Der Graft Monitor: Ein in-vivo-Kraftsensor für die Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes - Entwicklung und rigorose Validierung.

• Antragsteller: Dr. Adrian Deichsel; Professor Dr. Christoph Kittl; Professor Dr. Jens Wermers
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567431050

Hintergrund: Derzeit gibt es keine Möglichkeit, die in-vivo-Belastung einer vorderen Kreuzband (VKB) Rekonstruktion ohne wesentliche Einschränkungen zu messen. Eine Idee, um diese Einschränkungen zu überwinden, wäre die Integration eines Kraft Sensors in die Suspensionsfixierung einer VKB Rekonstruktion (Graft Monitor). Ein solcher Sensor könnte die Grundlage für klinische Studien zur Beurteilung der frühen Rehabilitation und Einheilungsphase sein. Ziel dieses Antrags: Das übergeordnete Ziel des vorliegenden Forschungsvorhaben ist die Entwicklung und biomechanische Validierung eines Prototyps eines solchen integrierten Sensors in der Suspensionsfixierung für VKB Rekonstruktionen. Methodik: Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein Prototyp des Graft Monitors entwickelt (Entwicklungsphase). Eine vorläufige finite Elemente Analyse zeigt, dass ein kohlefaserverstärktes Polyetheretherketon (PEEK) ähnliche strukturelle Eigenschaften wie Titan aufweist und somit als biokompatible Basis für den Graft Monitor benutzt werden kann. Um die Kraft abzuleiten, wird weiters ein Dielektrikum und eine Spule in den Graft Monitor integriert. Eine Materialtestung dieser drei Komponenten wird im ersten Arbeitsprogramm (WP1) durchgeführt. Die Entwicklung des mobilen Auslesegerät, welches die Messdaten an einen Computer oder Smartphone senden kann, ist Gegenstand von WP2. Danach erfolgt die Kalibrierung des Graft Monitors in einem Temperaturbereich von 36-41° mittels Material Prüfmaschine zwischen 0 und 600N gemäß der in der Literatur vorgegebenen VKB-Kräfte beim Gang (WP3). In der Validierungsphase werden zuerst die strukturellen Eigenschaften (Ausrisskraft in N) des Graft Monitor mit einem Standard VKB Button (Endobutton, Smith & Nephew) verglichen (WP4). Die Genauigkeit des Graft Monitors im Vergleich zu einer sich im Labor befindlichen Materialprüfmaschine ist Gegenstand von WP5. Hierbei wird ein Interklassen-Korrelationskoeffizient von 0,8 angestrebt. Das letzte Validierungs Arbeitsprogramm (WP6) umfasst eine in-vitro Testung des Graft-Monitor mittels Sechsachsroboter und Kraft-Momentensensor in Körperspender Kniegelenke. Hierbei wird eine VKB Rekonstruktion mit vierfach Semitendinosussehne durchgeführt und der Graft Monitor mit einem kalibrierten Kraftsensor verglichen. Hier wird ebenfalls ein Interklassen-Korrelationskoeffizient von 0,8 angestrebt. Aufgrund der kostengünstigen Entwicklung des Graft Monitors (3D Druck) kann bei suboptimalen Ergebnissen in der Validierungsphase, die Entwicklung des Prototyps in der Entwicklungsphase optimiert werden. Ergebnisse und Schlussfolgerung: Am Ende dieses Projektes sollte ein funktionierender und in-vitro einfach validierter Prototyp des Graft Monitors entwickelt worden sein. Zukünftige Projekte umfassen die komplexe biomechanische Validierung und die Evaluation eines in-vivo Einsatzes. Die Daten sollen in open access Publikationen veröffentlicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen