Medtec 2015

Künstliche Hüftgelenke präzise anpassen

Pressemitteilung / 8.4.2015

Bekommt ein Patient eine neue Hüfte, wird diese bislang nur grob an die Beinlänge angepasst – es mangelt an den genauen Messverfahren sowie an einstellbaren Implantaten. Eine neuartige Messmethode und ein modulares Implantat erlauben es den Ärzten künftig, die Beinlänge nach der Operation exakt wieder in die ursprüngliche Länge zu bringen. Auf der Messe Medtec vom 21.- 23. April in Stuttgart stellen die Forscher ihre Entwicklung vor (Halle 7, Stand B04).

Künstliche Hüftgelenke anpassen
© Foto Fraunhofer IWU

Messsystem zum Ermitteln der Beinlänge

© Foto Fraunhofer IWU

Modulares Hüftimplantat

Die Hüfte schmerzt und fühlt sich instabil an. Auch die Beweglichkeit lässt zu wünschen übrig. Für viele Patienten heißt das: Sie brauchen eine Hüftprothese – in Deutschland betrifft das pro Jahr mehr als 200.000 Menschen. Implantat-Hersteller sind herausgefordert: Die künstlichen Gelenke können im Laufe der Zeit brechen. Zudem fehlt den Ärzten bislang eine geeignete Methode, um die Beinlänge vor der Operation präzise zu messen und die Implantate entsprechend anzupassen. Die Folge: Das Bein kann durch die Operation kürzer oder länger werden. Probleme an der Wirbelsäule sind die Folge. Nur Einlagen können dies ausgleichen.

Künftig lässt sich die Beinlänge der Patienten deutlich genauer bestimmen. Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU haben eine neuartige Messmethode entwickelt, gemeinsam mit ihren Projektpartnern der Klinik für Orthopädie, Unfallchirugie und Plastische Chirurgie des Universitätsklinikums Leipzig, der Westsächsischen Hochschule Zwickau und ihrem Forschungs- und Transferzentrum e.V , der AQ Implants GmbH sowie der MSB-Orthopädie-Technik GmbH. »Bei unserem Verfahren liegt der Fehler unter einem Zentimeter«, erläutert Dr. Ronny Grunert, Wissenschaftler am IWU. »Langfristig wollen wir ihn sogar auf fünf Millimeter reduzieren.« Bisher messen die Ärzte die Beinlänge mit einem Maßband, wobei der Fehler bis zu zwei Zentimeter betragen kann.


Das Prinzip der neuen Methode: Der Arzt befestigt ein Kunststoffkästchen, in dem sich zwei LEDs befinden, auf dem Schienbein des liegenden Patienten. Nun fasst er das überstreckte Bein an der Ferse und bewegt es nach oben. Die Lichtpunkte durchlaufen aufgrund der Bewegung eine Kreisbahn, die eine etwa eineinhalb Meter seitlich vom Patienten stehende Kamera aufnimmt. Dies ist ähnlich wie bei einem Zirkel: Das Hüftgelenk, in dem das Bein »aufgehängt« ist, wäre die Nadel, die LEDs entsprächen dem Bleistift. Ändert sich der Abstand, da das Bein länger oder kürzer wird, ändert sich auch die Kreisbahn, die die LEDs ziehen. Diese Messung führt der Mediziner einmal direkt vor der Operation durch und ein zweites Mal, nachdem er das Implantat probeweise eingesetzt hat – das Kästchen verbleibt während der Operation am Bein. Eine Software vergleicht die beiden Kreisbahnen und stellt auf diese Weise fest, ob das Bein ebenso lang ist wie vor dem Eingriff. Falls erforderlich, passt der Arzt die künstliche Hüfte an. Einen Prototyp des Messsystems gibt es bereits, erste Tests in der Universitätsklinik Leipzig verliefen erfolgreich. Eine klinische Studie soll noch in diesem Jahr folgen, in etwa zwei Jahren könnte die Entwicklung auf den Markt kommen.

Bruchsichere und anpassbare Hüftimplantate

Auch die Hüftimplantate selbst haben die Forscher optimiert, ebenfalls Hand in Hand mit den beteiligten Projektpartnern aus Industrie, Klinik und Forschung. »Wir haben ein Implantat entwickelt, das individuell an den Patienten angepasst werden kann«, sagt Grunert. Der Clou dabei: Statt vorgefertigter Implantate in verschiedenen Größen setzen die Forscher auf ein Baukastensystem. Daraus kann der Arzt individuell für jeden Patienten den passenden Hüftschaft sowie den richtigen Gelenkhals auswählen. Über spezielle Schraubverbindungen fixiert der Mediziner die einzelnen Teile aneinander und setzt das Implantat probeweise ein. Nun misst er die Beinlänge und kann wenn nötig die Module des Implantats leicht wieder voneinander lösen, gegen passende austauschen oder sie entsprechend justieren.

Ein weiterer Vorteil: Das künstliche Gelenk ist bruchsicherer als herkömmliche modulare Modelle mit konischer Klemmung. Bisher setzt der Arzt den Grundkörper und den Hals der vorgefertigten künstlichen Hüfte im OP mit einem gezielten Hammerschlag zusammen. Die Verbindungsstelle – eine konischen Klemmung – wird dabei stark belastet. Zum anderen lassen sich einmal zusammengefügte Teile kaum noch voneinander lösen und anpassen. Anders dagegen die speziellen Schraubverbindungen, die die Teile des neuen Implantats zusammenhalten: Diese Verbindungsstelle ist mechanisch stabil und vermeidet Implantatbrüche.

Die Arbeiten entstanden im Kooperationsnetzwerk Kunstgelenk, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie BMWi gefördert sowie vom Fraunhofer IWU koordiniert wird. Auf der Messe Medtec stellen die Forscher sowohl das Messsystem für die Beinlänge, das modulare Hüftimplantat sowie das Netzwerk »Kunstgelenk« vor.