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OrthoMiniGames

Ziel des Projektes OrthoMiniGames (OMG) ist die Entwicklung eines kompakten, einfach zu nutzenden Trainingsgerätes zum Erlernen von orthopädischen und unfallchirurgischen OP-Schritten an Wirbelsäule und Hüfte. Der Fokus liegt dabei auf der Auslegung und der validen Repräsentierung der Reaktionskräfte während der Bearbeitung von Knochen und der Instrumentierung von Implantaten im Körper. Zu diesem Zweck wird ein System zur Rückkopplung von Drehmomenten und axialen Kräften während häufig durchgeführter Handlungen am Knochen nachgebildet. Simuliert werden dabei die Wechselwirkungen der Werkzeuge und Implantate mit dem Knochengewebe, während zeitgleich die umliegende Anatomie mittels Augmented- oder Virtual-Reality-Technologie dargestellt wird, um eine realitätsnahe Umgebung zu schaffen.

IPNASYS

Ziel des FuE-Projektes ist die Entwicklung und Validierung eines intramedullären Abstützungssystems basierend auf einem kombinierten Nagel-Platten-Modul zur Behandlung proximaler Humeruskopffrakturen. Proximale Humerusfrakturen bilden annährend 5 % aller Frakturen und sind damit die dritthäufigste Fraktur überhaupt. Gerade bei komplexer Frakturmorphologie kann eine kombinierte Platten- und Nagelosteosynthese die Vorteile beider Techniken in Hinsicht auf dynamische Stabilisierung und ausreichende Befestigung des Humeruskopfes verbinden. Der innovative Ansatz einer Verbindung beider Techniken soll mit einem auf die spezifische Anatomie des proximalen Humerus angepassten Implantat standardisiert werden können. Neben einer verbesserten medialen Abstützung soll auch die Stabilität in axialer und translatorischer Ebene erhöht werden. Zusätzlich soll auf diese Weise eine rotationsstabile Verbindung geschaffen werden, welche den frakturierten Knochen weiter stabilisiert.

AproTex

Intensives Training spielt in sämtlichen Sportarten eine entscheidende Rolle. Gerade im Leistungssport ist die körperliche Unversehrtheit essentiell für ein effektives Training. Häufig ergeben sich jedoch Trainingsausfälle durch traumatische Verletzungen infolge von Stürzen, wodurch die sportliche Leistung häufig rapide abnimmt. Vor allem bei Sommersportarten (Radfahren, Fußball etc.) sind starke Hautabschürfungen eine der häufigsten Verletzungen. Gerade bei großflächigen Abschürfungen ist oft eine lange Rekonvaleszenz erforderlich, da derartige Verletzungen nur langsam heilen und die einhergehende Verunreinigung zu schmerzhaften Infekten führen kann.
Zur Vermeidung solcher den Trainingsbetrieb einschränkender Verletzungen soll im vorliegenden Projekt ein spezielles Schürfschutztextil entwickelt werden, das dem Sportler trotz notwendiger Schutzeigenschaften maximalen Tragekomfort bietet.
Es handelt sich hierbei um ein Verbundprojekt zwischen der TU Dresden (Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik), der Universität Leipzig (ZESBO) sowie den beiden in der Textilindustrie angesiedelten Unternehmen Comazo GmbH + Co. KG und Anke Hammer StrickArt.
Am ZESBO wird in diesem Zusammenhang ein Sturzsimulationsprüfstand entwickelt, mit Hilfe dessen die entsprechenden Schutztextilprototypen auf deren Funktionalität getestet werden.

Modulare Messeinheit für Beinprothesen

Der Einstellprozess von marktüblichen Unter- oder Oberschenkelprothesen ist für den Orthopädietechniker und den Patienten ein sehr zeitaufwendiger und subjektiver Prozess. Um diese Anpassung zu erleichtern und zu verkürzen, sollen in diesem Projekt wiederverwendbare Sensormodule und eine Auswertesoftware entwickelt werden. Die Bearbeitung erfolgt dabei in enger Zusammenarbeit mit der MSB-Orthopädie-Technik GmbH Leipzig.

