Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur sekundären Fixierung eines Hüftendoprothesenschaftes:
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| Format: | Hochschulschrift/Dissertation Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2002
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| Schriftenreihe: | Fortschrittberichte VDI
Reihe 17, Biotechnik ; 226 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis Seite
1. Einleitung und Problemstellung 1
1.1 Geschichte der Hüftgelenkendoprothetik 1
1.2 Problemstellung 2
2. Stand der Technik 5
2.1 Medizinische Grundlagen 5
2.1.1 Aufbau und Funktion des menschlichen Hüftgelenks 5
2.1.1.1 Morphologie der langen Röhrenknochen 5
2.1.1.2Aufbau des Hüftgelenks, Articulatio coxae 6
2.1.2 Indikationen für den Ersatz des Hüftgelenks 7
2.1.3 Problem der aseptischen Lockerung beim künstlichen Hüftersatz 7
2.2 Grundlagen zum Knochenzement 9
2.2.1 Struktureller Aufbau und Polymerisationsreaktion der Knochenzemente 9
2.2.2 Bestimmung der Aushärtecharakteristik der Zemente 11
2.3 Hüftschaftimplantation mit optimierter Zementiertechnik 12
2.3.1 Vorbereitung des knöchernen Lagers 12
2.3.2 Anmischverfahren zur Optimierung der Zementqualität 13
2.3.3 Schaftimplantation in konventioneller Zementiertechnik 14
2.3.3.1 Verwendung einer distalen Markraumsperre 14
2.3.3.2 Einbringung des Knochenzements in den Femur 15
2.3.3.3 Proximale Markraumabdichtung 15
2.3.3.4 Zentrierelemente zur optimierten Schaftimplantation 15
2.3.4 Schaftimplantation in sekundärer Zementiertechnik 16
2.3.4.1 Hybridschaftsysteme zur proximalen Zementierung 17
2.3.4.2 Konzepte und Versuche zur vollständigen Schaftzementierung 17
2.3.5 Untersuchungen zur Zement- und Saugkanalprothese durch Jansson 20
2.3.5.1 Prinzipielle Vorgehensweise und Vorversuche 20
2.3.5.2 Primärstabilität der Grenzfläche Zement/Knochen bei der Prothese
nach Jansson 21
2.3.5.3 Knochenzementpenetration in die Spongiosa 22
2.3.5.4 Schlieren im Knochenzementmantel 22
2.3.5.5 Weiterentwicklung der Zementkanaltechnik durch Jansson im Labor 23
2.4 Der intramedulläre Druck bei der Hüftendoprothesenimplantation 24
2.4.1 Biochemische Effekte und Intoxikationshypothese 24
2.4.2 Zusammenhang zwischen intramedullärem Druck, Knochenmarkausschüttung
und dem Auftreten einer Lungenembolie 25
2.4.3 Kardiopulmonale Phänomene und Diagnostik des FES 27
2.4.3.1 Pathophysiologie des Fettemboliesndroms bei der Endoprothesen-
implantation und Frakturstabilisierung 27
2.4.3.2 Diagnostische Erfassung des Fettemboliesyndoms 28
2.4.4 Intramedulläre Druckmessung an großen Röhrenknochen 29
3 Ziele der Arbelt und Aufgabenstellung 31
3.1 Zielsetzung der Arbeit 31
3.2 Aufgabenstellung 32
4 Konzeption und Auslegung des Injektionssystems 33
4.1 Die Zementkanalprothese als Prototyp 33
4.2 Strömungsmechanik der Zementinjektion 34
VII
4.2.1 Modell zur Injektion - Voraussetzungen und Vereinfachungen 34
4.2.2 Betrachtung der Druckverluste im Zementkanal 35
4 2.3 Betrachtung der Zementströmung am Austritt der Zementinjektionsbohrung 37
4.2.4 Ermittlung der Spaltgeometrie Implantat - Knochen 40
4.2.5 Betrachtung der proximalen Spaltströmung im Markraum 41
4.2.6 Betrachtung der distalen Spaltströmung im Markraum 43
4.2.7 Auslegung der definierten Leckageströmung im proximalen Kragen 45
4.2.7.1 Betrachtung der Druckverluste beim Eintritt in den Leckagekanal 45
4.2.7.2 Betrachtung bei noch nicht vollständig gefülltem distalen Markraum 46
4.2.7.3 Betrachtung zum komplett gefüllten distalen Markraum 49
4.2.8 Einfluß der Vakuumabsaugung 51
4.2.8.1 Grundlagen und Voraussetzungen 51
4.2.8.2 Evakuierung und Kompression durch fortschreitende Injektion 52
4.3 Erkenntnisse aus der Strömungsmechanik 52
4.3.1 Druckfortsetzung im System Zementkanalprothese 52
4.3.2 Schlußfolgerungen 54
5 Eigenschaften von Knochenzement 55
5.1 Kontinuierliche Rheologie von Knochenzement 55
5.1.1 Material und Methode 55
