Einleitung: Chirurgen in Großbritannien und Europa verwenden im Allgemeinen einen dünneren Zementmantel als ihre Kollegen in den USA für die Femurkomponente bei der totalen Hüftgelenksersatz (THR). Ziel dieser Studie war es, die Leistung verschiedener Zementmanteldicken mittels Finite-Elemente-Analyse zu vergleichen. Zu den Maßnahmen, mit denen verglichen werden könnte, gehören Zementrissbildung, Absenkung, Migration und Spannungsabschirmung. In dieser Studie verwenden wir ein linear-elastisches Modell des implantierten Femurs, um eine Vorhersage der Spannungen im Zementmantel und in der Femurrinde zu geben. Diese Maßnahmen geben einen Hinweis auf die relativen Raten von Zementrissen und Verlust von Knochenbestand aufgrund von Stress Shielding. Um die Zuverlässigkeit unseres Modells bei der Darstellung von Patienten mit unterschiedlichen Knochendichten zu bewerten, verwenden wir eine Reihe von spongiösen Knochensteifigkeiten.
Methode: Zwei Kadaver Femora aus dem gleichen Spender wurden bemessen, aufgebohrt und implantiert mit identischen Kunststoff-Replik femoralen Komponenten nach Standard-Operationstechnik für das Stanmore Hip-System. Eine wurde mit UK-Raspeln präpariert, die um ~ 2 mm überreibt wurden, die andere mit US-Raspeln, die um ~ 5 mm überreibt wurden. Serielle CT-Scans wurden verwendet, um dreidimensionale geometrische Modelle der implantierten Femora zu erstellen. Zwei Finite-Elemente-Netze wurden in MSC von Hand gebaut. Marc Finite-Elemente-Software, die kortikalen und spongiösen Knochen, Knochenzement und Prothese enthält. Jedes Modell bestand aus 10.000 achtnotigen Ziegelelementen mit einer vollständig gebundenen Stamm-Zement-Schnittstelle. Die dicken und dünnen Zementmäntel hatten Dicken von 2,5 mm bzw. 1,0 mm in Bereichen, in denen die Dicke von der Raspelgröße beeinflusst wird. Die Modelle waren im distalen Markkanal identisch. Der kortikale Knochen wurde als transversal isotrop modelliert, mit Längs- und Quermodulen von 17,0 und 11,5 GPa. Knochenzement erhielt einen Modul von 2,7 GPa. Die Belastungsbedingungen wurden gewählt, um die Fersenschlagphase des Gangs darzustellen. Um den Einfluss der Variabilität der Knochendichte des Patienten zu beurteilen, wurde der spongiöse Knochenmodul zwischen 0,06 und 2,90 gpa variiert.
Ergebnisse: Die äquivalente Spannung wurde an der äußeren Oberfläche des Kortex und der inneren Oberfläche des Zementmantels untersucht. Die niedrigsten kortikalen Knochenspannungen waren proximal und die höchsten Zementspannungen um die distale Spitze der Prothese. Im proximalen Kortex wurden höhere äquivalente Spannungen medial und lateral mit einem dicken Zementmantel beobachtet. Distal wurden geringere Zementspannungen im dicken Zementmantel beobachtet. Mit dem höchsten spongiösen Modul gab es wenig Unterschied zwischen den beiden Modellen. Als dieser Modul reduziert wurde, wurden Spannungsunterschiede zwischen den Modellen deutlicher. Für alle spongiösen Knochenmodule waren die maximalen distalen Zementspannungen niedriger und die minimalen proximalen Calcarspannungen im dicken Zementmantel höher.
Diskussion: Die proximale Stressabschirmung war in Übereinstimmung mit den klinischen Befunden am Calcar am größten. Der dickere Zementmantel führte zu einer geringeren Spannungsabschirmung in diesem Bereich. Die Zementspannungen, die um die distale Spitze der Prothese am höchsten waren, waren im dünnen Zementmantel größer. Dies deutet auf eine höhere Rate von Rissen und Knochenresorption in dünnen Zementmänteln hin. Obwohl über einen Bereich von spongiöser Knochensteifigkeit beobachtet, gilt dieser Befund insbesondere für Patienten mit geringer Knochendichte.
