Zementfreie Hüftkopf-Oberflächenprothese aus Aluminiumoxid : orientierende FEM-Zuverlässigkeitsanalysen

Südmeyer, Isabelle-Johanna; Maier, Horst R.

doi:29361

Zementfreie Hüftkopf-Oberflächenprothese aus Aluminiumoxid : orientierende FEM-Zuverlässigkeitsanalysen = Uncemented femoral head surface replacement made of alumina : exploratory fem reliability analysis

Südmeyer, Isabelle-Johanna

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Isabelle-Johanna Südmeyer

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangIII, 131 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Maier, Horst R. (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-09-22

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-26284
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50611/files/Suedmeyer_Isabelle.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau und Institut für Werkstoffkunde (418110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Reliabilität (Genormte SW) ; Hüftgelenk (Genormte SW) ; Aluminiumoxide (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Oberflächenprothese (frei) ; Hüftgelenkprothese (frei) ; Keramik (frei) ; surface hip replacement (frei) ; ceramic (frei) ; reliability (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Der Bedarf an Revisionen von Hüftgelenkprothesen nimmt mit der steigenden Lebenserwartung und der wachsenden Anzahl junger Patienten, die einen Hüftgelenkersatz benötigen, zu. Da der Erfolg und die Nachhaltigkeit einer revidierten Prothese entscheidend von ausreichendem Knochenmaterial abhängen, haben Knochen schonende Prothesensysteme in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. In diesem Zusammenhang ist die Oberflächenprothese besonders hervorzuheben, da nur eine minimale Knochenresektion notwendig ist, um die Gelenkprothese einzusetzen. Während metallische Oberflächenprothesen seit einigen Jahren erfolgreich serienmäßig eingebaut werden, ist bisher noch keine derartige Prothese aus Keramik auf dem Markt verfügbar. In dieser Arbeit wird mit Hilfe der Finiten Elemente Methode eine Zuverlässigkeitsanalyse für keramische Oberflächengelenkprothesen durchgeführt. Auf der Basis des entwickelten Prothesen-Knochenmodell werden die Auswirkungen unterschiedlicher Kontaktflächen zwischen Prothese und Knochen bei variierenden Belastungskonditionen untersucht. Im Vordergrund steht der Einfluss der gezielt gewählten Kontaktflächen auf die die Langzeitstabilität des Prothesenverbundes und damit die Lebensdauer der Oberflächenprothese beurteilt werden kann. Dabei wird auch die Beanspruchung des Knochens berücksichtigt. Ziel der Arbeit ist zu erfahren, wo und warum Keramik und/oder Knochen eine Überbeanspruchung erfahren und wie man diese vermeiden kann. Auf diese Weise soll geklärt werden, ob die Umsetzung eines Oberflächengelenkersatzes aus Keramik für die Hüfte – ähnlich dem metallischen Vorbild der Birmingham Hip Resurfacing (BHR) – zuverlässig möglich ist. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die vorliegenden Berechnungen die prinzipielle Eignung einer dünnwandigen Keramikprothese als Oberflächengelenkersatz belegen. Keramische Oberflächenprothesen bis zu minimalen Wanddicken von 3 mm weisen bei maximal möglichen Übergangsradien und geeignetem Kraftfluss - selbst bei ungünstigen Lastwinkeln - keine kritischen Beanspruchungen respektive Bruchwahrscheinlichkeiten aufweist. Der Knochen erfährt nur im Falle einer Presspassung eine Überbeanspruchung.

The demand for revisions of hip joints prosthesis has been increasing with the rising life expectancy and the growing number of young patients, who need a hip replacement. As the success and the sustainability of a revised prosthesis is decisively dependent on sufficient bone material, bone preserving replacement systems have been gained in importance in the last years. Hence the surface hip replacement is to be pointed out, because only minimal bone resection is necessary in order to apply this joint prosthesis. Whereas metal surface replacements have been implanted serially in the last five to ten years, there has been no such ceramic prosthesis is available on the market. In this thesis an analysis of reliability for ceramic surface hip joint prosthesis is accomplished with the help of the finite element method. On the basis of a developed prosthesis-bone model the effects of different contact areas between prosthesis and bone at varying loading conditions are investigated. In the front of interest is the influence of the specific elected contact areas on the long term stability of the prosthesis compound and therewith the service life of the surface prosthesis. At the same time the stress of the bone is also taken into consideration. The aim of this thesis is to find out, if, where and why the ceramic and/or the bone meet an overstraining and how this can be avoided. In this way it is to be clarified, if the reliably realization of surface hip replacement made of ceramic is – analogical to the metallic example of the Birmingham Hip Resurfacing (BHR) – is possible. In summary it can be recorded that the present calculations prove a principal qualification of a thin walled ceramic prosthesis for surface hip replacement. Ceramic surface prosthesis down to a wall thickness of 3 mm exhibit no critical stress values respectively fracture probabilities at maximum possible transfer radii and adequate force flow - even at disadvantageous loading angles. Only for a press fit an overstraining of the bone is calculated.

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