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SNF: Bild des Monats Oktober 2007: Berner Forschergruppe nutzt statistische Modelle für medizinische Bildgebung

SNF: Bild des Monats Oktober 2007: Berner Forschergruppe nutzt statistische Modelle für medizinische Bildgebung
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Bern (ots)

- Hinweis: Bildmaterial steht zum kostenlosen Download bereit  
     unter: http://www.presseportal.ch/de/pm/100002863 -
Wissen über das durchschnittliche Skelett verbessert chirurgische 
Eingriffe
In der Orthopädie hängt die Qualität chirurgischer Eingriffe stark
davon ab, wie präzise Form und Position geschädigter Knochen gescannt
werden können. Forschende der Universität Bern setzen dabei nun auf 
statistische Modelle zur Ermittlung des durchschnittlichen Skeletts 
bestimmter Personengruppen. Der neue, im Rahmen des Nationalen 
Forschungsschwerpunkts (NFS) Co-Me entwickelte Ansatz könnte 
Strahlenbelastung und Kosten bei vielen Operationen senken.
Operationen am menschlichen Bewegungsapparat sind durch das 
Aufkommen der computerassistierten Navigationschirurgie in den 
letzten Jahren zunehmend präziser geworden. Knochenschienen oder 
-platten, aber auch Implantate und Prothesen können mit Hilfe 
dreidimensionaler Bildgebung zunehmend minimal invasiv und damit für 
die Patienten schonender eingesetzt werden. Diese sogenannte 
Schlüsselloch-Chirurgie vermeidet grosse Einschnitte. Dadurch 
verkürzt sich die Rehabilitationszeit, und Revisionsoperationen 
werden seltener notwendig. Beide Punkte helfen, die Kosten im 
Gesundheitswesen zu reduzieren.
Bildgebung und Computernavigation im Operationssaal sind 
allerdings technisch aufwändig und teuer, so dass sie derzeit nur in 
top-modernen Kliniken zum Einsatz kommen. Zudem sind dreidimensionale
OP-Scanverfahren wie die Computertomographie mit einer nicht 
unerheblichen Strahlenbelastung und signifikanten Mehrkosten 
verbunden. Diesem Problemkreis widmet sich im Rahmen des NFS Co-Me 
eine Forschergruppe des Instituts für Chirurgische Technologie und 
Biomechanik am MEM Forschungszentrum der Universität Bern. Das Team 
unter der Leitung von Dr. Miguel Gonzalez Ballester wendet Methoden 
der Statistik und Modellrechnung an, um Chirurgen mit relativ 
geringem technischem Aufwand präzise Angaben über die Skelettformen 
von Patienten zu liefern.
Charakteristische Skeletteigenschaften ermitteln
Auf der Basis umfangreicher Sammlungen von Röntgenbildern und anderen
medizinischen Scanverfahren ist es den Forschern gelungen, aus der 
Summe der Bilder durchschnittliche Knochenformen für bestimmte 
Personengruppen zu bestimmen. Dieses statistische Ausmitteln 
charakteristischer Skeletteigenschaften funktioniert am besten 
innerhalb von Ethnien, da sich verschiedene ethnische Gruppen (z.B. 
Menschen ostasiatischen Ursprungs oder Kaukasier) in Körpergrösse und
Ausformung sowie Stärke des Knochenbaus voneinander unterscheiden. 
Das Resultat der Auswertungen liefert nicht nur Angaben über ein 
durchschnittliches Skelett, sondern vor allem auch wertvolle 
Informationen über typische anatomische Variationen, denen Chirurgen 
im OP-Alltag begegnen.
Neu entwickelte statistische Modellrechnungen erlauben nun 
aufgrund von zweidimensionalen Scans die Vorhersage einer 
dreidimensionalen Knochenform in ausreichender Präzision. "3D-Modelle
der menschlichen Anatomie werden zur Zeit in der Praxis noch durch 
strahlungsbelastende Computertomographien oder teure 
Magnetresonanz-Bilder vor einem chirurgischen Eingriff ermittelt", 
erklärt Miguel Gonzalez Ballester. "Unser Ansatz soll es Ärzten 
ermöglichen, die Form und Position eines zu operierenden Knochens auf
Basis einer simplen zweidimensionalen Röntgenaufnahme oder sogar mit 
Hilfe von Ultraschall-Bildern zu bestimmen."
Zum Einsatz kommen könnte der neue Ansatz zuerst bei minimal 
invasiv durchgeführten Hüftimplantatsoperationen und in der 
Wirbelsäulenchirurgie. Die hinreichend genaue Vorhersage der 
dreidimensionalen Knochenform aufgrund von Standardröntgenbildern 
ermöglicht es Ärzten, Eingriffe auch in bescheiden eingerichteten 
Spitälern mittels schonender 'Schlüsselloch-Chirurgie' durchzuführen.
Besser angepasste Implantate
Ein weiteres Anwendungsgebiet des "statistischen Menschen" sehen die 
Wissenschaftler des MEM Forschungszentrums bei der Entwicklung, 
Evaluierung und Optimierung zukünftiger Implantate. Bislang werden 
orthopädische Implantate weitgehend auf der Basis von 
ingenieur-technischer Erfahrung und medizinischem Fachwissen 
entwickelt und in vorklinischen Studien manuell an Kadaverknochen 
angepasst. Mit Hilfe der statistisch ermittelten Modelle, die auch 
Daten über die Knochendichte enthalten, können dagegen mechanische 
Eigenschaften neuer Implantate und wichtige Parameter - wie die 
optimale Positionierung, Länge und Orientierung von 
Fixierungsschrauben - bereits am Computer errechnet werden. Als 
nächster Schritt sind gar individuell an die Anatomie von Patienten 
angepasste Implantate denkbar.
Text und Bild dieser Medieninformation stehen auf der Website des 
Schweizerischen Nationalfonds zur Verfügung: http://www.snf.ch > D > 
Medien > Bild des Monats

Kontakt:

Dr. Miguel Angel Gonzalez Ballester
MEM Forschungszentrum
Institut für Chirurgische Technologie und Biomechanik
Universität Bern
Stauffacherstrasse 78
CH-3014 Bern
Tel: +41 (0)31 631 59 59
Fax: +41 (0)31 631 59 60
E-Mail: Miguel.Gonzalez@MEMcenter.unibe.ch

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