Viel Wirbel um Knochenzement im Computer
Professur Festkörpermechanik richtet am 15. Mai 2012 den 2. Workshop "Computersimulation in der Vertebroplastie" aus - Forscher aus mehreren Ländern wollen klinisches Verfahren verbessern
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Ralf Landgraf (l.) und Prof. Dr. Jörn Ihlemann analysieren am Computer das Oberflächenmodell eines Ausschnittes von einem osteoporosischen Wirbelkörper. Foto: Stefanie Richter -
Ralf Landgraf zeigt ein an der Professur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik mit Hilfe der Rapid-Prototyping-Technologie hergestelltes dreidimensionales Anschauungsmodell eines osteoporosischen Wirbelkörpers. Foto: Stefanie Richter -
Gruppenfoto zur Erinnerung: Die Teilnehmer des Workshops "Computersimulation in der Vertebroplastie" kamen aus dem In- und Ausland an die TU Chemnitz. Foto: Stefanie Richter
Eine häufig, vornehmlich im Alter auftretende Knochen-Erkrankung ist die Osteoporose. Das Krankheitsbild besteht in der Reduktion der Knochendichte durch Abbau von Knochensubstanz. Alle Teile des menschlichen Skeletts können betroffen sein. Häufige Folge sind Frakturen einzelner Knochen. Besonders gefährdet sind zum Beispiel die Oberschenkelknochen oder das Becken. Am häufigsten treten jedoch Kompressionsbrüche von Wirbelkörpern auf. Diese Brüche sind zumeist mit großen Schmerzen und einer Destabilisierung der gesamten Wirbelsäule verbunden.
Für die operative Stabilisierung einer geschwächten Wirbelsäule und eine sofortige Schmerzlinderung kommen häufig die minimal invasiven Verfahren der Vertebroplastie und Kyphoplastie zum Einsatz. Hierbei werden gebrochene Wirbelkörper mit biologisch verträglichen Kunststoffen, den sogenannten Knochenzementen, gefüllt und auf diese Weise wieder aufgerichtet und stabilisiert. Während des medizinischen Eingriffs wird der Knochenzement zunächst in einem zähflüssigen Zustand über eine Kanüle in den betreffenden Wirbelkörper eingespritzt. Erst innerhalb der menschlichen Wirbelsäule härtet das Material zu einem Festkörper aus und stärkt somit den Wirbelkörper. Allerdings kann es in der Folge langfristig zu Lastumlagerung in der Wirbelsäule und Folgebrüchen weiterer Wirbelkörper kommen.
Deshalb ist die Verbesserung des Verfahrens der Vertebroplastie und die Untersuchung der Auswirkungen auf die gesamte Wirbelsäule ein aktuelles Forschungsthema, mit welchem sich weltweit Forschergruppen beschäftigen. Auch an der Professur Festkörpermechanik der Technischen Universität Chemnitz wird im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Gemeinschaftsprojektes an diesem Thema gearbeitet. Zusammen mit dem Institut für Mechanik der Universität der Bundeswehr in München (Prof. Dr. Alexander Lion) werden die Vertebroplastie und das Langzeitverhalten behandelter Wirbelkörper mit Hilfe von experimentellen Methoden und numerischer Simulation untersucht. Zentrale Aufgabe ist dabei eine detaillierte Nachbildung des Materialverhaltens sogenannter acrylischer Knochenzemente über die gesamte Spannweite vom zähflüssigen Anfangszustand bis hin zum ausgehärteten Festkörper. Weiterhin werden Computersimulationen wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) und die Computational Fluid Dynamics (CFD) genutzt. Mit Hilfe dieser Techniken werden Untersuchungen einzelner Teileffekte der Vertebroplastie ermöglicht, ohne dabei operative Eingriffe an der menschlichen Wirbelsäule durchführen zu müssen. Unterstützt wird die Forschung durch weitere Kooperationspartner, wie zum Beispiel die Biomechanikern Prof. Cornelia Kober von der HAW Hamburg und Prof. Dr. Gamal Baroud von der Université de Sherbrooke in Kanada. Weiterhin ist mit Prof. Thomas R. Blattert von der orthopädischen Fachklinik in Schwarzach ein praktizierender Arzt an der Forschung beteiligt.
Um den aktuellen Stand der Forschung vorzustellen und zu diskutieren, veranstaltet die Professur Festkörpermechanik der TU Chemnitz am 15. Mai 2012 den 2. Workshop "Computersimulation in der Vertebroplastie". Zu diesem interdisziplinären Treffen werden Teilnehmer aus den Bereichen der experimentellen und theoretischen Biomechanik, der numerischen Simulation mit Hilfe von FEM sowie Knochenzementhersteller, Entwickler von Applikationssystemen und Ärzte erwartet. Bereits der erste Workshop dieser Reihe, der am 30. März 2010 in München stattfand, hat einen intensiven Informationsaustausch bewirkt und wesentliche Anregungen für das Forschungsprojekt erbracht.
Weitere Informationen erteilen Prof. Dr. Jörn Ihlemann, Telefon 0371 531-36946, E-Mail ihlemann@mb.tu-chemnitz.de, und Ralf Landgraf, Telefon 0371 531-37455, E-Mail ralf.landgraf@mb.tu-chemnitz.de.
Mario Steinebach
14.05.2012
