MA – Konzeptstudie für eine Ellenbogen-Prothese zur Unterstützung der Diagnose- und Behandlung von Ellenbogenluxationen

Die Instabilität des Ellenbogens ist eine häufige Komplikation nach einfacher oder komplexer Ellenbogenluxation (Ausrenkung). Genauso treten jedoch auch Ellenbogensteifigkeit oder Bewegungseinschränkungen aufgrund von Ossifikationen (Knochenbrücke), Kontrakturen (Funktionseinschränkungen) oder Hemmung durch eingebrachtes Osteosynthesematerial (Schrauben, Drähte, Pins) auf. In den letzten Jahrzehnten wurden durch anhaltende Forschungsbemühungen Verbesserungen im Verständnis der Anatomie und Biomechanik des Ellenbogens ermöglicht. Für weitere Forschungsbemühungen soll eine Prothese entwickelt werden, um Operationen und Untersuchungen des Ellenbogens genauer „nachfahren“ und nachbilden zu können.

Die Beweglichkeit und Luxationstendenz des Ellenbogens wird aktuell vorwiegend klinisch oder teilweise mit Hilfe eines Bildwandlers untersucht und beurteilt. Es fehlt jedoch an objektiven Entscheidungshilfen. Die aus der Herzdiagnostik bekannte Technik des 4D-CT könnte hier einen entscheidenden Informationsgewinn bereiten, um eine Therapieentscheidung suffizient treffen zu können. Hierzu ist zunächst eine Studie in Zusammenarbeit mit der Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie der Unversitätsklinik Erlangen geplant.

Dazu sollen im Rahmen dieser Masterarbeit Möglichkeiten zur Realisierung einer Prothese eruiert werden, welche die Ärzte bei deren Untersuchungen unterstützen soll. Für eine Untersuchung in einem 4D-CT muss die Apparatur bestimmte Materialeigenschaften erfüllen. Aufgrund der unterschiedlichen Kräfteeinwirkungen, welche die Prothese leisten soll, müssen geeignete mechatronische Lösungsansätze entwickelt und bewertet werden. Die Stabilität des Ellenbogens wird durch drei primäre und vier sekundäre Stabilisatoren (Bänder) gewährleistet, die synchron arbeiten, um den verschiedenen Instabilitätsmustern zu widerstehen. Die mechanischen, elektrischen und sensorischen Randbedingungen für eine solche Apparatur sind von entscheidender Bedeutung für die Kräfteeinwirkungen auf diese Stabilisatoren.

Ziel der Masterarbeit ist eine Studie zu möglichen technischen Realisierungsoptionen für eine entsprechende Ellenbogen-Prothese. Die einzelnen Optionen sind kritisch zu diskutieren und die aussichtsreichste Variante ist so weit wie möglich konstruktiv zu konkretisieren.

Betreuer: Markus Meindl, Lucas Mangold, Prof. Martin März

Für Studienfächer: Mechatronik, Medizintechnik

Frühest möglicher Beginn: 01.08.2023

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März