Künstliche Intelligenz soll personalisierte Implantate bei Waden- oder Schienbeinbrüchen ermöglichen

Saarbrücken – Forscher der Universität des Saarlandes und des Deutschen Forschungs­zentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) haben eine personalisierte Therapie bei Wa­den- oder Schienbeinbrüchen entwickelt. Mit ihrem Verfahren können sie nach eigenen Angaben jedem Patien­ten ein passendes Implantat auf den Knochen maßschneidern, das individuellen Belas­tungen standhält und die Heilung unterstützt.

Dafür kombinieren die Wissenschaftler Stefan Diebels, Michael Roland, Philipp Slusallek und Tim Dahmen Methoden der Mechanik und Informatik. „Frakturen des Unterschenkels, häufig Folge eines Motorrad-, Sport- oder Schiunfalls, können den Betroffenen das Leben schwermachen. Die Heilung ist nicht selten schwierig und langwierig – und dann auch äußerst kostspielig“, hieß es aus der Arbeitsgruppe.

Je nachdem wie der Knochen verdreht, gehebelt, gebogen oder gestaucht wurde, sei je­der Bruch anders: vom schrägen Bruch mit großen Stücken, über den Spiralbruch bis hin zur Trümmerfraktur. „Bei der Operation setzt die Medizin bislang auf Standardimplantate“, erläuterte Stefan Diebels von der Universität des Saarlandes.

Eine Schiene in Standardgrößen werde dabei mit den Knochenstücken verschraubt. Wie viele Schrauben der Chirurg verwendet und wo diese platziert werden, entscheide er auf­grund seiner Erfahrungswerte. Das neue Verfahren, welches an den individuellen Bruch angepasst ist, kann laut den Wissenschaftlern die Heilung verbessern und gefürchtete Komplikationen vermeiden.

Dafür wird zunächst jeder Bruch genau vermessen. Dies macht es möglich, exakt vorher­zusagen, wo Knochen und Schiene beim Gehen, Setzen und Treppensteigen künftig am meisten belastet werden, wie der Knochen am besten dafür stabilisiert wird und wie das Implantat dazu genau aussehen muss.

Das Team interessierte dabei besonders, was bei Belastung im Frakturspalt passiert: Um zu heilen, braucht der Knochen hier eine gewisse Belastung, sonst fehlt der Wachstums­anreiz, zu viel aber schadet. „Im Frakturspalt müssen Mikrobewegungen erfolgen können. Also muss das Implantat so gestaltet sein, dass ein genau austariertes Spiel möglich ist“, erläuterte der Informatiker Tim Dahmen.

Eine Künstliche Intelligenz hilft dabei, Brüche und Implantate individuell auf Belastbar­keit an den kritischen Stellen zu überprüfen und so das ideal geformte Implantat zu be­rechnen. Dieses wird dann mittels eines 3D-Drucks für jeden Patienten maßangefertigt. Das Bundesforschungsministerium förderte dieses Projekt „IIP-Extrem − Optimierte patientenspezifische Implantate“ mit insgesamt rund 2,5 Millionen Euro.

hil