Unterschiede in der Kraftaufnahme der posterior stabilisierenden Strukturen des Kniegelenkes zwischen das hintere Kreuzband erhaltender und ersetzen-der Endoprothetik im Robotermodell

Abstract

Die Osteoarthrose ist die am häufigsten auftretende pathologische Veränderung des Bewegungsapparates, wobei hauptsächlich die Hüft- und Kniegelenke betroffen sind. In der vorliegenden Studie wurde die Kraftaufnahme der posterioren Strukturen im Kniegelenk im Vergleich zwischen kreuzbanderhaltender und kreuzbandersetzender Endoprothetik im Robotermodell gemessen. Es wurden die Prothesentypen GENESIS II CR und GENESIS II PS der Firma Smith and Nephew GmbH verwendet. Die kreuzbanderhaltende GENESIS II CR-Prothese diente dabei der Bestimmung der Kraftaufnahme auf das hintere Kreuzband, wo hingegen die kreuzbandersetzende GENESIS II PS-Prothese der Evaluierung der Kraftaufnahme des Polyethylenzapfens diente. Acht Kadavarpräparate wurden während der Versuchsdurchführung nacheinander mit beiden Prothesentypen versorgt und die Kraftaufnahme der posterioren Strukturen mit Hilfe einer Funktionseinheit, bestehend aus dem Industrieroboter KUKA KR 60-3 und dem Universal Force Sensor Theta SI1000-120, gemessen. Damit der Roboter in der Lage war, eine Knieflexion mit simuliertem Körpergewicht nachzuahmen, wurde zu Beginn jeder Messreihe die Kinematik der Präparate im „Tübinger Kniekinemator“ bestimmt, um im Anschluss das gewonnene Bewegungsmuster per Motion-Transfer an den Roboter übertragen zu können. Neben der Messung einer Knieflexion mit simuliertem Körpergewicht wurde die Kraftaufnahme zusätzlich beim vorderen und hinteren Schubladentest bestimmt. Während der Knieflexion mit simuliertem Körpergewicht bestand bezüglich der Kraftaufnahme des PCL und des Polyethylenzapfens kein signifikanter Unterschied. Beim vorderen und hinteren Schubladentest jedoch war die Kraftaufnahme des Polyethylenzapfens signifikant höher als die des PCL. Die dadurch bedingte Materialmehrbelastung könnte die Wahrscheinlichkeit eines Implantatversagens erhöhen.

Osteoarthritis is the most frequent pathology of the locomotor system especially affecting the hip and knee joint. In this study the in-situ forces on the posterior structures of the knee joint in posterior cruciate ligament (PCL) retaining and sacrificing total knee arthoplasty were measured and compared. The types of prostheses used in the study were GENESIS II CR and GENESIS II PS by Smith and Nephew GmbH. Forces on the PCL were measured in the PCL retaining design of GENESIS II CR whereas the PCL sacrificing design of GENESIS II PS was used for evaluation of the forces on the cam-spine mechanism. Each of the eight human cadaveric knees used in the study first received a GENESIS II CR followed by a GENESIS II PS. For both designs in-situ forces on the posterior structures were measured by the robotic system KUKA KR 60-3 and the Universal Force Sensor (UFS) Theta SI1000-120. The kinematics of each specimen were first captured by the Tuebingen knee simulator and then transferred to the robotic/UFS system to enable measurement of in-situ forces during knee flexion with simulated body weight. Additionally to knee flexion the in-situ forces in anterior and posterior drawer test were measured. There was no significant difference between in-situ forces on the PCL and cam-spine mechanism in knee flexion with simulated body weight whereas the in-situ force on the cam-spine mechanism was significantly higher in the anterior and posterior drawer test. The thereby increased weight placed on the prosthesis structures might increase the risk of implant failure.