Entwicklung einer instrumentierten Knieendoprothese zur Messung der Gelenkbelastung in vivo

Abstract

Die Knieendoprothetik kann heutzutage hervorragende Resultate aufweisen. Die wichtigsten Ziele sind hierbei die Schmerzbeseitigung und die Wiederherstellung oder Aufrechterhaltung der Gelenkbeweglichkeit. Damit kann eine weitgehende Unabhängigkeit und Selbständigkeit der Patienten erzielt werden. Bei der Entwicklung einer Knieendoprothese wird eine Vielzahl präklinischer Untersuchungen durchgeführt, bei denen die mechanische Funktionalität des Implantates untersucht wird. Hierzu ist es notwendig, die auf das natürliche oder prothetisch versorgte Kniegelenk wirkenden Belastungen zu kennen. Diese konnten bisher in vivo messtechnisch nur unzureichend ermittelt werden. Deshalb sind bis heute viele nur theoretisch ermittelte, aber nicht verifizierte, Belastungswerte vorhanden. Aus diesem Grund wurde eine Knieendoprothese entwickelt, die in vivo Belastungsmessungen erlaubt. Nach der Implantation dieser Prothese bei zwei Patienten konnte die Belastung während des Gehens und Treppensteigens ermittelt werden. Es wurden Belastungen bis zum 3,5-fachen Körpergewicht gemessen. Die ermittelten Daten geben einen bisher nicht da gewesenen Einblick in die Belastungen des Kniegelenkes und helfen Ärzten, Physiotherapeuten und Herstellern bei der Weiterentwicklung der Knieendoprothetik.

Total knee replacement has an excellent success rate and is a widely used surgical procedure to relieve pain from arthritic joints and to restore their range of motion. Various pre-clinical tests are undertaken to prove the mechanical functionality and integrity of the prostheses. The prostheses are subject to high loads in vivo, which are not accessible to the most technical measurement devices. Therefore, load data is nowadays mostly derived from theoretical models and is not fully validated. To overcome this lack of information, an instrumented knee prosthesis was designed to measure in vivo loading. The prosthesis was implanted in two subjects and measurements were performed during level walking and stair climbing. The measured loads were up to 3.5 times bodyweight. The availability of measured in vivo loads will increase the knowledge of orthopedic surgeons, physiotherapists, scientific researchers and manufacturers and help to further improve total knee replacement.