NaviSac

Zur Behandlung und Kompression von Insuffizienzfrakturen des Sakrums werden gegenwärtig hauptsächlich transiliosakrale Schraubensysteme verwendet. Jedoch weisen diese aufgrund der Gefahr eines knöchernen Einbruchs im Kompressionsbereich der Beckenschaufel eine hohe Komplikationsrate auf. Ebenso ist die Implantation aufgrund der engmaschigen Innervation im Bereich des Sakrums problematisch. Dies führt bei Vorliegen eines sogenannten dysmorphen Sakrums zu einer hohen Implantatfehllage von ca. 25 % , was mit erheblichen neuronalen Komplikationen assoziiert ist. In diesem Projekt soll in gemeinschaftlicher Arbeit mit der Deltacor GmbH ein Implantatsystem mit zugehörigem Navigationssystem entwickelt werden, welches diese Problematiken adressiert. Ist zusätzlich auch eine Versteifung des Iliosakralgelenks infolge von Instabilitäten im Gelenkspalt erforderlich, soll dies durch das hier geplante System ebenfalls möglich sein. Durch die Entwicklung eines zugehörigen Navigationssystems ist der Einsatz des Systems auch in kleineren Kliniken ohne intraoperative 3D-Bildgebung geplant, was eine infrastrukturunabhängigere Einsatzfähigkeit ermöglichen soll.

BOI-Knie

Im Rahmen dieses Projekts soll ein patientenspezifisches biphasisches Implantat für die Therapie von großen osteochondralen Defekten entstehen, welches eine individuell auf den Defekt des Patienten zugeschnittene Geometrie aufweist. Die subchondrale Phase soll im Zuge dessen mittels 3D-Druck aus einem geeigneten resorbierbaren Biomaterial gefertigt werden und eine für die Migration von Knochenzellen optimale poröse Struktur aufzeigen. Für die chondrale Komponente wird ein an der KOUP entwickeltes, in der Zulassung befindliches, stammzellbasiertes Implantat verwendet. Die Komponenten sollen intraoperativ über eine zu entwickelnde Verbindungstechnologie vereint werden. Darüber hinaus sollen die Verbindungsfestigkeit der zwei Phasen sowie die Primärstabilität des gesamten Implantats an einem innerhalb des Projekts zu realisierenden Knieversuchsstand nachgewiesen werden.

Funktionales Multimaterialmodell der Wirbelsäule

Gegenstand dieses Projekts ist die Entwicklung einer patientenspezifischen Nachbildung eines Bewegungssegments der Wirbelsäule, bestehend aus zwei Wirbeln und den dazwischenliegenden Bandstrukturen (Bandscheiben und Längsbänder). Das Replikat wird dabei aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt und soll den individuellen biomechanischen Eigenschaften des Originals entsprechen. Generiert wird das Modell aus den computertomographischen Daten der Patienten und gefertigt mittels additiver Technologien. Das Verbundmodell wird hierbei in einem Prozessschritt erzeugt, wodurch ein fließender Übergang zwischen den Einzelkomponenten ermöglicht wird. Die Besonderheit des Modells liegt darin, sowohl knöcherne (Wirbel, Rippen) als auch ligamentöse Strukturen (Bandscheiben, Bänder) und deren Wechselwirkungen im Verbund biomechanisch exakt wiedergeben zu können. Komplexe Operationen mit sehr großem Planungsaufwand, wie beispielsweise die Versorgung von Skoliosen, könnten mit derartigen Modellen präziser geplant und vorbereitet werden. Dabei ist sowohl die exakte Planung von knochenentfernenden Schnitten (Osteotomien) und die Entfernung ligamentöser Strukturen (Liberation) als auch das sichere Einbringen von Schrauben maßgeblich, weshalb auf Basis dieses Modells auch patientenindividuelle Bohr- und Osteotomieschablonen entworfen werden sollen. Ziel des Einsatzes solch moderner Technologien ist somit die deutliche Erhöhung der Sicherheit sowie Verbesserung der Qualität der Patientenversorgung.

