| Titel | Mechanische Belastung und reibungsbedingte Erwärmung künstlicher Hüftgelenke |
| Autor | G. Bergmann, F. Graichen, A. Rohlmann, A. Bender, P. Westerhoff |
| Infos zum Autor | Bergmann, G.; Graichen, F.; Rohlmann, A.; Bender, A.; Westerhoff, P. Charité - Universitätsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin, Orthopaedics, Germany bergmann@biomechanik.de, www.biomechanik.de |
| Inhalt | Zusammenfassung Gelenkimplantate wie z.B. Hüft- und Schulterprothesen sind hochgradig belastete ″Bauteile″ im stark korrosiven Anwendungsbereich ″Menschlicher Körper″. Die genauen mechanischen Belastungen, denen diese Implantate ausgesetzt sind, waren allerdings bisher unbekannt bzw. mit aufwendigen Rechenmodellen nur schwer zu quantifizieren. In jahrelanger Forschungsarbeit wurden im Biomechanik-Labor der Charite Campus Benjamin Franklin Prothesen entwickelt, die neben den 6 Lastkomponenten auch die Temperatur im Innern des Implantats messen und telemetrisch nach außen übertragen können. Der Vortrag gibt einen Überblick über die Belastung des Hüftgelenkes bei alltäglichen Aktivitäten wie Gehen, Laufen und Fahrradfahren. Dabei treten Belastungen von bis zu 500 % des Körpergewichts (BW) auf. Beim Stolpern hingegen sind Belastungen von bis zu 800 % BW möglich. In einer weiteren Studie wurde die reibungsbedingte Erwärmung der Prothesen genauer untersucht, bei der der Temperaturverlauf beim ausdauerndem Gehen und Radfahren an 8 Messpunkten innerhalb der Prothese gemessen wurde. Dabei zeigte sich, dass bei längerfristigen Belastungen wie z.B. ausdauerndem Gehen in den Prothesen Temperaturen erreicht werden, die zu irreversiblen Schädigungen des umgebenden Gewebes führen können. Außerdem wird auf die neusten Ergebnisse eines Projektes zur Messung der Schulterbelastung eingegangen. Dabei wurde eine klinisch erprobte Schulterprothese mit Messelektronik und Telemetrie ausgestattet, um auch hier die mechanische Belastung zu messen. Auch dieses Gelenk ist, obwohl es nicht direkt der Fortbewegung dient, im Alltag hochgradig belastet. Bisher wurden 3 Patienten mit einer instrumentierten Schultermessprothese versorgt. Die ersten Ergebnisse zeigen gerade bei Alltagbewegungen überraschend hohe Belastungen, die teilweise über 100% des Körpergewichtes hinausgehen. Mit Hilfe der so gewonnen Daten soll langfristig das Design der Prothesen besser an die tatsächlich wirkenden Belastungen angepasst werden. Weiterhin dienen die Ergebnisse Ärzten und Physiotherapeuten zur Verbesserung der Behandlung und geben Patienten Hinweise für das alltägliche Verhalten und eventuell risikobehaftete Tätigkeiten. Zusätzlich sind die Messergebnisse wichtiger Input für die Validierung von Rechenmodellen zur Simulation menschlicher Gelenke sowie für Prüfnormen zur Testung von Implantaten vor ihrem klinischen Einsatz. Abstract Artificial Joint Implants like Hip or Shoulder Prosthesis are high loaded mechanical parts in the very special environmental media of the human body. However, the exact magnitudes of the loads were unknown and very difficult to calculate with mathematical methods. In long time research projects at the Biomechanics Lab of the Charite Campus Benjamin Franklin implants were developed to measure and transmit the 6 load components and additional the temperature at up to 8 positions of the implant. The presentation gives an overview of the hip loads during activities of daily life like walking, running, cycling or stair climbing. These ADL Activities cause forces of up to 500% BW. Even Higher Forces up to 800% BW were measured at stumbling. In another study the forces and additional 8 temperatures inside the implant were measured. This showed that long term activities like walking and running can lead to temperatures that can cause irreversible damage of soft tissue surrounding the implant due to frictional heating. Additional to that the latest results of a project to measure shoulder implant loads are shown. In this study clinical approved shoulder prosthesis was equipped with measurement devices and telemetry to measure the loads of the shoulder joint. This joint although it is not involved in the locomotion process is very high loaded during some all day activities. Until now 3 patients wearing this kind of instrumented shoulder prosthesis. First data shows, that some ADL can cause loads of more than 100% BW. The results of these long term studies will help to improve the design of the implants adequate to the real loads of the joint. Furthermore the results will improve the treatment of physiotherapists and orthopaedics to give advises to patients to avoid dangerous high loads especially in short postoperative times. |
| Datum | 2006 |
