Simulator testet Hüftgelenke

Gerät erfüllt ISO-Norm mit fünf Mio. simulierten Schritten pro Gelenk

Forscher der TU Wien haben einen Simulator entwickelt, der nach Bestimmungen der neuen ISO-Norm ISO/FDIS 14242-1 Hüftgelenke testet. Die Gelenke werden im Simulator einer mechanisch-dynamischen Prüfung unterzogen. Ziel ist es, Kinematik und Kinetik der Gehbewegung des Menschen zu simulieren. Die neue Norm ISO/FDIS 14242-1 fordert eine exaktere Simulation in drei Bewegungsachsen. Zwei Test-Stationen stehen an der TU Wien, eine an der LMU in München.

Der Test von künstlichen Hüftgelenken gestaltet sich als schwierig, da neben dem Bewegungsablauf auch die „Umweltbedingungen“ wie z.B. Körpertemperatur und Drücke, die das Körpergewichtes um ein Mehrfaches übersteigen, rekonstruiert werden müssen. Die ISO-Norm schreibt vor, dass Pfanne und Kugel des künstlichen Hüftgelenks fünf Mio. simulierten Schritten unterzogen werden müssen. Bei einer Tagesleistung von 86.000 „Schritten“ dauert das zwei Monate. Die Motoren des Geräts sind daher für 500 Mio. Bewegungszyklen ausgelegt.

Durch den Einsatz von moderner Netztechnologie kann sich der Operator Störungen bequem per SMS am Handy anzeigen lassen und den Simulator via Internet auch fernbedienen. Der PC kann bis zu zwölf Teststationen parallel steuern. Die Schrittsimulation kann frei programmiert werden. Mit entsprechenden Adaptionen hinsichtlich Befestigung der Prüfmuster und Bewegungs- bzw. Belastungsabläufen lassen sich im Simulator sogar Bandscheiben-Implantate testen, so die Entwickler.

Nach Beendigung des Prüflaufes werden die Gleitpaarungen der Norm entsprechend vermessen und der Gesamtabrieb mittels Koordinatenmessmaschine bestimmt. Für die 3-dimensionale Darstellung der Verschleißzonen (Bild) werden „Abriebkarten“ erstellt. Diese Methode der Darstellung, ähnlich wie sie aus Atlanten bekannt ist, wurde im Rahmen von zwei Diplomarbeiten am Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung generiert. Die Dokumentation des Abriebverhaltens hilft dem Operateur bei der Auswahl eines Gleitpaarungstyps für den Patienten. Aus der Verschleißdokumentation lassen sich Schlüsse auf die biologische Akzeptanz neuer Materialien ziehen.

Das Projekt entspringt der Zusammenarbeit dreier Institute der TU Wien (Computertechnik, Mikro- und Feinwerktechnik sowie Photogrammetrie und Fernerkundung), dem Institut für Physikalische Chemie der Universität Wien, dem Labor für Biomechanik und Experimentelle Orthopädie der Universität München und dem Oxford Orthopaedic Engineering Centre. Die notwendige Koordinationsleistung erbrachte die Biomechanische Forschungs-GmbH (BMF). Gefördert wurde das Projekt vom Wiener Wirtschaftsförderungsfonds (WWFF). Im nächsten Schritt wollen die Forscher eine Online-Verschleißmessung realisieren.