Virtuelle Simulation zur Optimierung des Bewegungsspiels einer Hüftalloarthroplastik am Beispiel der adaptierten Druckscheibenprothese

Zusammenfassung

Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, das zur Verfügung stehende freie Bewegungsspiel der konventionellen Druckscheibenprothese zu vergrößern und gleichzeitig die Auflagefläche der Druckscheibe sowie die distal davon befindliche Osteointegrationsfläche zu optimieren.

Zunächst wurden virtuelle Femurhalsosteotomien an 25 CT-rekonstruierten humanen Femura in einem CCD-Winkel von 135 ° durchgeführt. Anschließend erfolgte anhand von CT-Rekonstruktionen humaner Femura (Alter 67–75 Jahre) die Erstellung eines Funktionsmusters einer anatomisch adaptierten Druckscheibenprothese (A-DSP).

Zielvorgabe war es hierbei, sowohl die mit dem Femur in Kontakt stehende Oberfläche der Druckscheibe als auch die Verankerungsfläche im Schenkelhalsbereich zu optimieren. In einer 3. Untersuchung wurde in einer Computersimulation das Bewegungsausmaß (Bewegungsmapping) von Hüftgelenken nach Versorgung mit einer konventionellen DSP mit dem nach Implantation einer A-DSP verglichen.

Die Analyse der Femurosteotomieflächen zeigte eine ausgesprochen große Varianz, wobei keine konstanten Muster erkennbar waren. Die erstellten Funktionsmuster einer A-DSP zeigten die angestrebte erheblich größere Kongruenz der Druckscheibenkomponente mit der Auflagefläche. Die Analyse des Bewegungsmapping ergab für alle überprüften Konstellationen einen deutlich geringeren Bewegungssauschlag der konventionellen DSP im Vergleich zur A-DSP. Mit der A-DSP konnte weiterhin die zur Verfügung stehende Osteointegrationsfläche deutlich vergrößert werden.

Abstract

The purpose of the present study was to increase the free range of motion in conventional trust-plate prosthesis design and to optimize the trust-plate contact as well as the osteointegration area below the trust-plate.

For the first part of the study, the two-dimensional geometry of the osteotomy plane was demonstrated in 25 CT-reconstructed femora after performing a virtual cut at a CCD angle of 135 °. In the second part, we constructed a prototype of an anatomic adapted trust-plate prosthesis (A-TPP) with an optimized trust-plate and corpus geometry based on the three-dimensional data of three human cadaveric femurs (age 67–75 years). In the final step, we documented the range of motion with computer-aided movement-mapping and compared the conventional TPP with the A-TPP.

The results showed a wide variance in osteotomy geometry in the 12 femurs. With the A-TPP, we were able to obtain a much better fit in the trust plate surface. The movement-mapping showed a much higher range of motion in the A-TPP implant. With the A-TPP, the implant surface area for osteointegration could also be significantly increased.