5.1.1.1 Ermittlung eines geeigneten Zements für sekundäre Injektionstechniken 58
5.1.1.2 Anwendungsnahe Viskositätsmessungen 59
5.1.2 Ergebnisse und Diskussion 61
5.1.2.1 Kontrolle des Aushärteverlaufs mittels Zeitmessung 61
5.1.2.2 Kontrolle des Aushärteverlaufs mittels Temperaturmessung 63
5.1.2.3 Vergleich der Viskositätsänderung von Palacos R* und Osteopal* 65
5.1.2.4 Vergleich der Polymerisationskinetik von Osteopal* und Cemex System* 66
5.1.2.5 Abhängigkeit der Polymerisation von der Schergeschwindigkeit 68
5.2 Oszillierende Rheologie von Knochenzement 69
5.2.1 Material und Methode 69
5.2.1.1 Komplexe Viskosität-elastischer und viskoser Anteil 72
5.2.1.2 Strukturviskoses Verhalten und Frequenzabhängigkeit 73
5.2.1.3 Messungen zur Fließgrenze 75
5.2.2 Ergebnisse und Diskussion 76
5.2.2.1 Komplexe Viskosität-elastischer und viskoser Anteil 76
5.2.2.2 Strukturviskoses Verhalten und Frequenzabhängigkeit 78
5.2.2.3 Messungen zur Fließgrenze 79
6 Aufbaueines Modells für Laborversuche und Parametervariation 83
6.1 Material und Methode 83
6.1.1 Injektionsmodell, Versuchsaufbau und Vorgehensweise (Labor) 83
6.1.1.1 Kriterien für die Auswahl eines geeigneten Modells zur Injektion 83
6.1.1.2 Aufbau des Versuchsprüfstandes 85
6.1.1.3 Methodik der Versuchsdurchführung 88
6.1.1.4 Auswertung und Dokumentation 89
6.1.2 Laborversuche und Parametervariation am Femurmodell 90
6.1.2.1 Variation von Viskosität und Volumenstrom 91
6.1.2.2 Aktive Absaugung und passive Entlüftung 91
6.1.2.3 Variation der Zementart 92
6.1.2.4 Variation der Spaltgeometrie 93
6.1.2.5 Einfluß des simulierten Blutflusses 93
VIII
6.1.2.6 Variation der proximalen Leckageströmung 95
6.1.2.7 Prothesengröße und geändertes Oberschußvolumen 95
6.1.2.8 Einfluß der Implantatlage für den dorsalen Zugang 96
6.1.3 Implantation am Modell in konventioneller Technik 96
6.1.4 Vergleich der primären und sekundären Zementierung unter dem Aspekt der 97
Zementfestigkeit (Dynstat-Verfahren)
6.2 Ergebnisse und Diskussion 99
6.2.1 Analyse charakteristischer Meßprotokolle aus dem Laborversuch 100
6.2.2 Ergebnisse der Parametervariation am Femurmodell 103
6.2.2.1 Viskosität und Volumenstrom 103
6.2.2.2 Aktive Absaugung und passive Entlüftung 110
6.2.2.3 Einfluß der Zementart 112
6.2.2.4 Einfluß der Spaltgeometrie 115
6.2.2.5 Oer simulierte Blutfluß 118
6.2.2.6 Einfluß der proximalen Leckageströmung 120
6.2.2.7 Einfluß von Prothesengröße und Oberschußvolumen 122
6.2.2.8 Implantatlage für den dorsalen Zugang 124
6.2.3 Implantation am Steinmodell in konventioneller Technik 124
6.2.4 Ergebnisse zur Festigkeit der Zementköcher (Dynstat-Verfahren) 127
6.2.4.1 Zusammenhang zwischen Festigkeitseigenschaften und 129
Struktur der Zemente
7 Erprobung des Verfahrens am HumanfemurprSparat 132
7.1 Material und Methode 132
7.1.1 Prüfstandsversuche zur Zementkanalprothese am Humanfemur 132
7.1.2 Analyse der Spongiosapenetration 134
7.1.3 Implantationen am Humanfemur in primärer Technik 134
7.1.4 Dynamischer Vorgang der Zementinjektion (C-Bogen) 135
7.2 Ergebnisse und Diskussion 137
7.2.1 Prüfstandsversuche zur Zementkanalprothese am Humanfemur 137
7.2.2 Analyse der Spongiosapenetration im in vitro-Versuch am Prüfstand 139
7.2.3 Implantationen am Humanfemur in primärer Technik 142
7.2.4 Dynamischer Vorgang der Zementinjektion unter Röntgenkontrolle (C-Bogen) 143
8 Bewertende Diskussion 147
8.1 Rheologie von Knochenzement 147
8.2 Strömungsmechanik der Zementinjektion 150
8.3 Erkenntnisse aus den Versuchen am Modell und am Humanfemur 152
8.3.1 Sekundäre Applikation des Knochenzements 152
8.3.2 Qualität der Zementierung 155
8.3.3 Penetration des Knochenzementes in die Spongiosa 158
8.3.4 Vergleichende Betrachtung zum intramedullären Druck 160
8.4 Konstruktive Merkmale der optimierten Zementkanalprothese 162
8.5 Schlußfolgerungen 163
9 Zusammenfassung 164
10 Ausblick 166
IX
Nomenklatur 759
Literaturverzeichnis 777
Summary 187
X
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