Einfluss von Gelenkersatz auf die ipsi- und kontralateralen Gelenkkräfte – Langzeitanalyse von Adaptationen durch in vivo Messung und Simulation

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Philipp Damm; Professor Dr. Heiko Wagner
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564203605

Die endoprothetische Versorgung des Hüftgelenks ist eine der häufigsten orthopädischen Operationen weltweit. Trotz der hohen Erfolgsrate bei älteren Patient:innen zeigen jüngere und aktivere Patient:innen signifikant höhere Revisionsraten, bedingt durch gestiegene mechanische Belastungen und die Aufrechterhaltung sportlicher Aktivitäten. Revisionseingriffe sind kostenintensiv und erhöhen das Risiko für Komplikationen. Ziel dieses Projekts ist es, belastungsinduzierte Folgeerkrankungen und ein frühzeitiges Versagen von Hüft- und Knieendoprothesen durch eine patientenspezifische Analyse der Muskel- und Gelenkkräfte während Alltagsbewegungen zu minimieren. Das Julius Wolff Institut (JWI) verfügt über weltweit einzigartige umfangreiche und langjährige Erfahrungen im Bereich der in vivo Belastungsmessungen mit instrumentierten Implantaten. Diese speziellen Gelenkimplantate ermöglichen die hochpräzise Erfassung von Gelenkbelastungen während Alltags- und Sportaktivitäten. Das JWI ist darüber hinaus auch in der Lage simultane in vivo Belastungsmessungen an Hüfte und Knie innerhalb eines besonders aktiven Patienten durchzuführen. Darüber hinaus haben die beteiligten Institutionen eine umfangreiche Expertise in der Computermodellierung der menschlichen Bewegung durch 3D-Muskelskelett-Modelle und der Optimierung von komplexen Muskelaktivierungen. Eine retrospektive Analyse der bereits in vivo gemessenen Belastungsdaten soll in ein neues Modellierungstool, die ComputerMyoGraphie (CMG), integriert werden, um die individuellen Belastungsänderungen nach einer Operation präzise vorherzusagen. Die Methode basiert auf der Entwicklung neuer adaptiver Optimierungskriterien, die die muskuloskelettale Redundanz berücksichtigen und individuelle Muskel-Kokontraktionen sowie Gelenkstabilität einbeziehen. Dies ermöglicht eine zuverlässige Vorhersage der Belastungen auch unter dynamischen und instabilen Bewegungsbedingungen. Das sekundäre Ziel des Projektes besteht in der Optimierung von Rehabilitationsstrategien und der Senkung der Behandlungskosten durch modellbasierte Ansätze, die auch in der Prävention und Arbeitsmedizin Anwendung finden. Die Ergebnisse sollen langfristig zu einer verbesserten Lebensdauer von Implantaten und einer höheren Therapiequalität führen. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung eines frei zugänglichen Webtools für die öffentlich zugängliche in vivo Belastungsdatenbank Orthoload.com zur Analyse und Visualisierung individueller Gelenkbelastungen. Basierend auf validierten Modellen können durch dieses Tool präzisere Therapiepläne erstellt und technische Innovationen in Orthopädie, Unfallchirurgie und im Bereich der Arbeitswissenschaften signifikant unterstützt werden. Das Projekt stellt somit einen bedeutenden Schritt in Richtung personalisierter Therapie und klinischer Praxis dar und bietet eine Grundlage für die Integration biomechanischer Erkenntnisse in die orthopädische Versorgung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen