2.3.1. Zusammenfassung

Die Geometrische Verankerung erfordert eine Konische Kupplung.

Die Prothesenschäfte mit Geometrischer Verankerung werden in gleicher Weise im Knochen immobilisiert wie mechanische Verbindungen mit eingestossener konischer Kupplung, genannt Morsezapfen, wie zum Beispiel alle prothetischen Modularköpfe.

Der Schaftverankerungsbereich und das vorbereitete Knochenbett müssen den mathematische Kegeldefinitionen entsprechen.

Das Knochenbett muss durch Raspelung oder Räumen vorbereitet werden, um dem Implantat eine ausreichende bearbeitete tragende Fläche zu bieten.

Die Implantatsoberfläche muss eine Rauhigkeit oder Mikrostruktur aufweisen, um die Blockierung der Konischen Kupplung zu gewährleisten.

Bei der Vorbereitung des Knochens muss eine Einschlagreserve vorgesehen werden, um die Vorspannung des Knochens beim definitiven Einstoßen zu ermöglichen.

2.3.2. Wie die Kegel definiert werden:

Ein Kegel ist die von einer Geraden, genannt Erzeugungsgerade, bestimmte geregelte Fläche, die über einen Scheitelpunkt genannten festen Punkt und einen variablen Punkt führt, der eine geschlossene flache Kurve, genannt Richtungskurve, durchläuft. Man spricht in diesem Fall auch von konischer Fläche.

Rotationskegel Die geläufigste konische Fläche ist der Rotationskegel, in dem die Richtungskurve ein senkrecht stehender und achsenzentrierter Kreis ist, der über den Gipfelpunkt führt. Dieser Kegel wird Rotationskegel genannt, denn er kann ganz einfach durch die Drehung einer über den Gipfel führenden und in einem festen Winkel zur Achse geneigten Geraden erzeugt werden.

Ausgehend von diesem Rotationskegel haben die Mathematiker (darunter Apollonius von Perga) eine Anzahl von Kurven als konisch klassifiziert (Kegelabschnitte auf einer Ebene): Kreise, Ellipsen, Parabel, Hyperbeln. (wikipedia)

2.3.3. Verallgemeinerung der Vorstellung einer konischen Kupplung

Die eingestoßenen konischen Kupplungen erhält man üblicherweise durch vorhandene Flächen in Form von Rotationskegelstümpfen. Die konischen Kupplungen können auch durch Pyramidenflächen erhalten werden, also konische Flächen mit rechtwinkligen oder quadratischen Schnitten und selbst durch Richtungskurven mit komplexeren Formen.

Beim Versuch der Umwandlung der eher keilförmigen Zweymüller-Prothese der ersten Generation und der Anwendung der mathematischen Regeln der Pyramidenform begann ich mit der Verbesserung dieses Schaftes und erhielt 1984 die AlloClassic-Prothese und 1992 den SL-Plus-Schaft.

2.3.4. Die Verbindung von Knochen und Prothese durch konische Kupplung

Die auf den Knochen sowie das Implantat aufgetragenen konischen Flächen müssen stets die mathematische Definition des Kegels erfüllen. In einigen Fällen können sich spezifische Anpassungen als interessant erweisen. Die Blockierungswinkel, die Flächenzustände und die Reibungseigenschaften der oft sehr unterschiedlichen verwendeten Materialien müssen korrekt bestimmt werden.

Wie bei jeder konischen Kupplung dürfen die vorhandenen Flächen nie glatt sein und müssen unbedingt zufällige Unebenheiten aufweisen oder feine geometrisch bestimmte Mikrostrukturen. Diese Flächen lagern sich ineinander ein, wobei die Mikrostruktur des härteren Materials die Fläche des des weicheren Materials angreift. Dank dieser Einlagerung besteht nicht mehr die Gefahr achsialen Gleitens, wodurch die durch das Einstoßen ursprünglich hergestellte elastische Spannung ( Vorspannung) möglicherweise verlorengehen könnte.

Im Fall der geometrischen Verankerung eines Schaftes im Knochen greift das mit Korundkristallen bestreute Titan das weichste Material, den Kortikalknochen, an.

Die Stabilität durch Blockierung bei den Schäften mit konischer Kupplung erhält man mit Hilfe von zwei logisch aufeinanderfolgenden Vorgehensweisen:

1. Einerseits die Einlagerung des Implantats in sein Knochenbett (die theoretischen männlichen und weiblichen Flächen wurden lediglich miteinander in Berührung gebracht) an der aus geometrischer Sicht und hinsichtlich der Maße streng nominellen Stelle.

