Präklinische Computersimulation der kindlichen Frakturheilung - DFG-Projekt bewilligt
Computersimulationen können in der Orthopädie genutzt werden, um die funktionelle Anpassung von Knochen zu untersuchen. Dabei werden mit der finite-Elemente-Methode lokale mechanische Beanspruchungen und Hormonkonzentrationen und dadurch stimulierte biologische Prozesse berechnet. Diese Modelle können genutzt werden, um die sekundäre Frakturheilung zu simulieren. Validierte Algorithmen erlauben die präklinische Testung und Optimierung von Implantaten und Therapiekonzepten kosten- und zeiteffizient vor Tier- oder klinischen Studien. Obwohl international verschiedene Simulationen der Frakturheilung vorgestellt wurden, beschränken diese sich bisher auf die Heilung bei Erwachsenen.
Die Deutsche Forschungsgesellschaft hat Herrn Prof. Dr.-Ing. Witzel einen Projektantrag bewilligt, um ein Simulationsprogramm der kindlichen Frakturheilung zu entwickeln. Dazu muss insbesondere die Wachstumssituation berücksichtigt werden: Frakturbedingte Fehlstellungen können durch angepasstes Wachstum korrigiert werden. Andererseits können sich aber auch durch Wachstumsretardierung oder beschleunigtes Epiphysenwachstum nach Frakturen Fehlstellungen entwickeln. Die klinische Anbindung verläuft in Kooperation mit Herrn Prof. Dr. med. Tröbs von der Kinderchirurgie des Helios-Klinikums Duisburg und Herrn Dr. med. Wegener-Panzer von der Kinderradiologie der Vestischen Kinder- und Jugendklinik Datteln. Weiterhin besteht die Projektgruppe aus Andreas Lipphaus, der das Projekt im Rahmen seiner Dissertation als wissenschaftlicher Mitarbeiter bearbeitet und zudem im Zweitstudium Medizin an der Ruhr-Universität studiert.
Die Bochumer Biomechaniker nutzen für das Projekt eine Erweiterung der von Professor Witzel entwickelten Finite Elemente Struktur Synthese (FESS). Sie können dabei auf Algorithmen der Frakturheilung und der anschließenden funktionellen Anpassung zurückgreifen, die sie bereits veröffentlicht haben (Lipphaus und Witzel, 2018). Das Programm kann dann klinisch genutzt werden, um die Wachstumreserve besser bei der Behandlung von Knochenbrüchen bei Kindern berücksichtigen zu können und die Stabilität des heilenden Knochens besser vorhersagen zu können. Darüber sollen Behandlungen optimiert werden, um der Entstehung von Fehlstellungen und Refrakturen vorzubeugen. Im Projekt soll exemplarisch die Heilung nach einer Schaftfraktur und einer Epiphysenfraktur simuliert und zur Validierung der Ergebnisse mit realen Heilungsverläufen verglichen werden. Professor Witzel leitet die Arbeitsgruppe Biomechanik am Lehrstuhl für Produktentwicklung. Er wurde bereits in der Vergangenheit mehrfach durch die DFG gefördert und ist Autor von über 170 Veröffentlichungen und Buchbeiträgen. Das aktuelle Projekt hat eine Laufzeit bis Mai 2022.