Projekt: Aufbau eines virtuellen Patienten zur optimierten Ge-staltung und Auslegung von Prothesen

Die Versorgung mit Hüftendoprothesen (HEP) ist derzeit die einzige verfügbare Therapieoption bei fortgeschrittener Arthrose im Hüftgelenk (Coxarthrose), von der im Lauf ihres Lebens bis zu 25% der Bevölkerung betroffen sind. Durch die steigende Lebenserwartung und die zunehmende Mobilität im Alter wird eine Prothesenrevision immer Häufiger. Obwohl die HEP eine häufig durchgeführte elektive Operation mit hoher Erfolgsrate ist, kommt es in einer relevanten Minderheit der Fälle bereits unmittelbar nach der Operation zu Komplikationen, die eine vorzeitige erneute Operation mitunter mit einem Wechsel der Prothese nötig machen. Auf dem Stand der Technik wird bei Planung des Hüftersatzes allein die Anatomie der Skelettknochen und die passive Beweglichkeit des Gelenk nach der Operation berücksichtigt. Die funktionellen Weichgewebe des Bewegungsapparats (Muskeln, Sehnen, Bänder) bleiben ebenso außer Acht, wie individuelle Bewegungsmuster und die damit verbundenen mechanischen Belastungen der Endoprothese, aber auch der Muskeln, Sehnen und Bänder. Das vorliegende Forschungsprojekt soll das Potential von personalisierten numerischen biomechanischen Simulationsmodellen für die Verbesserung der Planung von Hüftgelenkersatzoperationen untersuchen, um eine optimale Versorgung der Patientinnen und Patienten zu ermöglichen. Exemplarisch sollen auf Basis der experimentell erfassten Dynamik individueller Bewegungsabläufe und der aus medizinischen Bilddaten rekonstruierten Anatomie Modelle (virtuelle Patienten) aufgebaut werden, die alle relevanten mechanischen Komponenten des individuellen muskuloskelletalen Bewegungsapparates berücksichtigen. Durch einen virtuellen Hüftersatz auf Modellebene kann der Bewegungsablauf nach der Operation simuliert und analysiert werden. Dadurch können verschiedene Operationsvarianten virtuell durchgespielt, ihre Ergebnisse vergleichend bewertet und die Variante ausgewählt werden, die das in Hinblick auf die Haltbarkeit der Prothese, aber auch eine möglichst „natürliche“ und schmerzfreie Beweglichkeit optimale Ergebnis verspricht.

Laufzeit: 2021 – 2022

Förderung: HMWK, "Forschung für die Praxis"

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Wuttke