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Grundkonzepte und Anwendungsbereiche
Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien ITBB
Prof. Dr.-Ing. Andrés KecskeméthyKonzeptvorstellung ITBB
Technologiepark EurotecMoers, 8. Februar 2005
Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Prof. Dr.-Ing. Andrés KecskeméthyKonzeptvorstellung ITBB
Technologiepark EurotecMoers, 8. Februar 2005
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Potenziale Medizintechnik
Wirtschaftliche Potenziale der Medizintechnik:
es existieren 550 Firmen allein in Nordrhein-Westfalen im weiteren Umfeld der medizintechnischen Industrie
es wurden fast 13 Milliarden Euro im Jahr 2003 in Deutschland in der reinen Medizintechnik erwirtschaftet
Gesamtumsatz der Medizintechnik im breiteren Sinne (Inkl. Optik und Mechatronik) betrug im Jahr 2003 knapp 35 Milliarden Euro bei rund 253.000 Beschäftigten
der Weltmarktanteil von Deutschland beträgt 14 Prozent (dritter Platz nach USA und Japan)
Medizintechnik und Biomechanik sind dabei, weltweit zu einem bedeutenden Wirtschaftsmotor zu werden
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Technologiepark EurotecMoers, 8. Februar 2005
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Potenziale Universität Duisburg-Essen
Verfügbare wissenschaftliche Disziplinen für den BereichBiomechanik und Biomaterialien an der Universität Duisburg-Essen
Neue Technologien der Biomechanik und
Biomaterialien
Produkt Engineering
Kontinuums-mechanik
Mechatronik (Biomechanik)
Kardiologie
Orthopädie
Ingenieurwissenschaften
Medizin
Werkstoffte(Biomaterialien)
MathematikPhysik
AnorganischeChemie
Natur- wissenschaften
Unfallchirurgie
Physiologie +Physiologische
Chemie
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Anwendungsbeispiele
Veranschaulichung der Anwendungspotenziale anhand von vier laufenden Projekten:
Therapieplanung für Kinder mit spastischer Diparese
Patientenspezifische Rekonstruktion der Knochenbewegung des Unterarms bei eingeschränkter Umwendbewegung
Untersuchung der Bewegung von HalswirbelpaarenVirtuelle und reale Individualknochenmodelle
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Anwendung 1: Therapie spastischer Diparese
Einsatz von Computersimulation zur Therapiebewertung und patientenspezifischer Planung von chirurgischen Eingriffen
Die engesetzte Therapie richtet sich nach dem Grad der Erkrankung:
medikamentöse Behandlung (muskelrelaxierende Wirkstoffe, „Botox“)
Physiotherapie
Ergotherapie
Orthopädie
Chirurgie (Sehnenverlängerung, Neurotomie, Myotomie, Osteotomie)
Minim
ierung des Eingriffs
Kra
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itsgr
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Anwendung 1: Therapie spastischer Diparese
Zielsetzung: Modellreduktion nach Ganganalyse
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Anwendung 1: Therapie spastischer Diparese
Bewegungsvoraussage durch „direkte Dynamik“ (Muskelaktivierungenvorgegeben, Bewegung wird vorausberechnet)
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Anwendung 1: Therapie spastischer Diparese
Klinische Ganganalyse in der Prothetik:
Präoperative Messung
Postoperative Vergleichsmessung
Messung der Situation 4 Wo postoperativ
Vergleich der verschiedenen Zugänge(Standart vs. minimalinvasiver Zugang)
Vergleich der postoperativen Mobilisier-ung nach unterschiedlicher Therapie
Beurteilung des Einwachsverhaltens und möglicher Lockerung von Prothesen
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Anwendung 2: Rekonstruktion der Umwendbewegung des Unterarms
Von “Supination” (Handfläche nach oben) nach “Pronation” (Handflächenach unten) und zurück
ulna
radius
humerusEllbogen
Achse
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Anwendung 2: Rekonstruktion derUmwendbewegung des Unterarms
Hintergründe:20 % aller Knochenfrakturen bei Kindern treten im Unterarm auf
Behandlungsmethoden führen oft zu geometrischen Veränderungen der Unterarmknochen und zu Bewegungseinschränkungen
1995 lag die Rate der operativen Behandlung bei Kinder nach einer Fraktur bei 23 % 1
Entwicklungsziele:Einsatz von computergestützten Verfahren, um die Notwendigkeit von Operationen besser feststellen zu können (Reduktion von Operationskosten)
Optimierung der Operationsplanung
1 Quelle: A.F. Schärli (1995)
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Anwendung 2: Rekonstruktion derUmwendbewegung des Unterarms
MRT Messungen am Patienten (in vivo)
automatische Konturerkennung
+ Optimierung
Mechanisches Ersatzmodell
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Anwendung 3: Physikalischer Halswirbelsimulator
Täglich 550 Schleudertraumata durch Auffahrunfälle (Deutschland)Kosten für Diagnostik und Therapie: 0,5 bis 1,0 Milliarden Euro pro Jahr (Deutschland)Europaweite Kosten: 5 bis 10 Milliarden Euro pro Jahr
Ursachen:Das Schleudertrauma wird meist durch einen Autounfall hervorgerufen. Sportunfällen: z. B. beim Boxen, Tauchen, Karate, Judo oder Ringen. "Vergnügungsunfälle„: z. B. beim Achterbahn-oder Autoskooterfahren.
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Anwendung 3: Untersuchung von Halswirbelsäulenbelastungen
Computermodell der Halswirbelsäule
Facet-Gelenk
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Anwendung 3: Physikalischer Halswirbelsimulator
1) Zielsystem 2) Computer 3) Physikalisches Ersatzsystem
Arzt
Mechatronischer Ansatz: Realisierung eines geregelten physikalischen Simulators für die Nachbildung der HWS-Bewegung
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Anwendung 4: Virtuelle und reale Individualknochenmodelle
Aufbereitung medizinischer Schichtbilddaten (CT, MRT) zum VolumenmodellAnalyse signifikanter Bildmerkmale mit Methoden der industriellen BildverarbeitungReales Modell der Knochenstruktur aus Kunststoff, Holz, oder SchaumVirtuelles Modell mit unterschiedlichsten Features: Materialeigenschaften, Schnittdarstellung, etc. Aufbau einer Implantatdatenbank
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Institut für Technologien der Biomechanik und Biomaterialien – ITBB GmbH, Moers
Zusammenfassung
Ingenieurwissenschaftliche Entwurfsmethodiken der letzten 20 Jahren können dazu beitragen, klinische Prozesse zu optimieren
Am Standort Moers bestehen sehr gute Möglichkeiten, zusammen mitder Universität Duisburg-Essen innovative, medizintechnische Produkte / Dienstleistungen zu entwickeln und zu vermarkten
Die Region und die Universität Duisburg-Essen haben ein hohes Potenzial, auf diesem Gebiet zu einem wichtigen Zentrum zu werden (Beispiel: Förderung einer Stiftungsjuniorprofessur für Biomechanik an der Universität Duisburg-Essen durch den Deutschen Stifterverband im Wettbewerb mit allen anderen bundesdeutschen Universitäten)