by G. H. | Jul 29, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Veränderung der biomechanischen Eigenschaften von humanen Spongiosaproben des Femurkopfes durch in vitro Zellbesiedelung
Weng B, Bobrowitsch E, Kluba T
Fragestellung: Heute routinemäßig für Knochentransplantationen eingesetzte homologe Spenderknochen [1], [2] könnten zukünftig mit autologen Stammzellen in vitro vor der Übertragung besiedelt werden. Hierdurch könnte eine dem autologen Transplantat ähnlichere Situation geschaffen und damit eine verbesserte und beschleunigte Osseointegration des Knochentransplantates erzielt werden. Durch die zur Zellbesiedelung nötige mehrtägige Lagerung in einem Zellkulturbad, könnte es aber zu einer negativen Veränderung der biomechanischen Eigenschaften des Knochens kommen.
Ziel der Studie sollte sein, Festigkeitsänderungen statistisch signifikant zu erfassen und eine Abschätzung des Einflusses der Lagerung im Zellmedium auf die Belastbarkeit des homologen Scaffolds zu erreichen. Damit sollte die Verwendbarkeit des behandelten Knochens aus rein mechanischer Sicht im operativen Vorgehen abgeschätzt werden.
Methodik: An 39 symmetrischen, aus humanen Femurköpfen zugeschnittenen Probenpaaren (Quader) erfolgte mittels Druckversuch an einer MTS Bionix-Prüfmaschine die Versuchsdurchführung. Hierfür wurden zunächst geeignete Probenhalterungen sowie eine Sägevorrichtung konstruiert und gebaut. Mit Vorversuchen an 60 nicht zellbesiedelten Probenpaaren wurde die zur Datenerhebung benötigte Stückzahl ermittelt sowie die möglichen Belastungsmuster [3], [4] durch die Prüfmaschine festgelegt. Eine Prüfprozedur für die numerische Steuerung der Prüfmaschine wurde von den gewonnenen Daten abgeleitet und programmiert. Jeweils eine Probe aus jedem Probepaar wurde über zehn Tage zellbesiedelt und gegen die jeweils unbesiedelte, aus demselben Femurkopf, auf Druckfestigkeit sowie E-Modul gemessen. Zur Abschätzung des Einflusses der Besiedelungsdauer wurden exemplarisch weitere 13 Proben über einen Zeitraum von fünf Wochen besiedelt und anschließend getestet. Um eine Kontrolle über eventuelle strukturelle Inhomogenitäten wie Risse oder zystisch oder sklerotisch veränderte Bereiche zu erhalten, wurde von den Proben vor der Prüfung ein hochauflösendes Mikro-Computertomogramm hergestellt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei der Mehrzahl der Proben nach der Zellbesiedelung war eine Abnahme sowohl der Druckfestigkeit als auch des E-Moduls zu beobachten (Abb. 1, Abb. 2). Bei den langzeitbesiedelten Proben trat das Ergebnis noch deutlicher in Erscheinung. Allerdings scheinen teilweise Störungen der Mikroarchitektur in den Probenquadern vorhanden gewesen zu sein. Dies ließ sich anhand der Mikro-CT-Bildgebung nachweisen, was als Erklärung für Ausreißer herangezogen werden kann. Grundsätzlich kann die Aussage getroffen werden, dass über die komplette Messreihe keine für die in vivo Anwendung kritische Festigkeitsveränderung der Knochenblöcke auftrat.
Zukünftigen in vivo Anwendungen, sollte eine Testung mittels CT-Bildgebung zum Ausschluss dieser festigkeitsmindernden Eigenschaften vorangestellt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO11-499
doi: 10.3205/14dkou579, urn:nbn:de:0183-14dkou5796
Published: October 13, 2014
© 2014 Weng et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
by G. H. | Jun 11, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Biomechanische Testung zur Primärstabilität individueller Femurschaftprothesen gegenüber konventioneller Schaftprothesen
Götze C
Fragestellung: Die initiale Primärstabilität und der Auschluss von Mikrobewegungen des Hüftendorpothesenschaftes gegenüber dem Implantatlager sind Voraussetzungen für die Osteointegration und Langzeitstabilität zementfrei implantierter Femurschaftprothesen. Neben einer biokompatiblen Oberflächenstruktur der Prothese wird ein möglichst hoher Implantat-Knochen Kontakt gefordert. In einem biomechanischen Versuch soll der Einsatz individueller Femurschaftprothesen im Vergleich zu einer konventionellen Femurschaftprothese überprüft werden. Um den klinischen Einsatz der individuellen Femurschaftprothese zu rechtfertigen, ist eine bessere oder zumindest gleichwertige initiale Stabilität erforderlich.
