Surrogat-Modelle zum Monitoring von Implantaten

Medizinische Implantate sind im Hinblick auf die Verträglichkeit der Materialien hoch entwickelt. Dennoch ist die Ausfallrate im Vergleich zu technischen Systemen immer noch sehr hoch. Vor allem die biophysikalische Integration ist oft nicht gut verstanden. Hier können Modellierungs- und Simulationstechniken helfen, ein besseres Verständnis zu erlangen. Obwohl leistungsfähige Computermodelle zur Verfügung stehen, ist die patientenindividuelle Modellierung immer noch sehr aufwendig. Daher werden diese Modelle bis heute nicht in der klinischen Praxis eingesetzt. Um diese Modelle für die klinische Anwendung voranzutreiben, soll neuere Entwicklungen in der Computermechanik, nämlich Modellreduktionsverfahren (Surrogat-Modelle), den Weg ebnen.

Ziel des Teilprojektes A07 ist daher die Entwicklung von Surrogat-Modellen zur patientenindividuellen Prognose bei der Behandlung mit Hüftgelenk- und Cochlea-Implantaten zur Unterstützung der Beurteilung des Implantatzustandes.

Auf Grundlage etablierter High-Fidelity-Finite-Elemente-Modelle werden die Parameterräume in enger Zusammenarbeit mit Ärzt*innen definiert und die High-Fidelity-Modelle müssen für vollautomatische Läufe parametrisiert werden. Effiziente Techniken zur Reduktion der Modellordnung müssen für diese Systeme erprobt werden, wobei insbesondere die Dimensionalität der Probleme berücksichtigt werden sollte. In einem zweiten Schritt sollen die reduzierten Modelle zusätzlich mit klinischen Daten getestet werden. In einer klinischen Studie mit 30 CI-Träger:innen sollen Impedanz- und Transimpedanzmessungen, evozierte zusammengesetzte Aktionspotenziale mit verschiedenen Stimulationsparametern, medizinische Bildgebungsdaten zur Abschätzung der Elektrodenposition und Magnetresonanztomographie des Hörnervs vor der Implantation erhoben werden.