Methodik zur zerstörungsfreien Testung von Oberflächenbeschichtungen in der Endoprothetik Method of non-destructive mechanical testing of new surface coatings for prostheses
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Felix Zeifang
Zusammenfassung
Die Untersuchung neuer Oberflächenbeschichtungen und Oberflächenbearbeitungsmethoden für Endoprothesen ist derzeit Gegenstand intensiver Forschung. Ziel dieser Studie war es, eine innovative biomechanische Messmethode zur Überprüfung des Einwachsverhaltens von Knochenimplantaten zu testen. In einem transkortikalen Implantationsmodell wurden 28 Kaninchen oberflächenbeschichtete (n=14) und unbeschichtete (n=14) Titanplomben in die laterale Femurkondyle implantiert. Nach 6 Wochen oder 6 Monaten wurden die Tiere getötet, der Knochen entnommen und die Einwachsfestigkeit der Implantate biomechanisch und histologisch ausgewertet. Im Rahmen der biomechanischen Auszugsmessungen führten die belastungsabhängigen Relativ-bewegungen zwischen Knochen und Plombe bis zu einer Zugkraft von 50 N zu keiner Zerstörung des Knochen-Implantatverbundes (Interface). Somit konnten an einer Probe sowohl biomechanische als auch histologische Untersuchungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse aus beiden Untersuchungen zeigten eine signifikante Korrelation (Korrelationskoeffizient -0,79; p<0,01) und waren reproduzierbar. Durch den Einsatz der zerstörungsfreien mechanischen Auszugsmessung wird die Anzahl der notwendigen Versuchstiere halbiert und eine Kontrolle der Ergebniskorrelation zwischen Histologie und Biomechanik ermöglicht. Die zerstörungsfreie mechanische Auszugsmessung stellt somit eine ideale Methode zur Untersuchung von neuen Implantatwerkstoffen, Oberflächenbeschichtungen und Oberflächenbearbeitungsmethoden in der Endoprothetik dar.
Abstract
Research into new surface coatings and surface processing methods for prostheses is subject to numerous studies. The aim of this study was to test an innovative biomechanical measuring method for the examination of the ingrowth of bone implants. Using a transcortical model, coated (n=14) or uncoated (n=14) titanic cylinders were implanted into the lateral condyle of 28 New Zealand White Rabbits. After 6 weeks or 6 months the animals were sacrificed and the osseointegration of the implants was evaluated biomechanically and histologically. Up to traction of 50 N the load dependent movement between bone and testing cylinder did not lead to a destruction of the bone-implant-interface. Therefore, biomechanical and histological investigations could be performed in the same specimen. The results of both evaluations showed a significant correlation (correlation coefficient -0.79; p<0.01) and were absolutely reproducible. With the method of non-destructive mechanical testing, it is possible to halve the number of required animals. Additionally, the results of the biomechanical and histological analysis can be compared and thus serve as an internal control. In summary, the method of non-destructive mechanical testing represents an ideal tool to study new surface coatings and surface processing methods for prostheses.
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