Künstliche Knochenimplantate nach Patientenbedarf
Computertomographie ist ein modernes Bildgebungsverfahren, das aus mehreren Schnittbildern ein dreidimensionales Bild erzeugt. Dieses besteht aus so genannten Voxeln, d.h. Bildpunkten, die die Topologie und Geometrie detailliert darstellen. Der kommerzielle Einsatz von CT-Bildern für das strukturelle Design von Biomaterialien und Implantaten ist derzeit begrenzt, da noch kaum physikalisch-chemische Daten für die Berechnung von mechanischen Modellen nach der Finite-Elemente-Methode (FEM) verfügbar sind. Stattdessen basieren die Berechnungen der Biotechniker auf Regressionsanalysen und Näherungsfunktionen, deren mangelnde Genauigkeit sich kaum für CAD-Anwendungen (computergestütztes Design) eignet. Vor kurzem wurden bahnbrechende neue Technologien entwickelt, um Daten zur chemischen Zusammensetzung aus CT-Bildern zu extrahieren und daraus Materialeigenschaften abzuleiten. Europäische Forscher nutzten diese Technik für die Entwicklung von Simulationswerkzeugen für die Orthopädie und biotechnologische Herstellung von Knochengewebe im Rahmen des Projekts BIO-CT-EXPLOIT (Innovative simulation tool for bone and bone biomaterials, based on enhanced CT-data exploitation). Insbesondere wurde nach einer Lösung gesucht, um patientenspezifische Eigenschaften mit einfachen und intuitiven Softwarefunktionen darzustellen, die Medizinern die Planung chirurgischer Eingriffe erleichtern. Anhand von CT-Bildern zahlreicher biotechnologisch hergestellter und natürlicher Knochenmaterialien wie auch umfassender mechanischer Tests von Biomaterialien können nun Algorithmen berechnet werden, um aus voxelspezifischen volumetrischen Röntgendaten drei Arten von elastischen Eigenschaften abzuleiten. Diese wurden mit Bildanalysewerkzeugen, der letzten Komponente des Software-Pakets, kombiniert. Die Simulationssoftware von BIO-CT-EXPLOIT ist ein Werkzeug, das Medizinern bei der Planung chirurgischer Eingriffe und dem Einsatz patientenspezifischer Implantate und Scaffolds zugute kommen wird. Mit dem Ziel, Leben zu verlängern und Komplikationen zu vermeiden, was vor allem für die ältere Bevölkerung der EU relevant sein dürfte, sollen aus CT-Daten mechanische Eigenschaften des jeweiligen Materials berechnet werden, was zahlreiche Anwendungen in der Materialforschung eröffnen wird.
