Die Prothesenlockerung ist einer der Hauptgründe für Revisionsoperationen in der Hüftendoprothetik. Während des Lockerungsprozesses von Hüftendoprothesen werden tolerierbare Relativbewegungen von 30 bis 100 µm zwischen Schaft und Knochen überschritten und induzieren eine charakteristische fortschreitende Lockerung, die durch einen Abbau des umliegenden Knochens zu einem allmählichen Verlust der Fixierung führt. Bislang gibt es keine verlässliche Diagnosemethode, um die Lockerung in einem frühen Stadium zu erkennen.
Ziel des Teilprojektes A03 ist es, die Früherkennung von Schaftlockerungen zu ermöglichen sowie aseptische von septischen Lockerungen unterscheiden zu können, um einer übermäßigen Schädigung des Knochens rechtzeitig entgegenzuwirken.
Die Schallemissionstechnik soll als passive, nicht invasive Messmethode zur Erkennung von reibungsinduzierten Schallereignissen eingesetzt werden, die durch die Relativbewegungen im gelockerten Implantat-Knochen-Interface entstehen. Mit Hilfe der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) in Verbindung mit der Elektrospray-Ionisierung (ESI) sowie der Pyrolyse-Gaschromatographie (GC) soll sowohl ein kompaktes ESI-IMS als auch ein Pyrolyse-GC-IMS entwickelt werden. Beide Systeme sollen genutzt werden, um charakteristische Signaturen von Biomarkern und Abriebprodukten in Körperflüssigkeiten wie z. B. Serum, Urin oder Gelenkflüssigkeit von Patient:innen zu detektieren. Aus den gewonnenen Ergebnissen können Rückschlüsse darüber gezogen werden, ob es sich um eine aseptische oder um eine septische Prothesenlockerung handelt. Die Kombination aus beiden Messmethoden bietet ein Verfahren, um Implantatlockerungen frühzeitig zu diagnostizieren und differenziert behandeln zu können. Zunächst werden in-vitro-Experimente im Labor durchgeführt, bei denen Implantatmaterialien gegen Knochengewebe artikuliert werden, um grundlegende Erkenntnisse über die hierbei entstehenden Schallemissionssignale zu gewinnen. Mehrere piezoelektrische Schallsensoren mit unterschiedlichen Eigenschaften (breitbandig, resonant) werden verwendet und miteinander verglichen, um deren Eignung zu ermitteln. Im Verlaufe des Projektes wird der Aufbau der In‑vitro‑Experimente der Situation in vivo sukzessive angenähert. Zudem werden IMS-Spektren von mit der Prothesenlockerung assoziierten Abriebpartikeln und Bakterien isoliert charakterisiert, um diese später in verschiedenen Körpermedien detektieren zu können.
