Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften)
Einleitung: Die Anpassung des Knochens an postoperativ veränderte mechanische Belastungen kann mit Hilfe math. Modelle in Verbindung mit der FEM simuliert werden. In der Literatur werden mehrere Theorien zur Vorhersage des Knochenverhaltens nach endoprothetischer Versorgung vorgeschlagen. Alle diese theoretischen Ansätze wurden innerhalb bestimmter Grenzen bzgl. der Vorhersagedetails für prognostische Studien angewandt.
Ziele: Die vorliegende 3D-Studie dient dem Vergleich zweier Simulationen zur Dichteverteilungen in einer prothetisch versorgten proximalen Tibia nach Simulation des postoperativ einsetzenden Bone Remodelings (BR). Diese Dichteverteilungen resultieren aus dem an der Universität Nijmegen entwickelten Modell (NM) mit der SED als Umbau-Parameter sowie des NM mit Einbeziehung des Prinzips der zellulären Akkommodation (CA).
Methoden: Die CT-Daten eines Kniegelenkes dienten als Basis des FE-Modells. Das 3D-Design des Implantates basiert auf einem handelsüblichen Implantat. Das Implantat wurde virtuell in neutraler Position implantiert. Sieben Belastungsfälle auf der Grundlage der Datenbank Orthoload wurden simuliert. Der preop. Belastungszustand im Knochengewebe diente als Referenz.
Ergebnisse: Das Zusammenführen von NM und CA führt im Ergebnis der numerischen Simulationen zu klinisch relevanten Knochendichteverteilungen. Der CA-Term sorgt für eine Konvergenz der Simulation gegen einen stabilen Endzustand sowie realistischeren Dichteverteilungen im Knochen postop. (Abb. 1, c). Das reine NM neigt dazu, scharf abgegrenzte Bereiche mit hoher Dichte zu erzeugen, die mit Trabekelverstrebungen gleichgesetzt werden können (Abb. 1, d), incl. einer langen Simulationsdauer ohne Konvergenz mit Verlust der mechanischen Integrität des Modells.
Abb. 1: Postop. FEM-Modell der prox. Tibia mit dargestellter Knochendichte [g/cm3]. a) 3D Modell, b) Schnittdarstellung unmittelbar postop., c) Knochendichte nach BR mittels NM + CA, d) Knochendichte nach BR mittels NM.