Morpho-funktionelle Modellierung zur patienten-spezifischen Planung in der Hüftendoprothetik

• Antragsteller: Dr.-Ing. Philipp Damm; Professor Dr.-Ing. Klaus Radermacher
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467867720

Der Einsatz einer Hüftendoprothese aufgrund degenerativer Erkrankungen des Hüftgelenks ist der weltweit am häufigsten durchgeführte Gelenkersatz. Eine präoperative Planung der Implantation unter Berücksichtigung der individuellen Morphologie anhand medizinsicher Bilddaten ist Standard in der klinischen Praxis. Obwohl in der Literatur belegt ist, dass funktionelle Parameter, wie die resultierende Hüftgelenkskraft und die sagittale Beckenkippung, von hoher Bedeutung für die optimale Ausrichtung der Prothese sind, werden diese routinemäßig nicht in der präoperativen Planung berücksichtigt. Dies liegt vor allem an dem erhöhten technischen und zeitlichen sowie kostenintensiven Aufwand zur Abschätzung dieser patienten-spezifischen funktionellen postoperativen Parameter. Ein Ansatz die funktionellen Parameter zu bestimmen, ist die Beziehung zwischen individueller Morphologie und Funktion des muskuloskelettalen Systems zu modellieren. Für die Hüftgelenkskraft und die Beckenkippung bestehen morpho-funktionelle Modellierungsansätze, deren Güte wenig untersucht und deren klinische praktikable Anwendbarkeit nicht belegt ist. Der Grund hierfür ist das Fehlen einer ausreichenden Anzahl konsistenter gekoppelter morphologischer und funktioneller Patientendaten. Im Rahmen des Projektes soll daher untersucht werden, welche Genauigkeiten mit morpho-funktionellen Modellen zur präoperativen Abschätzung der postoperativen funktionellen Parameter Hüftgelenkskraft und Beckenkippung in der klinischen Routine zu erzielen sind und inwieweit diese Ergebnisse mit postoperativen klinischen Nachuntersuchungen zur Therapieergebnisqualität korrelieren. Für die Hüftgelenkskraft soll dies mittels zweier Methoden erfolgen. Der Notwendigkeit patienten-spezifischer Bewegungsdaten für Simulation der Hüftgelenkskraft mittels komplexer Mehrkörpersimulation soll durch eine statistische Modellierung parametrisierter Bewegungsdaten gesunder Probanden ersetzt werden. Die zweite Methode sieht den Einsatz vereinfachter analytischer Modelle für die Ermittlung der Hüftgelenkskraft für die wichtigsten Aktivitäten des täglichen Lebens vor. Beide Methoden werden mit Daten instrumentierter Hüftgelenksimplantate der OrthoLoad Datenbank validiert. Die funktionelle Beckenkippung soll anhand von 200 verfügbaren, prä- und postoperativen CT- und EOS-Datensätze mit morphologischen Parametern des knöchernen Beckens korreliert werden. Abschließend erfolgt eine Integration beider funktioneller Parameter in den klinischen Planungsprozess und eine Evaluierung über die Korrelation der Planungsergebnisse mit postoperativen klinischen Scores der 200 Fall-Datensätze.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen