Virtuelles Kniegelenk

Entwicklung eines virtuellen Kniegelenks

Ganz unterschiedliche Wege können zum Ziel führen. In einem Gemeinschaftsprojekt mit Ingenieuren und medizintechnischen Unternehmen am Regensburg Center of Biomedical Engeneering (RCBE) entwickelt die Arbeitsgruppe "Patientenindividuelle Endoprothetik" der Orthopädische Universitätsklinik virtuelle Gelenkmodelle. Solche virtuellen Modelle werden in der Materialforschung z.B. im Fahrzeugbau und der Luftfahrtindustrie schon seit Jahren mit großem Erfolg eingesetzt. In der orthopädischen Chirurgie ist das Verfahren ein innovativer Ansatz, um das Ergebnis beim Einsetzen eines künstlichen Kniegelenk weiter zu verbessern.

Bei genauerer Betrachtung ist das Kniegelenk und somit auch die Biomechanik des Gelenks so einzigartig wie ein Fingerabdruck des Menschen. Nicht nur knöcherne Unterschiede sind zu finden, sondern jeder Patient unterscheidet sich in der Muskulatur sowie den Sehnen- und Bandansätzen. Diese komplexen Faktoren haben Einfluß auf die Biomechanik des Kniegelenks. Mit der Entwicklung eines 3D Knie-Computermodells wollen wir zukünftig die Implantatposition der Prothese noch besser auf die individuelle anatomische Situation unserer Patienten abstimmen. Dabei konzentrieren wir uns nicht ausschließlich auf die knöcherne Situation, sondern beziehen die muskuläre Führung des Kniegelenks in das Modell mit ein. Wissenschaftlich wird das virtuelle Kniegelenk zukünftig ein wichtiges Instrument zur Testung und Weiterentwicklung von unterschiedlichen Prothesengeometrien werden. Darüber hinaus kann unser Modell auch dazu genutzt werden, Faktoren zur Entstehung des Gelenkverschleiß (Arthrose) zu identifizieren und so neue Erkenntnisse zur Arthrose Prävention liefern.

Abb. 1: Stehendes Ganzkörpermodell in der virtuellen Softwareumgebung „The AnyBody Modeling System“. Die Muskeln sind als violette Linien sichtbar.

Abb. 2A: Das virtuelle Kniegelenke. Mit dem 3D Knie-Computermodell läßt sich die Implantatposition der Prothese auf die patientenindividuelle anatomische Situation abstimmen. Die Ansätze und Muskelkraft der Muskeln (violett) können patientenindividuell angepasst werden. Abb. 2B: Mit Hilfe des Modells lässt sich in der Simulation eine günstige biomechanische Position für das künstliche Kniegelenkes finden.