Osteoporose ist mittlerweile eine Volkskrankheit. Rund sieben Millionen Deutsche leiden an ihr, zumeist Frauen in oder nach den Wechseljahren.
"Es geht um einen Verlust von Knochenmasse mit dem Alter, der zu Frakturen führt, besonders bei Frauen nach der Menopause. Frakturen im Bereich der Hüfte, der Handgelenke und den Wirbelkörpern", "
sagt Philippe Zysset, Biomechanik-Professor an der Technischen Universität Wien. Immerhin gibt es Medikamente, die dem Knochenschwund entgegenwirken - etwa indem sie den Aufbau neuer Knochenmasse anregen. Nur: Wird genug neue Knochenmasse gebildet, und wird sie tatsächlich auch dort gebildet, wo sie gebraucht wird - an den bruchempfindlichen Stellen? Wird also der Knochen durch das Medikament tatsächlich steifer und fester? Um diese Frage zu beantworten, entwickelt das Team von Philippe Zysset eine Simulationssoftware für den Computer. Gefüttert wird der Rechner mit den Daten eines Computertomographen. Er liefert ein detailgetreues und dreidimensionales Bild des Knochens sowie die Dichteverteilung in seinem Inneren.
" "Diese Information wird dann in ein mathematisches Modell, ein so genanntes Finite-Elemente-Modell, umgewandelt, worauf man die Wirkung von mechanischen Kräften auf den Knochen berechnen kann. Wenn für eine bestimmte Belastung die Verformung zu hoch wird, bricht der Knochen zusammen, und man erhält die maximale tragbare Kraft für diese Belastung."
Bei diesem Finite-Elemente-Modell unterteilen die Forscher das 3D-Bild des Knochens in Tausende von kleinen Würfeln. Wenn man so will wird der Knochen mit einem virtuellen Gitternetz überzogen. Jedes Element in diesem Netz trägt bei der Simulation zum Ergebnis bei.
"Je feiner das Netz, desto genauer erfasst man die Lösung."
Das Ergebnis der Simulation: Auf dem Bildschirm sieht man den Knochen, überzogen mit einem feinen Gitternetz. Per Mausklick kann Philippe Zysset die Kraft auf den ursprünglichen und den behandelten Knochen verändern. Je größer die Kraft, desto mehr Kästchen im Gitter verfärben sich. Ein Anzeichen der zunehmenden Zerstörung.
Vor kurzem hat der Wiener Biomechaniker gemeinsam mit Medizinphysikern der Universität Schleswig-Holstein in Kiel getestet, wie gut ein bestimmtes Osteoporose-Medikament wirkt. Teriparatid, so heißt das Präparat, ist seit Ende 2003 in Deutschland zugelassen und sorgt dafür, dass neue Knochenmasse gebildet wird. In einer zwei Jahre dauernden Studie an 44 Patienten haben die Forscher mit Hilfe der neuen Software geprüft, ob der Zuwachs an Knochenmasse die Wirbel der Patienten tatsächlich steifer und fester gemacht hat.
"Die Ergebnisse waren sehr erfreulich, weil wir einen durchschnittlichen Anstieg der Festigkeit nach 24 Monaten von 28 Prozent gefunden haben. Es ist für mich besonders motivierend, die Resultate langfristiger Forschung in der Biomechanik nun in klinische Studien einzubringen."
Um die Brauchbarkeit ihrer Computersimulation zu prüfen, haben die Forscher übrigens auch richtige Wirbel getestet und die Messdaten dann mit den Ergebnissen der Simulation verglichen.
"Wir beschäftigen uns derzeit mit der Entwicklung einer verbesserten Methode, die im Handgelenk mit minimaler Röntgendosis - das entspricht etwa einem interkontinentalen Flug - eingesetzt werden kann. Handgelenk-Frakturen werden oft als Frühzeichen der Osteoporose bezeichnet. Und eine biomechanisch begründetet Berechnung des Frakturrisikos könnte zu einem wesentlichen Fortschritt in der Diagnose der Osteoporose führen."
Das Ziel: eine möglichst präzise Aussage darüber, wie fest ein Handgelenksknochen bei einer Belastung wie etwa bei einem Sturz noch ist, um den Arzt bei seiner Therapieentscheidung besser zu unterstützen.
