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Das ÆQUOS G1 Kniegelenk ist ein trikompartimentaler Totalersatz, das für jeden Patienten geeignet ist, der für eine bikondyläres Oberflächengelenk in Frage kommt.

Wie bei allen bikondylären Oberflächengelenken, die nicht posterior stabilisierend ausgeformt sind, müssen die Bandstrukturen (Seitenbänder und hinteres Kreuzband)
intakt sein und die Varus- oder Valgusfehlstellung sollte nicht gravierend sein. Das
vordere Kreuzband wird resiziert, sofern vorhanden.

Ausgehend von der im natürlichen Kniegelenk stattfindenden Roll-Gleit-Bewegung
wurde ein kinematische Bewegungsmodell entwickelt. Diese Bewegung beruht auf der asymmetrischen Krümmungsmorphologie der tibialen Gelenkflächen und die spezielle Anordnung der Femurkondylen. Das resultierende Viergelenk erzwingt die Bewegung Rollen, dann Gleiten.

Die Gelenkflächen der ÆQUOS G1 Knieendoprothese zeigen annähernd die gleichen Krümmungsmorphologien wie das natürliche Kniegelenk. In der Sagittalen ist die mediale Tibiagelenkfläche konkav, die laterale aber konvex geformt. Die laterale Femurkondyle ist weiter posterior ggü. der medialen versetzt. Der natürliche Slope von ca. 4-7° ist bereits in das Tibiaimplantat integriert.

Unter kompressiver Last wird dadurch ein Getriebe implementiert, dessen Funktion sich in sagittaler Richtung durch ein Viergelenk beschreiben läßt. Es bewirkt einen natürlichen Roll-Gleit-Bewegungsvorgang. Dabei wurde die Krümmungsmorphologie so ausgelegt, daß vor allem im Flexionsbereich zwischen 0° und 30° der Anteil des Rollens an der Flexionsbewegung über 95% beträgt. Bei der Bewegungsumkehr (Flexion zur Extension und Extension zur Flexion) während des Gangzyklus wird dadurch das Auftreten von materialbelastenden Haftreibungen und Scherbelastungen sowie Reibung und Reibungswärme des Polyethylens vermieden.

Die animierte Darstellung (s.u.) der Bewegung der ÆQUOS G1(a) Knieendoprothese vs. einer „nur gleitenden“ Knieendoprothese (b) ist offensichtlich:

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Die ÆQUOS G1 Knieendoprothese zeigt in der Aufsicht der Tibiagelenkflächen ein roll back, so dass die kompressive Belastung im Verlauf eines Gangzyklus eine große Fläche überstreicht. Die mediale tibiale Kontaktfläche beträgt 65,9mm² und die laterale 52,0mm² .

Optische Vermessung der tibialen Kontaktpunkte mittels Fujifilm Druckmessfolien
(Hauptachsen a l = 8.0mm und b l = 2.1mm (lateral) sowie a m = 9.2mm and b m = 2.3 mm (medial); die posterioren Kontaktpunkte sind zur Darstellung des „roll back“ gezeichnet)

In die Konstruktion des ÆQUOS G1 ist auch die automatische Selbsthemmung der Überstreckung berücksichtigt. Die Kinematik des Viergelenks ist die Grundlage dafür , daß eine Überstreckung von mehr als 4° nicht möglich ist und die Hemmung federnd und nicht abrupt erfolgt. Der Bandapparat, die Knochen und das Gelenk werden dadurch geschont wird.

IMA Dresden – Tribologische Untersuchungen und Ergebnisse

Die Zulassungstests wurden bei der IMA GmbH in Dresden nach den institutsinternen Prüfvorschriften IMA-PV C/26 durchgeführt, die der Norm ISO 14243-1 entspricht. Dabei wird der Materialabrieb auf dem Tibiainlay und die Oberflächengüte nach x Millionen Gangzyklen gemessen und als Parameter zur Erfassung der Haltbarkeit des Gelenks interpretiert.

Messmethoden im Detail:

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Versuchsaufbau: Die servohydraulische Testmaschine Minibionix 858 wurde von MTS gebaut. Sie ermöglicht die Simulation folgender vier Freiheitsgrade: Flexionswinkel, axiale Last, axiale Rotation und anterior/posteriore Verschiebung der Tibia. Die Testversuche wurden gemäß IMA-PV C/26 durchgeführt, was zu der Norm ISO/WC 14243-3 äquivalent ist. Die Abbildungen unten zeigen die Belastungs- und Bewegungsverläufe. Der Instron-Stanmore KS4 Knie Stimulator war speziell dafür entwickelt worden, um mit ihm die Erfordernisse des ISO- Standard 14243-1 zu erfüllen. Er simuliert auch vier Freiheitsgrade: Flexionswinkel und axiale Last wie beim Minibionix 858, dann aber anterior/posteriore Kraft und axiales Drehmoment.

Da es derzeit keine Prüfsysteme gibt, die die Kinemtaik eines Knies in vivo exakt simulieren können, wurden die Tests unter den artifiziellen o.g. Bedingungen durchgeführt.

Gravimetrische Messungen: Der Masseverlust des PE-Inlays wurde mit Hilfe einer hochauflösenden und Präzisionswaage (Genauigkeit: ±10µg) von SARTORIUS, Göttingen, erhoben gemäß den Anforderungen von ISO 14243-2. Identische Kontrollteile wurden zur Kontrolle der Flüssigkeitsabsorption durch das PE verwendet.

