by G. H. | Mai 27, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Eine Außenrotation der Tibiakomponente führt zur retropatellaren Druckverminderung nach Knietotalendoprothese in vitro
Steinbrück A, Schröder C, Woiczinski M, Fottner A, Müller PE, Jansson V
Fragestellung: Ein schmerzfreier Verlauf der Patella bei Knieflexion nach Implantation einer Knietotalendoprothese (KTEP) ist am ehesten ohne Zwangsführung der Patella möglich. Durch die Wiederherstellung des physiologischen Patellatrackings und die Vermeidung von hohem Anpressdruck der Patella können postoperative Beschwerden des Patienten, wie ein anteriorer Knieschmerz oder Patella(sub-)luxationen verhindert werden. Um dies zu erreichen wird häufig intraoperativ besonders auf die Rotation der tibialen Komponente geachtet. Ziel dieser Studie war die analytische Auswirkung der Rotation der Tibiakomponente hinsichtlich der Patellakinematik und des retropatellaren Drucks zu untersuchen.
Methodik: Mittels der CAD-Daten einer Knieprothese (Columbus CR fixed bearing, Aesculap) wurden Inlays mit integrierter Rotation (Neutral, 3° Innenrotation, 3° Aussenrotation) aus UHMWPE hergestellt.
Als Präparate dienten acht humane fresh-frozen Kniegelenke. Die Simulation der Kniebewegung erfolgte mit einem modifizierten Kniegelenkskinemator. Mittels eines Motors wird das Kniegelenk flektiert und extendiert (20°-120°), während ein weiterer Motor mit einer programmierten Regelung die Kraft an den Sehnen des M. quadriceps femoris so steuerte, dass eine konstante isokinetische Gewichtskraft (50 N) simuliert wurde. Die retropatellare Spannungsverteilung wurde mittels Druckmessfolie (Tekscan), die Kinematikanalyse mittels 3D Ultraschallmesssystem (Zebris) in den verschiedenen tibialen Rotationsausrichtungen gemessen.
Ein gemischtes Modell mit einem Signifikanzniveau von p<0,05 diente zur statistischen Auswertung.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Außenrotation der Tibiakomponente um 3° reduzierte den retropatellaren Druck signifikant (Spitzendruck Innenrotation 8,5±2,3 MPa, Neutral 8,2±2,4 MPa, Außenrotation 7,8±2,5 MPa; p<0,01). Der Patella-Shift änderte sich nicht signifikant (Innenrotation 5,1±2,7 mm, Neutral 5,6±2,5 mm, Außenrotation 5,5 ± 2,2 mm; p=0,80).
Mit zunehmender Außenrotation der Tibiakomponente kommt es zu einer diskreten Reduktion des medialen Tilts der Patella um 0,3° (p=0,02).
Femorotibial kommt es durch die Innenrotation der Tibiakomponente zu einer Verschiebung der medialen Femurkondyle um 1,7 mm nach posterior (p<0,01). Bei der Außenrotation war keine signifikante Verschiebung gegenüber der neutralen Rotation nachweisbar (0,3 mm nach anterior; p=0,3). Bei der lateralen Femurkondyle kam es zu keiner messbaren Veränderung der Kinematik bei allen Rotationsausrichtungen.
Die Außenrotation der tibialen fixed bearing Komponente führte zu einer Verminderung des retropatellaren Drucks und keiner Änderung der patellofemoralen und femorotibialen Kinematik. Eine intraoperative Innenrotation der Tibiakomponente ist entsprechend dieser Studie zu vermeiden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-874
doi: 10.3205/14dkou544, urn:nbn:de:0183-14dkou5441
Published: October 13, 2014
© 2014 Steinbrück et al.
