Grundlagen für das Verständnis der physiologischen Kinematik nach Knieendoprothetik

• Antragsteller: Dr. Rainald Ehrig; Dr.-Ing. Philippe Moewis, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449409989

Über 9 Millionen Menschen in Deutschland leiden an dauernden Schmerzen infolge einer Kniegelenksarthrose. Wenn konservative Therapieansätze versagen bleibt als einzige Möglichkeit zum dauerhaften Erhalt der Funktion des Kniegelenks und zur Schmerzlinderung nur eine Knie-Totalendoprothese. Über 187.000 künstliche Kniegelenke wurden 2016 allein in Deutschland implantiert und diese Zahlen werden sicher weiter steigen.Obwohl 95% der Knie-Endoprothesen dauerhaft funktionieren, sind etwa 20% der Patienten unzufrieden. Als Hauptgrund hierfür wird eine unphysiologische Gelenkkinematik der Endoprothese angesehen. Die Kinematik des Gelenkersatzes hängt von einer Reihe von Faktoren ab, insbesondere dem Implantatdesign und der Ausrichtung der Komponenten, ebenso aber von der zum Einsatz gekommenen Operationstechnik. Der Einfluss und das Zusammenwirkung dieser Faktoren auf die in vivo Kniekinematik ist offensichtlich erheblich, ist aber bis heute nur lückenhaft verstanden. Für eine funktionale Wiederherstellung der ursprünglichen Kniebewegung ist ein solches Verständnis aber unabdingbar. Andererseits ist die tatsächliche in vivo Kinematik des Implantats im Patienten, ihre Variabilität und ihre Wechselbeziehung zum Design des Implantats bisher kaum systematisch untersucht. In diesem Projekt wollen wir daher unsere vorhandenen Untersuchungstechniken nutzen um mit Hilfe von sehr zahlreichen uns zur Verfügung stehenden Resultaten aus in vivo Messungen (Kinematik und Belastungen) diese Beziehungen systematisch zu analysieren. Dies wird uns ermöglichen eine Datenbasis anzulegen, die es uns schließlich gestattet, das kinematische Verhalten in Abhängigkeit vom spezifischen geometrischen Design und der Positionierung des Implantats sowie der zum Einsatz kommenden Operationstechnik vorherzusagen. Im einzelnen gliedert sich das Vorhaben wie folgt: 1) ein Verständnis des Zusammenhangs der Anteile von Roll- und Gleitbewegung im implantierten Knie während unterschiedlicher Aktivitäten in Abhängigkeit vom sagittalen Radius, 2) die Bestimmung der Änderung in der Reibung im Kniegelenk in Abhängigkeit von der Position des Pivots und die Übertragung auf andere Implantatdesigns, 3) ein Verständnis des Einflusses der Designfeatures und der Operationstechnik auf die kinematischen Größen, insbesondere die anterior-posterior Translation und die axiale Rotation, 4) die Entwicklung geeigneter mathematischer Verfahren zur Analyse und Beschreibung der Beziehungen zwischen den Designparametern und den kinematischen Parametern. Schließlich sollen die gewonnenen Erkenntnisse in einem parametrisiertem Modell zusammengefasst werden, mit dem Ziel unter Verwendung der zu Verfügung stehenden Datenbank innerhalb von Werkzeugen zur Planung einer Totalendoprothetik das kinematische Verhalten des Implantats zuverlässig vorhersagen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Georg Duda; Professor Dr. Carsten Perka