Wie Medizintechnik-Werkstoffe die Orthopädie-Chirurgie transformiert haben

Werkstoffe in der Medizintechnik, speziell der Orthopädie-Chirurgie, haben einen langen Weg zurückgelegt. Mit der Einführung neuer Materialien in der Branche wurden auch Schneidwerkzeug-Innovationen vorangetrieben. Vor vierzig Jahren bedeutete begrenzte Technologie, dass ein Chirurg, der ein zersplittertes Schienbein fixierte, die Fragmente ausrichtete und das Bein in Gips legte – was Monate zur Heilung brauchte. Mit heutigen modernen Materialien wie Titan und technologischen Fortschritten heilt dieselbe Fraktur in Wochen.

Ein weiterer Bereich enormer Fortschritte: Gelenkersatz-Chirurgie. Früher wurden diese Eingriffe aufgrund der Lebensdauer künstlicher Gelenke typischerweise Senioren vorbehalten. Ein Hüftimplantat hielt 8 bis 10 Jahre. Mit modernen Materialien beträgt die Lebenserwartung ca. 30 Jahre – was einen Hüftgelenkersatz bei 50-Jährigen ermöglicht, der bis ins hohe Alter hält.

Bei zahlreichen orthopädischen Implantaten auf dem Markt war es für diesen Patienten entscheidend, die Kombination zu wählen, die Langlebigkeit mit minimalem Abstoßungsrisiko bietet. Titan ist ideal für den in den Oberschenkelknochen eingesetzten Stift. Leicht und sehr fest, aber es fehlt an Abriebfestigkeit. Deshalb wird der Femurkopf, der in die Hüftpfanne gleitet, aus Keramik gefertigt. Keramik ist extrem hart und bietet überlegene Abriebfestigkeit. Im gesinterten Zustand ist sie kaum zerspanbar. Die Acetabulum-Pfanne (Hüftpfanne) muss normale Bewegungsfreiheit mit dem Femurkopf ermöglichen. Das ist eine interessante Herausforderung: Das Material auf der Innenseite der Hüftpfanne muss minimalen Reibungswiderstand zum Femurkopf erzeugen, gleichzeitig aber so lange halten wie der Rest der Hüftprothese.

Die Lösung: Eine Acetabulum-Schale aus Cobalt-Chrom mit einem High-Density-Polyethylen (HDPE) Inlay. Cobalt-Chrom ist einer der schwierigsten Metalle zu zerspanen – Zerspanbarkeit 15 % von B-1112 (160 Brinell Freischneidestahl). HDPE bearbeitet am besten mit sehr scharfen Werkzeugen mit hohem positiven Spanwinkel. Titan ist schwer zu zerspanen wegen seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit. Das sind vier sehr unterschiedliche Materialien, jedes erfordert eine einzigartige Fertigungsmethode. Moderne Fertigungstechniken und High-Tech-Werkzeuge haben es möglich gemacht, ein künstliches Gelenk herzustellen, das 30 Jahre hält. „Moderne Fertigungstechniken und High-Tech-Werkzeuge haben es möglich gemacht, ein künstliches Gelenk herzustellen, das 30 Jahre hält.“

Gelenkersatz-Techniken entwickeln sich weiter. Derselbe Patient hatte auch einen teilweisen Knieersatz, der zwei der gleichen Materialien wie das Hüftgelenk nutzte – Abstoßung sollte also kein Thema sein. Ein Cobalt-Chrom-„Deckel“ wird am Ende von Schien- und Oberschenkelknochen implantiert. Ein HDPE-Inlay wird zwischen die beiden Metall-„Deckel“ eingesetzt. Das ist weit weniger invasiv als ein Total-Knieersatz und erlaubt zukünftige Optionen zum Austausch des Kunststoffeinsatzes.

Heutige Medizintechnik-Werkstoffe decken das gesamte Spektrum ab: von chirurgischen Edelstahlinstrumenten bis zu kohlenstofffaserverstärktem PEEK für Targeting-Arme zur präzisen Platzierung von Hüftimplantaten. Jedes Material stellt einzigartige Fertigungsherausforderungen – aber Menschen, die schmerzfrei leben können, sind unendlich dankbar, dass diese Herausforderungen mit fortschrittlicher Schneidwerkzeugtechnologie bewältigt werden.

Zuvor in OSG Tool's Cutting News 2015 Medical Edition veröffentlicht.