Validierung und Anwendung eines neuen Verfahrens zur direkten Abriebsbestimmung bei Keramik-Keramik und Keramik-Metall Hüfttotalendoprothesen anhand der Elementenfreisetzung im Hüftsimulator
Final Report Abstract
Verschleiß von endoprothetischen Gelenken gilt als Hauptursache für die aseptische Prothesenlockerung. Neue Hart-Hart Gelenkpaarungen (aus Keramik oder Metall) für Hüftgelenke zielen darauf ab, den Verschleiß zu minimieren. Die notwendige präklinische Beurteilung dieser neuen Werkstoffe gestaltet sich jedoch schwierig, da die etablierte Methode der Gravimetrie zur Verschleißbestimmung aufgrund zu hoher Messungenauigkeiten begrenzt ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues hochpräzises Verfahren, basierend auf einer Elementanalyse (hr-ICP-MS), genutzt, um den Verschleiß genauer bestimmen zu können. Alle Verschleißuntersuchungen wurden hierzu in metallfreier Umgebung und unter Reinraumbedingungen durchgeführt. Im Zuge von ausführlichen Validierunsmaßnahmen konnte gezeigt werden, dass die präzise Verschleißbestimmung nur anhand des Markerelementes Zirkonium (Zr) erfolgen kann. Unerwartet große Probleme bereitete der vollständige Aufschluss des Markerelements aus den Proben, um einen vollständigen Nachweis zu gewährleisten. Zudem konnte eine Verschleppung des Elementes Zr innerhalb des Probenaufschlusses der Elementanalyse festgestellt werden. Dies führte zu einer Diskrepanz zwischen den Ergebnissen der Elementanalyse und der als Referenz durchgeführten Gravimetrie (Elementanalyse zeigt niedrigere Verschleißmassen). Es gilt hierbei zu betonen, dass die Gravimetrie deutlich höhere Schwankungen im Vergleich zur Elementanalyse zeigt und dass ein systematischer Fehler der Gravimetrie wahrscheinlich ist. Im Verlauf des Projektes wurden vier Keramik-Keramik Gleitpaarungen sowie vier klinisch neu eingeführte Keramik-Metall Gleitpaarungen unter identischen Bedingungen untersucht. Die Verschleißmassen konnten methodenunäbhängig für alle Gleitpaarungen als sehr gering bewertet werden. Für die keramischen Gleitpaarungen konnte mit Hilfe der Elementanalyse ein Gesamtverschleißrate von 0,050±0,025mg/10^6 Zyklen (Gravimetrie: 0,156±0,032mg/10^6 Zyklen) im Vergleich zu 0,176±0,091mg/106 Zyklen (Gravimetrie: 0,435±0,308 mg/10^6 Zyklen) bei den keramisch-metallischen Gleitpaarungen bestimmt werden. Um das Projekt erfolgreich abschließen zu können, sollte geklärt werden, ob ein vollständiger Aufschluss des Zirkoniums möglich ist. Die Verschleppung des Markerelements lässt sich voraussichtlich durch ergänzende Maßnahmen während der Elementanalyse beheben. Sollten sich diese Maßnahmen bestätigen, würde mit der Elementanalyse ein alternatives Verfahren zur Verschleißbestimmung von Hart-Hart Gelenkpaarungen in der Endoprothetik zur Verfügung stehen, das über eine höhere Genauigkeit und Präzision verfügt als das konventionelle gravimetrische Messverfahren.
