Einfluss der Implantatpositionierung und –konfiguration auf Kinematik und Druckverteilung im Kniegelenk

• Antragsteller: Dr. Michael Schwarze
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459757764

Bei der Implantation totaler Knieendoprothesen werden durch arthrotischen Verschleiß zerstörte Gelenkflächen reseziert und durch künstliche Oberflächen ersetzt. Zur Ausrichtung der Prothesenkomponenten gibt es derzeit in der Fachwelt im Wesentlichen zwei unterschiedliche Ansätze: das Mechanical Alignment (MA) und das Kinematic Alignment (KA). Das Ziel der KA ist die Wiederherstellung der natürlichen Orientierung der tibio-femoralen Gelenklinie, der natürlichen Beinachse und der natürlichen Stabilität des Kniegelenks. Ziel des Projekts ist es, die Ausrichtungen der Prothese nach KA und MA sowie zusätzlich verschiedene Prothesendesigns hinsichtlich ihres Einflusses auf die Biomechanik miteinander zu vergleichen. Damit soll eine mögliche verbesserte Funktion bei Patienten auf mechanische Parameter zurückgeführt werden und eine Aussage zum möglichen Langzeiterfolg in Bezug auf die mechanische Belastung getroffen werden.Im Rahmen des beantragten Projektes sollen folgende Arbeitshypothesen geprüft werden:(1) Kinematische ausgerichtete Prothesen weisen verglichen mit mechanisch ausgerichteten Prothesen dem physiologischen nativen Zustand vergleichbare, biomechanische Parameter auf (Kontaktkräfte medial und lateral, retropatellarer Druck, Patella Kinematik, femorales Rollback).(2) Doppelt-Kreuzbanderhaltene Prothesendesigns liefern bei gleicher Implantationstechnik dem physiologischen Zustand vergleichbarere biomechanische Werte als Prothesendesigns mit nur einem oder komplett ohne Kreuzbänder (Parameter s. 1.).Das Projekt gliedert sich in einen experimentellen und einen simulativen Teil, die eng miteinander verzahnt sind. In beiden Teilen sollen die Arbeitshypothesen überprüft werden. Die experimentellen Untersuchungen werden in einem umfassenden in-vitro Prüfaufbau durchgeführt. Die Muskelzüge der wichtigsten Kniestrecker und –beuger werden dabei durch eine Hydraulikanlage geregelt werden und das Knie durch einen Industrieroboter geführt und belastet werden. Mit Hilfe der gewonnenen Daten aus den in-vitro Versuchen soll ein bestehendes numerisches Kniemodell erweitert werden. So werden u.a. die messtechnisch nicht zu erfassenden Dehnungen von Bandstrukturen ermittelt. Zusätzlich soll eine Variation von Implantationsparametern durchgeführt werden, um deren Einfluss auf die Biomechanik abschätzen zu können.In einem weitergehenden Ansatz soll das Knie-Modell in ein vollständiges Modell der unteren Extremität integriert werden. Dadurch können vorhandene Daten aus einer laufenden klinischen Studie mit n=120 (n=60 KA und n=60 MA) Patienten im Detail analysiert werden. Mittels dieser Daten in Verbindung mit dem erweiterten Modell lässt sich zeigen, wie die Biomechanik nicht nur am idealisierten Prüfstand sondern im realen Patienten durch eine unterschiedliche Prothesenausrichtung beeinflusst wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen