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Versuche am virtuellen Menschen? – Wie die Simulation hilft, medizinische Produkte zu optimieren

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Image 2 Stress distribution on the body

Klinische Untersuchungen dauern in der Regel sehr lange und sind extrem teuer. Außerdem ist es oft schwer daraus genaue klinische Evidenzen abzuleiten.

In einem früheren Blog habe ich kurz beschrieben, wie man die Wirksamkeit von Operationen im Nasenraum schon vor der Operation an einem Rechenmodell simulieren kann. Dabei lässt sich die genaue Geometrie des Nasen- und Rachenraumes eines Patienten mit Hilfe der Computertomographie CT vermessen, aufbereiten, vernetzen und für die Strömungssimulation nutzen.
(https://www.merkle-partner.de/de/nasen-op-und-cfd-simulation/)

Ein ähnliches Verfahren setzen wir zur Zeit bei der Entwicklung von Wundauflagen ein. Unser Kunde, die Firma PAUL HARTMANN AG in Heidenheim, entwickelt verschiedene Wundauflagen, damit Druckstellen bei bettlägerigen Menschen so gut es geht vermieden bzw. abgemildert werden.

Das physikalische Verhalten der Wundauflagen und insbesondere der verschiedenen Materiallagen kann über Versuche bestimmt werden.
Auch Haut, Fettgewebe, Muskeln und Knochen sind Materialien, die man vermessen und als Materialmodell in einem FEM-Modell implementieren kann.

Abbildung 1 Rechenmodell Torso aus CT-Scan

Rechnerisch zum Einsatz kommt das Gesäß einer 65-jährigen Frau, welches über ein MRT-Verfahren vermessen wurde. Daraus wurde ein virtuelles 3D-Modell des Gesäßes entwickelt. Der Vorteil: alle Ergebnisse der FEM-Simulationen sind untereinander vergleichbar. Der Vorteil zu klinischen Studien besteht darin, dass man keine  Nebenwirkungen zu befürchten hat, abgesehen von der MRT Messungen selber, die aus meiner eigenen Erfahrung nicht so schlimm ist. (Meine Erfahrung im MRT, nicht als Frau!)

Die Untersuchung am FEM-Modell kann mit verschiedensten Wundauflagenaufbauten, Zuschnitten und Positionen am Körper erfolgen. Bewertet werden z.B. die Spannungen an der Hautoberfläche, aber auch die Spannungsverteilung in einem vordefinierten Bereich.

Abbildung 2 Spannungsverteilung am Körper

Die Ergebnisse waren sehr erfolgsversprechend und führen zu einer weiteren, noch intensiveren Zusammenarbeit der Firmen PAUL HARTMANN AG und Merkle & Partner.

Was wird die Zukunft uns bieten? Werden wir eines Tages den Körper eines Menschen komplett als Simulationsmodell beschreiben können? Meiner Einschätzung nach ist das alles nur eine Frage der Zeit, insbesondere der Rechenkapazität.

Diese aber steigt brav gemäß dem Moor´schen Gesetz und verdoppelt sich alle 18 Monate.

Bleiben Sie gespannt, was in Zukunft so alles simulierbar ist.

Ihr Stefan Merkle

PS: Den fachlichen Artikel hierzu können direkt bei unseren Autoren Dr. Maik Brehm und Sören Burckardt anfragen.

Alternativ können Sie den Fachbeitrag auch kostenpflichtig im International Wound Journal erwerben.
Das „International Wound Journal“ ist einer der renommierten internationalen Fachzeitschriften in seinem Gebiet. Der International Wound Journal Impact Factor liegt bei 2,385 und belegt Platz 26 von 66 dermatologischen Fachzeitschriften. Neben der Dermatologie rangiert das Journal auch auf Platz 67 von 203 chirurgischen Zeitschriften, die vom ISI verfolgt werden.

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