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Computermodelle prognostizieren Ergebnis einer Knochenbehandlung

Der Knochenumbau ist ein komplexer biologischer Prozess, bei dem viele Zelltypen und Faktoren zusammenspielen. Ein Computermodell soll diesen Prozess nun darstellen und langfristige Reaktionen auf chirurgische Eingriffe prognostizieren.
Computermodelle prognostizieren Ergebnis einer Knochenbehandlung
Bei vielen Skelettmuskelerkrankungen werden Prothesen implantiert. Da der funktionelle Behandlungserfolg jedoch patientenabhängig ist, wie neuere Untersuchungen zeigen, muss genauer erforscht werden, welche Faktoren den Zusammenhalt zwischen Knochen und Implantat beeinflussen.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CAD-BONE (Patient-specific predictions for bone treatments) wurde eine Technologie entwickelt, die die Knochenadaptation/-heilung nach einer Prothesenimplantation simuliert. Das neue Werkzeug kombiniert Bildverarbeitung, Skelettmuskelmodelle und Algorithmen zur Berechnung des Knochenumbaus, um morphologische Veränderungen aufgrund veränderter mechanischer Belastung vorherzusagen.

Die Forscher erstellten das spezifische Modell eines Oberschenkelknochens (Femur) und ermittelten durch Ganganalyse Bereiche der Muskelanheftung und Belastung. Mit dem Modell konnte dann die Knochendichteverteilung wie mit regulären CT-Bildern berechnet werden. Getestet wurden auch verschiedene phänomenologische Modelle zu Knochenumbau und Heilung komplexer Knochenbrüche, die anschließend an klinischen Fällen mit bekanntem Behandlungsergebnis validiert wurden. Zudem wurden mit mehreren numerischen Analysen bessere Knochenumbaumodelle erstellt.

Insgesamt lieferten die technologischen Fortschritte von CAD-BONE eine neue Methode, um den Erfolg einer prothetischen Therapie zu berechnen. Bessere Kenntnisse der mechanischen Faktoren bei Knochenumbau und Heilung sind Voraussetzung für wirksamere Therapien.

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Schlüsselwörter

Computermodell, Knochen, Prothesenimplantat, CAD-BONE, Heilung, Knochenumbau
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