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Teiprojekt 3 - Artikuliertes, statistisches 3D-Form- und Knochendichtemodell der menschlichen Wirbelsäule

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TP3 - Projektleitung

Artikuliertes, statistisches 3D-Form- und Knochendichtemodell der menschlichen Wirbelsäule für die Forschung in der klinischen Biomechanik sowie für die individualisierte Diagnose und Therapieplanung in der Orthopädie

Für die patientenspezifische biomechanische Analyse bewegter muskuloskelettaler Strukturen sind geeignete Messmethoden erforderlich. Obwohl die tomographische Bildgebung die Methode der Wahl ist, um die Morphologie des Bewegungsapparates in statischer Bauch- oder Rückenlage dreidimensional (3D) zu beurteilen, ist eine funktionelle 3D-Analyse in dynamischen oder belasteten Situationen derzeit technisch entweder nur sehr anspruchsvoll oder überhaupt nicht durchführbar. Typische Messverfahren in der biomechanischen Forschung sind optische Messungen mit Motion-Capture-Systemen oder Messungen mittels sogenannter Wearables, um Beschleunigung, Biegung, Verdrehung oder Dehnung zu messen. Weitere eher klinische bildgebende Messverfahren sind Röntgenprojektionen (Fluoroskopie) oder Ultraschall. Zur 3D Beurteilung der individuellen Anatomie im Hinblick auf die funktionelle Biomechanik werden oft konventionelle, nicht-invasive Messverfahren in Kombination mit 3D-Modellen der jeweiligen Anatomie und modellgestützten Analysemethoden herangezogen.

Das Ziel von SP3 ist es, ein artikuliertes, statistisches 3D-Form- und Knochendichtemodell der menschlichen Wirbelsäule aus tomografischen Bilddaten einer großen Kohorte zu entwickeln und dieses statistische 3D-Modell mittels zusätzlicher funktioneller Messungen bestmöglich zu individualisieren, um die individuelle Morphologie und deren Bewegung am 3D Modell zu analysieren. Darüber hinaus sind wir daran interessiert, statistisch fundierte Schlussfolgerungen aus Populations- und Messdaten zu ziehen, die Aufschluss über die Zusammenhänge zwischen Morphologie, Bewegung und Mechanik sowohl für die klinische Diagnostik als auch die Behandlungsplanung und -evaluation liefern. Die übergeordneten Ziele unserer Forschung sind ein besseres Verständnis der inter- und intra-individuellen Variationen der Wirbelsäulenmorphologie und -bewegung sowie die Identifizierung von Wechselbeziehungen zwischen den 3Ms (Morphology, Motion und Mechanics) der Wirbelsäule im Hinblick auf potenzielle morphologische Biomarker, die mit Funktionsstörungen und Schmerzen der Wirbelsäule in Verbindung gebracht werden können. Das statistische 3D-Wirbelsäulenmodell soll als Grundlage für Forschung und Lehre in der Biomechanik sowie für die individuelle Diagnose und Behandlungsplanung in der Orthopädie dienen. Es integriert Informationen aus SP1 und SP2 mit dem Ziel, Cluster zu identifizieren, die sich in Form und Funktion deutlich unterscheiden. Die Korrelationsanalyse auf der Grundlage morphologischer und struktureller Parameter kann zu neuen Biomarkern für die Klassifizierung von Wirbelsäulenerkrankungen oder zu Frühindikatoren für degenerative Veränderungen der Wirbelsäule führen, die mit Rückenschmerzen in Zusammenhang stehen.

Gegründet durch die DFG (Projektnummer: 439742772)