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Projekt
Evidenzbasierte personalisierte Rehabilitationsprotokolle für ereignislose Heilung mit datengesteuerten virtuellen Zwillingen
Antragsteller
Dr. Benedikt Braun; Professor Dr.-Ing. Stefan Diebels
Fachliche Zuordnung
Mechanik
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548959882
Die Heilung von Knochenbrüchen ist ein komplexer, vielschichtiger Prozess, der von verschiedenen mechanischen und biologischen Faktoren beeinflusst wird. Herkömmliche Rehabilitationsprotokolle beruhen jedoch häufig auf einem Einheitsansatz, der die individuellen Unterschiede der Patienten außer Acht lässt und zu suboptimalen Heilungsergebnissen führen kann. Durch die Erstellung eines virtuellen Zwillings jedes Patienten soll dieses Projekt diese Lücke schließen. Der virtuelle Zwilling wird Echtzeitdaten von am Körper getragenen Sensoren mit muskuloskelettalen Simulationen verknüpfen und Randbedingungen für patientenspezifischen Computermodellen ermöglichen, um den Heilungsprozess zu simulieren - von der Biomechanik des Knochen-Implantatsystems auf der Makroebene bis hin zu den zellulären Aktivitäten und der Mechanobiologie auf der Mikroebene. Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung und Etablierung einer innovativen digitalen Prozesskette zur Realisierung von virtuellen Zwillingen von Patienten mit Frakturen der unteren Extremität, um einen individualisierten Behandlungs- und Nachsorgeprozess zu ermöglichen, der die derzeitige Standard-Rehabilitationsstruktur mit ihren anhaltend hohen Komplikationsraten verbessert. Daher wird der virtuelle Zwilling mit einem ganzheitlichen Ansatz konzipiert, der eine breite Palette von Messtechnologien, Datenanalysen, Modellierungs- und Simulationskonzepten kombiniert, um den gesamten patientenspezifischen Lebenszyklus einer heilenden Fraktur darzustellen. Wir gehen davon aus, dass der virtuelle Zwilling eine personalisierte Heilungsprognose zu einem frühen postoperativen Zeitpunkt ermöglicht, die als Trajektorie der Heilung bei t=0 bezeichnet wird und den weiteren Rehabilitationsprozess virtuell abbildet. Die zu späteren Zeitpunkten gesammelten Daten machen den virtuellen Zwilling dynamisch, und die fortlaufenden Simulationen und Datenanalysen verwandeln ihn in eine Art lebendes System, das den Heilungsprozess des Patienten auf hochindividuelle Weise beschreibt. Das Projekt ist in sechs Arbeitspakete gegliedert, die das gesamte Spektrum von der klinischen Datenerhebung über tragbare Sensoren (WP1) bis hin zur klinischen Validierung (WP6) abdecken. Die digitale Prozesskette und den draus resultierenden virtuellen Zwilling (WP2) verbindet dabei alle Arbeitspakete und die verschiedenen Ebenen des multi-X Frakturheilungsmodels. In WP5 werden die Bildverarbeitung und somit die geometrische 3D Modellerstellung realisiert, während in WP4 die Bewegungsanalyse und die muskuloskelettale Simulation stattfindet. Den Kern des virtuellen Zwillings ist das in WP3 zu implementierende multi-X Heilungsmodell, dass basierend auf den Daten der anderen Arbeitspakete den Heilungsverlauf prädiktieren soll.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
