Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur sekundären Fixierung eines Hüftendoprothesenschaftes

Abstract

Diese Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung einer Methode zur sekundären Zementinjektion und Markraumdrainage durch die Schaftkomponente zur Optimierung der Verhältnisse bei der zementierten Implantation von Hüftendoprothesen. Insbesondere standen die Gesichtspunkte der reproduzierbaren Prothesenposition, hohen Qualität des Zementköchers und definierten Spongiosapenetration zur Realisierung einer hochwertigen Implantatverankerung bei gleichzeitiger Reduzierung des intramedullären Druckaufbaues im Vordergrund. Nach der strömungsmechanischen Konzeption des Injektionssystem und rheologischen Untersuchungen zum Fließverhalten von Knochenzement erfolgte die Auslegung einer idealisierten Femurkavität und eines Prüfstandes zur Parametervariation. Im Rahmen von 197 Injektionsversuchen im Labor wurden empirisch die optimalen Eingangsgrößen für das System ermittelt, wobei 8 Systemparameter bei jeweils 5 Polymerisationszuständen der Knochenzemente variiert wurden. Die Überprüfung des Verfahrens erfolgte durch in vitro-Versuche am Humanfemurpräparat. Insgesamt folgt aus den Versuchen, daß mit der optimierten Zementkanalprothese erstmals ein System zur sekundären Zementierung zur Verfügung steht, welches im Hinblick auf Zementinjektion, Prothesenposition im Femur, Qualität der Zementierung und definierte Spongiosapenetration ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit aufweist. Zusätzlich reduziert dieses Verfahren, aufgrund der Minimierung des intramedullären Drucks, die intraoperative Belastung des Patienten. Es ist zu erwarten, daß sich die mit dem Einsatz des Verfahrens der Zementkanaltechnik hohe Primärstabilität der Implantatverankerung im Femur, auch in der Stabilisationsphase auf eine dauerhafte Verbindung von zementiertem Schaft und Knochen positiv auswirkt und sich somit die klinischen Langzeitergebnisse der zementierten Hüftendoprothetik weiter verbessern lassen.

This dissertation deals with the developement of a new method for secondary cement injection and drainage of the medullary cavity through the femoral component to standardize the circumstances surrounding the cemented implantation technique in total hip arthroplasty. Aspects concerning the reproducibility of the prosthesis position are of primary concern as well as a high quality of the cement mantle, defined and adjustable penetration depth in the trabecular bone and the simultaneous avoidance of high intramedullary pressures. After a fluid mechanics investigation of the stem component and rheological tests regarding the flow characteristics of bone cement, a model of a femoral cavity was chosen for testing device parameters within the laboratory. The essential part of the present work is formed by 197 injection procedures in the laboratory for the research of the optimal input quantities for the system. Therefore, the 8 system parameters were varied at 5 constitutions of the polymerisation of the bone cements. In in vitro-experiments on cadaveric human femurs the transferability of findings made in the laboratory were checked. In summary the results of this thesis demonstrate that with the optimized „Zementkanal“-prosthesis a high quality of cementation and defined penetration depth into the cancellous bone with a precise positioning of the prosthesis relative to the femur can be obtained. At the same time the intraoperative peak pressures in the patient are minimized. The reduction of shear-stresses at the bone/cement interface will result in a high primary stability of the implant in the femur. Also during the phase of stabilisation, due to a durable coexistence of the cemented stem component and bone, the clinical long-term results of the cemented hip arthroplasty hopefully can be improved.