1. Einleitung
1.1. Gründen und Methoden zur Schöpfung der heutigen Zweymüller-Prothesen
Die Fragen, die ich mir zu den Zweymüller-Schäften der ersten Generation 1979-1985, deren Entstehung ich nicht miterlebte, stellte, traten nach relativ kurzer Zeit bei der Operationsassistenz auf, und zwar im Rahmen der Schulung neuer Benutzer in der von dieser Prothese erforderten innovativen Operationstechnik.
Nachdem ich 1977 die französische Tochtergesellschaft von AlloPro gegründet habe, die der Gruppe Sulzer nahe war, habe ich eine neue und spannende Tätigkeit zu meinen Leitfunktionen hinzugefügt.
Dank meiner schon langen Erfahrung bei Carl Zeiss des sterilen operativen Assistenz, um die neuen Operateuren in der Mikrochirurgie zu bilden, habe ich den sterilen operativen Assistenz in der Orthopädie eingeführt. Zunächst bei Knieprothesen, dann bei Zementierte Schäften und seit 1981 beim Einsatz zementfreier Schäfte.
Der operative Assistenz zu den ersten Implantationen ermöglichte den Orthopäden, die Lehrzeit für die neuen Prothesen abzukürzen und gute Ergebnisse seit den ersten Implantationen zu erhalten. Seit dieser Epoche ist der Assistenz normal, angenommen und manchmal unerlässlich geworden.
Während vielen Operationsassistenzen, 1981-1984, bei der Einweisung neuer Nutzer in die neu eingeführte und für die Zweymüller-Prothese erforderliche Operationstechnik, stellte ich mir bereits nach kurzer Zeit einige Fragen zu den Zweymüller-Schäften der ersten Generation.
Ich stellte fest, dass die zementfreien Zweymüller-Schäfte der ersten Generation von 1979 relativ primitiv konstruiert waren: ihr frontal flacher Entwurf ähnelte einer Röntgenaufnahme und liess die dritte Dimension, von vorne nach hinten, dabei vollkommen ausser Acht.
Ich begriff die Notwendigkeit, diese Implantate vom wissenschaftlichen und nicht mehr empirischen Standpunkt aus zu konstruieren und folglich zur Verfügung stehende mathematische Systeme anzuwenden sowie neue speziell auf diesen Bereich ausgerichtete zu entwickeln.
1.2. Schon am Anfang, Grössenprobleme
Je nach Grösse, Alter und körperlicher Aktivität, benötigen die Patienten Implantate unterschiedlicher Grössen. Die Prothesen der ersten Generation wurden selbstverständlich in mehreren Grössen hergestellt. Jedoch wies die Grössenabstufung dieser Serie zu meinem Erstaunen grosse Unregelmässigkeit und mangelnden Weitblick auf.
Selbstverständlich, in vielen Fällen entsprach einer der verfügbaren Schäfte aus der Serie den Bedürfnissen des Patienten, so dass der Protheseneinsatz ohne sichtbare Probleme von statten ging und die Folgen für den Chirurgen zufriedenstellend und für den Patienten akzeptabel waren. Ungefähr jeder vierte Patient konnte jedoch keinen idealen Schaft bekommen.
Diese mangelnde Anpassung zeigte sich bereits bei der Vorbereitung der Diaphyse und war bei den klinischen Folgen weiterhin zu beobachten.
Die Gesamtheit dieser in vier Jahren gemachten Beobachtungen bewog mich Anfang des Jahres 1984 dazu, dem Hersteller und medizinischen Autor eine Erneuerung der Implantatserie unter Einbezug meiner zahlreichen Beobachtungen und deren Analyse vorzuschlagen.
1.3. Erhalt und Perfektionierung des Implantationsprinzips
Die von Professor Zweymüller eingeführte Implantationsmethode selbst, die Vorbereitung des Femurs durch auf einen koaxialen Gleithammer montierte Raspeln, das Prinzip des geradlinigen Schafts mit rechteckigem Querschnitt, dessen Selbstblockierung ohne Zement durch Einrasten im vorbereiteten Kanal, habe ich stets mit Überzeugung verteidigt.