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by G. H. | Mai 20, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Ein erhöhter tibialer Slopes reduziert in vitro den Abrieb von fixed-bearing unikonylären Schlittenprothesen
Weber P, Schröder C, Utzschneider S, Pietschmann M, Jansson V, Müller PE
Fragestellung: Die Implantation einer unikondylären Schlittenprothese (UKP) bei Patienten mit einer medialen Gonarthrose ist mittlerweile ein Standardverfahren, die Standzeiten der UKPs liegen aber weiter unter denen von Knie-Totalendoprothesen und es besteht weiterer Forschungsbedarf. Die Rolle des tibialen Slopes bei den UKPs wurde bisher noch nicht untersucht, was die Herstellerempfehlungen zum idealen Slope zwischen 10° positiv und 5° negativ widerspiegeln. Bei mobile-bearing- Prothesen konnte nachgewiesen werden, dass der Abrieb bei einem höheren Slope in vitro reduziert wird. Das Ziel von dieser Studie war den Einfluss des tibialen Slopes bei UKPs auf den Abrieb zu untersuchen.
Methodik: Die in vitro Abrieb- Messung einer medialen fixed- bearing UKP (Univation®, Aesculap, Tuttlingen, Deutschland) wurde mit einem Kniesimulator durchgeführt (EndoLab GmbH, Thansau, Deutschland). Dieser reproduziert exakt den menschlichen Schritt wie in der ISO 14243-1:2002(E) vorgegeben. Das tibiale Plateau wurde mit 3 unterschiedlichen tibialen Slopes implantiert: 0°, 4°, 8° (n=3 für jede Gruppe). Es wurden 5 Millionen Zyklen für jede Slopeeinstellung durchgeführt, währenddessen die gravimetrische Abriebrate alle 500.000 Zyklen mit Hilfe einer analytischen Wage bestimmt wurde, wie von der ISO 14243-2 vorgegeben.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Abriebrate in der 0° Slope Gruppe war 10,4±0,62 mg/Million Zyklen, in der 4° Slope Gruppe 3,22±1,71 mg/Million Zyklen und in der 8° Slope Gruppe lag sie bei 2,70±0,81 mg/Million Zyklen. Die Differenz war sowohl zwischen der 0° und 8° sowie der 0 und 4° Slope Gruppe hoch signifikant (p<0,05, Bonferroni’s Multiple Comparison Test).
Eine Erhöhung des tibialen Slopes führte nicht nur bei einer mobile bearing UKP zu einer Reduktion der Abriebrate, sondern auch bei den fixed-bearing Implantaten. Zur Verminderung des Abriebs und der dementsprechenden höheren Standzeit sollte ein höherer Slope bei UKPs empfohlen werden. Der Einfluss des tibialen Slopes auf die Bandspannung und die Belastung des kontralateralen Kompartimentes muss in weiteren Studien untersucht werden bevor ein Optimalwert für den tibialen Slope in der unikondylären Schlittenprothetik angegeben werden kann.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR20-637
doi: 10.3205/14dkou543, urn:nbn:de:0183-14dkou5431
Published: October 13, 2014
© 2014 Weber et al.
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by G. H. | Mai 20, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Kinematik nach medialem unikondylärem Gelenkersatz in vitro
Heyse TJ, El-Zayat B, De Corte R, Chevalier Y, Scheys L, Innocenti B, Fuchs-Winkelmann S, Labey L
Fragestellung: Es wird davon ausgegangen, dass die unikondyläre Knieendoprothetik (UKA) die Kinematik des natürlichen Knies weitgehend erhält. Klinische Studien konnten funktionelle Vorteile für UKA zeigen. Es gibt jedoch nur wenig biomechanische Daten, um dieses zu belegen. Zweck dieser Studie war es zu untersuchen, inwieweit sich die natürliche Kniekinematik in vitro nach UKA verändert.
Methodik: Sechs Leichenknie wurden präpariert und im dynamischen Kniegelenkskinemator mit sechs Freiheitsgraden untersucht. Drei Bewegungsmuster wurden unter Simulation der Zugkräfte der Oberschenkelmuskulatur (Hamstrings und Quadrizeps) vor und nach medialem UKA durchgeführt: passive Flexion-Extension, Extension in der offenen Kette und tiefe Hocke. Infrarotkameras erfassten kontinuierlich die Bahnen der starr an Femur, Tibia und Patella befestigten Marker. Eine zuvor durchgeführte Computertomographie erlaubte die Einordnung der Trajektorien in ein Koordinatensystem und die Berechnung der Kinematik.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die native Knie-Kinematik blieb nach UKA weitgehend erhalten. Insbesondere im unbelasteten Knie und der Extension in der offenen Kette entsprach das femorale Rollback nach UKA dem des nativen Kniegelenks. In der belasteten, tiefen Hocke, befand sich der mediale Femurkondylus nach UKA weiter posterior und kranial. In Flexion stellte sich zudem eine geringere tibiale Innenrotation ein. Die Tibia befand sich nach UKA während aller Bewegungsmuster in relativem Valgus.
