Wie ein lädiertes Gelenk besser heilt

Sonne, Schnee, vollkommenes Pistenglück. Doch ein Moment der Unachtsamkeit kann böse Folgen haben: Stürze ziehen oft Verletzungen nach sich – am häufigsten sind die Knie betroffen. Bis diese wieder voll funktionstüchtig sind, vergehen Wochen, und der Patient muss das Laufen wieder erlernen. Wie schnell das lädierte Kniegelenk heilt, hängt maßgeblich davon ab, wie gut die gewählte Therapie anschlägt. Doch wie kann ein Orthopäde den Heilungsverlauf sicher beurteilen? Und wie weiß der Patient, welche Fortschritte er macht?

Bisher können Ärzte nur eingeschränkte Funktionstests durchführen, während der Betroffene sich auf seine subjektiven Empfindungen verlassen muss. Jetzt haben Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart ein System entwickelt, das das Bewegungsverhalten des Knies erfasst. Es zeigt sowohl Patienten als auch Therapeuten an, wie es um das Gelenk bestellt ist. »Nicht nur der Verletzte sieht, welche Fortschritte seine Genesung macht, auch der Arzt erkennt sofort, ob er die Therapie ändern muss«, sagt Dipl.-Ing. Bernhard Kleiner vom IPA. »Für den Betroffenen kann das positive psychische Effekte haben.« Selbst wenn der Patient glaubt, seine Heilung komme nicht voran – das System zeigt jede noch so kleine Verbesserung der Kniebeweglichkeit. »Das motiviert«, sagt Kleiner.

Die moderne Therapiekontrolle funktioniert so: In einer Art Winkel, der in die Bandage integriert ist, befinden sich spezielle Sensoren. Sie registrieren den Bewegungswinkel des Knies und erfassen über einen Zeitraum, wie der Patient das Knie bewegt. Eine neue Software wertet die Daten aus und stellt sie für den Betroffenen leicht verständlich dar. Was simpel klingt, war für die Ingenieure eine besondere Herausforderung: Winkelmesssysteme wurden bisher nur in der Industrie verwendet. Die Frage war: Wie kann man die Sensoren am menschlichen Körper anbringen, ohne dass sie den Betroffenen stören? Dazu mussten die Forscher die Sensorsysteme miniaturisieren und Leichtbaumaterialien verbauen. Bei den Sensoren handelt es sich entweder um Winkelmessysteme, die auf einem magnetischen Prinzip beruhen, oder auf Beschleunigungs- und Drehratensensoren basieren.

Je nach Verletzung und Therapie registriert das System nicht nur den Beugungswinkel. Es kann auch messen, wie stark das Gelenk rotiert oder welche Belastung darauf wirkt. Kontinuierlich überwacht der Sensor die Bewegungen, die Daten werden gespeichert. Daher kann der Therapeut anschließend den Verlauf des Kniewinkels über die Zeit prüfen, Tendenzen feststellen und gegebenenfalls die Behandlung anpassen. Zudem haben die Forscher unterschiedliche Halterungen für die Sensorsysteme entwickelt, so dass der Patient die mobile Gelenküberwachung nicht bemerkt und seine Bewegungsfreiheit nicht eingeschränkt wird.

»Die Messung der menschlichen Kinematik wollen wir künftig auch in anderen Körperregionen einsetzen«, sagt Kleiner. Schulter und Hüfte haben die Fraunhofer-Forscher bereits im Blick. Allerdings sind dort die Anforderungen noch komplexer, denn das System muss die Bewegungen des Gelenks in allen drei Achsen fehlerfrei messen. Dafür verwenden die Ingenieure 3-D-Sensorsysteme und eine entsprechende Software. Auf der Messe MEDTEC Europe in Stuttgart (22. bis 24. März 2011, Halle 6, Stand 6211) zeigen die Experten, wie die mobile Gelenküberwachung funktioniert.