MRT-basierte Simulation für bessere Kreuzband-Rekonstruktionen
Ein Finite-Elemente-Simulationsmodell des Kniegelenks (links) ermöglicht die dynamische Vorhersage und Analyse verschiedener Gelenkstellungen wie Überstreckung, Ruhestellung, und 20° Beugung (MR-Datensatz Universitätsklinikum Freiburg; ©Fraunhofer MEVIS)
Vorhersage der individuellen Kniegelenkskinematik: Validierung einer neuartigen Simulation mit Forschungspreis ausgezeichnet.
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Datum:07.11.2024
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Autor:S. Lavik (mh/ktg)
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Quelle:Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS
Ein neues Simulationsverfahren ermöglicht die Therapieplanung bei einer Kreuzbandruptur auf Basis dynamischer Modellierungen anstelle statischer Bilder. Der Name des Projekts: PLANK für "Planungs- und Navigationsplattform für die individualisierte Versorgung von Kreuzbandverletzungen".
Für die Validierung des Simulationsverfahrens an elf gesunden Proband:innen am Universitätsklinikum Freiburg wurden die beteiligten Wissenschaftler:innen nun mit dem Forschungspreis Digitalisierung in Orthopädie und Unfallchirurgie 2024 ausgezeichnet. Durchgeführt wurde die Arbeit von Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medizin MEVIS, des Uniklinikums Freiburg und der Stryker Leibinger GmbH & Co. KG.
Simulation zeigt, wie sich das Kreuzband unter Belastung verändert
Bei Kreuzband-Rekonstruktionen ermöglicht die Simulation, am Computer die optimale Position zur Fixierung des Kreuzbandes zu finden. „Mit unserem Entscheidungsunterstützungsverfahren werden Kniegelenkoperationen patientenindividueller“, sagt Dr.-Ing. Elin Theilen, Fraunhofer MEVIS. „Wir erwarten dadurch bessere Ergebnisse für die Patient:innen, da die Therapie auf jeden spezifisch zugeschnitten und optimiert werden kann“, ergänzt sie. „Vor allem Folgeprobleme wie Knorpelschäden oder Arthrose können wir damit vermeiden.“
Statische MRT-Bilder als Grundlage
Grundlage für die Simulation ist ein virtuelles 3D-Kniegelenkmodell der Patient:innen, das die Ärzt:innen am Bildschirm betrachten und frei rotieren können. Die Simulation ermöglicht ihnen
- die Dynamik des Gelenks zu analysieren
- sich auf einzelne Strukturen zu fokussieren
- Informationen über die potenzielle Druck- und Spannungsverteilung im Gelenk zu erhalten.
Zur Erstellung des Modells haben die Forschenden statische MR-Routinebilder von Kniegelenken für die Segmentierung der anatomischen Strukturen verwendet. Für die Berechnung der Drücke und der Spannungsverteilung verwendeten die Forschenden die Finite-Elemente-Methode (FEM).
