Osteoporose: CT mit Verfahren aus dem Bauwesen kombiniert

Osteoporose: CT mit Verfahren aus dem Bauwesen kombiniert
Simulierte Dichteverteilung im Knochen (© Areti Papastavrou / TH Nürnberg)

Ein Verfahren aus dem Bauwesen simuliert Knochenumbauprozesse für Präventions- und Therapiemaßnahmen.

  • Datum:
    19.09.2019
  • Autor:
    J. Bauer (mh/ktg)
  • Quelle:
    Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm

Wie die permanenten Umbauprozesse des menschlichen Knochens funktionieren und welche Parameter darauf einen Einfluss haben, untersucht Prof. Dr.-Ing. Areti Papastavrou von der Fakultät Maschinenbau und Versorgungstechnik der TH Nürnberg. Ziel ihres Forschungsprojekts OSTEO-MODEL: Vorsorgeuntersuchungen und Therapien gegen Krankheiten wie Osteoporose zu verbessern. ExpertInnen des Klinikums Nürnberg unterstützen sie dabei.

Verfahren aus dem Bauwesen auf Knochen angewendet

Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) modellieren Papastavrou und ihr Team das Wachstum und die Degeneration von Knochen. FEM wird normalerweise bei Bauwerken oder anderen Konstruktionen eingesetzt, um deren Verhalten – beispielsweise bei starkem Wind – vorauszubestimmen.

Papastavrou und KollegInnen setzen die Methode ein, um die Veränderungen der Knochenstruktur zu bestimmen. „Bei unseren Simulationen können wir unterschiedliche Randbedingungen mitberücksichtigen, wie die mechanische Beanspruchung des Knochens durch Bewegung und Belastung. Auch Aspekte der Ernährung, die den Stoffwechsel des Knochens über Vitamine oder Hormone beeinflussen, können wir in unsere Berechnungen einfließen lassen“, so Papastavrou.

Grundlage: Klinische CT-Daten

Grundlage für die Simulationen sind CT-Aufnahmen von Knochen betroffener PatientInnen. Diese lassen Rückschlüsse auf die Knochenmasse und Schädigungen wie Mikrorisse zu. Mit diesen Daten berechnen die ForscherInnen die Festigkeit des Knochens im FE-Modell. Außerdem können sie einschätzen, an welcher Stelle der Knochen am wahrscheinlichsten unter einer bestimmten Belastung brechen wird.

In das Simulationsmodell integriert die Forschungsgruppe auch Aspekte des Knochenstoffwechsels und Hormonhaushalts. Der Vergleich mit etablierten Verfahren und mit realen klinischen Befunden zeigt sehr gute Ergebnisse.