Revolution im Operationssaal: Smarte Hüftprothesen für bessere Heilung!

Revolution im Operationssaal: Smarte Hüftprothesen für bessere Heilung!

Die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Medizin gewinnt zunehmend an Bedeutung, insbesondere bei der Verbesserung von Hüftendoprothesen. Laut Uni Rostock fanden im Jahr 2023 in Deutschland rund 274.000 Implantationen von Hüftendoprothesen statt. Diese Operationen erhöhen die Lebensqualität der Patienten erheblich, jedoch besteht das Risiko, dass sich die Implantate lockern, was Revisionen erforderlich macht.

Im Fokus der Forschung steht der Sonderforschungsbereich (SFB) 1270 „ELektrisch Aktive ImplaNtatE – ELAINE“ an der Universität Rostock. Hier arbeiten Forscher aus verschiedenen Disziplinen wie Physik, Biologie, Werkstoffwissenschaften, Elektrotechnik und Medizin zusammen, um die Stabilität von Hüftendoprothesen zu verbessern. Prof. Dr.-Ing. Sascha Spors und sein Team nutzen KI, um die frühzeitige Lockerung der Implantate zu untersuchen. Um Vibrationen, die auf eine mögliche Lockerung hinweisen, zu messen, wird ein Kügelchen im Inneren der Prothese installiert.

Die technische Herausforderung

Um der KI beizubringen, welches Vibrieren normal und welches auf eine Lockerung hinweist, sind etwa 100.000 Datensätze erforderlich. Die Herausforderung besteht darin, das „Anders klingen“ in einem Algorithmus darzustellen. Ursprünglich war geplant, einen externen Beschleunigungssensor zu verwenden, doch aufgrund der Störungen durch Körpergewichtsschwankungen verfolgen die Forscher nun den Ansatz, Sensoren direkt in die Endoprothese zu integrieren.

Ein weiterer innovativer Aspekt des Projekts ist die Verwendung von Elektroimpedanztomographie zur grafischen Darstellung von Änderungen der elektrischen Impedanz in Geweben. Diese Methode kann Aufschluss über den Zustand des Implantats und umgebende Gewebe geben. Der SFB ELAINE, der 2017 gegründet wurde und sich derzeit in seiner zweiten Förderperiode befindet, hat über 80 Wissenschaftler zusammengeschlossen, die an elektrisch aktiven Implantaten zur Regeneration von Knochen- und Knorpelgewebe arbeiten.

Innovationen in der Implantattechnologie

Der SFB widmet sich auch der Tiefe Hirnstimulation zur Therapie von Parkinson und Dystonie sowie der Entwicklung energieautarker und elektrisch aktiver Implantate. Laut Healthcare in Europe sind notwendig, dass die Implantatdesigns verändert werden, um Piezo-Keramiken zu integrieren, ohne die mechanische Stabilität zu beeinträchtigen. Diese Entwicklung könnte die Lebensqualität für Patienten aller Altersgruppen erheblich verbessern.

Zudem nutzen die Forscher des Rostocker Teams die Technik des Energy Harvesting, um elektrische Energie in der Hüftprothese zu erzeugen. Diese Energie könnte als Sensor fungieren, um die Knochenqualität und eine mögliche Lockerung des Implantats zu überwachen. Ein geplantes Diagnosesystem soll das Aktivitätslevel der Patienten erfassen; höhere Aktivität führt zu mehr elektrischer Spannung, was zusätzliche Erkenntnisse über Reha-Übungen und Belastungen des Implantats liefern kann.

Daniel Klüß, einer der Gutachter des Projekts, hat die Risiken von Sollbruchstellen in Hüftimplantaten hervorgehoben. Er plant, elektrische Energie gezielt zur Stimulation des Knochenwachstums zu nutzen, besonders für Patienten, die bereits mehrere Hüftoperationen hinter sich haben. Die Förderung des SFB durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) beträgt etwa 24,1 Millionen Euro, und die dritte Förderperiode soll 2026 beginnen.

Die interdisziplinäre Zusammenarbeit und die Nutzung modernster Technologie zeigen, dass die Forschung an intelligenten Hüftgelenken auf einem vielversprechenden Weg ist und zukünftige Behandlungen revolutionieren könnte.