Da der komplette Bandapparat sowie die laterale und patellofemorale Anatomie nach UKA erhalten sind, ähnelt die Kinematik bei unbelasteten Tests deutlich der nativen Kinematik. Abweichungen treten erst in der belasteten Situation der tiefen Hocke zu Tage. Die Kinematik nach UKA ähnelt dann der von nativen Knien mit einem Meniskusschaden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-452
doi: 10.3205/14dkou542, urn:nbn:de:0183-14dkou5421
Published: October 13, 2014
© 2014 Heyse et al.
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by G. H. | Mai 20, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Druckveränderungen im medialen und anterioren Kniegelenkkompartiment nach valgisierender Tibiakopfosteotomie sowie nach Implantation eines extraartikulären Absorbers im direkten Vergleich: Eine in vitro Studie
Bode G, Kloos F, Pestka JM, Ostermeier S, Südkamp NP, Niemeyer P, Christoph B
Fragestellung: Zu den kniegelenkserhaltenden Verfahren, welche biomechanisch die Überlastung des medialen Kompartimentes bei medialer Gonarthrose adressieren, gehören neben der medialen open-wedge Osteotomie (TKO) auch Techniken der extrakapsulären Druckabsorption. Die Effektivität der Lastverteilung vom medialen in das laterale Kompartiment ist wissenschaftlich belegt. Unklarheit besteht wie sich diese Verfahren biomechanisch auf den patellofemoralen Gelenkabschnitt auswirken. Ziel der vorliegenden biomechanischen in vitro Studie ist die Überprüfung des Einflusses medial entlastender Therapieverfahren auf die Druckverteilung im anterioren und medialen Kniegelenkskompartiment.
Methodik: Mittels zweier Tekscan Sensoren (K-Scan 4000) wurden Objektdrücke und Druckspitzen im anterioren und medialen Kompartiment bei sieben fresh-frozen humanen Kniegelenken während isokinetischer Bewegungszyklen von 120° Flexion bis 0° Extension im Kniegelenkskinemator gemessen. Nach Durchführung eines Nulldurchganges wurde der extrakapsulären Absorbers (Kinespring, Moximed Inc., Hayward, USA) implantiert. Anschließend erfolgte eine stufenweise, biplanare, mediale open-wedge Osteotomie mit 5, 10 und 15° Korrekturwinkel (TomoFix, Synthes, Solothurn, Schweiz) in drei separaten Messzyklen. Die statistische Analyse erfolgte mittels t-Test bei verbundenen Stichproben (SPSS Statistics, Version 21, IBM, USA). Ein p-Wert <0.05 wurde als statistisch signifikant angesehen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Implantation des extrakapsulären Absorbers resultierte in einer signifikanten Reduktion von Objektdrücken und Druckspitzen des medialen Kompartimentes im Vergleich zum Nulldurchgang (0.09±0.02 vs. 0.06 ±0.03 mPA, p=0.00; 0.99 ±0.27 vs. 0.86 ±0.26 mPA, p=0.04). Die TKO reduzierte signifikant Objektdrücke und Druckspitzen im medialen Kompartiment (0.09 ±0.02 vs. 0.05 ±0.02 mPA, p=0.00; 0.99 ±0.27 mPA vs. 0.64 ±0.31 mPA; p=0.00). Im Vergleich beider Verfahren resultierte die TKO in signifikant geringeren Druckspitzen (0.64 ±0.31 mPA vs. 0.86 ±0.26 mPA, p=0.00).
