Spannungsanalyse einer anatomisch adaptierten Femurschaftprothese (Lubinus SPII)

Zusammenfassung

Fragestellung: Sehr gute klinische Langzeitergebnisse des Lubinus-SPII-Hüftprothesenschaftes haben die Frage aufgeworfen, in welcher Weise diese mit experimentell-biomechanischen Daten in Beziehung stehen, die mit der Dehnungsmeßtechnik gewonnen werden.

Methode: Zur Überprüfung dieser Frage wurde ein mit 14 Dehnungsmeßstreifen bestücktes Femurpräparat vor und nach Protheseneinbau in 10 verschiedenen Lastsituationen vermessen.

Ergebnisse: Es werden im Verlauf ähnliche, im Niveau jedoch deutlich reduzierte Spannungen nach Protheseneinbau gefunden. Das Resultat fehlender Kragenauflage ist eine starke Verringerung der am Calcar femoris gemessenen Ringspannungen. Diese Verringerung wird abgeschwächt auch bei aufliegendem Kragen gesehen. Das S-förmige anatomische Schaftdesign bildet sich an der Knochenoberfläche nicht ab.

Schlußfolgerungen: Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß die Spannungsverteilung am Calcar femoris unterhalb und im übrigen Femur innerhalb der Toleranzgrenzen des Knochenwachstums liegen und daß das System einen aufliegenden und einen nicht aufliegenden Kragen langfristig toleriert. Das sehr umfangreiche Datenmaterial kann zur Validierung von Finite Elemente Modellen herangezogen werden. Mit dieser numerischen Methode könnte die Beanspruchung des Knocheninneren und des Zementköchers genauer aufgeklärt werden.

Abstract

Objective: Very good clinical long-term results of the Lubinus SP II hip prosthesis stem were reported in the literature. We therefore asked whether there is a relationship between these findings with biomechanical data of strain gauge measurements.

Method: 14 strain gauges were applied at a femur being measured at 10 different load cases before and after implantation of the stem.

Results: After stem Implantation a similar patterns of principal stress distributions was observed, however, the magnitude was markedly reduced. A striking reduction of the hoop stresses at the femoral calcar was seen in the case of a missing collar contact. Even in the case of a perfect collar contact the hoop stresses were diminished after strem implantation. The S-shaped physiological stem did not correspond with a specific stress pattern measured at the femoral surface.

Conclusion: These results suggest that the stresses at the femoral calcar may be lower than the limits of bone growth while the other parts of the femur are more physiologically stressed. However, the prosthesis may tolerate a missing collar contact during a long follow-up period. The large experimental data file presented here could be used to validate future finite element analyses which could evaluate the stress distribution within internal parts of the bone and the cement layer.

Schlüsselwörter

Lubinus-SPII-Prothese - Femur - Dehnungsmeßtechnik - Spannungsverteilung - Ringspannungen

Key words

Lubinus SPII prosthesis - femur - strain gauge technique - stress distribution - hoop stress