Das bedeutet, dass sich bei den beiden konischen Flächen alle zur Berührung bestimmten Punkte treffen, ohne dass in dieser Phase noch Kräfte oder Druck ( vorspannung )entstanden sind.

Erst in der folgenden Phase werden alle diese Punkte gleichzeitig lokal zu den flächten senkrechten Kräften untergeordnet. Diese Kräfte sind grundsätzlich in allen Punkten gleich, können sich jedoch mit Hilfe der berechneten Anwendung kleiner Unterschiede in der Flächenform in gemäßigter und kontrollierter Weise unterscheiden (diese Wirkungen erhält man durch die Befestigungs- und Trennungsfunktion bei der Berechnung der SL-Plus- und SLR-Plus-Schäfte).

Ich denke, dass diese Kräftekonstanz immer ein erster Näherungswert bleibt, denn selbst im traditionellen Morsekegel sind diese Kräfte wegen der unterschiedlichen Durchmesser auf zwei verschiedenen Ebenen und folglich der unterschiedlichen Komprimierungsquoten nicht streng konstant.

2. Andererseits ein zusätzliches Einstoßen Nachdem die exakte Geometrie der beiden Teile erzielt wurde, bewirkt dieses zusätzliche Einstoßen eine gegenseitige Spannung der beiden vorhandenen Teile, wobei das männliche Teil komprimiert und das weibliche Teil gedehnt wird. Diese Vorspannung bewirkt die endgültige Stabilität der Kupplung.

Millimeterkleine Abweichungen in der Linearität oder der allgemeinen Krümmung zwischen dem Schaft und der Knochenhülle werden ebenfalls durch geringfügige Verformungen der beiden Bestandteile ermöglicht durch die Biegsamkeit des Schafttitans und des Diaphysenkortikalknochens, aufgefangen. Diese geringen elastischen Verformungen sind an der konischen Blockierung beteiligt und tragen zur Primärstabilität der Prothese bei. Sie sind an der Vorspannung beteiligt und regen, in einer zweiten Phase, die Osseointegration des Schaftes an.

2.3.5. Die Einstoßreserve ist unbedingt notwendig

zur Ermöglichung dieses zusätzlichen Einstoßen ohne Blockierungs- oder Rißgefahr muss die Vorbereitung der Knochenhöhle entlang der gesamten Verankerungszone dieselbe Form wie der Schaft aufweisen, allerdings etwas weiterführen als die Distalspitze des Schaftes und nicht genau auf Höhe der theoretischen Schaftspitze aufhören. Dies stellt die Einstoßreserve für einen diaphysären Schaft dar.

Es wäre untragbar, dass das zusätzliche Einstoßen durch eine vorzeitige Verengung des Knochenbettes unmöglich würde, die das Einstoßen des Schaftes um die wenigen Millimeter, die für die Vorbelastung erforderlich sind, verhindern würde.

Fehlt die Einstoßreserve, kann man nur von einer instabilen zweiteiligen Verbindung konischer Form sprechen. Dies war der Fall bei der Verbindung der monokonischen AlloPro-Pfanne und ihres Polyethylen-Inserts, bei dem zwischen den Teilen stets Spielraum vorhanden war.

Die vorzeitige Distalblockierung mangels Einstoßreserve trat häufig bei den Zweymüller-Schäften der ersten Generation (1979-1985) auf und hatte mehrfach äußerst schmerzhafte Instabilitäten hervorgerufen, die Folgeoperationen nötig machten.

Die Raspel einer gegebenen Größe muss den Knochen 5 bis 10 mm tiefer als der entsprechende Schaft vorbereiten, so dass in keinem Fall eine Verengung und ein nicht vorbereiteter Bereich in der Nähe der Schaftspitze fortbestehen.

Ist die Einstoßreserve vorbereitet, wird der Schaft bei seinem Einsetzen nicht an seiner Distalspitze untem am präparierten Bereich durch die plötzliche Verengung des Markraus blockiert.

Das Knochenbett wird nach dem endgültigen Einstoßen des Schaftes durch Kräfte Vorbelastet , die in bestmöglicher Verteilung entlang der Primärkontaktlinien zwischen dem Schaft und dem Markraum ausgeübt werden. Der Druck wird dabei senkrecht zu den vorhandenen Flächen an jedem Kontaktpunkt nach dem Konzept der Belastungsverteilung ausgeübt.

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