In Deutschland werden jährlich über 155 000 künstliche Kniegelenke implantiert, in über 35 000 Fällen pro Jahr kommt es zu Problemen mit dem Gelenkersatz. Denn in puncto Beständigkeit und Funktionalität des künstlichen Materials im menschlichen Körper sind noch zahlreiche komplizierte Fragen zu lösen: Mechanische Abnutzung macht oft einen frühzeitigen Austausch der Prothese nötig. Ein weiteres großes Problem ist der schmerzhafte Temperaturanstieg, der durch Reibung im Kniegelenk entsteht, wenn es zu lange belastet wird. Laura Martens, Absolventin des Fachbereichs Physikalische Technik der FH Münster, hat mit ihrer Bachelorarbeit versucht, zur Lösung dieser Probleme beizutragen.
Sensor in der Prothese sammelt Daten
Um besser zu verstehen, was eigentlich genau im künstlichen Kniegelenk passiert, hat sie ein Konzept zur In-vivo-Messung entwickelt. Das heißt, ein in der Prothese installierter Sensor liefert Daten über Temperatur und Kräfte, die dort wirken. Per drahtloser Datenübertragung werden die Messergebnisse aus dem Knie an einen vom Patienten getragenen Datenlogger gesendet. Der Clou dabei: Die Energie für diese Sendeleistung liefert der Patient durch die Kniebewegung selbst. „So ein Sensor könnte im Alltag konstante Messungen liefern und dem Betroffenen sofort ein Feedback darüber geben, welche Bewegungen er lieber vermeiden sollte“, erklärt die Masterstudentin. „Es sind allerdings noch viele weitergehende Untersuchungen notwendig – etwa zur Frage, wie genau sich die Eigenschaften der Prothesen-Materialien bei unterschiedlichen Temperaturen überhaupt verändern.“
Ergebnisse aus dem Kniesimulator-Labor
Für ihr Projekt hatte die 23-Jährige im Kniesimulator-Labor der University of New South Wales Canberra in Australien, Partnerhochschule der FH Münster, umfangreiche Datensätze bei unterschiedlichsten Belastungen und Randbedingungen des künstlichen Knies erhoben und ausgewertet. „Die Ergebnisse von Laura Martens tragen dazu bei, ein fundamentales Forschungsproblem zu lösen“, sagt Prof. Dr. Hans-Christoph Mertins, der die Abschlussarbeit betreut hatte. „Ein besseres Beispiel für die Anwendung von anspruchsvoller Theorie in der Praxis und Entwicklung konkreter Komponenten ist kaum vorstellbar.“
Auszeichnung für Bachelorarbeit
Honoriert hat die FH Münster die Arbeit von Martens mit dem Bernard-Rincklake-Preis, der mit 1500 Euro dotiert ist. „Ich war total überrascht, den Preis zu gewinnen und habe mich sehr über die Auszeichnung gefreut“, erklärt Martens, die nun schon ihre Masterarbeit schreibt, und zwar am Imperial College in London.
