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Entwicklung eines physiologischen Simulators für Verschleißuntersuchungen an Hüftendoprothesen
Wendt, Zongwen
Die Langzeitverträglichkeit von Hüftendoprothesen ist ein wesentliches Kriterium zur Qualitätsbeurteilung. Aseptische Lockerung infolge des Implantatverschleißes ist eine der Hauptursachen für das Versagen einer Hüftendoprothese. Daher ist eine Simulatorverschleißprüfung eine wichtige entwicklungsbegleitende Maßnahme. Ein Hüftgelenksimulator für Verschleißuntersuchungen nach der Norm kann auch im Rahmen des Zulassungswesens für Hüftendoprothesen eingesetzt werden. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuen 3-achsigen Simulators zur Verschleißuntersuchung an Hüftendoprothesen. Hierbei wurden die natürlichen Gegebenheiten, insbesondere die Kinematik der Hüftgelenkartikulation berücksichtigt. Der neue Simulator hat drei unabhängige Rotationsfreiheitsgrade der Femurkomponenten. Ferner lassen sich die Prüfparameter durch die eingesetzte digitale Regelungstechnik flexibel einstellen, so dass eine Prüfung gemäß der neuen ISO-Norm 14242 mit diesem Simulator möglich ist. Eine experimentelle Validierung nach dieser Norm zeigte, dass mit diesem Simulator klinisch relevante Verschleißraten bei einer UHMWPE-CoCr-Paarung produziert werden konnten. Eine Analyse des Zusammenhangs zwischen der Gelenkartikulation und der Verschleißrate bezüglich der zu simulierenden Achsenanzahl bestätigte den Stellenwert einer 3-achsigen Bewegungssimulation, um klinisch relevante UHMWPE-Verschleißraten zu erzielen.
Aseptic loosening as a result of implant wear has a considerable impact on the long-term stability of hip joint prostheses. Material improvements in the field of hip joint prostheses necessitate the use of hip joint simulator to produce in vivo similar implant wear results and thus to assess the suitability of newly developed materials in advance. This dissertation presents the development of a new triaxial physiological simulator for wear tests on bearing components of hip joint replacements. The development considered the natural hip motion. The femoral components of the new simulator have three degrees of freedom which are independently controlled. The application of the digital control technique allows a flexible adjustment of the testing parameters, so that wear tests can also be carried out according to the newly developed ISO 14242. The validation of the simulator according to ISO 14242 has shown that clinical relevant UHMWPE wear rates on CoCr-head can be produced. A further analysis of the relationship between the hip joint articulation and the UHMWPE wear rates has confirmed the importance of the triaxial hip motion simulation on predicting clinical relevant UHMWPE wear testing results.
