Jan-Oliver Sass (Rostock), Dr. Cornelia Lork (Rostock), Dr. Maeruan Kebbach (Rostock), Prof. Rainer Bader (Rostock)
Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften)
Bei Knieendoprothesen besteht die Femurkomponente in den meisten Fällen heutzutage aus einer CoCr-Legierung. Im postoperativen Verlauf können Metallionen freigesetzt werden, die zu adversen biologischen Reaktionen führen können [1]. Vollkeramische Femurkomponenten stellen eine Alternative dar [2], jedoch besteht die Gefahr des Sprödbruches bei hochenergetischen Beanspruchungen [3]. Daher wurden ein Werkstoffverbund aus einer Oxidkeramik für die Artikulationsfläche und einer Titanlegierung für den direkten Knochenkontakt beschrieben, um die Limitation der jeweiligen Werkstoffe zu überwinden [4].
Ziel war es, eine Femurkomponente, bestehend aus einem hybriden Werkstoffverbund aus Al2O3-verstärkter ZrO2 (ATZ) und unterschiedlichen Titanlegierungen (Ti-6Al-4V vs. Ti-35Nb-6Ta) unter der intraoperativen Belastung einer zementfreien Implantation mittels Finite-Elemente-Analyse zu untersuchen.
Dafür wurde das Modell einer Femurkomponente einer kreuzbanderhaltenden Knieendoprothese herangezogen, welches virtuell in ein biphasiges Design umgewandelt wurde (Abb. 1A). Es wurde ein Finite-Elemente-Modell der zementfreien Implantation aufgebaut (Abb. 1B). Dem Knochen wurden linear-elastische, heterogene Materialeigenschaften zugewiesen. Die Materialeigenschaften der Femurkomponente wurden zwischen: ATZ und Hybridwerkstoff aus ATZ und Ti-6Al-4V bzw. Ti-35Nb-6Ta variiert.
Die maximale Spannung in der ATZ-Femurkomponente betrug 1353,9 MPa. Bei den hybriden Femurkomponenten aus ATZ und Ti-6Al-4V bzw. Ti-35Nb-6Ta traten geringere maximale Spannungen in der ATZ Komponente auf (359,3 MPa bzw. 484,4 MPa).
Durch die hybride Werkstoff-Kombination kann die mechanische Beanspruchung innerhalb der ATZ verringert und somit das intraoperative Bruchrisiko keramischer Femurkomponenten reduziert werden.
[1] Crutsen et al., EFORT Open Rev., 2022
[2] Bergscmidt et al., Knee, 2016
[3] Kluess et al., Knee, 2012
[4] Mitrovic, Patent: DE 10 2025 016 895 B3