LOEWE Jahresbericht 2012 - Hessisches Ministerium für ...

6 Laufende Projekte 2. Förderstaffel (Zentren und Schwerpunkte)
der Aorta und von Aorten-Aneurysmen zur Entwicklung neuer diagnostischer Verfahren für Elastizitäts-
Bestimmungen von Blutgefäßen erforscht werden. Weiterhin sollen mechanische Eigenschaften von Blutgefäßen
generell mit dem Ziel der Optimierung von Stents und der Abschätzung des Rupturrisikos von
Aneurysmen untersucht werden. Ein weiteres Feld ist die Entwicklung von Verfahren zur Aufrechterhaltung
der Differenzierung von Knorpelgewebe sowie zur Charakterisierung der Mechanik von Zähnen und Kieferknochen
mit dem Ziel einer neuen oralen Diagnostik. Außerdem sollen die Zytostatika-Verfügbarkeit
sowie Gleichgewichtsregulation und Gehfähigkeit, mit dem Ziel die Mobilität insbesondere von älteren
Personen zu verbessern, untersucht werden.
Bisherige Ergebnisse
Lokaler Knorpelersatz durch ein individualisiertes
Inlay wurde an Schafen erprobt.
Das Einheilen konnte in enger Zusammenarbeit
mit dem Zentrum der Radiologie des
Klinikums der Goethe-Universität Frankfurt
am Main verfolgt werden. Neben optimalen
Heilungserfolgen bei einigen Schafen
wurden auch solche mit problematischen
Knochenreaktionen beobachtet, die eine
Verbesserung der Implantatgeometrie er -
fordern.
Wissenschaftliche Ergebnisse / Publikationen
Das dritte Jahr des LOEWE-Schwerpunktes war in allen Forschungsgebieten gekennzeichnet durch die
94 Verbreiterung der Anwendung der bisher entwickelten Messprozesse. Die umfassenden virtuellen Mensch-
neue Erkenntnisse zur Verteilung der Elasdaten
können die mechanischen Eigenschaften von Blutgefäßen
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modelle wurden auf Basis von MRT-Aufnahmen durch die Rekonstruktion menschlicher Köpfe insbesondere
der Wangenregion (als Grundlage für die biomechanische Optimierung von Rasursystemen) erweitert.
Weiterhin wurden Oberarm- und Beinmodelle erstellt. Die Einbeziehung der wichtigsten inneren Organe
und Entwicklung einer neuen Versuchseinrichtung verbesserten die Crash-Simulationen.
An Probanden und Patienten wurden zeitaufgelöste 3D-Rekonstruktionen sowohl von Abschnitten der
Bauchaorta als auch der thorakalen Aorta und von Aneurysmen durchgeführt und durch kontinuumsmechanische
Modellierung charakterisiert. Durch Vergleichsmessungen an Phantompräparaten konnten
die Messdaten validiert werden. Die Berücksichtigung der dynamischen Veränderungen der Gefäßwand
erweisen sich statischen Verfahren gegenüber als weitaus präziser, wie durch einen Methodenvergleich
bei einem vom Schwerpunkt organisierten Workshop anlässlich der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft
für Gefäßchirurgie deutlich wurde.
Die stellungsabhängigen Verformungen von Arterien
des Ober- und Unterschenkels konnten nun
vollständig dreidimensional erfasst werden. Erstmals
kann jetzt der Tumor-Interstitielle Druck
(TIFP) anhand der Schallreflexion nicht-invasiv
gemessen werden. Für zukünftige Tumorbehandlung
ist der Nachweis wichtig, dass durch induzierte
Lymphgefäßbildung über eine Verringerung
des TIFP das Tumorwachstum gehemmt werden
kann. Die Beeinflussung der Blutgefäßarchitektur
in Tumoren wurde in Zusammenarbeit mit der TU
Darmstadt in einem neuen Verfahren dargestellt.
Im Projekt der Klinik für plastische Chirurgie
konnten durch Ultraschallmessungen
Durch numerische Simulationen auf Basis von klinischen Ultraschall-
bestimmt werden.
tizität in verschiedenen Zahnschichten gewonnen
werden, die die Stoßdämpfer funk tion der Zähne und des Kiefers belegen. Durch Einwerbung
einer dreijährigen Förderung zur Weiterentwicklung der Methodik konnte dieses Projekt beendet werden.
Im Jahr 2012 konnten zehn Publikationen begutachtet werden. Besonders hervorzuheben ist das Erscheinen
eines Buches: Silber, G., Then, C., Preventive Biomechanics, Optimizing Support Systems for the
Human Body in the Lying and Sitting Position, Springer Verlag, Heidelberg, Wien, New York, 372 p. (2012).
Organisation
Regelmäßige Seminare im LOEWE-Schwerpunkt dienten der internationalen Vernetzung und der Schulung
von Nachwuchswissenschaftlern. Sehr groß war die aktive Beteiligung an internationalen Konferenzen (z. B.
in Berlin, Warschau, Lissabon, Saint-Étienne, Rotterdam). Auf der 28. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft
für Gefäßchirurgie gestaltete der Schwerpunkt ein Symposium zur Aortenmechanik. Ein Highlight
war die Durchführung einer Summer School in Frankfurt zum Thema: „Ein biomechanischer Blick in den
menschlichen Körper durch Finite Elemente Modellierung“ vom 17. bis 21. September 2012.
Personal
Am LOEWE-Schwerpunt waren im Jahr 2012 sieben Doktoranden und Examenskandidaten tätig. Herr
Dr. Shelke (Methodenplattform II) erhielt eine Lebenszeitstelle als Wissenschaftler am Indian Institute of
Technology in Hyderabad.
Finanzen
Es wurden bereits Drittmittel eingeworben, die über die Schwerpunktförderung hinaus die Fortführung
der Forschungsarbeiten sicherstellen. Insgesamt konnten bisher im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkts
3,28 Mio. Euro an Drittmitteln eingeworben werden.
Zur Aufrechterhaltung der Differenzierung von
Gelenkknorpel wurde eine Apparatur fertiggestellt,
die auf isolierten Knorpel Kräfte nach einem
der In-vivo-Situation angepassten Verfahren er -
möglicht. Messungen zum Stoffwechsel des Knorpels
bestätigten die Richtigkeit des Ansatzes.
Kooperationen
Die umfangreichen Kooperationen mit Industrieunternehmen und internationalen Forschungseinrichtungen
wurden fortgeführt und intensiviert. So erlaubten beispielsweise In-vivo-Messungen an männlichen und
weiblichen Probanden die Identifizierung von geschlechtsspezifischen Körper / Sitz-Kontaktflächen im Rahmen
der Modellierung von Sitzen der Mercedes E-Klasse. Strategische Kooperationen wurden zu zahlreichen
Firmen, u. a. zu DAIMLER und TECOSIM, ausgebaut.
Anhand von 3D-Computerdaten werden personenspezifisch
Gelenkteile automatisch gefertigt.