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Medizintechnik > Metalle 1 > Flashcards

Metalle 1 Flashcards

1
Q

Medizinische Metalle treten an mehreren Stellen mit aggressiven Medien wie Wasser
oder Blut in Kontakt. Welcher Prozess tritt dabei unweigerlich auf?

A
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2
Q

Geben Sie eine kurze Definition von Korrosion und beschreiben Sie drei
unterschiedliche Auftretensarten in biologischer Umgebung.

A
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3
Q

Nennen Sie die 3 Wirkmechanismen für Korrosion in wässrigem Milieu. Durch welche
Einflussfaktoren (nennen Sie mind. 3) wird dieser im biologischen Gewebe beeinflusst?

A
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4
Q

Warum tritt Korrosion bei Metallen auf? Was ist eine natürliche Gegenmaßnahme?

A
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5
Q

Nennen Sie 4 kritische Wirkeffekte warum (neben dem Funktions- und Stabilitätsverlust
eines Implantates selbst) die Korrosion metallischer Implantate im menschlichen Gewebe
kritisch sein kann?

A
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6
Q

Erläutern Sie die Bedeutung von Diffusion/Konvektion sowie von Proteinen bzgl. der
Korrosionskinetik (Tipp: elektrochemisches Gleichgewicht, Einfluss auf Ionenkonzentration).
Wie unterscheiden sich hier Gelenk-/Knochenimplantate und z.B. kardiovaskuläre Implantate?
Warum können diese Effekte sowie pH-Wert und die Verfügbarkeit von Sauerstoff die
Korrosionbeständigkeit beeinflussen?

A
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7
Q

Erläutern Sie (kurz) die Begriffe (a) Lochfraßkorrosion, (b) Reibkorrosion, (c)
Spannungsrisskorrosion und (d) Spaltkorrosion

A
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8
Q

Nach der Fixierung einer Osteosyntheseplatte am Knochen mit einer Schraube (jeweils
gleiche Titan-Legierung), kommt es unter längerer mechanischer Belastung im Bereich der
Schraubenkopfauflage dennoch zur Korrosion. Um welche Art(en) von Korrosion handelt es
sich hierbei vermutlich? Erklären Sie die Wirkungsweise! (ggf. sind mehrere Arten möglich;
welche Korrosionsart ist bei Titan besonders kritisch?)

A
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9
Q

Welchen Einfluss haben folgende Oberflächenmodifikationen von Titanimplantaten auf
den Knochen-Implantatverbund?: (a) poröse Oberfläche mit Porengrößen 100-400μm, (b)
Rauigkeit 3-22μm, (c) Hydroxylapatitbeschichtung

A
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10
Q

Welche Metalllegierungen werden vorwiegend für wiederverwendbare chirurgische
Instrumente eingesetzt? Nennen Sie typische Anforderungen bzgl. der
Legierungsbestandteile rostfreier Edelstähle für chirurgische Instrumente?

A
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11
Q

Nennen Sie 3 wesentliche Korrosionsarten für chirurgische Instrumente! Kennzeichnen
Sie anhand einer Skizze einer chirurgischen Schere typische Stellen, an welcher die jeweilige
Korrosionsart auftritt, und begründen Sie Ihre Angabe!

A
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12
Q

Warum können chirurgische Instrumente nach einiger Zeit unempfindlicher gegenüber
chloridhaltigen Medien werden? Begründen Sie Ihre Antwort.