Primärstabilität und Sinterungsneigung von Fusionsimplantaten der Wirbelsäule

Um die Primärstabilität im Dauerfestigkeitsbereich von Fusionsimplantaten im Knochenverbund zu testen, wird ein Prüfstand entwickelt, der typische Bewegungen und Belastungen an der Wirbelsäule simulieren soll. Bei der biomechanischen Testung können die resultierenden Bewegungen der Knochen und Implantate optisch gemessen werden. Der Fokus liegt dabei auf Untersuchungen von verschiedenen Cage-Designs im Pedikelschrauben-Stab-Verbund. Durch die Untersuchungen von Relativbewegungen der Cages zum Knochen erhofft man sich Erkenntnisse zu sammeln, die zukünftig in der Implantatentwicklung berücksichtigt werden.

Patientenspezifische Trainingsorthese zur Mobilisierung der Interphalangealgelenke

Ziel des Projekts ist die Erforschung einer neuartigen physiotherapieunterstützenden Trainingsorthese. Der auf einer dynamischen Handorthese basierende leichtbauoptimierte Grundkörper wird anhand eines patientenspezifischen Modells additiv gefertigt und an die individuelle Anatomie sowie Bedürfnisse des Patienten angepasst. Der Versorgungsprozess unterliegt dabei einer neuartigen Prozesskette, die den Orthopädietechniker mittels digitaler Technologien unterstützt. In den Grundkörper wird ein neuartiger Einstellmechanismus zur stufenarmen Adaption der antagonistischen Lasten integriert. Darüber hinaus soll die Orthese vom Patienten und/oder Therapeuten ohne zusätzlichen Aufwand bedient werden können. Weiterhin ist die Integration hochflexibler Dünnschichtsensoren in den Grundkörper vorgesehen, die der Aufzeichnung und Visualisierung einzelner Gelenkbewegungen der Finger dienen. Dies ermöglicht das Self-Tracking durch den Patienten und die Therapiekontrolle durch den Therapeuten mit dem Ziel der Gewährleistung einer ganzheitlichen und individuellen Versorgung des Patienten.

Regeneration knöcherner Gesichtsschädeldefekte mithilfe eines Algorithmus zur Herstellung von patientenspezifischen Hybrid-Scaffolds

Die adäquate Behandlung von Knochendefekten des Gesichtsschädels unter Berücksichtigung von Ästhetik und Funktionalität stellt das Ziel dieses Projekts dar. Im Gegensatz zur derzeitigen Standardtherapie, wobei körpereigene Knochentransplantate z.B. aus dem Wadenbein oder Beckenknochen entnommen werden, beruht das neue Verfahren auf der Verwendung sogenannter hybrider Scaffolds. Dabei handelt es sich um ein defektspezifisches Gerüst, welches auf 3D-Daten bzw. -Simulationen beruht und im 3D-Druckverfahren sowie durch Gefrierschäumung hergestellt wird. Es besteht aus zwei Komponenten – der lasttragenden Gitterstruktur und einer formgebenden Knochenkeramik, die mit Wachstumsfaktoren versehen wird. Diese fördern den Regenerationsprozess und somit die Knochenneubildung, während die Knochenkeramik allmählich abgebaut und ersetzt wird. Knochenersatzmaterialen sollen im Rahmen des Projekts letztlich so weiterentwickelt werden, dass die natürliche Kraftverteilung im jeweiligen Knochen berücksichtigt und der Biomechanik mehr Rechnung getragen wird, da diese eine entscheidende Rolle in den Auf- und Abbauvorgängen von Knochengewebe spielen.

Auslockerungsmechanismen im Schraube-Knochen-Verbund

Sobald sich Schrauben aus dem Knochen lockern, kann es zu einem Ausfall eines Implantatsystems kommen. In osteoporotischen Knochen sind diese Vorgänge verstärkt zu beobachten. Daher ist der feste Verbund von Schrauben im Knochen noch immer eine zentrale Frage der orthopädischen Forschung. Zur Charakterisierung der Primärfestigkeit dieser werden Auszugversuche aus Knochenersatzmaterial, Kunstknochen sowie Spenderpräparaten durchgeführt. Dabei werden verschiedene Schraubendesigns gegeneinander getestet, mit dem Ziel die Auslockerungsmechanismen besser zu verstehen. Zusätzlich werden zu diesem Zweck Finite-Elemente-Untersuchungen hinzugezogen und entsprechend ausgewertet.

