Entwicklung eines Moduls zur automatisierten Bestimmung der Kniegelenkskinematik und -biomechanik durch dreidimensionale in vivo-Analyse mittels MRT

Benjamin Fleischer, IMS + Welfenlab, Studienarbeit
02/2011

Durch nichtinvasive Verfahren gewonnene 3D-Bilddaten finden auch im Bereich der Kniegelenkserkrankungen und -verletzungen eine immer bereitere Anwendung. Durch Techniken wie dem (offenen) Up-Right MRT ist es möglich, funktionelle Aufnahmen in unterschiedlichen Gelenkstellungen mit und ohne (natürliche) Belastung durchzuführen.

Von besonderem klinischen Interesse ist die Bestimmung biomechanischer Parameter, wie z.B. dem Patello-femoralen Winkel zwischen der Kniescheibe und der Hauptachse des Oberschenkelknochens. Dabei wird das Ziel verfolgt, bestehende oder zukünftige nicht-physiologische Verhältnisse besser
zu quantifizieren und Behandlungen objektiver bewerten zu können. Für die Bewältigung dieser Aufgabe ist eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit (Medizin, Mathematik, Informatik, ...) erforderlich.

Derzeit ist die Bestimmung dieser Größen nur bedingt automatisiert und erfordert viel Zeit durch medizinisch ausgebildete Anwender. Bereits existierende Ansätze haben weitestgehend prototypischen Charakter. Für den Einsatz in der klinischen Praxis ist es jedoch erfoderlich, ein weitestgehend automatisiertes Verfahren (wenn möglich ohne die Verwendung mehrerer Softwarepakete) zu entwickeln, das die biomechanischen Parameter in vertretbarer Zeit berechnet. Dazu soll das Verfahren als Modul für die von Karl-Ingo Friese am Lehrstuhl für Graphische DV der LUH ("Welfenlab") entwickelte Software YaDiV integriert werden. Die Arbeit wird durch das Labor für Biomechanik und Biomaterialien (LBB) der Orthopädischen Klinik begleitet, das die Betreuung für die medizinischen Fragen übernimmt.

Datengrundlage sind dabei die bereits in Patella, Femur und Tibia vorsegmentierten Volumendaten, die durch das LBB zur Verfügung gestellt werden. In dieser Arbeit sollen bereits bestehende Verfahren analysiert, verglichen und durch eigene Ansätze verbessert werden. So soll z.B. die Parameterbestimmung unabhängig von der Lage der drei Strukturen im Aufnahmeraum möglich sein.

Kontakt: Karl-Ingo Friese