Knöcherne Anpassung ändert mechanische Beanspruchung des Femurs - eine zweijährige prospektive Studie nach Hüft-TEP Implantation

Zusammenfassung

Studienziel: Knochen reagiert auf den Einbau eines Hüftschaftes mit Umbauprozessen. Es sind daher erhebliche Anstrengungen unternommen worden, diese knöchernen Anpassungen mit Hilfe von Computermodellen vorauszuberechnen, indem Knochenumbautheorien mit Finite-Elemente-Simulationen kombiniert wurden. Es verbleibt das Problem der Validierung. In einem früheren Projekt wurden prospektiv Computertomographie-Dichtedaten nach Einbau einer Hüfttotalendoprothese (TEP) erfasst. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, zusätzlich die mechanische Beanspruchung des Femurs nach Hüft-TEP zu bestimmen. Methode: In einer prospektiven Studie mit 7 Patientinnen wurde unmittelbar postoperativ, drei und 24 Monate nach der Operation Computertomographie (CT) und Finite-Elemente(FE)-Methode patientenspezifisch miteinander kombiniert. Die mechanische Beanspruchung wurde mit der Dehnungsenergiedichte ausgedrückt. Ergebnisse: Auf der Grundlage des bekannten Dichteabfalls wird auch ein Abfall der knöchernen Beanspruchung im Femur beobachtet. Während der zweijährigen Beobachtungsdauer tritt dieser bei ca. 20 % liegende Effekt innerhalb der ersten drei Monate besonders stark auf und wirkt sich distal stärker als proximal aus. Schlussfolgerung: Der hier vorgestellte Ansatz, prospektiv klinische CT-Dichte-Daten mit patientenspezifischen zeitabhängigen FE-Modellen zu verbinden ist innovativ. Die vorliegende Sammlung von zeitabhängigen Daten über den Verlauf der Dehnungsenergiedichte repräsentiert eine objektive Möglichkeit zur Überprüfung biomechanischer Veränderungen nach totaler Hüftendoprothese. Eine zukünftige Hypothesen testende Studie basierend auf einer biometrischen Fallzahlplanung ist zur weiteren Evidenzerhöhung anzustreben.

Abstract

Aim: Periprosthetic adaptive bone remodeling after total hip arthroplasty (THA) has been frequently simulated in computer models, combining bone remodeling theory with finite element analysis. Unfortunately, there is still a lack of clinical validation data. The collection of prospective volumetric bone density data with a clinical computerized tomography study after THA was previously conducted. The objective of the study presented here is an additional evaluation of femoral strain. Method: In a prospective clinical trial with 7 female patients after THA computerized tomography (CT) and finite element (FE) modeling was patient specifically combined immediately after surgery, as well as at three and 24 months postoperatively. Mechanical strain was expressed by strain energy density. Results: Corresponding to a bone density decrease, a decrease of the femoral strain energy density was observed during the two year follow-up after surgery (approximately 20 %). The predominant change occurred within the first three months and was found to be distally stronger than proximally. Conclusion: As far as we are aware, this is the first combination of fully prospective 3D CT density data in vivo with patient-specific finite element modeling. The assessment of mechanical strain data during a follow-up trial should be a new approach for analyzing hip stems in clinical biomechanics. A future confirmative study based on a statistical case number calculation would increase the evidence of the results presented here.

Schlüsselwörter

Hüfttotalendoprothese - Computertomographie - Finite Elemente - femorale Dehnung

Key words

Total hip arthroplasty - computerized tomography - finite element - femoral strain

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