Methodik: Die Testung erfolgte an einer individuell angepasste rechtwinkligen Gradschaftprothese. Als vergleichende konventionelle zementfreie Femurschaftprothese dient die Alloclassic-SL Femurschaftprothese mit distal fixierender Schaftphilosophie. 9 paarige humane Femora wurden für die biomechanische Testung verwendet. Zur Herstellung der individuellen Femurschaftprothese wurde das rechte Femur anhand von CT-Daten erfasst. Neben dem endofemoralen Markraum wurde die Antetorsion berechnet. Ziel der Planung war ein maximaler Knochen-Implantatkontakt. Nach Implantation der Endoprothesen wurden die paarigen Hüftendoprothesen einer standardisierten zyklischen Belastung von 200 bis zu 2000 Newton ausgesetzt. Lastaufnehmer distal und proximal im Implantat-Knochenübergang konnte die Mikrobewegung, Rotation und Verkippung des Implantates im endofemoralen Knochen analysieren (Messfehlerbreite ±2 µm).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei beiden Prothesentypen liegen die durchschnittlichen Mikrobewegungen deutlich unter dem kritischen Wert von 150 µm. Im Vergleich zwischen dem Standardschaft und der Individualendoprothese zeigt sich weder im Einsinkverhalten noch in der Rotation eine signifikante Abweichung (p<0,05). Während im proximalen Bereich des proximalen Femurs die Mikrobewegung der Individualendoprothese leichtgradig reduziert erscheint (p<0,05), ist die durchschnittliche Mikrobewegung im distalen Schaftbereich gegenüber der konventionellen Gradschaftprothese erhöht (p<0,05). Die Differenzen in der biomechanischen Testung sind geringfügig und nicht signifikant. Der klinische Einsatz der Individualendoprothetik bleibt unter Kenntnis der biomechanischen Testung allenfalls in der Versorgung komplexer sekundärer Coxarthrosen zu vertreten.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-513
doi: 10.3205/14dkou551, urn:nbn:de:0183-14dkou5511
Published: October 13, 2014
© 2014 Götze.
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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. | Nov 26, 2018 | Arthrosetherapie, News
Analyse der Heilungsverläufe bei Femurpseudarthrosen mit einem instrumentierten Implantat
Riha T, Kowald B, Münch M, Seide K, Jürgens C, Faschingbauer M
Fragestellung: Heilungsverläufe nach Pseudarthrosen sind sehr unterschiedlich. Röntgenbilder ermöglichen ausschließlich eine Aussage über die Kalzifizierung. Telemetrisch instrumentierte (intelligente) Implantate bieten eine Möglichkeit des quantitativen Monitorings der mechanischen Konsolidierung. Ziel der Studie war die Suche nach Parametern zur Klassifizierung der Heilungskurven und deren Analyse.
Methodik: Das System besteht aus einer winkelstabilen Platte, auf die eine Elektronikeinheit zur Messung der Biegelast im Implantat aufgebracht wird, einem externen Lesegerät und einem Bodensensor zur Messung von extern applizierter Last. Durch Korrelation extern auf die Extremität aufgebrachter Lasten mit der Last im Implantat wird die Elastizität der Osteosynthese bestimmt. Diese nimmt mit zunehmender Konsolidierung der Pseudarthrose ab und ist geeignet den Verlauf der Knochenheilung zu quantifizieren.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Anwendung bei Femurpseudarthrosen erfolgte in 35 Fällen. Es ließen sich 4 Heilungstypen differenzieren. 10 schnell heilende Patienten zeigten einen steilen Abfall der Elastizität nach zirka 12 Wochen. 18 langsam heilende Patienten zeigten einen geringen jedoch kontinuierlichen Abfall der Elastizität über bis zu 74 Monate, danach letztlich die knöcherne Konsolidierung. In 5 Fällen war die Elastizität der Osteosynthese über längere Zeit im Sinne eines Plateaus konstant, um dann im späteren Verlauf schnell auf niedrige Werte abzufallen. Ein weiterer Typ (2 Patienten) entsprach nahezu konstant bleibenden Werten über 40 Wochen im Sinne einer ausbleibenden Konsolidierung, wobei die Behandlung noch nicht abgeschlossen ist. Die gemessene Anfangselastizität der Osteosynthese in der Gruppe der langsam heilenden Patienten war signifikant um den Faktor 1,6 höher (p=0,020) als in der Gruppe der schnell heilenden Patienten.
