Die totale Kniearthroplastie ist ein erfolgreicher chirurgischer Eingriff, führte aber in 2013 in Deutschland zu etwa 25 000 Revisionseingriffen. Häufig ist die tibiale Komponente der Prothese betroffen. Die Vermeidung oder ein Hinauszögern des Revisionseingriffes ist im Hinblick auf das erhöhte Infektionsrisiko und den Knochenverlust bei der Implantatextraktion im Interesse des Patienten. Bis zu ein Drittel der Revisionen werden aufgrund einer aseptischen Lockerung der Prothesenkomponenten durchgeführt, die durch eine unzureichende Implantatfixation ausgelöst wird. Die Fixierung der Implantate wird vorwiegend mit Knochenzement durchgeführt, der einen Formschluss mit dem trabekulären Knochen bildet. Ein Indikator für die Festigkeit der Fixierung ist die Auszugsfestigkeit, für die eine Korrelation mit der Zementeindringtiefe in den Knochen gezeigt wurde. Im Hinblick auf die Formschlussverbindung spielt vermutlich die Architektur des trabekulären Knochens einer Rolle für die Fixationsfestigkeit. Die trabekuläre Struktur ist patienten- und ortsabhängig, deshalb sind fallspezifische Analysen notwendig. Das Ziel dieser Studie war die Verbesserung des Formschlusses zwischen Zement und Knochen, was durch die Analyse der Zementmantel-Morphologie in humanen Tibiae erreicht wurde. Der Einfluss von Zementeindringtiefe, Zementierungstechnik, aber auch von Knochendichte und –porosität auf die Fixationsfestigkeit wurde mit Hilfe von Computer-Tomographie(CT)-Analyse, mechanischen Auszugsversuchen und statistischer Modellierung der Fixationsfestigkeit durch Regressionsanalysen ermittelt. Die untersuchten Zementierungstechniken waren Zementauftrag mittels Zementpistole oder manuell, Voll- oder Plateauzementierung, zweischichtiger Zementauftrag und Knochenreinigung mittels gepulster oder Spritzenspülung. In dieser Arbeit wurde eine Prozedur entwickelt, die die 3D-Rekonstruktion des Zementmantels aus CT-Aufnahmen zementierter Implantate in humanen Tibiae ermöglicht. Die Auflösung klinischer CT-Bildgebung ist nicht ausreichend für die Darstellung der trabekulären Architektur. Daher wurde die trabekuläre Struktur anhand von Mikro-CT-Aufnahmen von Knochenproben charakterisiert, die aus dem trabekulären Knochen unter dem tibialen Plateau von nativen Tibiae gewonnen wurden. Die Ergebnisse wurden auf die Knochendichte, bestimmt aus klinischen CT-Aufnahmen, bezogen. Die Kontaktfläche zwischen Knochen und Zement im belasteten Formschluss wurde bestimmt und als entscheidend für die Fixationsfestigkeit identifiziert. Die Zementeindringtiefe spiegelt die Fläche wider, die zur Übertragung der aufgebrachten Last vom Zement auf den Knochen zur Verfügung steht. Ist die Zementeindringtiefe unter einem kritischen Wert so entstehen Spannungen und Verformung von Zement sowie porenbildenden Trabekeln, bis zur Überlastung der wenigen Trabekel, die sich im Formschluss befinden. Der Zement wird aus den Knochenporen gezogen. Ab einer kritischen Größe der Last-Übertragungsfläche sind Spannungen und Verformung so gering, dass die Last auf den unter dem Zementmantel liegenden Knochen übertragen werden kann. Die zur Verfügung stehende Last-Übertragungsfläche hängt von der Zementeindringtiefe und der Porosität des trabekulären Knochens ab. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass von den untersuchten Zementierungs-techniken nur Zementauftrag mittels Zementpistole die Morphologie des Zementmantels verbessern konnte und das auch nur, wenn die Knochenoberfläche vorher gründlich gereinigt wurde. Nach einer solchen gründlichen Reinigung wurde die notwendige Zementeindringtiefe jedoch immer erreicht. Das statistische Model zur Abschätzung der Fixationsfestigkeit kann genutzt werden, um die Zementeindringtiefe zu ermitteln, die notwendig ist um die entscheidende Last-Übertragungsfläche bereitzustellen. Dieses Ergebnis sollte in der präoperativen Planung eingesetzt werden, um Extremfälle zu identifizieren und die Zementierung anzupassen, aber auch in der postoperativen Risikoabschätzung in Bezug auf eine aseptische Lockerung.