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Fragestellung: Bei der Planung von Osteosynthesen langer Röhrenknochen beruhen alle bisherigen Methoden auf dem zweidimensionalen Gebrauch herkömmlicher radiologischer Bildgebungsverfahren, welche in ihrer räumlichen Darstellung und Präzision limitiert sind. Spezifische Knocheneigenschaften wie Osteoporose und mobilisationsabhängige Belastungen können nicht einkalkuliert werden. Aktuelle biomechanische Untersuchungen berücksichtigten bis dato überwiegend axiale Belastungen, jedoch nicht Dreh- und Biegebelastungen komplexer Bewegungsabläufe. Im klinischen Alltag führen letztere zu Peri-Implantatbrüchen und Osteosyntheseversagen, die Einschätzung des individuellen Risikos ist schwierig.

Methodik: Im Rahmen des BMWi geförderten Gemeinschaftsprojektes -Verfahren zur patientenspezifischen Frakturversorgung in der alternden Gesellschaft- wird die hier vorgestellte Methode zur patientenspezifischen Osteosynthese-Optimierung unter Berücksichtigung biomechanischer Knochenstrukturparameter und des postoperativen Mobilisationskonzeptes entwickelt.

Verschiedene Frakturtypen werden patientenspezifisch virtuell validiert und die Osteosynthese optimiert, um eine schnelle komplikationslose Genesung kostengünstig und mit bestmöglichem Outcome zu ermöglichen. Dabei spielt entsprechend Frakturtyp und individuellen Patientengegebenheiten die Implantat-Wahl, -Positionierung sowie Art, Anzahl und Position der Schrauben eine entscheidende Rolle.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Der erforderliche Workflow wurde entwickelt. Aus CT Daten werden mit Hilfe der Software Mimics (Materialise) die Knochengeometrie und Frakturdaten sowie ortsaufgelöste inhomogene Knochenstrukturparameter ermittelt. Diese bieten auch die Möglichkeit verschiedene Grade der Osteoporose abbilden zu können. Darauf basierend wird das Knochenmodell parametrisch mittels der Software Blender (Blender Foundation) mit dem Implantat und einer Anordnung von Schrauben in einem Datensatz vereint und anschließend mittels der Software ICEM CFD (ANSYS Inc.) automatisch vernetzt.

Aus Bewegungsanalysen verschiedener Belastungssituationen werden mittels der Software Anybody (AnyBody Technology A/S) realitätsnahe Belastungen patientenspezifisch ermittelt und diese mittels ANSYS Mechanical (ANSYS Inc.) über ein FE-Modell abgebildet. Der gesamte Vorgang wird von der Optimierungssoftware optiSLang (Dynardo GmbH) parametrisch gesteuert, untersucht und iterativ verbessert.

Als Zielgrößen der Optimierung kann die Minimierung der Spannungen in Knochen oder Implantat, sowie eine gewünschte Bewegung im Frakturspalt definiert werden, die nötig ist, um die Knochenneubildung zu stimulieren und die Behandlungszeit zu verkürzen. Ziel ist, schnell die individuelle optimale Osteosynthese planen zu können.

In dieser Präsentation sollen die Ergebnisse zum automatisierten Workflow und die Möglichkeiten der Optimierung bei der Verwendung vieler diskreter Variablen (Schraubenanzahl) präsentiert werden.