A
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13
Q

Welche Metalllegierungen werden vorwiegend für wiederverwendbare chirurgische
Instrumente eingesetzt? Nennen Sie typische Anforderungen bzgl. der
Legierungsbestandteile rostfreier Edelstähle für chirurg. Instrumente? (Tipp: Anteile Cr + C)

A
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14
Q

Nennen Sie die Anforderungen an rostfreien Stahl für Implantate (a) hinsichtlich der
Legierungsanteile von Chrom und Kohlenstoff; (b) welchen Effekt hat das Zulegieren von
Molybdän (ggf. auch %-Anteile nennen); (c) als Osteosynthesematerial (Tipp: intraoperative
Verformbarkeit, limitierte Implantationsdauer wg. Korrosion, Beachtung von Allergien)

A
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15
Q

Bei chirurgischem Edelstahl unterscheiden sich die Anwendungsbereiche (je nach
Anforderungen hinsichtlich Kaltverformbarkeit, Magnetisierbarkeit bzw. Härte und
Verschleißfestigkeit) von austenitischem und martensitischem Gefüge. Nennen und
begründen Sie (anhand der Eigenschaften) jeweils ein Anwendungsgebiet für chirurgischen
Edelstahl mit (a) martensitischem und (b) austenitischem Gefüge!

A
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16
Q

AISI 316L ist ein typischer rostfreier Stahl für Osteosynthesematerial. Nennen Sie
typische Anteile an Chrom, Kohlenstoff, Molybdän (Anforderung an Angaben ca. 20% genau).
Wie hoch ist der Nickelanteil (der im Falle einer Allergie problematisch sein könnte)?

A
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17
Q

Welche Maßnahmen in Bezug auf die Zusammensetzung (bitte Größenordnung
angeben) der Legierung verhindern bzw. reduzieren bei rostfreien Stählen die Spannungsriss-
und Lochfraßkorrosion?

A
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18
Q

Welche Aussage zu rostfreien hochlegierten medizinischen Stählen ist richtig/welche
falsch?
a) 12-20% Chrom
b) <= 0,03% Kohlenstoff
c) 12-14% Nickel
d) wird als Implantat-Werkstoff für Osteosynthesen verwendet
e) bei Langzeitanwendungen als Implantat kann es zu Korrosion kommen

A
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19
Q

Nennen Sie einen rostbeständigen austenitischen Stahl (Werkstoffnummer oder
Zusammensetzung), der für die Herstellung chirurgischer Instrumente eingesetzt wird!

A
20
Q

Nennen Sie (in %) typische Legierungsanteile von Cr, Ni, Fe und C bei
Kobaltbasislegierungen für Implantate (grobe Größenordnung/Bereiche …ca. 20% genau).

A
21
Q

Wie verlagern sich (qualitativ) Zugfestigkeit und Dehngrenze von CoCr-Legierungen in
Abhängigkeit vom (Kalt-)Umformungsgrad (Tipp: beide Steigerung um 20-100%). Wie hoch
sind diese (Größenordnung/qualitativ) bei kaltverformten CoCr-Legierungen im Vergleich zu
rostfreiem Implantatstahl? (Tip: Streckgrenze ca. 100-300% (d.h. deutlich schwieriger
kaltverformbar!), Rm ca. 50-100% höher)

A
22
Q

Gegen welche Arten der Korrosion sind CoCr-Legierungen beständig? Was passiert bei
der Kombination von CoCr-Teilen mit Bauteilen oder Implantaten aus rostfreiem Stahl
(direkter Kontakt)?

A
23
Q

Ist Spannungsrisskorrosion und Lochfraßkorrosionsneigung von CoCr-Legierungen (im
Vergleich zu rostfreien Stählen) ein Problem?

A
24
Q

Welchen Einfluss haben Molybdän und Wolfram auf das Korrosionsverhalten von CoCr-
Legierungen?

A
25
Q

Nennen Sie zwei Anwendungsbeispiele für Kobaltbasislegierungen in der Medizin!

A
26
Q

Was versteht man unter cp-Titan?

A
27
Q

Wie verhalten sich Steifigkeit (E-Modul), Dehngrenze Rp0,2 und Zugfestigkeit Rm von
cp-Titan und der häufig verwendeten Titanlegierungen TiAl6V4 im Vergleich zueinander?
(bzw. im Vergleich zu kaltverformten CoCr-Legierungen/rostfreien Chirurg. Stählen)

A
28
Q

Geben Sie den ungefähren E-Modul von Titanlegierungen, Stahl und Knochen an.
Erläutern sie anhand dessen, warum Titanlegierungen für den Einsatz im Implantat-Knochen-
Verbund (z.B. bei Hüftschaftprothesen) besonders geeignet sind.