Und auch nach 40 Jahren hat sich meine Position diesbezüglich nicht geändert. Mir war es wichtig, diese Prinzipien in der neuen Entwicklung sowie der kompletten Erneuerung des Systems mit Hilfe mathematischer Grundlagen weiterhin zu bewahren.
1.4. Was waren meine Motive für diese Arbeit?
Als ich 1977 von der wissenschaftlichen Optik zur Orthopädie wechselte, war ich angesichts der einfachen Gestaltung der orthopädischen Implantate überrascht und enttäuscht. Diese wurden nach mehreren aufeinanderfolgenden, jedoch äusserst uneffizienten Versuchen konzipiert.
Da bei orthopädischen Implantaten jeder Fortschritt oder Rückschritt objektiv jedoch frühestens nach 10 Jahren klinischer Anwendung ermittelt werden kann, war eine empirische Entwicklung zum Scheitern verurteilt.
Die Entwicklungen blieben näher an der Brownschen Bewegung als an der geraden Linie, da jede positive oder negative Feststellung auf Grund der langsamen Entwicklung in Vergessenheit geriet. Folglich konnte ein neuer Konzeptentwickler eine bereits vor 20 Jahren abgelehnte Technologie „neu erfinden“ und erneut anwenden, ( für Beispiel, bestimmte Metall-Metall Gleitpaarungen ) da klinischen Misserfolge zwar festgestellt, aber vertraulich behandelt wurden.
1.5. Waren meine Kompetenzen dafür angepasst?
Im Rahmen meiner vielseitigen Studien und meiner früheren Berufserfahrungen, hoffe ich die Mehrheit der notwendigen Kompetenzen gesammelt zu haben, die für die gesamte Entwicklung des Systems AlloPro Zweymüller-SL, später AlloClassic genannt, erforderlich waren.
Das Verständnis der Probleme der Grössenabstufungen ergab sich aus meinen Studien der Mathematik und der Statistik, aber auch aus der anlässlich meiner Teilnahmen an Arbeiten erworbenen Erfahrung, einerseits auf der mikroskopischen Analyse des Grössenverteilungs von Teilchen, und andererseits auf den Grössenverteilung der Knöchernen Zellen in der Studie der Behandlungen der Osteoporose.
Mein Studium der Mathematik, des numerischen Rechnens und der Geometrie hat mir ermöglicht, durch die konkrete Anwendung des Begriffes des multidimensionalen Vektorraums (Methode der Wachstumsfaktoren) neue mathematische Entwicklungen zu konzipieren.
Mein Informatikstudium ermöglichte mir das Entwerfen und Schreiben aller Softwareprogramme, die zur Schaffung eines speziellen Systems ( Implant Descriptor) für die vollständige Entwicklung orthopädischer Implantate erforderlich waren. Dank der Simulation und Beobachtung der Formen an virtuellen Prototypen, diese Methode ermöglichte mehrere Entwicklungsetappen überzuspringen, im Vergleich zu in der Werkstatt realisierten Prototypen.
1.6. Ein kurzer Rückblick auf mein Studium
Nur ein Teil davon wurde für die Herstellung orthopädischer Implantate verwendet:
1962 Abitur in Mathematik.
1962–1965 Schule für angewandte Optik, Paris.
1964–1970 Fakultät für Naturwissenschaften - Sorbonne, Paris, zahlreiche Zertifikate, darunter Physikalische Optik bei Außerordentlicher Professor Maurice Françon, Quantenoptik, Grundlagenphysik, Mathematische Techniken der Physik, Quantenmechanik, Kristallographie, Spektroskopie und chemische Bindungen, Informatik usw.
1971–1973 Universität Paris-Dauphine, IAE (Institut für Betriebswirtschaft, 3. Zyklus).
1.7. Ein kurzer Rückblick auf meine Tätigkeiten und Erfahrungen
Mein Studium und meine intensive und spannende Berufstätigkeit verliefen oft parallel.
1962–1977 Wissenschaftlicher Berater bei CARL ZEISS Frankreich: Mikroskopie, Mikrochirurgie, Spektrophotometrie, Ophthalmologie, Wissenschaftliche Fotografie, Entwicklung von Forschungslösungen, Anwenderschulung, chirurgische Assistenz.
