Ex-vivo-µCT-Untersuchungen zu möglichen Mikrofrakturierungen des Hüftkopfs bei der Implantation eines zementfreien Oberflächenersatzes am Hüftgelenk

Zusammenfassung

Studienziel: Als ein Grund eines möglichen Frühversagens des Oberflächenersatzes am Hüftgelenk werden häufig Schenkelhalsfrakturen am Übergang des Implantats zum Schenkelhals beobachtet. Als möglicher Versagensgrund werden Mikrofrakturen diskutiert, die iatrogen durch den Operateur beim Einschlagen des Implantats auf den Hüftkopf verursacht werden. Bei Untersuchungen von explantierten Femurköpfen nach Versagen wurden Kallusformationen gefunden, die auf den Zeitpunkt der Implantation zurückdatiert werden konnten und somit die Vermutung einer iatrogenen Frakturierung der Hüftkopfspongiosa zum Zeitpunkt der Implantation zuließen. In dieser Studie wurde der Einfluss des Impaktierens beim Einbringen einer unzementierten Kopfkappe auf den spongiösen Hüftkopf mikrotomografisch bezüglich Mikrofrakturierungen untersucht. Methodik: Mittels eines standardisierten Impulsgebers wurden nach Präparation von 20 paarigen humanen Hüftköpfen die unzementierten Kopfkappen der Firma ESKA Typ BS®| (ESKA Implants GmbH & Co., Lübeck) bei 9 Hüftköpfen mit 4,5 Kilonewton (kN) eingebracht. Bei 9 weiteren Proben erfolgte die Implantation per Hand. Ein Hüftkopf diente als Frakturmodell, 1 weiterer als Kontrolle. In einem Mikro-Computertomografen (µCT) wurden vor und nach der Impaktierung axiale Schichtaufnahmen der Hüftköpfe angefertigt. Für störungsfreie µCT-Untersuchungen der Hüftkopfspongiosa wurde eine aufklappbare Binnengeometrie der Kopfkappe angefertigt, die atraumatisch vom Hüftkopf entfernt werden konnte. Die CT-Datensätze vor und nach Impaktierung wurden verglichen und auf Mikrofrakturen untersucht. Ergebnisse: Per Hand und mit dem Impulsgeber reichten 20 Impulse zum festen Sitz und kompletten Setzen der Kopfkappe. Sowohl makroskopisch als auch in der zweidimensionalen Bildgebung waren keine Frakturen im Vergleich zu den Aufnahmen vor Implantation sichtbar. Schlussfolgerungen: Das Einschlagen mit einem definierten Impuls von 4,5 kN oder per Hand scheint – zumindest in der zweidimensionalen µCT-Bildgebung – nicht zu Frakturen der Hüftkopfspongiosa bei Implantation der untersuchten zementfreien ESKA-Kopfkappe Typ BS® zu führen.

Abstract

Aim: Microfractures of the femoral head during implantation of the femoral components are suspected to be a cause of fractures at the implant/neck junction which represent a common failure mode in hip resurfacing arthroplasty. Callus formation observed in femoral head retrievals suggests the occurrence of microfractures inside the femoral head, which might be inadvertently caused by the surgeon during implantation. The aim of this biomechanical study was to analyse whether or not the implantation of a cementless femoral component hip resurfacing system causes microfractures in the femoral head. Method: After the preparation of 20 paired human cadaveric femoral heads, the cementless femoral component ESKA Typ BS® (ESKA Implants GmbH & Co., Lübeck) was implanted on 9 specimens with an impaction device that generates 4.5 kN impaction force. On 9 specimens the femoral component was implanted by hand. One head was used as a fracture model, 1 specimen served as control without manipulation. The femoral component used for impaction was equipped with hinges to enable its removal without further interfering with the bone stock. Specimens were scanned with a µCT device before and after impaction and the µCT datasets before and after impaction were compared to identify possible microfractures. Results: Twenty strikes per hand or with the impaction device provided sufficient implant seating. Neither the macroscopic examination nor the 2-dimensional µCT analysis revealed any fractures of the femoral heads after impaction. Conclusion: At least macroscopically and in the 2-dimensional µCT analysis, implantation of the cementless hip resurfacing femoral component ESKA Typ BS® with 4.5 kN or by hand does not seem to cause fractures of the femoral head.

Schlüsselwörter

Oberflächenersatz am Hüftgelenk - unzementiert - µCT - Mikrofraktur

Key words

hip resurfacing - cementless implantation - µCT - microfracture

Literatur

• 1 Buergi M L, Walter W L. Hip resurfacing arthroplasty: the Australian experience.  J Arthroplasty. 2007;  22 61-65
• 2 Rudert M, Gerdesmeyer L, Rechl H et al. [Resurfacing arthroplasty of the hip].  Orthopade. 2007;  36 304-310
• 3 Shimmin A, Beaule P E, Campbell P. Metal-on-metal hip resurfacing arthroplasty.  J Bone Joint Surg [Am]. 2008;  90 637-654
• 4 Beaule P E, Campbell P, Shim P. Femoral head blood flow during hip resurfacing.  Clin Orthop Relat Res. 2007;  456 148-152
• 5 Mont M A, Seyler T M, Plate J F et al. Uncemented total hip arthroplasty in young adults with osteonecrosis of the femoral head: a comparative study.  J Bone Joint Surg [Am]. 2006;  88 (Suppl. 3) 104-109
• 6 Morlock M M, Bishop N, Ruther W et al. Biomechanical, morphological, and histological analysis of early failures in hip resurfacing arthroplasty.  Proc Inst Mech Eng [H]. 2006;  220 333-344
• 7 Wirth C J, Gosse F. Improved implantation technique for resurfacing arthroplasty of the hip.  Oper Orthop Traumatol. 2006;  18 214-224
• 8 Graves S E, Davidson D, Ingerson L et al. The Australian Orthopaedic Association National Joint Replacement Registry.  Med J Aust. 2004;  180 S31-S34
• 9 Anglin C, Masri B A, Tonetti J et al. Hip resurfacing femoral neck fracture influenced by valgus placement.  Clin Orthop Relat Res. 2007;  465 71-79
• 10 Hogg M C, Kohan L, Appleyard R et al. Impaction loads during insertion of hip resurfacing implant: a finite element study. 54th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society 2008; Poster No. 1797. 
• 11 Rechl H, Pilge H, Rudert M. [Development of hip resurfacing].  Orthopade. 2008;  37 626-633
• 12 Beaupied H, Dupuis A, Arlettaz A et al. The mode of bone conservation does not affect the architecture and the tensile properties of rat femurs.  Biomed Mater Eng. 2006;  16 253-259