Wasserstrahltechnik in der Biomedizinforschung

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1 Wasserstrahltechnik in der Biomedizinforschung 44. Arbeitskreis Wasserstrahltechnologie Dr.-Ing. Thomas Hassel

2 Agenda Gliederung des Institutes UWTH und Wasserstrahltechnik Wasserstrahltechnik in der Biomedizinforschung am IW Interferenzschrauben zur Kreuzbandrekonstruktion aus Rinderkortikalis Tibiakopf-Umstellungsosteotomie Cardiopatches Seite 2

3 Gliederung des Institutes Seite 3

4 Interferenzschrauben zur Kreuzbandrekonstruktion Design von Interferenzschrauben: Keine Standardisierung Unterschiede in Gewindeprofil Schraubenform Werkzeugaufnahme Schraubendurchmesser: 7 bis 11 mm Schraubenlänge: 20 und 35 mm Polymer-Interferenzschrauben: + Resorbierbarkeit - Nicht vorhersehbare Degradation - Versagen der Schraube bei der Einbringung - Fremdkörperreaktionen - Knochenabbau Quelle: nach Beevers 2003 Tibia Femur Schematische Darstellung einer VKB- Rekonstruktion mit Patellarsehne und Interferenzschraube Interferenzschrauben aus tierischem Knochenmaterial Seite 4

5 WAIS Knochenschrauben aus Rinder-Kortikalis DFG Projekt BA851/87-1 Schneiden von Gewinde mit senkrecht zur Rotationsachse stehendem WAIS 2 mm Werkstückaufnahme der Schrauben Mittels WAIS-Technik hergestellte Gewinde Seite 5

6 WAIS Knochenschrauben aus Rinder-Kortikalis Durchführung: PLLA-Interferenzschraube als Referenz Nachbildung der Geometrie in Rinderknochen Tutoplast -Verfahren (Inaktivierung von Bakterien, Zellen sowie Prionen) Implantation der Schrauben in die Tibia von 28 Göttinger Miniaturschweinen Nach einer Beobachtungszeit von 7, 30, 90 sowie 270 Tagen wurden die Tiere euthanasiert Bewertung der Knochenneubildung: Markersubstanzen und Histologie sowie µct PLLA Referenzschraube sowie Nachbildung im kortikalen Knochen Anlegen der Bohrung Eingedrehte Schraube Schraubeneinbringung Wundnahtverschluss Seite 6

7 WAIS Knochenschrauben aus Rinder-Kortikalis Schraube aus PLLA nach 30 Tagen Schraube aus Knochen nach 30 Tagen Schraube aus PLLA nach 270 Tagen Schraube aus Knochen nach 270 Tagen PLLA: Nach 270 Tagen Beobachtungszeit keine Degradationsanzeichen Knochen: Bereits nach 19 Tagen knöcherner Umbau im Schraubenkorpus nachweisbar Nach 270 Tagen nahezu vollständige Integration im Wirtsknochen Seite 7

8 WAIS - Tibiakopf-Umstellungsosteomie DFG Projekt BA851/101-1 O-Bein Stellung vor der Operation Begradigung durch Eingriff (Tibiakopfosteotomie) Bildquelle: Zentrum für Fuß- und Sprunggelenkchirurgie Schulter-, Knie und Huftchirurgie Dr. med. M. Weingart, Dr. med. I. Schwinnen und Dr. med. M. Ruffer, Darmstadt, Seite 8

9 WAIS - Tibiakopf-Umstellungsosteomie Vor- und Nachteile der Techniken: a. Closed Wedge Keilosteotomie: - Beinverkürzung - anspruchsvolle OP - geringe Korrekturgenauigkeit + großflächiger Knochenkontakt b. Open Wedge Keilosteotomie: - Beinverlängerung - Auffüllung des Spalts oft notwendig + höhere Korrekturgenauigkeit gegenüber Closed Wedge Quelle: nach Hankemeier 2004 Möglichkeiten der Umstellungsosteotomie a) Closed-Wedge Keilosteotomie b) Open-Wedge Keilosteotomie c) Focal-Dome Osteotomie c. Focal-Dome Osteotomie: - Vergleichweise aufwändigste OP-Technik - Durchführung per Bohrschablone + gute Korrekturgenauigkeit + großflächiger Knochenkontakt Seite 9

10 WAIS - Tibiakopf-Umstellungsosteomie In-vivo Testung der WAIS-Osteotomie WAIS-Osteotomie eines menschlichen Röhrenknochens mittels WAIS-Technik WAIS (Entwicklung seit 2000): Ziel: WAIS-Osteotomie Methode: Bioresorbierbares Abrasivmittel Saccharose und Zuckeralkohole Ergebnisse aus in-vitro Studien: Geringe Partikelemission Kleine Winkelfehler (Epiphysen-Schnitt) Keine thermische Schädigung WAIS-Osteotomie WAIS-Osteotomie mit Ansaugung einer Suspension Seite 10

11 WAIS - Cardiopatches SFB Zukunftsfähige bioresorbierbare und permanente Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen Teilprojekt R7 - Magnesiumgeflechte Myokardstützstrukturen Aortenspange Seite 11

12 WAIS - Cardiopatches Untersuchung der Geometrien Untersuchung der Gratanhaftung Auswertung einer Schnittfuge durch konfokale Laser-Mikroskopie Untersuchung der Rauheit an den Schnittflächen Partikelgrößen: µm Partikelgrößen: µm 0,5 mm Reinwasserstrahl (RWS) 0,5 mm 0,5 mm Wasserabrasivstrahl (WAS) Grathöhe in Abhängigkeit des Materials und Vorschubs Seite 12

13 Wasserstrahltechnik in der Biomedizinforschung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 13