Franziska Geiger (Rostock), Pia Kloubert (Rostock), Prof. Rainer Bader (Rostock), Dr. Daniel Kluess (Rostock)
Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften)
Instrumentierte Hüftimplantate mit sensorischer und aktiver Funktion zur Überwachung implantat- und patientenspezifischer Parameter sollen in Zukunft helfen, die Herausforderungen der steigenden Zahlen an Implantationen von Hüftendoprothesen zu meistern [1]. Vor Kurzem wurde ein piezoelektrisches Energie-Harvesting-System (EHS) erfolgreich in einen zementierten Hüftendoprothesenstiel integriert [2]. Um diese autarke Energieversorgung als therapeutische Maßnahme zur lokalen Erhöhung der periprothetischen Knochendichte nutzen zu können, sollte das EHS in einen zementfreien Revisionsstiel integriert werden.
Es sollte das EHS in einen ausgewählten zementfreien Revisionsstiel derart integriert werden, sodass eine möglichst hohe elektrische Leistung gewandelt wird, bei Berücksichtigung der mechanischen Implantatstabilität.
Mithilfe einer numerischen Beanspruchungsanalyse wurde zunächst eine mögliche Position des EHS im Revisionsstiel ermittelt. Dafür wurde ein Finite-Elemente-Modell des Revisionsstiels in einem künstlichen Femur erstellt. Es wurden physiologische Randbedingungen zum Zeitpunkt der maximalen Hüftgelenkkontaktkraft beim Gehen verwendet.
Es zeigte sich bei Simulation eines femoralen Knochendefektes 3A nach Paprosky eine maximale Druckspannung von 174 MPa im distalen und eine maximale Zugspannung von 153,8 MPa im Halsbereich des Revisionsstiels (Abb.1).
Die in dieser Arbeit erzielte mechanische Beanspruchungsanalyse des Revisionsstiels gibt erste Aufschlüsse über die geeignete Positionierung des Piezoelementes. Zukünftig soll Material aus dem Revisionsstiel in Form verschiedener Kavitäten zur Integration des Piezoelementes entfernt werden und das modifizierte Hüftimplantat auf mechanische Stabilität untersucht werden.
Abbildung.1: Ergebnisse der Druck- und Zugspannungen zum Zeitpunkt der maximalen Hüftgelenkkontaktkraft beim Gehen.
Referenzen
Ledet et al., Innov. Entrep. Health, 5 (41–51), 2018. Lange et al., Smart Mater. Struct., 29 (115051), 2020.