Schröder C, Utzschneider S, Pietschmann M, Jansson V, Müller PE
Fragestellung: Die Implantation einer unikondylären Schlittenprothese (UKP) bei Patienten mit einer medialen Gonarthrose ist mittlerweile ein Standardverfahren, die Standzeiten der UKPs liegen aber weiter unter denen von Knie-Totalendoprothesen und es besteht weiterer Forschungsbedarf. Die Rolle des tibialen Slopes bei den UKPs wurde bisher noch nicht untersucht, was die Herstellerempfehlungen zum idealen Slope zwischen 10° positiv und 5° negativ widerspiegeln. Bei mobile-bearing- Prothesen konnte nachgewiesen werden, dass der Abrieb bei einem höheren Slope in vitro reduziert wird. Das Ziel von dieser Studie war den Einfluss des tibialen Slopes bei UKPs auf den Abrieb zu untersuchen.
Methodik: Die in vitro Abrieb- Messung einer medialen fixed- bearing UKP (Univation®, Aesculap, Tuttlingen, Deutschland) wurde mit einem Kniesimulator durchgeführt (EndoLab GmbH, Thansau, Deutschland). Dieser reproduziert exakt den menschlichen Schritt wie in der ISO 14243-1:2002(E) vorgegeben. Das tibiale Plateau wurde mit 3 unterschiedlichen tibialen Slopes implantiert: 0°, 4°, 8° (n=3 für jede Gruppe). Es wurden 5 Millionen Zyklen für jede Slopeeinstellung durchgeführt, währenddessen die gravimetrische Abriebrate alle 500.000 Zyklen mit Hilfe einer analytischen Wage bestimmt wurde, wie von der ISO 14243-2 vorgegeben.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Abriebrate in der 0° Slope Gruppe war 10,4±0,62 mg/Million Zyklen, in der 4° Slope Gruppe 3,22±1,71 mg/Million Zyklen und in der 8° Slope Gruppe lag sie bei 2,70±0,81 mg/Million Zyklen. Die Differenz war sowohl zwischen der 0° und 8° sowie der 0 und 4° Slope Gruppe hoch signifikant (p<0,05, Bonferroni’s Multiple Comparison Test).
Eine Erhöhung des tibialen Slopes führte nicht nur bei einer mobile bearing UKP zu einer Reduktion der Abriebrate, sondern auch bei den fixed-bearing Implantaten. Zur Verminderung des Abriebs und der dementsprechenden höheren Standzeit sollte ein höherer Slope bei UKPs empfohlen werden. Der Einfluss des tibialen Slopes auf die Bandspannung und die Belastung des kontralateralen Kompartimentes muss in weiteren Studien untersucht werden bevor ein Optimalwert für den tibialen Slope in der unikondylären Schlittenprothetik angegeben werden kann.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-637
doi: 10.3205/14dkou543, urn:nbn:de:0183-14dkou5431
Published: October 13, 2014
© 2014 Weber et al.
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by G. H. | Mai 20, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Kinematik nach medialem unikondylärem Gelenkersatz in vitro
Heyse TJ, El-Zayat B, De Corte R, Chevalier Y, Scheys L, Innocenti B, Fuchs-Winkelmann S, Labey L
Fragestellung: Es wird davon ausgegangen, dass die unikondyläre Knieendoprothetik (UKA) die Kinematik des natürlichen Knies weitgehend erhält. Klinische Studien konnten funktionelle Vorteile für UKA zeigen. Es gibt jedoch nur wenig biomechanische Daten, um dieses zu belegen. Zweck dieser Studie war es zu untersuchen, inwieweit sich die natürliche Kniekinematik in vitro nach UKA verändert.
Methodik: Sechs Leichenknie wurden präpariert und im dynamischen Kniegelenkskinemator mit sechs Freiheitsgraden untersucht. Drei Bewegungsmuster wurden unter Simulation der Zugkräfte der Oberschenkelmuskulatur (Hamstrings und Quadrizeps) vor und nach medialem UKA durchgeführt: passive Flexion-Extension, Extension in der offenen Kette und tiefe Hocke. Infrarotkameras erfassten kontinuierlich die Bahnen der starr an Femur, Tibia und Patella befestigten Marker. Eine zuvor durchgeführte Computertomographie erlaubte die Einordnung der Trajektorien in ein Koordinatensystem und die Berechnung der Kinematik.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die native Knie-Kinematik blieb nach UKA weitgehend erhalten. Insbesondere im unbelasteten Knie und der Extension in der offenen Kette entsprach das femorale Rollback nach UKA dem des nativen Kniegelenks. In der belasteten, tiefen Hocke, befand sich der mediale Femurkondylus nach UKA weiter posterior und kranial. In Flexion stellte sich zudem eine geringere tibiale Innenrotation ein. Die Tibia befand sich nach UKA während aller Bewegungsmuster in relativem Valgus.
Da der komplette Bandapparat sowie die laterale und patellofemorale Anatomie nach UKA erhalten sind, ähnelt die Kinematik bei unbelasteten Tests deutlich der nativen Kinematik. Abweichungen treten erst in der belasteten Situation der tiefen Hocke zu Tage. Die Kinematik nach UKA ähnelt dann der von nativen Knien mit einem Meniskusschaden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-452
doi: 10.3205/14dkou542, urn:nbn:de:0183-14dkou5421
Published: October 13, 2014
© 2014 Heyse et al.
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