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Titelbild für das iPRIS-Projekt: Illustration einer Wirbelsäule mit Schrauben und Visualisierungselementen, die die Stabilität der Schrauben veranschaulichen
Instrument für die intraoperative Bewertung der Primärstabilität von Pedikelschrauben im Knochen

Forschungsprojekt "iPRIS"

 

För­de­rung: Das Verbundprojekt Instrument für die intraoperative Bewertung der Primärstabilität von Pedikelschrauben im Knochen (iPRIS) - Teilvorhaben: Visuelle Entscheidungsunterstützung zur intraoperativen Bewertung der Pedikelschraubenstabilität wird im Rahmen von KMU-innovativ und dem Aktionsfeld „Gesundheitswirtschaft im Rahmenprogramm Gesundheitsforschung“ durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt unter dem Förderkennzeichen 13GW0824B gefördert.

Das For­schungs­pro­jekt iPRIS (In­stru­ment für die in­tra­ope­ra­ti­ve Be­wer­tung der Pri­märsta­bi­li­tät von Pe­di­kel­schrau­ben im Kno­chen) un­ter­sucht, wie sich die Sta­bi­li­tät von Im­plan­ta­ten wäh­rend Wir­bel­säu­len­ope­ra­tio­nen ob­jek­tiv er­fas­sen, ana­ly­sie­ren und an Ope­ra­teu­re kom­mu­ni­zie­ren lässt.

Ziel ist es, eine bis­lang nicht sicht­ba­re, aber ent­schei­dungs­re­le­van­te me­cha­ni­sche Grö­ße im Mo­ment des Ein­griffs ver­füg­bar zu ma­chen und da­mit die Grund­la­ge für eine ge­ziel­te Un­ter­stüt­zung im OP zu schaf­fen.

Projektpartner 

Das Pro­jekt wird durch das Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördert und in ei­nem Ver­bund aus Wirt­schaft und For­schung realisiert:

GTV – Gesellschaft für Technische Visualistik mbH
Softwarebasierte Integration der Coupled Process Analyse (CPA) in eine kontextbezogene visuelle Form, die komplexe mechanische Zusammenhänge im operativen Moment unmittelbar verständlich macht.

Technische Universität Dresden, Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus
Praxisnahe Ableitung von Anforderungen und Nutzung an ein klinisches Instrument auf den intraoperativen Einsatz bei Wirbelsäulenoperationen. 

Fraun­ho­fer-In­sti­tut für Werk­zeug­ma­schi­nen und Um­form­tech­nik (IWU)
Me­tho­di­sche Untersuchung der Wirkzusammenhängen der Primärstabilität von Pedikelschrauben im Knochen auf Basis von schwingungstechnischen Untersuchungen.

endocon GmbH
Konzeption und Realisierung des angestrebten chirurgischen Instruments.

SPEKTRA Schwingungstechnik und Akustik GmbH Dresden
Konzeption eines Setups von Sensoren und Aktoren für die optimale Merkmalsextraktion von geeigneten Sensorparametern.

Ausgangslage

Das Forschungsprojekt iPRIS adressiert eine zentrale Herausforderung in der Wirbelsäulenchirurgie:

Im entscheidenden Moment der Operation lässt sich die Stabilität eines Implantats bislang nicht objektiv beurteilen – obwohl sie maßgeblich für den weiteren Verlauf ist. Intraoperative Einschätzungen basieren daher häufig auf präoperativen Untersuchungen und der subjektiven Erfahrung der Operateur:innen, während die tatsächlichen mechanischen Zusammenhänge im Knochen unsichtbar bleiben.

Damit fehlt eine belastbare Grundlage, um den Verankerungszustand von Pedikelschrauben während des Eingriffs zu objektivieren und im operativen Moment nutzbar zu machen. Derzeit:

  • stehen keine unmittelbar einsetzbaren Messverfahren zur Verfügung
  • ist die individuelle Knochenqualität schwer einschätzbar
  • bleiben kritische Zusammenhänge zwischen Material, Struktur und Stabilität verborgen


Die Folgen:
Da die Verankerung von Pedikelschrauben stark von der individuellen Knochenqualität abhängt, besteht ein erhöhtes Risiko für Komplikationen wie Lockerungen oder unzureichende Stabilisierung. Mit der steigenden Zahl an Wirbelsäulenoperationen gewinnt diese Unsicherheit zusätzlich an Bedeutung – sowohl für die Qualität der Behandlung als auch für die Belastung des Gesundheitssystems.

Ziel des Projekts

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Instruments für die Wirbelsäulenchirurgie, das eine intraoperative Beurteilung der Primärstabilität von Pedikelschrauben ermöglicht.

Dabei soll den Operateur:innen ein direktes und unmittelbares Feedback zur Verankerungsstabilität bereitgestellt werden, um Entscheidungen während des Eingriffs gezielt zu unterstützen.

Im Forschungsprojekt iPRIS soll dies durch ein System realisiert werden, welches die Stabilität von Pedikelschrauben während der Operation anhand von Schwingungsmessungen analysiert. Die gewonnenen Daten werden durch die Coupled Process Analyse (CPA) ausgewertet und die Ergebnisse visuell aufbereitet kommuniziert. Die Darstellung erfolgt direkt am Instrument und ist so gestaltet, dass sie im operativen Kontext unmittelbar verständlich ist.
Dadurch können Chirurg:innen das operative Vorgehen auf Basis der sichtbar gemachten mechanischen Zusammenhänge gezielt anpassen.

Erwartete Ergebnisse

Im Projekt wird ein Funktionsmuster eines intraoperativen Instruments angestrebt, das:

  • Stabilität nicht nur misst, sondern interpretierbar macht
  • Unsicherheit im Entscheidungsprozess reduziert
  • die Grundlage für hochqualitative chirurgische Ergebnisse schafft
     

Die Ergebnisse bilden die Grundlage für eine weiterführende Produktentwicklung mit dem Ziel der klinischen Anwendung.