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Fragestellung: Die Fehlheilungsrate nach Tibiaschaftfrakturen bleibt auch nach adäquater Therapie relativ hoch. Neben individuellen und biologischen Faktoren stellen insbesondere Bewegungen und Dehnungen im Frakturbereich resultierend aus den mechanischen Rahmenbedingungen (Geometrie und Stabilität der Fraktur, Versorgungskonstellation, Belastung im Nachbehandlungskonzept) eine Schlüsseldeterminante der Frakturheilung dar. Die Ulmer Arbeitsgruppe um Prof. Claes hat Grenzwerte für Einflüsse von Mikrobewegungen und Dehnungen auf die Frakturheilung anhand tierexperimenteller Daten definiert.

Ziel dieser Arbeit war es einen patientenspezifischen Simulations-Workflow zu erstellen, mit dem sich diese mechanischen Rahmenbedingungen bei Tibiafrakturen in der Klinik abbilden lassen und das Heilungspotential abgeschätzt werden kann.

Methodik: Der Workflow wird an einem Revisionsfall nach fehlgeschlagener Nagelosteosynthese mit Implantatversagen nach einer Tibiafraktur vorgestellt. Nach Infektausschluss wurde eine zweizeitige Revision mit erneuter Nagelosteosynthese nach Aufbohren durchgeführt. Anhand eines postoperativen CTs wurde ein 3D Modell der Versorgungssituation erstellt. Ein auf den Bewegungsdaten des Patienten beruhendes Simulationsmodell wurde im Anschluss genutzt um die mechanischen Rahmenbedingungen der Fraktur vor und nach dem Revisionseingriff zu bestimmen. Implantatspannungen, interfragmentäre Frakturbewegung, sowie resultierende volumen- und gestaltsändernde Dehnung wurden hieraus berechnet.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Mit dem Workflow war es möglich die aus der patientenindividuellen Belastung und Bewegung resultierenden Spannungen in der initialen Versorgungssituation zu berechnen und den Ort des Implantatversagens zu simulieren. Das Ausmaß der Frakturbewegungen wie auch die resultierende Dehnung im Frakturspalt konnten bestimmt werden und zeigten sich innerhalb der experimentell bekannten Heilungsgrenzen (vgl. Claes, Shefelbine) (Abbildung 1). Der unkomplizierte klinische Ausheilungsverlauf konnte diese Ergebnisse bestätigen.

Im Rahmen der Arbeit stellen wir einen Simulations-Workflow vor, der die kritischen mechanischen Rahmenbedingungen der Frakturheilung basierend auf der individuellen Patientenbewegung und Belastung schon zu Beginn des Heilungsverlaufs berechnen kann. Durch Abgleich mit den für die Frakturheilung relevanten Grenzwerten der mikro-mechanischen Rahmenbedingungen kann eine Heilungsprognose gestellt werden. Die durch die Simulation berechneten Bewegungen wie auch die resultierende Dehnung im Frakturspalt machen eine frühzeitige und individuelle Beeinflussung des Heilverlaufs durch Belastungs- oder Therapieanpassung (Verhaltensänderung vs. Revisionsoperation) möglich.