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Aachener Wissenschaftler verbessert Knie-Implantate

Aachener Medizintechnik-Wissenschaftler erhält Klee-Preis 2020
Ausgezeichneter Workflow für bessere Knie-Implantate

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Dr.-Ing. Malte Asseln optimiert Knieimplantate und erhält dafür den mit 5000 Euro dotierten Preis der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik im VDE sowie der Stiftung der Familie Klee
(Bild: privat)
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Für seine Dissertation über den Workflow zur Design-Optimierung von Knie-Implantaten am Lehrstuhl für Medizintechnik der RWTH Aachen hat Dr.-Ing. Malte Asseln den Klee-Preis 2020 erhalten.

Bis zu 30 Prozent der Patienten mit einem künstlichen Kniegelenk sind unzufrieden mit ihrem Implantat. In seiner wissenschaftlichen Arbeit „Morphological and Functional Analysis of the Knee Joint for Implant Design Optimization” hat Dr.-Ing. Malte Asseln einen integrierten computergestützten und bildbasierten Workflow zur Optimierung des Implantatdesigns von Kniegelenken entwickelt – und wurde dafür mit dem mit 5.000 Euro dotierten Klee-Preis ausgezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

1. Dissertation zeigt Weg zum besseren Implantatdesign
2. Zufriedenheit der Patienten steigern
3. Klassifizierung der geometrischen Merkmale
4. Modell erlaubt Formvariationen

Dissertation zeigt Weg zum besseren Implantatdesign

Die moderne Knieendoprothetik besteht aus einem Baukastensystem, das allerdings nur eine begrenzte Anzahl von Implantatgrößen zur Verfügung stellt. Gleichzeitig sind funktionell relevante Designparameter standardisiert. „Es handelt sich daher häufig um einen bestmöglichen Kompromiss statt eines individuellen Optimums. In meiner Arbeit hat sich aber gezeigt, dass patientenspezifische beziehungsweise besser auf die Zielgruppe zugeschnittene Lösungen einen vielversprechenden Ansatz darstellen“, führt Preisträger Asseln aus.

Ziel seiner Arbeit war es deshalb, grundlegende morphologische und morphofunktionelle Informationen bereitzustellen und damit das Implantatdesign zu optimieren. Der Klee-Preis wird von der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik im VDE (VDE|DGBMT) sowie der Stiftung der Familie Klee verliehen.

Zufriedenheit der Patienten steigern

Zwar ermöglicht die endoprothetische Versorgung des Kniegelenks Patienten mit schwerer Arthrose eine weitgehende Wiederherstellung der Mobilität und Schmerzlinderung. „Die „Lebensdauer“ der Implantate ist dennoch begrenzt und die Unzufriedenheit entsprechend hoch“, erklärt der junge Aachener Wissenschaftler. Eine wesentliche Ursache hierfür sei im Implantatdesign begründet, das die patientenspezifische biomechanische Situation nur unzureichend berücksichtigt und sich im Gegensatz zum Weichgewebe nicht anpassen kann. Und genau hier setzte der Wissenschaftler an.

Klassifizierung der geometrischen Merkmale

Für die morphologische Analyse des natürlichen Kniegelenks baute Asseln eine umfassende Datenbank mit geometrischen Merkmalen auf und wertete diese aus. Als Datenbasis dienten 831 Patientendatensätze, in denen jeweils 59 geometrische Merkmale vollautomatisch extrahiert wurden.

„Die meisten Merkmale zeigten statistisch signifikante geschlechtsspezifische Unterschiede. Nachdem ich die Merkmale nach der Richtung ihrer Messung, also Breite und Tiefe, klassifiziert und normalisiert hatte, zeigte sich, dass nach der Normalisierung große interindividuelle Abweichungen bestehen blieben, was auf patientenspezifische Designlösungen hindeutet“, so der Wissenschaftler.

Asseln verwendete dabei die äußeren geometrischen Abmessungen des Kniegelenks, um eine ausreichende Anzahl von Implantatgrößen zu berechnen. Die Ergebnisse zeigten, dass mehr Größen erforderlich sind, als derzeit vom Markt angeboten werden.

Modell erlaubt Formvariationen

Im Rahmen der morphofunktionellen Analyse entwickelte Asseln Methoden zur Erzeugung von parametrisierten Oberflächenmodellen der artikulierenden Gelenkflächen, um systematische Formvariationen zu ermöglichen. Weiterhin entwickelte er ein patientenspezifisches biomechanisches Simulationsmodell der unteren Extremität sowie einen experimentellen Prüfstand zur Analyse der Beziehung zwischen Designparametern und Kniefunktion.


Kontakt zum Verband:

VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.
Stresemannallee 15
60596 Frankfurt am Main
Website: www.vde.com

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