SNF Forschungsprojekt 3D-LEDECO (Leg Deformity Correction)

Simulations-basierende präoperative Operationsplanung für die optimale Korrektur von Bein-Deformitäten unter Berücksichtigung von Gewichtsbelastung.

PD Dr. Philipp Fürnstahl
Leitung Computer Assisted Research&Development

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Deformitäten der unteren Extremität (z.B. Genu varum & valgus) sind ein in der Bevölkerung häufig vorkommender Auslöser für degenerative Prozesse im Kniegelenk (Arthrose). Grund dafür ist die durch die Deformität verursachte Veränderung der mechanischen Beinachse, was zu einer punktuellen Überlastung des Gelenkknorpels führt. Während in fortgeschrittenen Fällen ein Gelenksersatz unumgänglich ist, strebt man bei Patienten in einem früheren Arthrosestadium die Erhaltung des Gelenks mittels einer sogenannten Korrekturosteotomie an. Dabei wird die deformierte Knochenanatomie chirurgisch durchtrennt und reponiert, sodass die Beinachse begradigt und physiologische Knorpelbelastung wiederhergestellt wird.

Zentrales Element zur Bestimmung der optimalen chirurgischen Korrektur ist die Analyse der Beinachse unter Gewichtsbelastung, also wenn der Patient steht. Obschon drei-dimensionale Computersimulation bereits seit einigen Jahren zur präzisen präoperativen Planung eingesetzt wird, ist es bis jetzt nicht möglich, die geplante Korrektur unter Berücksichtigung der Gewichtsbelastung am Computer zu berechnen und zu optimieren. 

Das vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderte Forschungsprojekt 3D-LEDECO (Leg Deformity Correction) adressiert diese Defizite. Ziel ist die Entwicklung von computer-basierenden Methoden zur drei-dimensionalen Planung und Optimierung von Umstellungsosteotomien unter Berücksichtigung der Gewichtsbelastung. Das Projekt besteht aus drei Teilen: Begonnen wird mit umfangreichen Kadaverexperimenten, welche systematisch den Einfluss von femoralen und tibialen Deformitäten auf den Verlauf der mechanischen Achse und der Belastungsverteilung im Knie quantifizieren sollen. Ein elektrisch angesteuertes Setup wird die Simulation von unterschiedlichen Deformitäten am Kadaver ermöglichen, während die Auswirkungen auf Gelenk und Knochen durch Sensoren aufgezeichnet werden. Die dort gewonnen Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Computeranwendung und die Entwicklung von Algorithmen zur Simulation der Gewichtsbelastung und zur Optimierung des Operationsergebnisses. 

Die aus dem Projekt hervorgehenden Methoden werden in einer Chirurgie-Planungssoftware vereinigt, die nach Validierung zur Patientenbehandlung eingesetzt werden soll. Aufgrund der neuen Möglichkeiten erwartet man sich eine präzisere Vorhersage des Operationsergebnisses und folglich eine verbesserte Patientenbehandlung.