Eine Analyse der Verschleißmechanismen in der Anwendung der Hüftgelenkendoprothetik unter realistischen Randbedingungen

Diplomarbeit von Ahmad Ahgary

Einleitung:

Verschleiß ist eine der wichtigsten Hauptursachen von Material- und Bauteilbeschädigungen. Dieser Vorgang ist selbst eine Wirkung der Reibungsprozesse. Das griechische Verb „tribein“ bedeutet Reiben, wovon Tribologie - die Lehre von Reibung, Verschleiß und Schmierung - als einen relativ jungen Wissenschaftszweig stammt. Die Ziele aller tribologischen Untersuchungen werden letztendlich in folgenden Vorhaben zusammengefaßt:

Zusammensetzung aller beteiligten physikalischen und chemischen Parameter und Einflußfaktoren in einem tribologischen System und Festlegung sowie Klassifizierung ihrer Zusammenhänge möglichst in einer bestimmten allgemeingültigen Theorie.

Vorhersage des tribologischen Verhaltens des Systems mit Hilfe der Ergebnisse dieser Theorie.

Schlußfolgerungen in Form von Lösungsansätzen und Verbesserungsvorschlägen zur Verminderung der negativen Folgen der Reibungsvorgänge wie Verschleiß.

Die künstlichen Hüftgelenke sind ebenfalls von den schädlichen Wirkungen des Verschleißes nicht ausgenommen, im Gegensatz stellt der Verschleiß eine grundsätzliche Ursache für die Versagensfälle solcher Implantate, wie Osteolyse und Prothesenlockerung, dar. Im letzten Jahrzehnt wurde sehr erfolgreich an der Weiterentwicklung in Endoprothetik gearbeitet. Die Literatur in diesem Fachgebiet wächst mit zahlreichen Berichten weltweit verschiedener Forschungszentren rasch an. Eine der wesentlichsten Elementen der Forschungsvorhaben aller Akteuren besteht in den Anstrengungen, die Verschleißuntersuchungen am künstlichen Hüftgelenk ständig realitätsnäher zu gestalten. Diese Prüfungen können in mehreren Schritten durchgeführt werden:

Einsatz von bekannten tribologischen Prüfverfahren (Pin-on-Disc, Block-on-Journal, Pin-on-Ring, usw.) sollte insofern vorgenommen werden, als die anfängliche Informationen über Verschleißverhalten der Prüflinge gegeben sind.

Nach dieser Vorstufe kann man kompliziertere, präzisere und realistischere Simulator-Untersuchungen durchführen.

Bei einem erfolgsversprechenden Ergebnis in vitro kann erst mit klinischen Einsätze in vivo gestartet werden.

Es ist leicht zu merken, daß bei zahlreichen Veröffentlichungen keine Übereinstimmung der Ergebnisse aus klinischen Untersuchungen mit denen aus dem Labor vorhanden ist. Der Grund liegt darin, daß die wirklichen Bewegungsabläufe und Belastungsfälle im menschlichen Hüftgelenk außerordentlich kompliziert sind und bisher von keinem Hüftgelenksimulator genau nachgeahmt werden konnten. Des weiteren stimmen meistens die anderen Randbedingungen, wie die bei Fertigung oder Sterilisation usw., bei unterschiedlichen Prüfkategorien nicht vollständig überein. Eine wesentliche Aufgabe für eine systematische Durchführung der Verschleißprüfungen ist daher durch die Erkennung und Klassifizierung der in der Realität vorkommenden Randbedingungen in der Hüftendoprothetik gekennzeichnet.

Diese Arbeit soll eine der ersten Versuche in diesem Gebiet darstellen. Es handelt sich vor allem um einen Überblick in die theoretischen Grundlagen der Verschleißuntersuchungen. In einer spezifischen Betrachtung des Kugel-Pfanne-Artikulationssystems werden für eine Verschleißuntersuchung denkbare Randbedingungen aufgelistet, unter welchen die Verschleißmechanismen dargestellt werden. Es wird anschließend durch eine vergleichende Analyse mit Hilfe von einer umfangreichen Literaturrecherche gezeigt, welche Änderungen im Verschleißverhalten eines Kugel-Pfanne-Systems unter diesen Randbedingungen auftreten.

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