Reibkorrosion modularer Halsverbindungen in der Hüftendoprothetik

Modulare Hüftendoprothesen ermöglichen eine individuelle und intraoperative Adaptierung des Implantatdesigns an die patientenspezifische Situation. Dabei stellt die Konusverbindung zwischen Prothesenschaft und Halsadapter eine zusätzliche Schnittstelle dar, die klinisch dem Risiko von Reib- und Spaltkorrosion unterliegt. Im Laufe der letzten Jahre wurde eine erhöhte Revisionsrate dieser Implantatsysteme im Zusammenhang mit Versagensfällen von modularen Halskomponenten, vorrangig aus Titanlegierungen, dokumentiert. Ziel dieser Arbeit war es, die klinisch auftretenden Halsadapterbrüche von modularen Hüftendoprothesen im Labor nachzustellen, um die kritischen Einflussfaktoren zu identifizieren und ein Versagen neu eingeführter Produkte in der klinischen Anwendung zu vermeiden. Dazu wurde im ersten Schritt ein biomechanisches Versuchsmodell auf Basis der bestehenden Prüfnormen eingesetzt und durch alternative Belastungsprofile und Testmedien erweitert. Um die lokalen Verschleiß- und Korrosionsmechanismen abhängig von der Kontaktsituation und den Umgebungsbedingungen isoliert zu betrachten, wurde zusätzlich ein vereinfachtes Mikromodell entwickelt, dass die Beanspruchung einer Modularverbindung in vivo simuliert. Basierend auf den experimentellen Erkenntnissen wurde daraus ein Finite-Elemente-Modell abgeleitet, welches den Einfluss der verschiedenen Belastungsfaktoren charakterisiert und eine Variation der maßgeblichen Designparameter einer Konusverbindung ermöglicht. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit verdeutlichen, dass zahlreiche Faktoren während des Designprozesses und in der klinischen Anwendung die Dauerfestigkeit der modularen Halsverbindung beeinflussen. Hinsichtlich der Auslegung der Modularverbindung zeigte sich, dass abhängig von der Hüftkontaktkraft und dem femoralen Offset die resultierenden Bauteil- und Kontaktspannungen variieren. Um eine hohe Verbindungssicherheit zu gewährleisten, ist daher neben einer anwendungsorientierten Werkstoffauswahl und einer ausreichenden Dimensionierung der Konuskomponenten eine Minimierung der Mikrobewegungen zwischen Halsadapter und Prothesenschaft anzustreben. Neben dem Designprozess kommt der präklinischen Prüfung der Modularverbindung eine besondere Bedeutung zu. Aufgrund der steigenden Anforderungen an eine Hüftendoprothese hinsichtlich Belastbarkeit und Lebensdauer wird eine Erweiterung der Normvorgaben der biomechanischen Testung und die Verwendung von physiologischen Prüfmedien empfohlen, so dass die komplexe dynamische und korrosive Beanspruchung der modularen Halsverbindung im Alltag stärker berücksichtigt wird.