Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Implantat: Mit Mathematik passt's besser

30.04.2012
Den Nutzen grundlegender wissenschaftlicher Erkenntnisse können Menschen mit Implantaten bald am eigenen Körper spüren. Das zeigen Ergebnisse eines Translational Research-Projekts des Wissenschaftsfonds FWF.

In diesem wurde demonstriert, wie 3D-Modelle und spezielle mathematische Verfahren das Design und das Einheilen von Körperimplantaten patientInnenspezifisch verbessern könnten. Speziell für Schultergelenke bzw. deren Prothesen wurden dafür Daten von Computer- und Magnetresonanztomografien erfasst und zur Generierung von 3D-Modellen genutzt.

Diese wurden mittels der sogenannten Finite-Elemente-Methode analysiert und mögliche individuelle Optimierungen berechnet. Das Projekt zeigt beispielhaft den akuten Nutzen von Forschungsergebnissen aus dem Translational Research-Programm, das mit dem 2. Quartal 2012 eingestellt wurde.

Grundlagenforschung ist die Basis zukünftiger Anwendungen. Programme wie das Translational Research-Programm zeigten das. Das Programm wurde bis Anfang des Jahres 2012 vom Wissenschaftsfonds FWF im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) durchgeführt und beschleunigte die Umsetzung grundlegender Erkenntnisse hin zu praktischen Anwendungen. Anwendungen, die neben wirtschaftlichem Wert vor allem eine bessere Lebensqualität für Menschen schaffen. Beispiel gewünscht? - Projekt L526.

SCHULTERSCHLUSS: MATHEMATIK & MEDIZIN
In dem Projekt wurden grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse der Mathematik, Medizin und Computerwissenschaft mit dem Ziel vereint, Prothesen für Schultergelenke individuell (patient specific) zu optimieren. Unter Leitung von Dr. Karl Entacher von der Fachhochschule Salzburg und DDr. Peter Schuller-Götzburg von der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität Salzburg wurden dabei zunächst Computermodelle des menschlichen Schultergelenks berechnet, die in der Folge als Grundlage analytischer Simulationen verschiedener Belastungsbedingungen dienten.

Zunächst setzte das Team für die Erstellung der Computermodelle bildgebende Verfahren ein. So wurden mittels Computertomografie schichtweise Bilder menschlicher Schultergelenke erstellt. Dazu Dr. Entacher: "Moderne Tomografieverfahren erlauben es, ein gesamtes Schultergelenk schichtweise aufzunehmen, wobei die heute möglichen Schichtdicken eine exzellente Auflösung ermöglichen. Mit diesen Bilddaten konnten wir für einzelne PatientInnen computergenerierte 3D-Modelle des individuellen Schultergelenks schaffen, die Grundlage unserer weiteren Analyse."

ENDLICHE ERGEBNISSE
Diese weitere Analyse beruhte auf einem mathematischen Verfahren, das als Finite-Elemente (FE)-Methode bezeichnet wird. Dabei werden die zu analysierenden Objekte in kleinen - aber endlichen - Einheiten dargestellt. Deren Verhalten kann dann numerisch berechnet und unter Berücksichtigung von Variablen wie Materialbeschaffenheit und Belastungen, aber auch von Grenzbedingungen der Beweglichkeit simuliert werden. Dabei können unterschiedlichste Bedingungen modelliert werden. Zu diesen Bedingungen meint Dr. Entacher: "Unser Ziel war es, verschiedene Positionen und unterschiedliche Winkelstellungen des Implantats im Körper sowie auch die anatomischen Voraussetzungen verschiedener, individueller PatientInnen zu simulieren." Tatsächlich war das Modell so ausgeklügelt, dass verschiedene Gewebearten wie Weichgewebe oder unterschiedliche Knochenbereiche selektiert werden konnten. Auch waren virtuelle Schnitte zum beliebigen Verschieben von Knochen- und Implantatteilen möglich. Insgesamt konnten so wertvolle Daten für eine patientInnenspezifische Optimierung von Schulter- sowie auch Zahnimplantaten gewonnen werden, die zukünftigen PatientInnen schon vor einem Eingriff wichtige Informationen zur Positionierung, dem Typ oder dem Verhalten des Implantats geben können.

Zu der persönlichen Bedeutung des Projekts und der Beendigung des Translational Research-Programms meint Dr. Entacher: "Als Grundlagenforscher ist es sehr befriedigend zu erleben, wie durch die Zusammenarbeit mit MedizinerInnen sowie mit IngenieurInnen die gewonnenen Erkenntnisse zu konkreten Anwendungen werden, die anderen helfen können. Tatsächlich gibt es einem auch persönlich neue Entwicklungsperspektiven. Zusätzlich zu dieser persönlichen Erfahrung leistete das Translational Research-Programm aber einen wichtigen Beitrag zur Innovationskultur in Österreich. Ein Beitrag, der zukünftig vermisst werden wird."

Bild und Text ab Montag, 30. April 2012, ab 09.00 Uhr MEZ verfügbar unter:
http://www.fwf.ac.at/de/public_relations/press/pv201204-de.html
Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Karl Entacher
FH Salzburg
Informationstechnik & System-Management
5412 Salzburg
E karl.entacher@fh-salzburg.ac.at
M +43 / (0)664 / 750-39319
Der Wissenschaftsfonds FWF:
Mag. Stefan Bernhardt
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090 Wien
T +43 / (0)1 / 505 67 40 - 8111
E stefan.bernhardt@fwf.ac.at
W http://www.fwf.ac.at
Redaktion & Aussendung:
PR&D - Public Relations für Forschung & Bildung Mariannengasse 8
1090 Wien
T +43 / (0)1 / 505 70 44
E contact@prd.at
W http://www.prd.at

Margot Pechtigam | PR&D
Weitere Informationen:
http://www.fwf.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden
26.04.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Bergamoten – Verlockung und Verhängnis für Tabakschwärmer
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie