Bruchanalyse an keramischen Kugelköpfen für Hüftgelenkersatz

Autor: G. Willmann
Rok vydání: 2001
Předmět:
Zdroj: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 32:591-600
ISSN: 1521-4052
0933-5137
DOI: 10.1002/1521-4052(200107)32:7<591::aid-mawe591>3.0.co;2-8
Popis: Leider tritt In-vivo-Versagen von keramischen Kugelkopfen bei Huftgelenkersatz auf. Um eine Grundlage fur Masnahmen zum Abstellen des Problems zu haben, werden Bruchanalysen durchgefuhrt. Bei Kopfen, die in vivo versagt haben, geht der primare, den Bruch auslosende Ris entweder vom Bereich der konischen Bohrung des keramischen Kugelkopfes aus oder von der Gravur fur die Idenfikationsnummern. Es werden die Defekte bewertet, die bruchauslosend sein konnen: Im Volumen sind es Poren, porose Bereiche, Einschlusse, Grobkorn im Gefuge und Risse (Mikrokerben). Auf der Oberflache sind es Risse und Makrokerben wie Rillen oder Riefen. Durch eine konsequente Fertigungs- und Qualitatskontrolle konnen die meisten Defekte erkannt werden. In wenigen Fallen ist es fruher zum Bruch, von der Gravur ausgehend, gekommen. Fruher wurde die Gravur mit einem Stichel vor dem Sintern graviert, seit Mitte der 90er Jahre wird sie mit Laser eingebracht. Seitdem ist dieser Bruchtyp nicht mehr aufgetreten. Einige Bruche sind auf Handhabungsfehler wahrend der Operation zuruckzufuhren. Es entsteht eine hohe Spannungskonzentration, falls sich Partikel (Knochen oder Knochenzement) zwischen Zapfen des Prothesenschaftes und Bohrung im Kugelkopf befinden oder falls der Zapfen des Prothesenschaftes durch Instrumente beschadigt wird. Beim Einsatz sog. Halskugeln kann Bruch dann ausgelost werden, wenn Kontakt zwischen dem Pfannenrand und des Halses vom Kugelkopf (Impingement) auftritt. Das Bruchrisiko ist hier > 0,1%. Die in vivo Bruchrate fur Standardkopfe liegt heute unter 0,01%. Im Vergleich zu den klinischen Komplikationen, die alle im %-Bereich liegen, kann Bruch als Komplikation vernachlassigt werden. Fracture Analysis of Ceramic Heads for Total Hip Replacement In total hip replacement there are in vivo fractures of ceramic heads. Failure analysis has to be performed for eliminating or reducing this problem. The results are that the primary crack causing ceramic fracture is initiated either in the region of the conical bore of the ceramic head or from the bottom of the engraved symbols used for identification. The various defects that may cause ceramic fracture are evaluated: In the bulk typical defects are pores, porous regions, inclusions, large grains in the microstructure and cracks, on the surface cracks and grooves. Most defects are detected when using a high sophisticated 100%-inspection. There were a few cases when the fracture started from the engraving. In the past the engraving was made before sintering by using a stylus. Since the mid-90s laser marking of sintered heads is used. Since that time no failure initiated by engraving was reported. Some fractures were caused by mis-handling during surgery. There is a high stress concentration in the ceramic head when particles like bone or bone cement are between the metal taper and the bore of the ceramic head or when during surgery the metal taper was scratched by an instrument. When using mushroom-like heads the fracture rate is > 0.1%. Fracture is initiated if there is contact between the head and the rim of the cup. Today's in vivo fracture rate of standard heads is below 0.01%. When comparing to the complication rate due to medical problems then the in vivo fracture rate is not a major problem.
Databáze: OpenAIRE
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