Um Knochen nach einem Bruch im Heilungsprozess zu stabilisieren, werden Schrauben und andere Metallelemente verwendet. Wie gut das Zusammenwachsen von Knochen funktioniert, soll künftig mittels Sensoren überwacht werden, die Wissenschaftler der Technischen Universität Hamburg entwickeln.
„Knochenbrüche gehören mit vier Prozent zu den häufigsten Operationen in Deutschland“, sagt Prof. Andreas Bahr. Als Leiter des Instituts für Integrierte Schaltungen an der TU Hamburg ist er neben den Projektpartnern Innovations Medical GmbH, Hersteller von chirurgischen Produkten, und dem Berufsgenossenschaftlichen Klinikum Hamburg (BG Klinikum) am Forschungsprojekt „SmartFix“ beteiligt. Um den Heilungsfortschritt von gebrochenen Knochen messen zu können, entwickelt der Forscher zusammen mit seinem wissenschaftlichen Mitarbeiter Christian Adam ein elektronisches Messsystem, das in Form von Sensoren an den sogenannten Fixateur extern angebracht wird. Dabei handelt es sich um ein Haltesystem aus Metallstäben, das außerhalb des Körpers mit Schrauben am Knochen befestigt wird. Auf diese Weise lässt sich der gebrochene Knochen stabilisieren und einzelne Fragmente werden wieder in die richtige Position gebracht. Eine solche Behandlung kommt insbesondere bei Knochenbrüchen mit offenen Wunden zum Einsatz.
Durch die Metallelemente werden die bei Belastung wirkenden Kräfte auf den Fixateur zu übertragen. Dadurch können beispielsweise Patienten mit Knochenbrüchen am Unterschenkel ihr gebrochenes Bein wieder teilweise belasten, sodass sie trotz Fraktur zumindest einen Teil ihrer Mobilität aufrechterhalten können. „Je weiter der Heilungsprozess des Knochens voranschreitet, desto mehr Kräfte nimmt er selbst wieder auf und die Metallstäbe des Fixateurs werden weniger belastet. Und das lässt sich messen“, erläutert der Wissenschaftler. Hier setzt das Projekt „SmartFix“ an, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit knapp einer Millionen Euro gefördert wird.
Schnellere Erkennung von Fortschritten oder Problemem
Im Rahmen des Projekts wurden Dehnungsmesssensoren entwickelt, die an den Metallelementen angebracht werden. Sie erlauben mithilfe einer drahtlosen Datenübertragung zu einem Empfangsgerät eine kontinuierliche Messung des Heilungsverlaufs. Vorteil: Patientinnen und Patienten können schneller wieder in ihren Alltag zurückkehren. Denn die Heilung der Knochen wird unmittelbar erkannt, sodass sich zum Beispiel eine Physiotherapie individuell anpassen lässt. Auch eine schlecht verlaufende Frakturheilung wird früh erkannt, und entsprechende Maßnahmen zur Beschleunigung der Heilung können früher getroffen werden. Ein klarer Vorteil gegenüber der klassischen Überwachung mit Röntgenaufnahmen, die im Abstand mehrere Wochen durchgeführt werden. Denn die Sensoren arbeiten kontinuierlich und könnten somit zuverlässigere Überwachung gewährleisten.
Weiterentwicklung geplant
Bahr will die Technik noch weiterentwickeln: „Mithilfe eines Signaltons übers Handy könnte der Patient bei einer Überbelastung gewarnt werden. So kann er einschätzen, welche Bewegungen möglich sind, ohne die Stabilität des Fixateurs oder den Heilungsverlauf zu gefährden.“ Noch ist es jedoch noch nicht soweit. Zunächst sollen die die Messsysteme 2025 im Rahmen einer frühen klinischen Machbarkeitsstudie evaluiert werden.