Evaluation des Effekts eines computergestützten Raumrotationstrainings durch MRT-Volumetrie der autochthonen Rückenmuskulatur

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll anhand einer Vorstudie die Aussagekraft der Trainingssteuerung des computergestützten Test- und Trainingsgerätesystems (CTT) Centaur (BfMC GmbH) überprüft sowie dessen Trainingseffektivität untersucht werden. Konkret ist mittels Patienten mit anhaltenden Schmerzen im Lendenwirbelsäulenbereich eine vergleichende Analyse durchzuführen. Hierfür wird die CTT Centaur basierte Defizitanalyse der zu untersuchenden Muskulatur mit der klinischen Auswertung der MRT-Bildgebung (Goldstandard) derselben Struktur verglichen. Der Trainingseffekt hingegen ist anhand eines prä-post-Vergleichs zu evaluieren. Zu diesem Zweck wird vor Trainingsbeginn und nach erfolgtem neunwöchigen Trainingsprogramm eine MRT-Aufnahme des Rumpfes angefertigt. Anschließend werden die Muskelvolumina der Regions of Interest mithilfe geeigneter Software bestimmt, verglichen und die gewonnenen Daten unter Berücksichtigung standardisierter Fragebögen entsprechend wissenschaftlich bewertet. Ein besonderes Augenmerk richtet die Studie dabei auf die willentlich nicht ansteuerbare Rückenmuskulatur, welche wesentlich für die Rückenschmerzgenese zu sein scheint.

Sulcus-bicipitalis-Plattenosteosynthese

Komplexe proximale Humerusfrakturen stellen hohe Anforderungen an eine osteosynthetische Versorgung. Zahlreiche Risikofaktoren können im schlimmsten Fall zu einem Versagen der Plattenosteosynthese führen. Im Rahmen des Projekts sollte daher eine winkelstabile Osteosyntheseplatte entwickelt und validiert werden, welche die Rekonstruktion grob dislozierter multifragmentärer proximaler Humerusfrakturen unterstützt. Anders als bei aktuell verwendeten Osteosyntheseplatten wurde das Tuberculum minus miteinbezogen, um darüber eine mediale Säule zu schaffen. Die Vorteile der entwickelten Platte sind die mögliche mediale Abstützung und die damit einhergehende Verbesserung von Stabilität in axialer und translatorischer Ebene.

Entwicklung von realistischen Knochenmodellen mit Sensorintegration

Das Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von künstlichen, biomechanisch korrekten Knochenmodellen, welche beispielsweise für die Implantattestung herangezogen werden können. In diese wurden zusätzlich Sensoren zur Detektion von Belastungszuständen integriert, wodurch biomechanische Prüfungen perspektivisch vereinfacht und standardisiert werden sollen. Weiterhin wurde durch die neuen Knochenmodelle eine Reduzierung der aufwendigen und kostenintensiven Prüfungen an humanen Proben angestrebt.

Formgedächtnisimplantate - smart³

Aktive Formgedächtniselemente können sich bei Temperaturänderung an eine eintrainierte Ausgangsform „erinnern“, dabei ihre Form verändern und Arbeit verrichten. In diesem Projekt wurden Formgedächtniselemente auf Basis von NiTi-Legierungen in Schraubenimplantate integriert, die durch Körperwärme aktiviert werden und spezielle Ausstellmechanismen auslösen. Nach dem Grundprinzip eines Dübels soll auf diese Weise selbstständig die primäre Verankerungsfestigkeit im osteoporotischen oder sonstig vorgeschädigten Knochen erhöht werden. Zur Prüfung dieses Sachverhalts wurden Materialtestungen am menschlichen Knochen sowie experimentelle und numerische biomechanische Untersuchungen bezüglich der Wechselwirkungen an der Knochen-Implantat-Schnittstelle durchgeführt.

