Münch, Matthias2025-02-192025-02-192025https://epub.uni-luebeck.de/handle/zhb_hl/3379Der Heilungsverlauf von Frakturen im Gelenkbereich der langen Röhrenknochen wird typischerweise durch Röntgenaufnahmen dokumentiert und gesteuert. Eine Beurteilung der mechanischen Situation des heilenden Knochens erweist sich jedoch als Herausforderung. Der Einsatz moderner Mikroelektronik ermöglicht die Applikation von Messsystemen auf Osteosyntheseplatten und kann zum quantitativen Monitoring der Knochenheilung sowie als Sensor zur Steuerung von Belastungen dienen. Proximaler Humerus, distales Femur und der Tibiakopf unterscheiden sich hinsichtlich ihrer biomechanischen Belastungssituationen deutlich und resultieren in unterschiedlichen Lastverteilungen auf den jeweiligen Osteosyntheseplatten. Die sich hieraus ableitenden Anforderungen an die Sensorposition und Ausrichtung auf den Implantaten ist Gegenstand dieser experimentellen Ausarbeitung im Rahmen des vom BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) geförderten Verbundprojektes IOMON („Elektronische Instrumentierung von Osteosynthese-Implantaten zum Monitoring der Heilungsverlaufs und zur Überlastprävention“). Aufbauend auf dem Konzept der mechanischen Dehnungsmessung und der Spannungsanalyse mit Dehnungsmesstreifen (DMS) wurde als primäre Fragestellung bearbeitet, an welchen Positionen und mit welcher Richtung Dehnungsmesstreifen appliziert werden müssen, um einen Frakturheilungsverlauf monitoren zu können. Untersucht wurden als sekundäre Fragestellungen, wie sich prinzipiell die lokalen Belastungsgrößen und -richtungen in Osteosyntheseplatten bei einer proximaler Humerusfraktur (Typ AO 11A2.3), einer distalen Femurfraktur (Typ AO 33A3.3) und einer Tibiakopffraktur (Typ Schatzker II) unterscheiden und wie sich die Messwerte der Dehnungsmessstreifen zwischen einem Modell mit simulierter Fraktur und einem Modell mit intaktem Knochen, gleichbedeutend mit einer vollständig verheilten Fraktur, unterscheiden. Die Untersuchungen erfolgten mit Montagen der Osteosyntheseplatten an Kunstknochenmodellen unter quasistatischen Testbedingungen in einer Materialprüfmaschine. Dedizierte Prüfstände wurden zur Einleitung der Kraft für verschiedener Belastungssituationen konstruiert und gefertigt. Das Messkonzept umfasste an die DMS angeschlossene Messverstärker und die zugehörige Datenaufzeichnung und Aufbereitung am Computer. Es wurde ein Koeffizient („Lastempfindlichkeit“) als Quotient aus gemessener DMS-Dehnung und mittels Testamaschine applizierter Kraft definiert, welcher eine vergleichende Auswertung ermöglichte. Für den Humerus wurden fünf Belastungswinkel 0°, 15°, 30°, 45°und 90° zur axialen Knochenachse gewählt. Das distale Femur wurde unter axialer Last und Innen- sowie Außenrotation im Bezug zur biomechanischen Femur Lastachse untersucht. Am Tibiakopf wurde ein Abrollen des Femurkondylus anhand von vier Krafteinleitungspunkten auf das Tibiakopfplateau simuliert. Die Ergebnisse für die Messwerte der DMS unterschieden sich zwischen einem Modell mit Fraktur und einem Modell mit intaktem Knochen signifikant. Im Hinblick auf die Anwendung zeigte sich, dass die drei untersuchten anatomischen Lokalisationen prinzipielle Unterschiede aufweisen. Für die distale Femurfraktur ergaben sich relativ deutlich messbare Signale der DMS im Sinne einer medio-lateralen Biegung unter axialer Belastung. Demgegenüber zeigten die Ergebnisse bei der Tibiakopffraktur, dass hier die Messung der medio-lateralen Biegung keine sinnvollen Messungen ermöglicht, hier war die relevante Empfindlichkeit in anterio-posteriorer Biegerichtung festzustellen. Für die proximale Humerusfraktur zeigte sich, dass die große Beweglichkeit des Schultergelenkes eine entscheidende Rolle spielt. In Abhängigkeit vom Belastungswinkel konnte derselbe Dehnungsmessstreifen einerseits positiv, andererseits negativ und im Zwischenbereich nahezu gar nicht belastet sein. Schlussfolgernd ergab sich, dass instrumentierte Implantate zum Frakturheilungsmonitoring für gelenknahe Lokalisationen realisierbar erscheinen. Durch die Techniken der elektronisch instrumentierten Implantate werden in Zukunft routinemäßige optimierte sicherere Frakturheilungsverläufe mit geringerer Komplikationsrate und früherer Belastung und Arbeitsfähigkeit der Patienten möglich sein.desmart Implantsmechanische Spannungen auf OsteosyntheseplattenVerformung in OsteosyntheseplattenSpannungsanalyseOsteosyntheseinstrumentierte Implantatetelemetrische ImplantateKraftmessungFrakturmonitoringDehnmessstreifen610thesis.doctoralurn:nbn:de:gbv:841-202502191