Entwicklung einer modularen Leichtbau-Tumor-Endoprothese mit neuartigen textilen Anbindungsstellen zur Refixation zuvor abgelöster Muskelgruppen

In der Tumor-Endoprothetik werden Implantate zur Rekonstruktion des proximalen Femur verwendet. Die Hauptprobleme dieser Implantate bestehen häufig im hohen Gewicht und der biomechanisch nicht optimalen Anbindung von Weichteilgewebe. Das Ziel der Arbeit ist es, ein langzeitstabiles biomechanisch korrektes Implantat eines proximalen Femur-Ersatzes zu entwickeln.Angelehnt an Leichtbaukonzepte aus dem Fahrzeugbau wurde ein bestehender modularer Implantatgrundkörper einer Topologie Optimierung unterzogen. Das Laserstrahlschmelzen fand Anwendung, um das Implantat mit dem Material TiAl6V4 zu fertigen. Die Kopplung der einzelnen Module erfolgte durch eine eigens konstruierte Polygonschnittstelle. Zum Lösen der Schnittstelle wurde ein Fügeinstrument verwendet, welches an zwei definierten Punkten eine Last appliziert und somit die Innenkontur der Schnittstelle elastisch verformt. Dies ermöglicht das reversible Fügen der modularen Komponenten.Damit die Muskulatur anatomisch korrekt fixiert werden kann, wurden textile Anbindungsstellen aus Multifil Polyester erzeugt. Diese wurden durch eine Polyethylen-Umspritzung des Halsmoduls fest mit dem Implantat verbunden. Zur Feststellung der Dauerfestigkeit des Implantats wurde eine Prüfung in einem dafür zertifizierten Labor durchgeführt. Des Weiteren wurde das entwickelte Implantat-Funktionsmuster in einen Körperspender implantiert.Es wurde ein Funktionsmuster eines modularen Implantats entwickelt, welches aufgrund der Topologie-Optimierung eine Gewichtsreduzierung von 400 g im Vergleich zum aus dem MML-System (AQ Implants GmbH, Deutschland) zusammenfügten Femur-Ersatz aufweist. Das größte Einsparungspotential zeigte sich hierbei im Bereich des Halsmoduls (Gewichtsreduzierung um 55 %). Die lasttragenden Strukturen bestehen aus TiAl6V4, die Umhüllung des Halsmoduls hingegen aus Polyethylen. Die reversible Kopplung wird durch eine Polygonschnittstelle umgesetzt. Der Kraftschluss erfolgt durch Abschaltung der äußeren Krafteinwirkung und damit Rückverformung der runden Bohrung zu einer elliptischen Geometrie und somit ""Verklemmung"" des Zapfens.Die Dauerfestigkeit des Implantats konnte nach ISO 7206 nachgewiesen werden. Am Körperspender zeigte die Test-Implantation, dass das Implantat unter realistischen Bedingungen platziert werden kann. Das Annähen der Muskulatur an die textilen Anbindungsstellen war erfolgreich möglich.Die technologische Machbarkeit eines neuartigen biomechanisch korrekten Implantats konnte gezeigt werden. Die Neuerungen sollen dazu beitragen, dass das Implantat die ursprünglichen biologischen Gegebenheiten so realistisch wie möglich widerspiegelt. Mit Hilfe der Sticktechnik lassen sich textile Strukturen erzeugen, welche hinsichtlich ihrer Eigenschaften dem textiltechnologischen Anforderungsprofil im Sinne der Weichteilanbindung entsprechen. In weiteren Versuchen muss untersucht werden, inwieweit die modularen Fügestellen des Implantats anfällig für Korrosion sind.