Wirbelsäulen- und Hüftendoprothetik

Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Roland Mastel, Tel.: 0711 / 397 – 3203

Im Labor für Konstruktion und Simulation der Fakultät Maschinenbau wird im Bereich der Biomechanik für medizin-technische Anwendungen geforscht.
Im Fokus steht die Anwendung von Ingenieursmethoden im Bereich der Wirbelsäulen- und Hüftendoprothetik mit dem Ziel, patientenspezifisch optimale Prothesen zu entwickeln.
Die Zusammenarbeit mit Kliniken und Herstellern von Prothesen wird gepflegt, wie z.B. mit der Aerpah-Klinik Esslingen, der Orthopädischen Universitätsklinik Friedrichsheim in Frankfurt und der Orthopedic Services-GmbH Mainhausen.
Derzeitiger Fokus der Untersuchungen ist im Bereich der Hüftendoprothetik das Zusammenspiel der Muskel- und Knocheninteraktion.

Die Versorgung von Prothesen ändert den natürlichen Kraftfluss in den Knochen und führt zu Umbauvorgängen. Diese können unterschiedliche Auswirkungen wie Versagen durch Implantatslockerung nach sich ziehen. Mit geeigneten Simulationen und der Anwendung mechanischer Modelle erfolgt eine Analyse dieser Knochenumbauprozesse um anschließend neue Prothesengeometrien entwickeln zu können.
Auf Grund des stimulierenden Effekts auf den Knochen, haben Muskelkräfte einen hohen Stellenwert für Form und Erhalt. Neue virtuelle Muskelmodelle von gesunden Probanden auf Basis von MRT-Daten (Magnetresonanztomographie) in Kombination mit gemessenen Kräften im Ganglabor werden derzeit generiert. Dies erlaubt die Evaluierung unterschiedlicher Lösungsstrategien zur Bestimmung der Muskelkräfte im Gangzyklus, da eine direkte Messung von Muskelkräften in vivo nicht möglich ist.
Mit einer virtuellen Implantation von Hüftprothesen und der Anwendung von  Muskelkräften findet eine Untersuchung zur Ermittlung von Beanspruchungen des Oberschenkelknochens (Femur) statt.
Im Validierungsprozess der Ergebnisse von Computermodellen finden klinische Studien Anwendung. Die radiologischen Messungen der Knochenumbauprozesse von Probanden in einem bestimmten Zeitraum beinhalten dabei Einflüsse von Faktoren wie Genetik, Belastungshäufigkeit und –höhe (Lebenswandel) sowie klinische Vorversorgung (Unfall, Prothese). Die quantitativen Auswirkungen der einzelnen Faktoren sind Stand der Forschung. In der Aerpah-Klinik in Esslingen wird derzeit die Auswertung einer bisher einmaligen Langzeitstudie vorgenommen. Diese Studie untersucht die Entwicklung von Muskeln und Knochen in Verbindung mit vorgegebenen Bewegungsübungen über 7 Jahre. Daraus können neue Erkenntnisse der natürlichen Knochenmasseentwicklung von gesunden älteren Menschen gewonnen werden. Eine finale Publizierung ist für dieses Jahr geplant.

Poster im pdf-Format