Schomburg, Karsten: Nutzung der Eigenfrequenzen von Endoprothesen und Operationswerkzeugen zur Optimierung der Im- und Explantation von Endoprothesen

Abstract in Deutsch:

Eine Endoprothesenentfernung ist notwendig, wenn septische oder aseptische Lockerung auftritt. 2009 wurden 23.000 Hüft- und 11.000 Knieendoprothesen in Deutschland gewechselt. Klassische Methoden, zum Beispiel hämmern, fräsen und meißeln sind nicht schonend zum Knochengewebe und erfordern hohen Kraftaufwand. Um den Entfernungsprozess zu verbessern, wird in dieser Arbeit eine alternative Methode vorgestellt. Es sollen Schwingungen, unter Ausnutzung der Eigenfrequenzen von gelockerter Endoprothese und Operationswerkzeug, angewendet werden, um die Endoprothese zu lösen und zu entfernen. Für die Durchführung von Eigenfrequenzanalysen wurde ein 3D-CAD-Modell einer Endoprothese und eines Operationswerkzeugs erstellt. Um Eigenfrequenzen, Messbereiche und Positionen (Eigenformen der Anordnung) von Sensoren zu bestimmen, wurden verschiedene Randbedingungen simuliert, die verschiedene Lockerungsgrade abbilden. Zur Evaluierung des Modells und der Simulation wurden Vergleichsexperimente durchgeführt. Unter den verschiedenen Randbedingungen wurden Eigenfrequenzen zwischen 29,9 Hz und 1352,5 Hz ermittelt. Die Charakterisierung der Eigenformen zeigten die Positionen von Schwingungsbäuchen und -knoten. Die Simulation der Validierungsanordnung ergab Werte zwischen 70 Hz und 1233,7 Hz. Die Ergebnisse der akustischen Messungen und der Beschleunigungsmessungen lieferten Werte zwischen 50 Hz und 970 Hz. Simulation und Messungen indizieren Eigenfrequenzen in einem vergleichbaren Intervall, weshalb die Simulationsergebnisse gültig sind. Zusammengefasst wurden durch die Eigenfrequenzanalysen Eigenfrequenzen, Sensormessbereiche und Sensorpositionen ermittelt. Für weitere Untersuchungen sollte eine experimentelle Modalanalyse mit entsprechenden Beschleunigungssensoren durchgeführt werden.