Aussehen der Oberflächen: Die Komponenten der Prothese wurden photographiert und mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) untersucht (LEICA S440i).

Die ausführlichen Untersuchungen bei der IMA GmbH in Dresden ergaben keine Überraschungen, sondern bestätigten die theoretischen Berechnungen.

Prüfmaschine MTS
Minibionix 858

Video Beispiel

Prüfmaschine Instron-Stanmore
KS4

Kräfte und Bewegungen
in der Prüfmaschine

Aussehen der Oberfläche: Die Tibiainlays zeigten medial und lateral klar begrenzte Kontaktareale, auf denen das UHMWPE glatt und glänzend erschien. Eine gewisse Welligkeit mit drei Mulden ist erkennbar und ist wahrscheinlich durch die drei Belastungsspitzen während des Gangzyklus bedingt.

In konventionellen Prothesen kann diese Welligkeit nicht beobachtet werden, weil die Zentren der Kontaktflächen sich dort auf dem Tibiaplateau kaum verschieben (Walker et al., Giddings et al.)

Die Aufnahme des Rasterelektronenmikroskops bestätigen die Glätte der Oberfläche und die scharfe Abgrenzung zum Fräsmuster.

Die optische Ausmessung der tibialen Kontaktareale ergab für die TKR22 lateral eine Fläche von A l = 203,1mm² und medial von Am = 269,1mm² . Diese Werte sind mit den zu vergleichen, die sich aus den Eindrücken in die Fujifilm® Druckmessfolien ergaben (Bild weiter oben).

Aequos Tibiainlay nach 5 Mio. Zyklen. Im Bereich der „Eminentia intercondylaris“ bis in die Fossa zeigt sich eine hochglänzende Oberfläche, die durch das Rollen entstanden ist.

Fazit: Die natürliche Kinematik des ÆQUOS G1 Kniegelenks erreicht sehr gute tribologische Ergebnisse. Bei reiner Flexion/Extension ohne axiale Rotation konnte keine Abnutzung nachgewiesen werden. Bei Flexion/Extension und axialer Rotation liegt der Materialverschleiß durchschnittlich bei sehr niedrigen 7,5 mg / Mio Zyklen. Dieser Verschleiß stellte sich nach ca. 2-3 Mio Zyklen ein und bedeutet, dass nach anfänglichem „Einlaufen“ das Gelenk sehr verschleißarm arbeitet.

Auf den ersten Blick sind diese Ergebnisse überraschend, da man wegen der konvex-konvexen Artikulation im lateralen TFG leicht auf einen Abtragszuwachs schließen würde. Die Tatsache aber, dass die Prothese kinematisch das Reibungsproblem durch Rollen vermindert, wird dieser Nachteil überkompensiert und es kommt zu einer Abtragsabnahme.

Die Oberflächen der tibialen Gelenkflächen bestätigen das „Einlaufen“ des Getriebegelenks. Diese Kontaktflächen entsprechen dem roll back. Damit ist das konstruktive Ziel erreicht, Rollen unter Last mit einem weiten roll back als dominante Bewegungsform zu erreichen.

Das das ÆQUOS G1 anfangs rollt und dann gleitet, haben auch Untersuchungen in einem Oxford Rick bestätigt (Prof. Thomsen und Dr. Li; Heidelberg).

Erste radiologische Untersuchungen in vivo an der Universitätsklinik Göttingen (Prof. Stürmer) bestätigen ebenfalls das Roll-Back des ÆQUOS G1.

Weitere Vorteile des Rollens unter Last sind:

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in der Phase der höchsten Belastung wird zum einen das Tibiaplateau und damit das Interface zum Knochen nur durch senkrecht zur Oberfläche wirkende Kräfte belastet.

Zum anderen tritt keine Haftreibung beim initialen Bewegen, keine Reibung und keine Reibungswärme auf. Diese Besonderheiten minimieren die zerstörende Wirkung der Reibung sowie der Scherkräfte und sorgen für eine lange Haltbarkeit mit hoher Stabilität.

Die Ab/Adduktion erlaubt das ÆQUOS G1, da die Kontaktpunkte auf dem Anstieg der Eminentia intercondylaris liegen und damit das natürliche Viergelenk auch in diesem Bereich aufweist.

Der Nutzen für den Patient

Die „natürliche“ Bewegung des ÆQUOS G1 verbindet auf ideale Weise Flexion/Extension, axiale Rotation und Ab/Adduktion miteinander. Das Rollen, dann Gleiten ist die Basis für eine stabile Bewegung und einen sehr niedrigen Verschließ.

Weil die Bewegung des Gelenks weitgehend natürlich ist, findet der Patient schnell Vertrauen und kann seinen Bewegungsbereich rasch vergrößern, ohne das Gehen neu erlernen zu müssen. Auch Treppensteigen und Gehen auf unebenen Flächen sind mit diesem Gelenk kein Problem.

Das ÆQUOS G1 kann auf Hilfskonstruktionen (Zapfen, mobile Bearing) verzichten, was eine schonende Knochenresektion erlaubt. Die Konstruktion vereinfacht intraoperativ die axiale Ausrichtung des Tibiaplateaus und seitliche Ausrichtung des Femurkopfs und sichert damit die Qualität der Operation.

Die Vorteile und Nutzen für den Patienten sind beeindruckend und haben sich bereits bei vielen Operationen und Verlaufsbeobachtungen gezeigt.