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Mechanisches Prüfsystem für Gelenkknorpel

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Mechanisches Prüfsystem für Gelenkknorpel

Mechanisches Prüfsystem für Gelenkknorpel
Indentation-Versuch des Gelenkknorpels einer femoralen Kondyle im Regeneratbereich (autologer osteochondraler Transfer)
Software zur Anzeige der gemessenen Kraft (rosa Linie) und des Weges (blaue Linie) mit Auswertediagramm (unten) und Ausgabe des gesuchten mechanischen Materialparameters.

Regeneration oviner osteochondraler Defekte
"Das HPMT (High-Precision Material Testing) Gerät zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Gelenkknorpel im Knie"

B. Conrad, K. Dannenberg, U. Blücher, R. Paulat

In Zusammenarbeit mit Dipl.-Ing. R. Kleemann, Cand.-Ing. A. Schill, Prof. G. Duda
(Julius Wolff Institut, CVK)

Um einen drohenden Gelenkersatz so lange wie möglich hinaus­zuzögern, gibt es zurzeit unterschiedliche Therapieansätze in der Regeneration oder Reparation eines Knorpelschadens. Vielversprechend sind z.B. autologe osteochondrale Transplantate und die Autologe-Chondrozyten-Transplantation. Trotz der vielfältigen Therapie­möglich­keiten für Knorpelschäden sind die Regenerate hinsichtlich der bio­mecha7nischen Eigenschaften dem intakten, hyalinen Knorpel deutlich unterlegen. Die Mehrzahl der Studien befasst sich dabei mit den biologischen Einflussfaktoren der Regeneratheilung. Der Einfluss des mechanischen Stimulus in der Belastungssituation des Defekts und der mechanischen Parameter des Transplantates auf den Heilungsprozess bleiben zumeist unberücksichtigt.

Die Untersuchung des Fortschrittes der Regeneratsteifigkeit im Verlauf der Heilung unterschiedlich behandelter osteochondraler Defekte erfordert ein entsprechendes Materialprüfsystem mit hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit. Das HPMT-Gerät wurde entwickelt, um die mechanischen Parameter von Gelenkknorpel und deren Regeneration zu bestimmen.


Das HPMT-Gerät kann mittels uniaxialen Belastungen und Beanspruchungen über Retardations- und Relaxationsversuche biphasische Eigenschaften weicher Gewebe, vornehmlich von Gelenkknorpel messen. Materialparameter wie Elastizitätsmodul Es, Aggregatmodul HA und Poissonzahl können ermittelt werden. Die Bestimmung dieser Größen erfolgt uniaxial über die allgemein etablierten mechanischen Testprinzipien indentation, confined compression oder unconfined compression. Dabei können wiederum zwei Versuchstypen gefahren werden; a) weggesteuert durch Verstellen einer Mikrometerschraube bei Simultanmessung der Kraft und b) kraftgesteuert durch Auflegen von Gewichten (max: 200g) bei Simultanmessung des Weges. Ein Schrittmotorantrieb für die Mikrometerschraube mit passender Steuerungssoftware erlaubt die Voreinstellung von Verfahrwegen und stellt somit eine Zunahme der Messpräzision dar. Eine eigens in C++ geschriebene Auswertesoftware ermöglicht eine schnelle Bestimmung der gesuchten Materialeigenschaften aus den Rohdaten.

Infos:

Kniearthrose: Mechanische Knorpelqualität und ICRS Score

Biomechanik und Mechanobiologie in der Regeneration osteochondraler Defekte im Kniegelenk