ISBN 978-3-8439-4666-7

978-3-8439-4666-7, Reihe Ingenieurwissenschaften

Maike Sauerhoff
Simulationsbasierte Analyse der Stabilität von Hüftimplantaten in der frühen postoperativen Rehabilitation

148 Seiten, Dissertation Ruhr-Universität Bochum (2020), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Belastungen auf das Hüftgelenksimplantat beeinflussen die Stabilität der Implantate und sind entscheidend für den klinischen Erfolg des Eingriffs. Bewegungsinduzierte mechanische Reize regen die Knochenbildung an und führen bei einer physiologischen Beanspruchung zum knöchernen Einwachsen des Implantats. Zu hohe Beanspruchungen verhindern die knöcherne Integration und können zur Lockerung des Implantats führen. Daher ist ein geeignetes Maß an postoperativen Belastungen entscheidend für die Langzeitstabilität des Implantats.

In dieser Arbeit wird ein simulationsbasierter Ansatz genutzt, um die Auswirkungen des Fahrradergometer-Trainings auf die Implantat-Stabilität zu analysieren. Dazu werden mittels Mehrkörpersimulation die Muskel- und Gelenkskräfte, die bei unterschiedlichen Trainingsintensitäten auftreten, bestimmt. Die Kräfte werden anschließend verwendet, um die Beanspruchungen, die im Knochen-Implantat-Verbund auftreten zu analysieren. Dazu wird ein Finite-Elemente-Modell des Femurs abgeleitet und eine virtuelle Implantation durchgeführt. Die Kräfte werden auf das Modell appliziert und die daraus resultierenden Spannungszustände im Knochen und Mikrobewegungen zwischen Knochen und Implantat mittels FE-Simulation ermittelt und anschließend die Implantat-Stabilität beurteilt. Basierend auf den Erkenntnissen werden anschließend Implikationen für die frühe postoperative Rehabilitation abgeleitet.

Trainingsintensitäten mit niedriger Trittfrequenz und hoher Leistung können die Implantat-Stabilität gefährden und zu einer Lockerung des Implantats führen. Bei Patienten, die eine Teilbelastung des Beins in der frühen postoperativen Phase einhalten müssen, können schon niedrige Trainingsintensitäten die Teilbelastung überschreiten. Dennoch kann das Fahrradergometer-Training bei einer geeigneten Wahl der Trainingsintensität als probate Maßnahme in der frühen postoperativen Rehabilitation eingesetzt werden, ohne die Implantat-Stabilität zu gefährden.