Akustische Schwingungen des künstlichen Hüftgelenks

Keramische Materialien werden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in Bezug auf ihre Verschleißbeständigkeit, Benetzbarkeit und die bei optimaler Implantation sehr niedrige Reibung bevorzugt als Reibpaarungen in der Hüftgelenkendoprothetik eingesetzt. Reiberregte Vibrationen, welche in 0,5 bis 10,7 % der Fälle zu hörbarem Quietschen führen, haben die vielversprechende Stellung dieses Prothesentyps jedoch in Frage gestellt. Ziel dieser Arbeit ist es, die Ursachen, die zum Quietschen von Hüftendoprothesen führen, zu ermitteln und darauf aufbauend Risikofaktoren zu identifizieren. Die dynamischen Eigenschaften der am künstlichen Hüftgelenk beteiligten Komponenten - die metallenen Prothesenteile, die keramischen Reibpartner und der umgebende Knochenbestand - wurden separat und in gefügtem Zustand mittels experimenteller und numerischer Modalanalyse, unter Berücksichtigung von Designvarianten, bestimmt. Die Schwingungstransfer-Eigenschaften der relevanten Fügestellen wurden analysiert. Um patientenspezifische Faktoren wie Knochenmineraldichte untersuchen zu können, wurde ein Modell des gesamten Systems erstellt. Es wurde ein in vier Freiheitsgraden regelbarer servo-hydraulischer Prüfstand aufgebaut, welcher in der Lage war, die kinematischen Gegebenheiten der menschlichen Hüfte nachzubilden und somit Quietschen zu generieren. Die Realitätsnähe der in vitro erzeugten Geräusche wurde durch Vergleich mit Patientendaten geprüft. Mit diesem Hüftsimulator wurde der Einfluss des Prothesendesigns, des Spaltmaßes der Paarung, der Pfannenorientierung, der Gelenkkraft, der Relativgeschwindigkeit der Paarung und der Schmiersituation auf die Frequenzen und die Lautstärke der emittierten Geräusche und die in der Gelenkpaarung auftretenden Reibkräfte bestimmt.