1969–1970 Armee-Gesundheitsdienst, Ophthalmologische Forschung, 200 sterile chirurgische Assistenzen in der Mikrochirurgie.
1975–1979 Dozent am IBMH der Technischen Universität Compiègne, Postgraduiertenlehre für Biomedizin- und Krankenhausingenieure: Mikroskopie, Mikrochirurgie und hochaseptische Operationssaalgestaltung.
1977–1991 Gründung und Leitung der Tochtergesellschaft ALLOPRO (ALLOplastic EndoPROtheses) in Frankreich. Herstellung von Hüft-, Knie-, Ellenbogen- und Zementprothesen.
Fortbildungskonferenzen, 600 sterile Knie- und 400 Hüftoperationen.
1989–2005 Gründung des Konstruktionsbüros Deckner-Optimisation - Orthoconcept, komplette Konstruktion und Berechnung produktionsreifer Prothesen.
1991 Technischer Gründer der PLUS Orthopedics Gruppe, 2 jahre lang alleiniger Wissenschaftler und alleiniger Designer von PLUS-Prothesen. Vor der Gründung wurden bereits mehrere meiner Projekte abgeschlossen.
1989–2004 Mitglied der Normungsgruppen für chirurgische Implantate von AFNOR (Frankreich), CEN (Europa) und ISO (international): aktive Mitarbeit an der Ausarbeitung aller Prothesennormen.
1.8. Entwicklung eines spezialisierten Computersystems
Da 1984 auf dem Markt keine geeignete Software vorhanden war, mussten ohne Rückgriff auf bestehende Elemente für folgende Bereiche neuen erfunden und geschrieben werden: eine Software zur Beschreibung der geometrischen Eigenschaften des Implantats in spezieller Sprache, eine Software für den ParameterBasis, eine Software zur graphischen Darstellung und vor allem eine Rechensoftware zur gleichzeitigen Berechnung aller Grössen einer Serie ausgehend vom gleichen Parametersatz.
Für die Herstellung der Zweymüller-SL Serie wurde die 37te Serie virtueller Prototypen verwendet. Diese Prothese wird bis heute unter dem Namen AlloClassic vertrieben. An der einzigen Serie realer Prototypen, die Ende des Jahres 1984 produziert und getestet wurde, musste keine Änderung vorgenommen werden. Die Implantationsversuche im Anatomielabor waren von Anfang an äusserst überzeugend und erforderten weder Korrekturen bezüglich der Implantatmaße noch der Grössenverteilung. Bei dieser Gelegenheit erfuhr Professor Zweymüller zum ersten Mal von dieser neuen Implantatserie.
Diese umfangreiche Arbeit unternahm ich zu hause in Paris, unabhängig von meiner beruflichen Tätigkeit, in meinem privaten Büro mit meinen eigenen Mitteln und ohne finanzielle Unterstützung und externe technische Hilfe durch Allo Pro oder Sulzer.
Die Serie wurde mit Hilfe von auf den Mikrometer genauen Koordinatentabellen produziert, die ich der Herstellung ohne theoretische Erklärung zu den verwendeten Methoden schickte. Derartige Informationen habe ich auch nicht an das technische Planungsbüro von Allo Pro oder an Karl Zweymüller selbst gesandt. Letzterer wird durch das vorliegende Dokument 26 Jahre später davon unterrichtet werden.
Mehrfach versuchte ich meinen Gesprächspartnern einige theoretische Erklärungen zu liefern. Auf Grund ihres mangelnden Interesses nahm ich letztlich jedoch davon Abstand und setzte die Entwicklung ohne umfangreiche Kommunikation fort. Aber die für die Produktion unerlässlichen digitalen Daten lieferte ich bis ins kleinste Detail.
1.9. Meine historische Vorbilde:
Ohne ihre Arbeiten direkt anzuwenden, so diente mir dennoch die Denkweise dieser bedeutenden Männer als Leitlinie für meine Arbeit.
1.9.1. Ernst Abbe
Zur Verbesserung der gewohnten Methoden der Prothesenentwicklung, die meine natürliche Neigung zum Perfektionismus nicht zufriedenstellte, versuchte ich in bescheidener Weise dem bewundernswerten historischen Beispiel von Ernst Abbe (1840-1905) zu folgen.
