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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter April 1, 2012

Influence of cementless hip stems on femoral cortical strain pattern depending on their extent of porous coating

Einfluss zementfreier Hüftstiele auf das Spannungsmuster der Femurkortikalis in Abhängigkeit von der Ausdehnung ihrer Oberflächenstrukturierung

Martin Ellenrieder EMAIL logo , Erwin Steinhauser , Rainer Bader and Wolfram Mittelmeier
From the journal

Abstract

The extent of porous coating of cementless total hip stems is held responsible for radiological periprosthetic changes, the rate of thigh pain, and even its long-term success. However, there is only sparse knowledge on how the biomechanical loading conditions of the femur are influenced by the extent of porous coating in the early phase after implantation of a cementless hip stem. Aiming to evaluate the effect of surface structuring on the strain pattern of the femur, we implanted three anatomic hip stems with different extents of porous coating (full, two-thirds proximal, and penguin type) in second-generation composite femora coated with a photoelastic layer. A cortical strain mapping was conducted before and after insertion of the implants under standardized loading conditions considering relevant muscle forces. The results of the statistical analysis of three different implantation sequences proved that composite femora are suitable for repeated measurements within the applied experimental setup. Cortical strain changes including stress-shielding effects medially (-60%) and laterally (-50%) were validated with a cadaver femur. The extent of porous coating had no significant influence on the surface strain pattern for an immediate postoperative situation.

Zusammenfassung

Die Ausdehnung des porös beschichteten Oberflächenanteils wird beim zementfreien Hüftstiel für die radiologisch sichtbaren periprothetischen Veränderungen, die Inzidenz von Oberschenkelschmerzen und sogar dessen Standzeit verantwortlich gemacht. Dennoch ist bisher nur wenig darüber bekannt, ob bereits in der frühen postoperativen Phase die biomechanische Lastsituation am Femur durch die Ausdehnung der Oberflächenstrukturierung beeinfl usst wird. Mit dem Ziel, den Effekt der porösen Strukturierung auf das corticale Dehnungsmuster des Femur zu evaluieren, implantierten wir drei anatomische Hüftstiele mit unterschiedlichem Ausmaß der porösen Strukturierung (voll, zwei Drittel proximal und „pinguinförmig“) in photoelastisch beschichtete Composite Femora der II. Generation. Vor und nach Einbringen der Implantate wurde eine corticale Dehnungsvermessung unter standardisierten Lastbedingungen und Berücksichtigung wichtiger Muskelkräfte durchgeführt. Die Ergebnisse der statistischen Auswertung dreier verschiedener Implantationsreihenfolgen bestätigten zunächst die grundsätzliche Eignung der Composite Femora für wiederholte Messungen mit dem vorliegenden Prüfaufbau. Stress-shielding Effekte einschließlich einer Reduktion der corticalen Dehnungen medial (-60% ) und lateral (-50% ) wurden anhand eines Humanfemur validiert. Die Ausdehnung der porösen Strukturierung der Implantatoberfläche hatte keinen signifikanten Einfl uss auf das Oberflächendehnungsmuster unter Annahme einer unmittelbar postoperativen Lastsituation.


Corresponding author: Dr. Martin Ellenrieder, Department of Orthopaedics, University of Rostock, Doberaner Str. 142, D-18057 Rostock, Germany Phone: +49-381-494 9326 Fax: +49-381-494 9397

Received: 2010-10-20
Accepted: 2012-2-14
Published Online: 2012-04-01
Published in Print: 2012-04-01

©2012 by Walter de Gruyter Berlin Boston

Downloaded on 26.1.2023 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/bmt-2011-0998/html
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