Prothesen Ultraschallverfahren erkennt Prothesenlockerung frühzeitig

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Ein Team der Hochschule Coburg entwickelt in Zusammenarbeit mit Regiomed ein Ultraschallverfahren, das es ermöglichen soll, Lockerung von Hüftprothesen im Frühstadium zu erkennen.

Wenn es nach der Hochschule Coburg und Regiomed geht, soll es zukünftig möglich sein, Veränderungen basierend auf einer Lockerung oder Entzündung eines Hüftgelenks von außen durch ein spezielles Ultraschallverfahren zu entdecken. Gemeinsam forschen die Teams an der Entwicklung einer Messtechnik, durch die eine Lockerung im Frühstadium erkannt werden soll.

„In mehr als zehn Prozent der Fälle kommt es innerhalb von 15 Jahren nach einer Hüftoperation zu einer Lockerung der implantierten Prothese“, sagt Dr. med. Alexander Franck, Oberarzt für Orthopädie und Unfallchirurgie am Regiomed Klinikum Coburg. Der Zeitpunkt der Erkennung spielt bei der Planung einer notwendigen erneuten Operation eine entscheidende Rolle: Je früher eine Lockerung erkannt wird, desto geringer sind die Komplikationen im Falle eines Prothesenwechsels. „Das Vorliegen einer mechanischen oder einer aufgrund einer Infektion entstandenen Lockerung beeinflusst maßgeblich die Behandlung und Prognose“, erklärt Franck.

Im Frühstadium einer Lockerung kann diese mit konventionellen Diagnoseverfahren, wie einem Röntgenbild, häufig nur schwer oder gar nicht erkannt werden. Problematisch ist auch die Unterscheidung zwischen mechanisch bedingter Prothesenlockerung und einer Lockerung, die durch Bakterien verursacht wird. „Für den Prothesenwechsel ist in diesem Fall ein wesentlich komplexeres Verfahren notwendig als im Fall einer mechanischen Lockerung“, sagt der Mediziner.

Grenzschicht zwischen Knochen und Implantat sagt Lockerung voraus

Jan Lützelberger studierte Technische Physik an der Hochschule Coburg und forschte im Rahmen seiner Bachelorarbeit am Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg in enger Zusammenarbeit mit dem Mediziner Franck an einem ultraschallbasierten Messverfahren zur Vermessung eines sehr dünnen Spalts zwischen Knochen und einliegender Prothese. Basierend auf den erhobenen Messdaten erhofft sich das Team, zukünftig eine frühzeitige Aussage über eine Lockerung treffen zu können. Zusätzlich bietet das Verfahren die Möglichkeit, die Bildung eines Bakterienfilms auf der Prothese zu erkennen.

„Das spezielle Ultraschall-Messverfahren, das wir am ISAT entwickelt haben, ist nicht-invasiv. Das heißt, dass im Optimalfall kein Gewebe verletzt werden muss und der Patient bei der Anwendung keine Schmerzen hat“, sagt der Physikingenieur.

Erste Tests wurden bereits am ISAT durchgeführt. „Die Messmethode wurde an verschiedenen idealisierten Testsystemen, aber auch bereits an einem theoretischen (Echt-)Knochen-Implantat-System erfolgreich erprobt“, sagt Prof. Dr. Klaus Stefan Drese, Leiter des ISAT und Betreuer der Bachelorarbeit von Lützelberger.

Bis zum Einsatz am Patienten sind noch weitere Tests notwendig

„Der nächste Entwicklungsschritt besteht darin, die Technologie an einem realistischen Knochen-Implantat-System zu erproben und Vergleichsmessungen durchzuführen, damit die Genauigkeit der Ergebnisse bewertet werden kann“, erklärt Lützelberger, der im Rahmen seiner Masterarbeit im Studiengang Simulation und Test die Weiterentwicklung der Sensorik anstrebt. „Bis zur klinischen Erprobung am menschlichen Körper werden wir sicher noch sehr viele Stunden im Labor stehen müssen“, kommentiert Drese.

Franck wird das ISAT-Team mit seiner medizinischen Expertise bei dieser Forschung weiter intensiv unterstützen. „Mit Dr. Franck haben wir einen Fachmann an Bord, der mit großer Leidenschaft seine medizinische Expertise in die Entwicklung neuer Technologien zur orthopädischen Frühdiagnostik einbringt. Dadurch soll den oftmals betagten Patienten unnötiges Leiden erspart und ihre Lebensqualität verbessert werden“, sagt Drese.

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