A
29
Q

Vertiefungsfrage aus Vorlesung: Erläutern Sie die Problematik des sog.
„Stressshieldings“ bei eine Hüftschaftprothese. Welche Maßnahmen wirken dem entgegen?
(Tipp: Verh. Steifigkeit Knochen/Implantat, Fest-Los-Lagerung im Knochenverbund)

A
30
Q

Warum ist die Steifigkeit von Titan für den Einsatz im Implantat-Knochen-Verbund (z.B.
bei Hüftschaftprothesen geeigneter als die von Stahl? Verdeutlichen Sie Ihre Erklärung mit
Zahlenwerten für die E-Module (für Titan, Stahl und Knochen). Was versteht man in diesem
Zusammenhang unter dem Begriff „Stress-Shielding“ und welche Gefahr ist hiermit
verbunden?

A
31
Q

Wie beurteilen Sie die Korrosionsbeständigkeit von Titanlegierungen im Vergleich zu
anderen Metalllegierungen?

A
32
Q

Was ist der maßgebliche Schutzmechanismus von Titanlegierungen gegen Korrosion?
Welcher Korrosionsart sollte ein Titanbauteil demnach besser nicht ausgesetzt werden?

A
33
Q

Wie beurteilen Sie eine Reibpaarung aus Polyethylen und Ti-Legierung (z.B. Im
Kniegelenk)?

A
34
Q

Nehmen Sie (mit Begründung) zu folgender Aussage Stellung:
„Titan und Titanlegierungen sind grundsätzlich gegen ALLE Arten der Korrosion
unempfindlich.“

A
35
Q

Nennen Sie zwei resorbierbare metallische Implantatwerkstoffe und zwei
Anwendungsbeispiele!

A
36
Q

Welche speziellen Anforderungen werden an resorbierbare Implantate gestellt?

A
37
Q

Bei resorbierbaren metallischen Implantaten muss auch die Biokompatibilität der
Abbauprodukte beachtet werden. In welche Kategorien lässt sich diese Beurteilung
unterteilen? Nennen Sie zwei Beispiele.

A
38
Q

Stellen Sie den gewünschten zeitlichen Verlauf der Festigkeit eines resorbierbaren
Implantats und des heilenden Knochens dar und erläutern Sie diesen. (Kennzeichnen Sie die
sog. Funktions- und Resorptionsphase)

A
39
Q

Nennen Sie (4) technische Parameter über die die Degradationskinetik eines
resorbierbaren Implantates beeinflusst werden kann.

A
40
Q

Welche Gefahr besteht bei zu rascher Degradation von Magnesiumimplantaten im
Körper? Erläutern Sie die Entstehung ggf. anhand einer chemischen Formel!

A
41
Q

Erläutern Sie die Gefahr der mechanischen Irritation bei der Degradation von
resorbierbaren Implantaten.

A
42
Q

Erklären Sie kurz die Funktion eines sog. Gefäßstents sowie eines „Drug-Eluting“
Stents.

A
43
Q

Welche Gefahren/Herausforderungen bestehen bei der Entwicklung resorbierbarer
Drug-Eluting Stents (aus Metall).

A
44
Q

Skizzieren Sie grob qualitativ (entscheidend sind die Relationen – es geht hier um die Idee / die Einordnung der mechan. Eigenschaften) die Spannungs-Dehnungs-Charakteristika
von rostfreiem Implantatstahl (316L), eine resorbierbaren Magnesium-Legierung und
Polylactid (die alle als Stentmaterialien zur Anwendung kommen).

A
45
Q

Welche Gefahr besteht bei einer großvolumigen Korrosion von Eisenschwämmen als
Knochenersatzmaterial? Wie kann dem entgegengewirkt werden (nennen Sie mindestens
eine Ihnen bekannte Maßnahme)?

A

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