Im anterioren Kompartiment führte die Implantation des Absorbers zu einer signifikanten Reduktion der Druckspitzen (2.22 ±1.18 vs. 1.80 ±1.18, p=0.00). Ein signifikanter Einfluss auf den Objektdruck bestand nicht. In der Osteotomiegruppe führte die Korrektur um 15° dagegen zu einer signifikanten Erhöhung des Objektdruckes (0.21±0.18 vs. 0.23±0.16, p<0.01). Ein signifikanter Anstieg der Druckspitzen im anterioren Kompartiment wurde nach 10° und 15° TKO (2.22 ±1.18 vs. 2.44 ±0.13, p=0.01) gemessen. Eine Korrektur um 5° hatte keinen signifikanten Einfluss auf Objekt- und Spitzendrücke.
Die Implantation eines extrakapsulären Absorbers als auch eine TKO ermöglichen eine signifikante Entlastung des medialen Kompartimentes. Geringe Korrekturwinkel sowie der extrakapsuläre Absorber haben keinen negativen Einfluss auf das anteriore Kompartiment, während es bei Korrekturen von mehr als 10° zu einer signifikanten höheren Druckbelastung des retropatellaren Knorpels kommt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-512
doi: 10.3205/14dkou541, urn:nbn:de:0183-14dkou5411
Published: October 13, 2014
© 2014 Bode et al.
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by G. H. | Mai 13, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Tibiofemorale Kontaktmechanik nach Unikompartmentellem Kniegelenkersatz
Heyse TJ, Tucker S, Rajak Y, Lipman J, Imhauser C, Westrich G
Fragestellung: Die Hauptursachen, die zur Revision von unikopartimentellem Gelenkersatz am Kniegelenk (UKA) führen, sind Lockerung der Komponenten und Fortschreiten der Arthrose im erhaltenen Gelenkanteil. Die Veränderungen der tibiofemoralen Kontaktmechanik nach UKA spielt bei diesen Prozessen eine wichtige Rolle, ist allerdings bisher noch nicht Gegenstand biomechanischer Studien gewesen.
Methodik: Elf Leichenknie wurden präpariert und in einem industriellen Roboter mit sechs Freiheitsgraden untersucht. Es wurde die Fersenkontaktphase des Ganges unter Applikation einer axialen Last von 200 N in Kombination mit einem Varus-Moment von 2,5 Nm bei 15° Flexion simuliert. Zugkräfte der Oberschenkelmuskulatur (Hamstrings und Quadrizeps) wurden ebenfalls simuliert. Die genaue Position von Femur, Tibia und Patella wurde über starr befestigte Marker erfasst. Eine zuvor durchgeführte Computertomographie erlaubte die Einordnung der Trajektorien in ein Koordinatensystem und die Berechnung der Kinematik. Sensoren erfassten den tibiofemoralen Kontaktdruck in beiden Kopartimenten vor und nach medialer UKA-Implantation.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im nativen Knie betrug der durchschnittliche Kontaktdruck 0.5 ±0.3 MPa medial und 0.4 ±0.3 MPa lateral. Nach UKA wurden im medialen Kompartiment 14-fach erhöhte Drücke gemessen (p=0.007), während der durchschnittliche Kontaktdruck im lateralen Kompartiment unverändert blieb. Im native Knie betrug die durchschnitttliche tibiofemorale Kontakfläche 653 ±65 mm2 medial und 334 ±83 mm2 lateral. Nach UKA verringerte sich die mediale Kontaktfläche um den Faktor 10 (p=0.001), während sich lateral erneut keine Änderungen ergaben (p=0.605).
Die tibiofemorale Kontaktmechanik insbesondere im medialen Kompartiment verändert sich dramatisch nach medialem UKA. Die konkave Anatomie aus Innenmeniskus und tibialem Knorpel wird durch ein flaches und viel steiferes Implantat ersetzt. Die Zunahme des medialen Kontaktdruckes resultiert wahrscheinlich aus der sich ergebenden erheblichen Reduktion der Kontaktfläche. Diese Daten mögen zum besseren Verständnis von Implantatlockerung, medialem Knieschmerz nach UKA und Fortschreiten der lateralen Arthrose beitragen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-485
doi: 10.3205/14dkou540, urn:nbn:de:0183-14dkou5401
Published: October 13, 2014
© 2014 Heyse et al.
