ArchivDeutsches Ärzteblatt28-29/2010Hüftgelenkoperationen: Planung mit virtueller Prothese

TECHNIK

Hüftgelenkoperationen: Planung mit virtueller Prothese

Dtsch Arztebl 2010; 107(28-29): A-1415 / B-1251 / C-1231

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Das virtuelle Modell zeigt die Hauptspannungslinien nach einer simulierten Hüftgelenkoperation. Foto: TU München
Das virtuelle Modell zeigt die Hauptspannungslinien nach einer simulierten Hüftgelenkoperation. Foto: TU München

Mehr als eine Million Menschen im Jahr erhalten ein künstliches Hüftgelenk. Doch die Prognosen in der OP-Vorbereitung sind noch immer oft unzureichend. Ein hoher Prozentsatz der Patienten leidet deshalb an Spätfolgen des Eingriffs. Bereits geringe Abweichungen von der optimalen Form und Position der Prothese können zu einer Belastung des Knochens führen, die Entzündungen hervorruft oder langfristig Knochenschwund bewirkt. Ein interdisziplinäres Team aus Ingenieuren, Informatikern und Medizinern an der fachübergreifenden International Graduate School of Science and Engineering der Technischen Universität München (TUM) hat eine Methode entwickelt, um diese Risiken zu minimieren: ein virtuelles Prothese-Knochen-Modell.

Das Verfahren soll es künftig ermöglichen, exakte räumliche CT-Bilder der Knochen jedes Patienten in ein Rechenmodell einzuspeisen und dann am Bildschirm zu testen: Welches Implantat passt optimal? Wie trägt der Knochen das Körpergewicht am besten? Und wie sollte die Prothese, dazu passend, angebracht werden? „Mit der neuen Simulationsmethode können wir Knochen und Prothese am Bildschirm nach Belieben mit Gewicht belasten und ihre Stellung zueinander verändern“, erläutert der Projektleiter Dr. Martin Ruess, Ingenieur am TUM-Lehrstuhl für Computation in Engineering.

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Bislang arbeiten Ärzte bei der Vorbereitung solcher Operationen mit Röntgenbildern oder in Ausnahmefällen mit Styropormodellen der Knochen, die sie auf der Grundlage von CT-Bildern fräsen. An diesen Modellen lassen sich die realen Kräfteverhältnisse jedoch weder ablesen noch testen. Kraftflüsse werden zwar auch heute schon am Computer berechnet, allerdings nur für Entwicklungszwecke, wenn zum Beispiel ein neuer Typ eines künstlichen Hüftgelenks entwickelt werden soll. Eine rechnergestützte optimale Prothesenanpassung scheitert daran, dass allein die Aufbereitung der Daten aus dem Computertomogramm für eine einzelne Berechnung viele Stunden beansprucht.

Anhand der Computermodelle der TUM-Wissenschaftler dagegen lässt sich eine Kräfteverteilung direkt nach der Tomographie in Sekundenschnelle berechnen. Damit das virtuelle Modell der Informatiker der physischen Realität entspricht, wird die Software mit Daten aus realen Knochenbelastungstests gefüttert. Diese steuert ein Team um Priv.-Doz. Dr. Rainer Burgkart, dem Leiter der orthopädischen Forschung und Lehre am Klinikum rechts der Isar, bei. Für die verständliche Darstellung der Simulationsergebnisse sorgen Mitarbeiter des Lehrstuhls für Computer-Grafik und Visualisierung. EB

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Martin Ruess,
Lehrstuhl Computation in Engineering,
Technische Universität München, Arcisstraße 21, 80290 München, E-Mail: ruess@tum.de

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