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Neuartiges Verfahren zur Vorbereitung von Hüftgelenk-Operationen

Ingenieure, Informatiker und Mediziner bauen virtuelle Prothese

Das virtuelle Modell zeigt die Hauptspannungslinien nach einer simulierten Hüftgelenk-Operation.

12.11.2009, Pressemitteilungen

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 nun eine Methode entwickelt, um diese Risiken zu minimieren: ein virtuelles Prothese-Knochen-Modell.

Das Verfahren soll es künftig erlauben, exakte räumliche Computertomographie-Bilder (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“, sagt der Projektleiter Dr. Martin Ruess, Ingenieur am TUM-Lehrstuhl für Computation in Engineering von Professor Ernst Rank.

Bislang arbeiten Mediziner bei der Vorbereitung solcher Operationen mit Röntgenbildern oder in Ausnahmefällen mit Styropor-Modellen 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 Prothesen-Anpassung für einen einzelnen Patienten scheitert daran, dass allein die Aufbereitung der Daten aus dem Computertomogramm für eine einzelne Berechnung viele Stunden beansprucht und damit für die Operationsvorbereitung nicht infrage kommt.

Anders erstmals in den Computermodellen der TUM-Wissenschaftler: Sie entwickeln Verfahren, die 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 Knochen-Belastungstests gefüttert. Diese steuert ein Team um Privatdozent Dr. Rainer Burgkart, den Leiter der orthopädischen Forschung und Lehre am Klinikum rechts der Isar bei. Um die interaktive „virtuelle Operation“ und die verständliche Darstellung der Simulationsergebnisse kümmern sich Mitarbeiter des Lehrstuhls für Computer Graphik and Visualisierung von Professor Rüdiger Westermann. „Das System soll es schließlich einmal Ärzten erlauben, vor oder sogar während der Operation am Computer in Echtzeit auszuprobieren, wie die Hüftgelenksprothese beim Patienten am besten eingebracht wird“, sagt Projektleiter Ruess.


Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Martin Ruess
Lehrstuhl Computation in Engineering
Technische Universität München
Arcisstraße 21
80290 München

Telefon: 089.289.22425
Email: ruess@tum.de

Kontakt: presse@tum.de

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