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by G. H. | Mai 13, 2019 | Knie + Endoprothetik, News
Sensitivität der Knie-Kontaktkraft bei Veränderungen der kinematischen und anatomischen Parameter
Trepczynski A, Kutzner I, Bergmann G, Heller MO, Pfitzner T, Duda GN
Fragestellung: Der Langzeiterfolg einer Knieendoprothese hängt unter anderem von der intraoperativen Positionierung der Prothese ab. Diese sollte idealerweise nicht zu einer postoperativen Erhöhung der Kniebelastung führen. Dazu ist wichtig zu verstehen, welche anatomischen Parameter die Kniebelastung wesentlich beeinflussen. Mit Hilfe von instrumentierten Implantaten kann die Belastung in vivo bestimmt werden. In Kombination mit muskuloskeletalen Modellen können dann auch wesentliche Einflussfaktoren auf die Kniebelastung abgeschätzt werden. Ziel war es, die Sensitivität der tibiofemoralen (TF)-Kontaktkraft auf anatomische Variationen in einer Gruppe von Patienten mit telemetrischen Implantaten zu untersuchen.
Methodik: Die Kinematik und Kinetik des Gehens und Treppensteigens wurde bei 9 Patienten mit telemetrischen Knie-Implantaten [1] erfasst. Basierend auf CT Daten, patientenspezifischen muskuloskeletalen Modellen und funktionellen Methoden wurde die skelettale Kinematik erfasst [2] und die wirkenden Muskel- und Gelenkbelastungen bestimmt. Die Modelle wurden anhand der in vivo Kniekontaktkräfte validiert und dann in ihren Parametern im Rahmen der publizierten anatomischen Variationen der Prothesenposition verändert. Alle Kräfte wurden zum Körpergewicht (KG) der Patienten normalisiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die in vivo gemessene und die berechnete maximale TF-Kraft stimmten in ihrer Charakteristik sehr gut überein (rel. Fehler von 14±14% beim Gehen, 12±9% beim Treppenabsteigen). Für Winkeländerungen unter 2° hatte die medio-laterale Körperneigung, ausgedrückt durch die Beinachse (Sprung- bis Hüftgelenk) den größten Einfluss auf die max. TF-Kraft (0.13±0.06 KG/° beim Gehen, 0.17±0.08 KG/° beim Treppenabsteigen). Auch die Varus/Valgus-Ausrichtung beeinflusste die Belastung (0.04±0.03 KG/° beim Gehen, 0.07±0.05 KG/° beim Treppenabsteigen). Verschiebungen der Patella hatten insbesondere beim Treppenabstieg einen starken Einfluss (0.04±0.03 KG/mm M-L, 0.04±0.02 KG/mm A-P).
Die Analysen zeigen den Einfluss der Varus/Valgus Positionierung im Kniegelenk auf die postoperative mechanische Belastung des Gelenkes. Innerhalb eines Fensters von ± 2-4 Grad scheint die Belastung nicht wesentlich beeinflusst zu werden (Abbildung 1 [Abb. 1]), während außerhalb dieses Fensters die Belastung zum Teil patientenspezifisch deutlich zunimmt. Diese Daten könnten in Zukunft für die präoperative Planung und intraoperative Entscheidungsfindung genutzt werden.
Literatur
1.Heinlein B, Graichen F, Bender A, Rohlmann A, Bergmann G. Design, calibration and pre-clinical testing of an instrumented tibial tray. J Biomech. 2007;40 Suppl 1:S4-10. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2007.02.014
2.Trepczynski A, Kutzner I, Kornaropoulos E, Taylor WR, Duda GN, Bergmann G, Heller MO. Patellofemoral joint contact forces during activities with high knee flexion. J Orthop Res. 2012 Mar;30(3):408-15. DOI: 10.1002/jor.21540
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR19-1137
doi: 10.3205/14dkou539, urn:nbn:de:0183-14dkou5396
Published: October 13, 2014
© 2014 Trepczynski et al.
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