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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Abriebuntersuchungen an Al2O3 / ZrO2 – Dispersionskeramiken kombiniert mit künstlicher Alterung

Thursday (19.09.2019)
11:00 - 11:30 Uhr Florenz
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In dieser Studie wurde eine Methode entwickelt, um das in vitro-Verschleißverhalten von ZTA- und ATZ-Keramiken unter Edge Loading -Bedingungen in einem Hüftsimulator in Verbindung mit beschleunigter Alterung in einem Autoklaven unter hydrothermalen Bedingungen zu kombinieren und zu untersuchen.

Es wurden Femurköpfe und Hüftpfanneneinsätze von Hüftprothesen in den Kombinationen ATZ-ATZ und ZTA-ZTA getestet.

Im Hüftgelenksimulator wurden die Paarungen über insgesamt je 8 Mio Gangzyklen untersucht. Die ersten zwei Mio Zyklen wurden im Standardzyklus, die nachfolgenden 6 Mio Zyklen unter Microseparationsbedingungen durchgeführt.

Alle Keramikkomponenten wurden während der Verschleißstudie nach jeder Mio Testzyklen hydrothermal gealtert.

Die monokline Volumenfraktion an der Oberfläche der Keramikkomponenten wurde mittels XRD bestimmt.

Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen wurden an den Oberflächen der Köpfe durchgeführt.

Der Verschleiß wurde gravimetrisch jeweils nach 1 Mio Zyklen gemessen.

Die Verschleißraten der beiden gealterten Materialpaarungen ATZ-ATZ und ZTA-ZTA, waren unter Standardbedingungen mit <0,01 mm3 / Mio Zyklen sehr niedrig. Auch die Alterung führte zu keiner messbaren Änderung der Verschleißrate.

Unter Microseparationsbedingungen kam es zu einem Anstieg der Verschleißraten.. Die mittlere Verschleißrate von gealtertem ZTA auf ZTA betrug 0,19 ± 0,47 mm3 / Mio Zyklen, von gealtertem ATZ auf ATZ lediglich 0,07 ± 0,05 mm3 / Mio Zyklen.

Abriebspuren an den Oberflächen waren nach dem Test unter Standardbedingungen nicht erkennbar. Im Gegensatz dazu wurde unter Randbelastungsbedingungen ein streifenartiger Verschleißbereich (stripe wear) am Femurkopf mit entsprechendem Verschleiß am Rand der Hüftgelenkpfanne beobachtet.

Im ZTA-Material trat keine signifikante Alterung auf. Die Alterung der ATZ-Köpfe war signifikant. In der Verschleißspur erhöhte sich der monokline Phasenanteil mit jedem Alterungsschritt. Mit jedem Testzyklus im Hüftsimulator nahm der Monoklinanteil jedoch wieder signifikant ab.

In der Studie wurde gezeigt, dass die Zuverlässigkeit von ATZ-ATZ-Paarungen im Hüftgelenk in vitro den ZTA-ZTA-Materialien trotz des höheren Zirkoniumoxidgehalts überlegen sein kann.

Gleitpaarungen aus den getesteten Dispersionskeramiken zeigen selbst unter ungünstigen Bedingungen (Edge Loading) eine extrem niedrige Abnutzungsrate und stellen eine interessante Option zur endoprothetischen Versorgung jüngerer, aktiver Patienten dar.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Thomas Oberbach
Mathys Orthopädie GmbH
Weitere Autoren/Referenten:
  • Mazen Al-Hajjar
    Institute of Medical and Biological Engineering, School of Mechanical Engineering, University of Leeds
  • Laurent Gremmillard
    Univ Lyon, INSA Lyon, CNRS, MATEIS UMR 5510, Bât. Blaise Pascal, 7 Avenue Jean Capelle, Villeurbanne
  • Karen Hans
    Mathys Orthopädie GmbH
  • Jerome Chevalier
    Univ Lyon, INSA Lyon, CNRS, MATEIS UMR 5510, Bât. Blaise Pascal, 7 Avenue Jean Capelle, Villeurbanne
  • Louise Jennings
    Institute of Medical and Biological Engineering, School of Mechanical Engineering, University of Leeds