Finite-Elemente-Modellierung der lumbopelvinen Faszien

Das Ziel des hier beantragten Projekts war die Komplettierung eines in der Arbeitsgruppe erstellten Finite-Elemente-Modells des menschlichen Beckens, welches die biomechanischen Lastverhältnisse realistisch widergibt. Das bisher erstellte Modell umfasst knöcherne, knorpelige sowie ligamentäre Strukturen und simuliert mit hoher Genauigkeit die Lastverhältnisse im Becken sowohl im gesunden Zustand als auch im Frakturfall. Zusätzlich soll es zur patientenspezifischen OP- und Implantatplanung verwendet werden. Für die Vervollständigung mussten jedoch die Weichgewebeanteile, insbesondere die Faszien des Beckens, berücksichtigt und integriert werden. Da die Präparation und mechanische Charakterisierung der beteiligten Strukturen (Muskeln, Sehnen, Organe) sich als extrem aufwendig gestaltet und die Technologie inzwischen die Abbildung komplexer Gebilde ermöglicht, ist die Verwendung der Finite-Elemente-Methode als Basis der Beschreibung der Struktur und des mechanischen Verhaltens der Faszien der vielversprechendste Ansatz.

Beckenspezifische Range of Motion Tests

Ziel dieses Projekts war es, die Relativbewegung von einzelnen Knochensegmenten im komplexen Bereich der Lendenwirbelsäule mit angeschlossenem Beckenring zu untersuchen. Dafür wurde ein Versuchsaufbau konzipiert, über den Lasten definiert in die Acetabula eingeleitet und die Reaktionen des Gesamtsystems bestimmt werden können. Dabei finden vielerlei Gegebenheiten Berücksichtigung, wie beispielsweise degenerierte Bandscheiben oder Verknöcherungen von Gelenken, welche sich mindernd auf die Beweglichkeit auswirken können. Auch eingebrachte Implantate können zu Versteifungen führen. Der Versuchsaufbau erlaubt es daher, all diese Parameter und ihre Auswirkungen auf den Bewegungsumfang zu analysieren. Weiterhin wurden die gewonnenen experimentellen Ergebnisse zur Validierung von Finite-Elemente-Modellen genutzt.

Automatische Erkennung von Veränderungen an Hüftimplantaten mittels neuronaler Netze

Die Zielsetzung des Projekts war die Entwicklung und Erprobung einer Software, welche Ärzten helfen soll, Veränderungen an Hüftendoprothesen anhand von Röntgenbildern leichter erkennen und im Verlauf beurteilen zu können. Zu diesem Zweck wurden neuronale Netze konzipiert und trainiert, welche zur automatisierten Erkennung und Segmentierung der Endoprothesen sowie möglicher Komplikationen (Osteolysen, Positionsveränderungen, Verschleißerscheinungen) dienen. Die in diesem Zuge entwickelte Browser-Applikation verfügt über entsprechende Mess- und Annotationswerkzeuge zur Beurteilung neuer Datensätze, was eine ständige Erweiterung der Datenbasis und damit einhergehend eine fortlaufende Optimierung der neuronalen Netze ermöglicht.

Entwicklung eines individuellen parameterabhängigen Wandlungsalgorithmus und Ableitung einer Erstellungsrichtlinie zur medizinischen Finite-Elemente-Modellierung

Das Ziel dieses Projekts war die Entwicklung eines individuell wandelbaren, parametrisierten Modellierungstools und die Ableitung von Erstellungskriterien zur medizinischen Finite-Elemente-Modellierung im Bereich des Beckens sowie die Schaffung einer einheitlichen Prüfmethodik zur Identifizierung biologischer Materialparameter des pelvinen Stütz- und Bewegungsapparates.

Elektrochemische Bearbeitung von Implantatkomponenten aus Nickel-Titan-Legierungen

Die Integration von Nickel-Titan-Elementen in Implantaten erfordert häufig komplexe Geometrien, die durch die Umsetzbarkeit der FGL-Komponenten limitiert sind. Ziel dieses Projekts war daher die Herstellung komplexer FGL-Geometrien mit geringen Strukturgrößen bei gleichzeitiger Erhaltung der Aktorfunktionalität. Mithilfe elektrochemischer Bearbeitungsprozesse wie ECM und PEP wurden diese spezifischen Anforderungen schließlich umgesetzt. Genauer wurde dabei untersucht, inwiefern die gewählten Verfahren in der Lage sind, eine vollständige Fertigungskette abzubilden, beginnend bei der Formgebung über die Oberflächenstrukturierung bis hin zum Oberflächenfinish einer FGL-Komponente.

