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Metav 2016

Losgröße eins heißt die Devise – Personalisierung in der Medizintechnik

| Autor/ Redakteur: Nikolaus Fecht / Peter Reinhardt

Individuelle Medizintechnik entsteht bisher meist erst im Operationssaal oder in den Behandlungszimmern der Ärzte. Doch die Zukunft der Personalisierung findet auch in der Fertigung statt. Für Devicemed beschreiben Experten aus Wissenschaft und Industrie rund acht Monate vor der Metav 2016 als Messe für Technologien der Metallbearbeitung ihre Aktivitäten für maßgeschneiderte, individuelle Behandlungen.

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Der Aufwand beim Anpassen von Medizintechnik (im Bild: experimentelle Untersuchung von künstlichen Hüftpfannen zur Primärstabilität unter variierenden Einschlagkräften) ist hoch.
Der Aufwand beim Anpassen von Medizintechnik (im Bild: experimentelle Untersuchung von künstlichen Hüftpfannen zur Primärstabilität unter variierenden Einschlagkräften) ist hoch.
( Bild: Universitätsmedizin Rostock )

Ein Blick auf seine Visitenkarte verrät: Hier vereint jemand in einer Person Ingenieurwissenschaften und Medizin. Die Rede ist von Prof. Dr. med. habil. Dipl.-Ing. Rainer Bader, Leiter des Forschungslabors für Biomechanik und Implantattechnologie (Forbiomit) an der Universitätsmedizin Rostock. Mit Personalisierung befasst sich sein Forschungslabor in mehrfacher Hinsicht. Zum einen forscht, zum anderen entwickelt es auf dem Gebiet Medizintechnik.

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Mit Simulation zum individuellen Prothesen-Design

„Die Randbedingungen sind von Patient zu Patient extrem unterschiedlich“, betont Bader mit Blick auf Implantate in der orthopädischen Chirurgie. „Vor der eigentlichen Anfertigung individueller Implantate sollten numerische Simulationen durchgeführt werden, um zu prüfen, wie belastbar das Implantat sein wird.“ Noch fehlt es an standardisierten Mensch-Modellen, die die individuelle Bandbreite der Patienten abdecken und sich somit für die personalisierte Medizintechnik eignen.

Um die Entwicklung voranzutreiben, arbeiten die Rostocker Forscher an so genannten Hardware-in-the-loop-(HIL)-Simulationen für Hüft- und Knie-Endoprothesen. Dabei simulieren sie das Zusammenspiel eines Roboters mit dem numerischen Mehrkörpermodell der unteren Extremität. „Die Aussagen gelten eigentlich nur für einen Patienten“, erklärt Experte Bader. „Wir sehen einen zukünftigen Ansatz darin, mehrere Randbedingungen wie Körpergröße, Gewicht und Körperbau in die Simulation einfließen zu lassen.“ Wenn die Randbedingungen feststehen, kommen spezielle Optimierungsprogramme zum Einsatz, die Designprozesse im CAD und Finite-Element-Simulationen steuern. Das sei eine große Erleichterung bei der schrittweisen Vorgehensweise, wenn individuelle Implantate entstehen. „Diese Programme geben die Randbedingungen und als Ziel beispielsweise die äußeren Belastungen sowie die zulässigen Beanspruchungen im Implantat vor“, erklärt Bader. „Das Optimierungsprogramm ermittelt dann im Zusammenspiel mit der Simulation das bestmögliche Design. Das ist ein vielversprechender Ansatz.“

Algorithmus für optimal ausgelegte Implantate

Entsprechend spannend ist Baders Vision von der Zukunft personalisierter Medizintechnik: Er hofft, dass in Zukunft ein Algorithmus zur Verfügung steht, mit dem es möglich ist, optimal für die Patienten ausgelegte Implantate zu fertigen. Diese sollen bereits so genau sein, dass die Operateure während der Operation keine Anpassungen an den Implantaten und deren Bestandteilen vornehmen müssen.

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