Heinz-Mittelmeier-Forschungspreis

Der Forschungspreis wurde in diesem Jahr gleichwertig aufgeteilt.

Arbeitsgruppe 1

Dr. Sebastian Walter, Klinik und Polyklinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und plastisch-ästhetische Chirurgie, Universitätsklinik Köln
Dr. Robert Nißler, ETH Zürich, Nanoparticle Systems Engeneering Lab, Zürich

Material-Intrinsic NIR-Fluorescence Enables Image-Guided Surgery for Ceramic Fracture Removal

Bedingt durch den demographischen Wandel nimmt die Zahl der Operationen im Bereich der Hüftendoprothetik immer weiter zu: Allein in den USA werden bis 2030 voraussichtlich jährlich bis zu 850.000 Endoprothesen eingesetzt. Die Implantate verfügen mittlerweile oft über einen Keramikkopf, der für seine Festigkeit und seine Verschleißbeständigkeit geschätzt wird. Brüche von Keramikimplantaten sind selten, können jedoch erhebliche Komplikationen verursachen.

Physiochemische Untersuchungen weit verbreiteter zirkonia-stabilisierter Aluminiumoxid-Keramiken haben gezeigt, dass Biolox-Delta-Implantate aufgrund des enthaltenen Chroms eine rubinähnliche Fluoreszenz im nahen Infrarotbereich bei etwa 700 nm aufweisen, mit einer Quantenausbeute von 74 Prozent. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines optischen Systems zur Detektion von Keramikbruchstücken, das eine vollständige Entfernung ermöglichen und so einem sekundären Implantatversagen vorbeugen soll. Zusätzlich wird die Visualisierung von Keramikabrieb durch Nahinfrarot-Fluoreszenzmikroskopie realisiert.

Arbeitsgruppe 2

Adrian Buchholz, Orthopädische Universitätsklinik Magdeburg
Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Joachim Döring, Medizinische Fakultät, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Damage analysis of retrieved Biolox®delta components used in hard and soft bearings

Die prämierte Arbeit ist ein retrospektiver Vergleich explantierter keramischer Hüftköpfe der Marke Biolox Delta in hart-hart- und hart-weich-Paarungen unter Nutzung verschiedener makroskopischer (Damage Scoring) und mikroskopischer (Raman-Spektroskopie, XRD, Konfokalmikroskopie, REM/EDX) Techniken. Sie liefert Erkenntnisse zur Langzeitstabilität von ZTA-Komponenten und zu Optimierungspotentialen von Implantmaterialien.

Die Untersuchung zeigt, dass ZTA-Komponenten in beiden Lagerungsarten minimalen Verschleiß aufweisen, wobei CoC-Paarungen stärker betroffen sind. Metallübertragungen verursachen den häufigsten Verschleiß, beeinflussen jedoch die Zirkonoxid-Phasentransformation nur minimal. Für die Patientenversorgung ist die Minimierung von Verschleiß entscheidend, um die Lebensdauer von Implantaten zu verlängern und Komplikationen zu reduzieren.

Dr.-Ing. Philipp Damm, Julius Wolff Institut, Berlin Insitute of Health, Charité – Universitätsmedizin Berlin

Die Reibung im Hüftgelenkersatz – der ‚un‘bekannte In-vivo-Belastungsparameter

Die Implantation eines Hüftgelenkersatzes wird als eine der erfolgreichsten Operationen des letzten Jahrhunderts betrachtet. Während bei Älteren die 10-Jahres-Revisionsrate mit nur 5 Prozent äußerst erfolgreich ist, liegt diese bei Jüngeren jedoch bis zu dreifach höher. Die Lebensdauer und Standfestigkeiten künstlicher Hüftgelenke stellen somit immer noch ein signifikantes klinisches Problem dar. Im Rahmen der Arbeit war es weltweit erstmals möglich, mittels instrumentierter Hüftimplantate die wirkende Gelenkreibung in einer aktiven Patientengruppe, mehr als 10 Jahre post-OP, direkt in vivo zu messen und deren Einflussparameter zu charakterisieren.

Die Daten haben ergeben, dass die auftretende Reibung ein hochdynamischer Belastungsparameter ist und nur begrenzt durch etablierte In-vitro- und In-silico-Tests abgebildet werden kann. Vor allem aber konnte der Wissenschaftler zeigen, dass die Reibung primär durch die intraoperativ definierte Gelenk-Überdachung, bzw. von der daraus resultierenden Position der Belastungszone im Pfannen-Inlay, und nur sekundär durch die auftretende Kontaktkraft und -Kinematik beeinflusst wird. Die Ergebnisse der Habilitationsschrift sollen der Auslegung realistischer Prüfparameter für die Implantat-Neuentwicklungen dienen, außerdem ermöglichen sie eine tribologisch optimierte Neuauslegung klinisch etablierter Safe-Zonen und können für die individuelle Patientenberatung herangezogen werden (www.OrthoLoad.com).