Beckenimplantatsystem mit anatomischer Vorformung

Inhalt des Projekts war die Entwicklung eines neuartigen vorgeformten Beckenimplantatsystems mit patientenspezifischer Anpassung mittels numerischer und materialtechnischer Festigkeitsanalysen sowie biomechanischer Testung. Zum einen sollte dadurch eine stabile Verankerung ermöglicht und zum anderen durch die Optimierung der Implantatsysteme mit Anpassung an die physiologischen und anatomischen Gegebenheiten eine Verbesserung der Funktionalität sowie Standdauer erreicht werden.

Entwicklung eines Messsystems für Mikrobewegungen von Implantaten

Das Ausmaß der Mikrobewegungen zwischen Implantat und Knochengewebe innerhalb der ersten vier bis sechs postoperativen Wochen hat einen entscheidenden Einfluss auf den Prozess der Osseointegration. Darauf basierend wurde ein Messsystem entwickelt, mit welchem sich Mikrobewegungen zwischen Implantat und (Kunst-)Knochen in deren Interface in allen sechs Freiheitsgraden erfassen lassen. Jene Messungen wurden in vitro an einem Versuchsstand durchgeführt und dienten der Beurteilung unterschiedlichster Implantationsparameter, wie z.B. dem Implantatdesign, der Implantatausrichtung sowie der Art und Anzahl der Fixierungselemente.

Intraoperatives Beinlängenmesssystem

Pro Jahr werden in Deutschland ca. 36.000 Totalendoprothesen der Hüfte gewechselt oder entfernt. Ein großer Anteil der Revisionen liegt in einer durch die Operation hervorgerufenen Änderung der Beinlänge begründet, was bei den Patienten zu Folgeschäden wie Rückenbeschwerden oder Beeinträchtigung der Mobilität führen kann. Grund für die Beinlängenänderung ist, dass während der Operation der vollständige Kopf des Oberschenkelknochens entfernt und durch ein Implantat ersetzt wird, welches in den Knochen hineingeschlagen wurde. Bei der Rekonstruktion kann der genaue Sitz der Endoprothese jedoch  nur abgeschätzt werden, wodurch Abweichungen zur zuvor durchgeführten Planung nicht zu vermeiden sind. Da es derzeit keine Möglichkeit gibt, eine intraoperative Messung der Beinlänge durchzuführen, basiert der Erfolg der Operation allein auf der guten Planung und der Erfahrung des Operateurs. Aus diesem Grund wurde ein entsprechendes Messsystem entwickelt, das es dem Operateur ermöglicht, die exakte Beinlänge und das Hüftrotationszentrum während der Operation zu ermitteln. Grundlage des Beinlängenmesssystems ist die KinectV2 von Microsoft. Mit diesem Kamerasystem wird ein Marker, welcher an der Tibia des Patienten befestigt wird, beim Heben und Senken des Beins eines liegenden Patienten getrackt. Durch sphärisches Fitting der dabei aufgezeichneten 3D-Koordinaten kann letztendlich auf die Länge des Beins und dessen Hüftrotationszentrum geschlossen werden.