Dieser Mathematiker aus Göttingen revolutionierte im Unternehmen Carl Zeiss die Herstellung von Mikroskopen, die bis dahin handwerklich und auf empirische Weise konstruiert wurden. Abbe stellte Gesetze der optischen Geometrie auf und berechnete die Entwicklung optischer Instrumente mathematisch.
Nach meiner 15-jährigen begeisterte Tätigkeit im Unternehmen Carl Zeiss und mit Abbe als grossem Vorbild, dem es zu folgen galt, war ich davon überzeugt, dass eine auf mathematischen Berechnungen basierende intellektuelle Methode gleicher Natur auch auf orthopädische Implantate übertragen werden konnte.
1.9.2. Augustin Fresnel
Dieser grosse Physiker (1788-1827) diente mir als Vorbild in meiner Studienzeit an der Schule für angewandte Optik, an der Sorbonne bei Professor Maurice Françon und schliesslich im Rahmen meiner Arbeit bei Carl Zeiss bis 1977. Er prägte den Begriff der Wellenlänge und entwickelte die Theorie der wellenartigen Bewegung des Lichts und der Lichtinterferenzen.
Er entwickelte ein Prinzip, das das Zerschneiden der grossen Linsen in aufeinanderfolgende Stufen vorsah, wobei der optisch funktionelle Teil in jeder Abstufung erhalten wurde, überflüssige und schwere Glasvolumen jedoch entfernt wurden. Dies ermöglichte ihm die Konstruktion von Leuchtturm-Stufenlinsen, die hundertmal leichter sind als aus einem Stück hergestellte Linsen, eine hervorragende numerische Öffnung besitzen und fast das gesamte Licht aus der Quelle nutzen: die Fresnel-Linsen.
Ich hatte die Idee 1990, seine Philosophie der logischen Zerteilung in Stufen auf die zum Zusammenfügen der Prothesenkomponente verwendeten konischen Kupplungen und um Implantate im Knochen zu befestigen, zu übertragen. So erhielt ich meine multikonische Kupplung (3.4.2.), die in der Bicon-Gelenkpfanne zur Anwendung kommt (5.3.1.), und die Prothese Modular (5.1.4.), die Gegenstand meiner Patente (6.8.3. und 6.8.6.) ist.
Das Zerlegen in konische Stufen bewirkt die Unabhängigkeit der gesamten Kupplungsform vom idealen Blockierungswinkel des Konus und ermöglicht die Anwendung anderer Logiken bei den Materialdicken.
1.9.3. Werner Heisenberg
Physiker und deutscher Philosoph (1901-1976), Physiknobelpreis 1932 für die Schöpfung der Quantenmechanik.
Es war mein Professor Maurice Françon an der Sorbonne im Jahr 1964, der mich diesem Physiker für seine Unschärferelation vorstellte. Seitdem habe ich meine Überlegungen über die Verallgemeinerung dieses Prinzips auf mehrere benachbarte Bereiche, insbesondere in der physikalischen und instrumentellen Optik, in meiner vereinheitlichende und erklärende Theorie der Dekonjugation fortgesetzt und rund zwanzig Physikalische Phänomene und Prozesse unter einem gemeinsamen Verständnis zusammengeführt.
Wie die Philosophin Catherine Chevalley in ihrer Analyse des erst in 1984 erschienenen "Manuskripts von 1942", in dem er sich gegen den Nationalsozialismus wendet, so treffend demonstrierte, verzögerte und neutralisierte Heisenberg mutig und intelligent die Entwicklung der deutschen Atombombe, blieb aber in seiner Position als Direktor des deutschen Atomprogramms. Sein Freund Niels Bohr verstand seine mutige Position nicht, ebenso wie andere Wissenschaftler.
Die Natur in der zeitgenössischen Physik Das Manuskript von 1942 The Part and the All 1965 Physik und Philosophie 1958
1.9.4. Antoni Gaudi
Ganz kürzlich habe ich von Arbeiten des riesengroßen Architekten Antoni Gaudi, vom Barcelona (1852 - 1926) Kenntnis genommen.