"Es geht um einen Verlust von Knochenmasse mit dem Alter, der zu Frakturen führt, besonders bei Frauen nach der Menopause. Frakturen im Bereich der Hüfte, der Handgelenke und den Wirbelkörpern", "
sagt Philippe Zysset, Biomechanik-Professor an der Technischen Universität Wien. Immerhin gibt es Medikamente, die dem Knochenschwund entgegenwirken - etwa indem sie den Aufbau neuer Knochenmasse anregen. Nur: Wird genug neue Knochenmasse gebildet, und wird sie tatsächlich auch dort gebildet, wo sie gebraucht wird - an den bruchempfindlichen Stellen? Wird also der Knochen durch das Medikament tatsächlich steifer und fester? Um diese Frage zu beantworten, entwickelt das Team von Philippe Zysset eine Simulationssoftware für den Computer. Gefüttert wird der Rechner mit den Daten eines Computertomographen. Er liefert ein detailgetreues und dreidimensionales Bild des Knochens sowie die Dichteverteilung in seinem Inneren.
" "Diese Information wird dann in ein mathematisches Modell, ein so genanntes Finite-Elemente-Modell, umgewandelt, worauf man die Wirkung von mechanischen Kräften auf den Knochen berechnen kann. Wenn für eine bestimmte Belastung die Verformung zu hoch wird, bricht der Knochen zusammen, und man erhält die maximale tragbare Kraft für diese Belastung."
Bei diesem Finite-Elemente-Modell unterteilen die Forscher das 3D-Bild des Knochens in Tausende von kleinen Würfeln. Wenn man so will wird der Knochen mit einem virtuellen Gitternetz überzogen. Jedes Element in diesem Netz trägt bei der Simulation zum Ergebnis bei.
"Je feiner das Netz, desto genauer erfasst man die Lösung."
Das Ergebnis der Simulation: Auf dem Bildschirm sieht man den Knochen, überzogen mit einem feinen Gitternetz. Per Mausklick kann Philippe Zysset die Kraft auf den ursprünglichen und den behandelten Knochen verändern. Je größer die Kraft, desto mehr Kästchen im Gitter verfärben sich. Ein Anzeichen der zunehmenden Zerstörung.
Vor kurzem hat der Wiener Biomechaniker gemeinsam mit Medizinphysikern der Universität Schleswig-Holstein in Kiel getestet, wie gut ein bestimmtes Osteoporose-Medikament wirkt. Teriparatid, so heißt das Präparat, ist seit Ende 2003 in Deutschland zugelassen und sorgt dafür, dass neue Knochenmasse gebildet wird. In einer zwei Jahre dauernden Studie an 44 Patienten haben die Forscher mit Hilfe der neuen Software geprüft, ob der Zuwachs an Knochenmasse die Wirbel der Patienten tatsächlich steifer und fester gemacht hat.
"Die Ergebnisse waren sehr erfreulich, weil wir einen durchschnittlichen Anstieg der Festigkeit nach 24 Monaten von 28 Prozent gefunden haben. Es ist für mich besonders motivierend, die Resultate langfristiger Forschung in der Biomechanik nun in klinische Studien einzubringen."
Um die Brauchbarkeit ihrer Computersimulation zu prüfen, haben die Forscher übrigens auch richtige Wirbel getestet und die Messdaten dann mit den Ergebnissen der Simulation verglichen.
"Wir beschäftigen uns derzeit mit der Entwicklung einer verbesserten Methode, die im Handgelenk mit minimaler Röntgendosis - das entspricht etwa einem interkontinentalen Flug - eingesetzt werden kann. Handgelenk-Frakturen werden oft als Frühzeichen der Osteoporose bezeichnet. Und eine biomechanisch begründetet Berechnung des Frakturrisikos könnte zu einem wesentlichen Fortschritt in der Diagnose der Osteoporose führen."
Das Ziel: eine möglichst präzise Aussage darüber, wie fest ein Handgelenksknochen bei einer Belastung wie etwa bei einem Sturz noch ist, um den Arzt bei seiner Therapieentscheidung besser zu unterstützen.