Modulare Hüfttotalendoprothese

Eine in der Hüfttotalendoprothetik viel diskutierte Problematik stellt die Rekonstruktion der exakten Beinlänge nach erfolgter Operation im Vergleich zur unbehandelten Extremität dar. Abhilfe hierbei soll eine einzubringende Endoprothese schaffen, mit deren Unterstützung die Beinlänge intraoperativ sehr leicht variiert werden kann. Um während der Operation eine exaktere Justierung zu ermöglichen, wurde eine modulare Hüfttotalendoprothese inklusive eines Messsystems zur Detektion der genauen Beinlänge entwickelt. In diesem Zusammenhang wurden im Bereich der modularen Hüfttotalendoprothese drei neuartige Schnittstellenvarianten entwickelt und getestet, wobei sich jede einzelne als geeignete Verbindung herausstellte. Letzten Endes erwies sich jedoch eine drehende Schnittstellenvariante als besonders geeignet, da sie alle relevanten Testprozeduren erfolgreich bestand. Das Messsystem basiert wiederum auf verschiedenen berührungslosen Messprinzipien (optische Bildkorrelation in Kombination mit Positions- und Beschleunigungssensoren), wodurch es sowohl Messungen am idealisierten als auch am humanen Bein ermöglichte. Zusätzlich konnten die angestrebten technischen Zielparameter am Modell ermittelt werden.

Modulare Tumorendoprothese im Bereich des proximalen Femurs

Der hüftnahe Abschnitt des Oberschenkelknochens ist häufiger Manifestationsort von malignen Knochentumoren. Nicht selten werden zur Funktionswiederherstellung sogenannte Tumorendoprothesen bzw. Megaendoprothesen eingesetzt. Tumorendoprothesenkomponenten kommen sowohl bei der operativen Tumorbehandlung als auch zunehmend bei Implantatrevisionen zum Einsatz. Zu den grundlegenden, bisher nicht umgesetzten Anforderungen der Tumorendoprothese gehören u.a. das knochenähnliche Gewicht und die anatomisch korrekte Anbindung von Muskelgeweben. Aus diesem Grund wurde ein aufeinander abgestimmtes anatomisch gestaltetes Implantat für den proximalen Femur entwickelt. Die Schwerpunkte lagen dabei in der Anwendung des Funktionsleichtbaus zur Erstellung eines robusten langlebigen Implantats sowie in der Integration textiler Strukturen zur biomechanisch korrekten Anbindung von Muskelgeweben. Der Verbund Tumorendoprothese-Muskulatur soll hierbei vorrangig eine rasche und dauerhafte Anbindung der Weichteile unterstützen.

OP-Planungssoftware Hüfte

Für die routinemäßige, computergestützte Planung von Implantations- und Revisionsoperationen von Hüftendoprothesen wurde eine Software entwickelt, welche neben der präoperativen Planung auch die intraoperative Darstellung, postoperative Kontrolle und Analyse unterstützt. Diese Software arbeitet hoch präzise und ermöglicht durch ihren Einsatz die Reduktion der OP-Zeiten sowie Infektionsgefahr für den Patienten. Darüber hinaus geht mit der Realisierbarkeit einer optimalen Versorgungsplanung (bestmögliche Endoprothese) eine Verringerung der Komplikationsrate einher, welche wiederum zu einer Steigerung der Patientenzufriedenheit sowie zur Reduktion der OP-Gesamtkosten führt.

Revisionsinstrument für Hüftendoprothetik

Das Ziel des Projekts bestand darin, erstmalig ein universelles Instrumentarium zur knochenschonenden Entfernung von Hüftgelenkpfannenimplantaten zu entwickeln. Auf Grundlage klinischer und anatomischer Anforderungen wurden in der ersten Entwicklungsphase verschiedenartige Lösungsvarianten konzipiert. Nach ausgiebiger Analyse und ingenieurtechnischer Bewertung wurde im weiteren Projektverlauf vorrangig die Variante eines modularen Schneidinstrumentes weiterverfolgt. Parallel dazu wurden auf Basis von humanen Körperspendergeweben mechanische Kennwerte zu Festigkeit sowie Ausrisslast eingewachsener Pfannenimplantate erhoben, welche zur Beschreibung des Versagensverhaltens und der Parametrisierung des numerischen Finite-Elemente-Modells herangezogen wurden. Nach Beendigung aller Untersuchungen wurden erste Funktionsmuster gefertigt. Eine abschließende Erprobung des entwickelten Instrumentenprototyps erfolgte unter anwendungsspezifischen Bedingungen sowohl am künstlichen Hüftmodell als auch in einer virtuellen CAD-Umgebung und am humanen Hüftgelenk.

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