Mit dem Intelligenten Implantat war es möglich, Heilungsverläufe von Femurpseudarthrosen kontinuierlich zu kontrollieren, verschiedene Typen von Verläufen zu differenzieren und somit Patient und Arzt optimale über das CT hinausgehende Entscheidungsgrundlagen zu geben.Die primäre Stabilität der Reosteosynthese beeinflußt signifikant den Heilungsverlauf.Die Definition einer erneuten Pseudarthrose über einen festen Zeitpunkt von 6 oder 8 Monaten ist zu überdenken.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR13-575
doi: 10.3205/14dkou480, urn:nbn:de:0183-14dkou4802
Published: October 13, 2014
© 2014 Riha et al.
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by G. H. | Nov 1, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, News
Veränderung der biomechanischen Eigenschaften von humanen Spongiosaproben des Femurkopfes durch in vitro Zellbesiedelung
Weng B, Bobrowitsch E, Kluba T
Fragestellung: Heute routinemäßig für Knochentransplantationen eingesetzte homologe Spenderknochen [1], [2] könnten zukünftig mit autologen Stammzellen in vitro vor der Übertragung besiedelt werden. Hierdurch könnte eine dem autologen Transplantat ähnlichere Situation geschaffen und damit eine verbesserte und beschleunigte Osseointegration des Knochentransplantates erzielt werden. Durch die zur Zellbesiedelung nötige mehrtägige Lagerung in einem Zellkulturbad, könnte es aber zu einer negativen Veränderung der biomechanischen Eigenschaften des Knochens kommen.
Ziel der Studie sollte sein, Festigkeitsänderungen statistisch signifikant zu erfassen und eine Abschätzung des Einflusses der Lagerung im Zellmedium auf die Belastbarkeit des homologen Scaffolds zu erreichen. Damit sollte die Verwendbarkeit des behandelten Knochens aus rein mechanischer Sicht im operativen Vorgehen abgeschätzt werden.
Methodik: An 39 symmetrischen, aus humanen Femurköpfen zugeschnittenen Probenpaaren (Quader) erfolgte mittels Druckversuch an einer MTS Bionix-Prüfmaschine die Versuchsdurchführung. Hierfür wurden zunächst geeignete Probenhalterungen sowie eine Sägevorrichtung konstruiert und gebaut. Mit Vorversuchen an 60 nicht zellbesiedelten Probenpaaren wurde die zur Datenerhebung benötigte Stückzahl ermittelt sowie die möglichen Belastungsmuster [3], [4] durch die Prüfmaschine festgelegt. Eine Prüfprozedur für die numerische Steuerung der Prüfmaschine wurde von den gewonnenen Daten abgeleitet und programmiert. Jeweils eine Probe aus jedem Probepaar wurde über zehn Tage zellbesiedelt und gegen die jeweils unbesiedelte, aus demselben Femurkopf, auf Druckfestigkeit sowie E-Modul gemessen. Zur Abschätzung des Einflusses der Besiedelungsdauer wurden exemplarisch weitere 13 Proben über einen Zeitraum von fünf Wochen besiedelt und anschließend getestet. Um eine Kontrolle über eventuelle strukturelle Inhomogenitäten wie Risse oder zystisch oder sklerotisch veränderte Bereiche zu erhalten, wurde von den Proben vor der Prüfung ein hochauflösendes Mikro-Computertomogramm hergestellt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei der Mehrzahl der Proben nach der Zellbesiedelung war eine Abnahme sowohl der Druckfestigkeit als auch des E-Moduls zu beobachten (Abb. 1, Abb. 2). Bei den langzeitbesiedelten Proben trat das Ergebnis noch deutlicher in Erscheinung. Allerdings scheinen teilweise Störungen der Mikroarchitektur in den Probenquadern vorhanden gewesen zu sein. Dies ließ sich anhand der Mikro-CT-Bildgebung nachweisen, was als Erklärung für Ausreißer herangezogen werden kann. Grundsätzlich kann die Aussage getroffen werden, dass über die komplette Messreihe keine für die in vivo Anwendung kritische Festigkeitsveränderung der Knochenblöcke auftrat.
Zukünftigen in vivo Anwendungen, sollte eine Testung mittels CT-Bildgebung zum Ausschluss dieser festigkeitsmindernden Eigenschaften vorangestellt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocPO11-499
doi: 10.3205/14dkou579, urn:nbn:de:0183-14dkou5796
Published: October 13, 2014
© 2014 Weng et al.
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