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Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik

Editor-in-Chief: Dössel, Olaf

Editorial Board Member: Augat, Peter / Haueisen, Jens / Jockenhoevel, Stefan / Lenarz, Thomas / Leonhardt, Steffen / Plank, Gernot / Radermacher, Klaus M. / Schkommodau, Erik / Schmitz, Georg / Stieglitz, Thomas / Witte, Herbert / Boenick, Ulrich / Jaramaz, Branislav / Kraft, Marc / Lenthe, Harry / Lo, Benny / Mainardi, Luca / Micera, Silvestro / Penzel, Thomas / Robitzki, Andrea A. / Schaeffter, Tobias / Snedeker, Jess G. / Sörnmo, Leif / Sugano, Nobuhiko / Werner, Jürgen / Wintermantel, Erich /

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Volume 57 (2012)

Atomemissionsspektralanalyse mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) von Granulomen zementierter und zementfreier Hüftendoprothesen Examination of granuloma of revised cemented or cementless total hip arthroplasties using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-OES)

Frank Riedel
  • Orthopädische Klinik Rummelsberg, Schwarzenbruck, Deutschland
/ Wolfgang Hönle
  • Abteilung für Orthopädische Chirurgie, Klinikum Neumarkt, Neumarkt i.d. OPf., Deutschland
/ Jürgen Göske
  • Zentrum für Werkstoffanalytik Lauf GmbH, Lauf a.d. Pegnitz, Deutschland
/ Werner Kachler
  • Zentrum für Werkstoffanalytik Lauf GmbH, Lauf a.d. Pegnitz, Deutschland
/ Ulrich Holzwarth
  • MedTitan®, IZMP, Erlangen, Deutschland
/ Alexander Schuh
  • Research Unit, Klinikum Neumarkt, Neumarkt i.d. OPf., Deutschland
Published Online: 2006-04-24 | DOI: https://doi.org/10.1515/BMT.2006.004

Zusammenfassung

Einleitung: Die aseptische Lockerung stellt eines der Hauptprobleme in der Hüftendoprothetik dar. Ein Teilaspekt ist die inflammatorische Reaktion gegen durch Verschleiß entstandene Abriebpartikel der verwendeten Prothesenmateralien. Bei der Ursachenanalyse von aseptischen Hüftendoprothesenlockerungen kommt der Analyse der in Granulomen nachzuweisenden Partikel bzw. Elementzusammensetzung eine herausragende Bedeutung zu, um die Werkstoffe weiter zu optimieren.

Material und Methode: Es wurden 23 Granulome revidierter gelockerter Hüftendoprothesen, davon 13 mit Metall/Metallgleitpaarung, mittels Atomemissionsspek-tralanalyse mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) untersucht.

Ergebnisse: Es konnten die Elemente Cr, Mn, Ni, Al, Cu, Zn, Cd, Ti, V, Zr, Nb und Fe nachgewiesen werden, dabei Cr bis max. 23,88 ppb (parts per billion), Al bis max. 191,02 ppb, Ni bis max. 64,95 ppb und Zr bis max. 9,96 ppb. Bei den zementfreien Implantaten war im Vergleich zu den zementierten Implantaten auffällig viel Al nachweisbar, bei den Metall/Metallgleitpaarungen (M/M) waren die Elemente Cr und Ni nachzuweisen. Bei den zementierten Titanimplantaten war im Vergleich zu den zementfreien Implantaten in einem hohen Anteil Zr zu finden.

Diskussion: Das Element Zr stammte aus dem verwendeten Knochenzement, Cr und Ni fand sich in einem signifikant höheren Ausmaß bei revidierten M/M. Der höchste Anteil am Element Al konnte in Granulomen raugestrahlter zementfreier Titanimplantate gefunden werden, welches von in der Oberfläche impaktiertem Edelkorundstrahlgut stammte. Die histologischen Ergebnisse der 13 M/M wurden bereits an anderer Stelle publiziert. Mit der ICP-OES Analyse konnten keine Unter-schiede in der Elementzusammensetzung bei Proben mit bzw. ohne allergische Reaktion gefunden werden. Die ICP-OES Analyse scheint für diese Fragestellung nicht geeignet zu sein, eine Lösung stellt die rasterelektronenmikroskopische Untersuchung mittels Cryotransfereinheit von histopathologischen Schnitten dar.

Abstract

Introduction: Aseptic loosening is the most common problem in total hip arthroplasty (THA). One main aspect is inflammatory reaction against wear particles of the prosthesis materials. Analysing failure mechanisms in THA analysis of the particles and their element distribution of revised granulomatous tissue is essential to improve materials used in THA.

Materials and methods: 23 granulomas of revised THA due to aseptic loosening, 13 of which with metal on metal bearing (M/M), were analysed using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-OES).

Results: Elements Cr, Mn, Ni, Al, Cu, Zn, Cd, Ti, V, Zr, Nb and Fe could be detected. The maximum value of Cr was 23.88 ppb (parts per billion), Al 191.02 ppb, Ni 64.95 ppb and Zr 9.96 ppb. The highest value of Al could be found in cementless implants. The maximum value of the elements Cr and Ni could be detected in M/M. In cemented implants the highest value of Zr was found.

Discussion: The origin of Zr was the used bone cement in cemented THA. The elements Cr and Ni were significantly higher in M/M bearings. The highest value of Al was detected in granulomas of revised corund rough blasted cementless implants. The histopathologic findings of the revised M/M bearings have been published recently. Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-OES) could not show any differences of the alloying constituents in cases with or without allergic reactions. ICP-OES analysis seems to be not useful for these kinds of studies. The solution therefore is the examination of histologic sections using SEM with cryotransfer unit.

Keywords: Allergie; Chrom; ICP-OES; Nickel; Titan; allergy; chromium; ICP-OES; nickel; titanium


Published Online: 2006-04-24

Published in Print: 2006-04-01


Citation Information: Biomedizinische Technik. Volume 51, Issue 1, Pages 15–20, ISSN (Online) 1862-278X, ISSN (Print) 0013-5585, DOI: https://doi.org/10.1515/BMT.2006.004, April 2006

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[1]
Bernd Fink, Annett Rechtenbach, Hubert Büchner, Sebastian Vogt, and Michael Hahn
Clinical Orthopaedics and Related Research®, 2011, Volume 469, Number 4, Page 1095

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