Neue Technik erkennt Fehler bei Gelenkprothesen

Eine neue Technologie könnte in Zukunft verhindern, dass beschädigte künstliche Hüft- oder Kniegelenke implantiert werden. Prothesen mit leichten Oberflächenfehlern lockern sich oftmals vorzeitig und machen frühzeitige Nachoperationen zum Austausch der künstlichen Gelenke notwendig.

Wissenschaftler des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) am Produktionstechnischen Zentrum (PZH) der Leibniz Universität Hannover haben eine neue Technik entwickelt – die sogenannte erweiterte Dunkelfeldmethode – um mit Lichtreflexionen Kratzer auf künstlichen Gelenken zuverlässig entdecken zu können. Die fehlerhaften Prothesen können dann nachbearbeitet oder aussortiert werden.

Derzeitiger Stand der Technik ist, dass künstliche Gelenke manuell von einem Tester untersucht werden. Das Ergebnis ist stark von der Qualifikation des Testers und seiner Tagesform abhängig. Ein automatisches Prüfverfahren kann Objektivität und Reproduzierbarkeit der Qualitätskontrolle sicherstellen und Hersteller vor Fehlproduktionen schützen. Die Industrie hat bereits großes Interesse an der neuen Technik signalisiert. Derzeit laufen Gespräche mit namhaften Prothesenherstellern, um zunächst mit Feldstudien an einer größeren Anzahl von künstlichen Gelenken zu starten.

Die Entwicklung der Dunkelfeldmethode ist Teil des Projekts OptiGIP im IFW, in dem unter der Leitung von Prof. Berend Denkena an unterschiedlichen Methoden zur Qualitätsüberprüfung von Prothesenoberflächen gearbeitet wird. Die Forscher haben die bereits existierende einfache Dunkelfeldmethode weiterentwickelt. Bei der einfachen Dunkelfeldmethode wird die Prothesenoberfläche aus Metall, die einem gewölbten Spiegel ähnlich ist, so beleuchtet, dass das Licht am Betrachter vorbei fällt. Ein Oberflächenfehler, etwa ein Kratzer, kann bei richtigem Winkel als helle Linie im Kamerabild wahrgenommen werden. Dipl.-Ing. Wolfram Acker vom IFW vergleicht das Prinzip mit einer bekannten Alltagsmethode: „Wenn man eine spiegelnde Oberfläche gegen das Licht hält, blitzt es bei Kratzern manchmal auf.“ Weil bei der einfachen Dunkelfeldmethode jedoch lediglich mit einer Lichtquelle aus einem Winkel beleuchtet wird, werden Oberflächenfehler nur entdeckt, wenn das Licht vom richtigen Raumwinkel aus auf die Oberfläche fällt. Deshalb haben die Forscher die erweiterte Dunkelfeldmethode entwickelt. Dabei wird der Winkel des einfallenden Lichtstrahls variiert, die Oberfläche wird nacheinander aus vielen Richtungen beleuchtet. Die rund 140 Einzelbilder werden dann überlagert. So können Oberflächenfehler sehr zuverlässig entdeckt werden, auch sehr kleine Kratzer leuchten hell auf. Für das Projekt OptiGIP arbeitet die Leibniz Universität Hannover mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), der Gesellschaft für Optische Messtechnik (gom) aus Braunschweig sowie den Firmen Argomedical aus Gifhorn und 4D aus Groß-Gerau zusammen.

Werden Prothesen mit leichten Oberflächenfehlern implantiert, besteht die Gefahr, dass im Bereich eines Kratzers größere Partikel abgespant werden. Diese Partikel erkennt das Immunsystem als Fremdkörper und schließt sie ein, wodurch sie sich noch mehr vergrößern. Die Partikel bewegen sich frei in der Gelenkkapsel und gelangen auch zwischen Knochen und Prothese, wo sie deren Lockerung hervorrufen können. „Wir wollen ein automatisiertes Verfahren zur Qualitätskontrolle bei Prothesen liefern“, sagt Wolfram Acker. „Es gibt viele Patienten mit großen Problemen, der Bedarf ist eindeutig da.“

Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen steht Ihnen Dipl.-Ing. Wolfram Acker von Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen unter Telefon +49 511.762-19421 oder per E-Mail unter acker@ifw.uni.hannover.de gern zur Verfügung.