Morlock, MichaelMichaelMorlock1413094900000-0002-5330-2454Schlieker, Peter J.Peter J.Schlieker2026-02-122026-02-122026Technische Universität Hamburg (2026)https://hdl.handle.net/11420/61384In cementless hip arthroplasty, mallet blows are used to advance the rasp during the preparation of the femoral canal, to implant the prosthesis, and to join the implant components. The strength of the mallet blows is crucial for a stable press fit, while the dynamics of the involved instruments and the interaction with the femur-tissue system are complex and individual. Therefore, the aim of this study is to investigate the influence of patient- and surgical approach-specific characteristics on the dynamic behavior of the femur-tissue system as well as the force transmission of surgical instruments. The experimentally determined parameters of the femur-tissue system of the human bodies examined varied depending on the positioning on the operating table, which in turn depended on the surgical approach. However, for both surgical approaches examined, the values resulted in a relatively low natural frequency (lateral: 6.7 Hz, direct anterior: 9.6 Hz). Consequently, metal-on-metal mallet blows or comparable short impulses from automated surgical impaction tools lead to overcritical excitation. As a result, the implant is inserted into the femur before the bone itself even starts moving. The experimental and numerical analyses revealed a significant attenuation of the mallet force by the impactor. The design of the impactor had a significant influence on the force transmission: lighter impactors transmitted higher peak forces than heavier variants. Even minor design modifications resulted in differences in the transmitted force by a factor of two. Due to the overcritical excitation, it is not necessary to make intraoperative adjustments of the surgical technique to the patient's positioning or to the mass and stiffness of the surrounding soft tissue. However, the utilization of different impactors can lead to considerable deviations in force transmission. Without adequate briefing for orthopedic surgeons, changing the implant system, the associated instruments, or the surgical approach can increase the risk of complications such as periprosthetic fractures or aseptic loosening.In der zementfreien Hüftendoprothetik werden Hammerschläge eingesetzt, um die Raspeln bei der Präparation der femoralen Kavität voranzutreiben, das Implantat zu implantieren sowie die Implantatkomponenten zu fügen. Die Stärke der Hammerschläge ist entscheidend für eine stabile Presspassung, gleichzeitig ist die Dynamik der beteiligten Instrumente sowie die Wechselwirkung mit dem Femur-Weichgewebe-System jedoch komplex und individuell. Ziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung des Einflusses patient*innen- und operationsspezifischer Eigenschaften auf das dynamische Verhalten des Femur-Weichgewebe-Systems sowie die Kraftübertragung chirurgischer Instrumente. Die experimentell bestimmten Parameter des Femur-Weichgewebe-Systems der untersuchten menschlichen Körper variierten in Abhängigkeit von der Positionierung auf dem Operationstisch, die vom operativen Zugang abhängig war. Für beide untersuchten Zugänge resultierten die Werte in einer relativ niedrigen Eigenfrequenz (lateral: 6,7 Hz, direkt anterior: 9,6 Hz), sodass Metall-auf-Metall-Hammerschläge oder vergleichbare kurze Impulse von automatisierten chirurgischen Einschlaginstrumenten zu einer überkritischen Anregung führen. Dies hat zur Folge, dass das Implantat in das Femur eingebracht wird, bevor der Knochen selbst überhaupt in Bewegung geraten kann. Die experimentellen und numerischen Analysen ergaben eine signifikante Abschwächung der aufgebrachten Hammerkraft durch den Impaktor. Das Impaktordesign hatte einen erheblichen Einfluss auf die Kraftübertragung: Leichtere Impaktoren übertrugen höhere Spitzenkräfte als schwerere. Bereits geringfügige Designmodifikationen führten zu Unterschieden in der übertragenen Kraft um den Faktor zwei. Aufgrund der überkritischen Anregung ist eine intraoperative Anpassung der Operationstechnik an die Lagerung der Patient*innen oder die Masse und Steifigkeit des umliegenden Weichgewebes nicht erforderlich. Die Verwendung unterschiedlicher Impaktoren kann jedoch zu deutlichen Abweichungen in der Kraftübertragung führen. Ohne entsprechende Aufklärung der Operateur*innen besteht bei einem Wechsel des Implantatsystems, der zugehörigen Instrumenten oder des operativen Zugangs ein erhöhtes Komplikationsrisiko für periprothetische Frakturen oder aseptische Lockerungen.dehttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Total hip arthroplastyImpactionSoft tissueForce transmissionTechnology::617: Surgery, Regional Medicine, Dentistry, Ophthalmology, Otology, AudiologyTechnology::610: Medicine, HealthNatural Sciences and Mathematics::531: Classical MechanicsDoctoral Thesishttps://doi.org/10.15480/882.1664110.15480/882.16641Hoffmann, NorbertNorbertHoffmannOther