Operative Eingriffe im Brustkorbbereich sind oft mit einer mittigen Durchtrennung des Brustbeines verbunden. Nach der erfolgten Operation soll das Brustbein soweit in seiner Lage fixiert werden, dass der Brustbeinknochen an der Schnittstelle wieder zusammenwachsen kann. Dazu sind in der Chirurgie unterschiedliche Fixierungstechniken und Hilfsmittel im Einsatz, deren Wirksamkeit bisher überwiegend in klinischen Studien oder an experimentellen Modellen untersucht wurden und beispielsweise vom Alter bzw. dem individuellen Typ des Patienten abhängig ist. In Zusammenarbeit mit Ingenieuren erschließen sich den Ärzten mit der Entwicklung moderner Simulationsverfahren neue Möglichkeiten zur Untersuchung von auftretenden Kräften und Verschiebungen im fixierten Sternum des menschlichen Brustkorbes.
Lastfall Atmen Summe der Verschiebungen (Movie)
Ziel des Forschungsprojektes ist es, mit diesen Verfahren das mechanische Tragverhalten des menschlichen Brustkorbs den individuellen Bedingungen jedes einzelnen Patienten angepasst zu simulieren und somit gezielt die jeweils bestmögliche Technik der Fixierung nach Brustbeindurchtrennungen zu finden. Dazu wird ausgehend von medizinischen Bilddaten für jede Patientensituation ein CAD-Modell des Brustkorbskeletts erstellt und in eine FE-Diskretisierung überführt.
Erste Erfahrungen bei der Anwendung zweier unterschiedlicher Schlaufenfixierungen (Parallelschlaufe und Achterschlaufe) brachten Ergebnisse, die zu erfolgreichen Modifikationen in der Operationstechnik führten.
Weitere Untersuchungen richten sich auf die Verbesserung der Simulationen des im allgemeinen physikalisch und geometrisch nichtlinearen Materialverhaltens der unterschiedlichen Knochenstrukturen im Mikro- und Makrobereich, des Verhaltens im Kontaktbereich zwischen den Knochen und im Zusammenwirken mit unterschiedlichen Implantatfixierungen.
Literatur:
Bruhin et al. 2005, Bruhin,R., Stock, u.A., Drücker, J.-P., Azhari,T., Wippermann, J., Albes,J.M., Hintze,D.,Eckardt,S., Könke,C., Wahlers, T: Numerical Simulation Techniques to Study the Structural Response of Human Chest Following Median Sternotomy. The Society of Thoracic Surgeons, 80 (2005) 623-30, Elsevier
Drücker,J.-P.: Untersuchungen zur automatisierten Erstellung eines numerischen Modells zur Analyse von Brustkorbfixierungstechniken nach operativen Eingriffen. Diplomarbeit, Bauhaus-Universität Weimar, Institut für Strukturmechanik , 2002 (pdf)
Döring, Bernd: Untersuchungen von numerischen Simulationsmodellen zur Analyse des Tragverhaltens von Brustbeinfixierungen nach operativen Eingriffen Diplomarbeit, Bauhaus-Universität Weimar, Institut für Strukturmechanik , 2002 (pdf)