Unabhängig von einer unglaublichen künstlerischen Kreativität, Gaudi hat ein richtiges Forschungsprogramm auf den Anblicken der Geometrie entwickelt, die seiner Arbeit wichtig sein konnten.
Er konzentrierte sich auf die experimentelle Suche nach optimalen geometrischen Lösungen, die er in seinen Projekten anwenden könnte.
Krümmungen, Oberflächen und Transformationen interessierten ihn nur, wenn er sie in seinen Bauten anwenden konnte.Er schuf eine geometrische Welt zum Dienst seiner eigenen Kreativität.
Sein intellektueller Gang, von der Mathematik die architektonische Konzeption zu stützen, stärkt mich in der Gewissheit meines eigenen Ganges im bescheideneren Bereich der orthopädischen Implantate.
Seine Kathedralen und seine überraschenden Bauten, dessen Steine die orientierung der Kräfte folgen, werden lange die durch die Zwangsvorstellung des Senkrechten anfällig gemachten Gebäude überleben. Zahlreiche seit drei Jahrtausenden gebaute Gebäude wären noch stehend, anstatt heute nur Steinhaufen zu sein.
Da meine Schöpfungen tausend Mal so klein und tausend Mal weniger sichtbar sind als seine, kann sie schließlich allein die Veröffentlichung des anwesenden Dokumentes bekannt machen.
1.10.1. Wie entstand das Zweymüller-SL „AlloClassic“-System?
Im März 1984 war ich in einer großen Klinik in der Nähe von Nizza an der Implantation eines Zweymüller-Schafts der ersten Generation beteiligt. Damals waren nur die Größen 10, 12,5, 15 und 17,5 verfügbar. Das Femur war für die Größe 12,5 vorbereitet, doch beim Stabilitätstest reichte die Gesamtlänge nicht aus, sodass der Schaft der Größe 15 zunächst ohne Nachbeschleifen eingesetzt wurde.
Zu unserer großen Überraschung war Stab 15 instabil. Er zeigte leichte Bewegungen in der Koronalebene und mehrere Winkelgrade in der Sagittallebene. Darüber hinaus hatte der Operateur bei anderen Patienten über häufige Oberschenkelschmerzen berichtet, bei denen eine Stabinstabilität und eine Überlastung der Spitze vermutet wurden.
Sobald die Operation abgeschlossen war, begann ich noch auf dem Parkplatz, dieses klinische Problem geometrisch zu erfassen.
1.10.2. Beginn der Forschung
Das Problem wurde schnell mathematisch komplex, und ich begann, ein geometrisches Beschreibungsprogramm in Fortran zu schreiben.
Mir wurde klar, dass es nicht nur notwendig war, Beziehungen zwischen den geometrischen Elementen einer Prothesengröße zu finden, sondern auch Beziehungen zwischen den Abmessungen mehrerer aufeinanderfolgender Größen. Es ist nun klar, dass viele zementfreie Prothesen aufgrund fehlender mathematischer Gesetze versagt haben.
Das Projekt musste damals auf den Supercomputern Control Data 6600 und später CRAY ONE laufen. Nach etwa dreißig Computersimulationen entstand eine Reihe von Prototypen und Raspeln, ohne dass zwischenzeitlich Metallprototypen erstellt werden mussten. Ich stellte dieses Projekt im August 1984 Professor Zweymüller in Wien vor. Die experimentellen Implantationen im Anatomielabor fanden im Dezember 1984 statt. Die Analyse der anatomischen Implantationsreihe verdeutlichte die signifikante Verbesserung der Primärfixierung.
Diese Serie, AlloClassic genannt, wurde bisher über einer Million Patienten implantiert.
Nach acht weiteren Jahren Forschung und Arbeit programmierte ich 1992 eine neue Generation von Schäften mithilfe neuer mathematischer Formulations, anderer Computersprachen und anderer Computer vollständig neu. Dies war eine komplette Überarbeitung, nicht nur geringfügige Modifikationen, wie manche behaupteten.
Diese zweite Serie, SL Plus genannt, wurde bisher über einer Million Patienten implantiert.
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