Fraunhofer-Prepare-Projekt FingerKIt

Remobilisierung von Fingergelenken durch KI-basierte Rekonstruktion und Generierung patientenindividueller Keramikimplantate#

Im Projekt FingerKIt arbeiten das Fraunhofer IAPT, IKTS, ITEM, IWM und MEVIS zusammen, um erstmals eine durchgängige automatisierbare Prozesskette in der Herstellung patientenindividueller Implantate vom Design über die Fertigung bis hin zur zertifizierungskonformen Prüfung zu ermöglichen. Die Arbeiten konzentrieren sich im Rahmen des Projekts auf den wachsenden Markt der Fingergelenksimplantate. An die vergleichsweise kleinen Implantate werden hohe Anforderungen bezüglich der individuellen Passung und der biomechanischen Belastung gestellt, weshalb bisherige Formen der Therapie, sei es im Falle einer rheumatischen Arthritis oder eines Traumas, sehr häufig auf eine Versteifung der Gelenke hinauslaufen. Für diese Indikationen eine neue Therapieform zu ermöglichen und eine Remobilisierung von Fingergelenken durch individuell angepasste Gelenkimplantate zu erreichen, ist das zentrale technische Ziel des Konsortiums.

Im Rahmen des Projekts entwickelt das Fraunhofer MEVIS gemeinsam mit dem IWM zunächst ein Modell, auf dessen Basis aus 2D-Röntgendaten eine 3D-Abbildung des geschädigten Gelenks abgebildet werden kann. Damit entfällt zukünftig die kostenintensive und belastende Diagnostik durch CT-Scans. Die entwickelten Modelle werden anschließend am IWM genutzt, um die biomechanischen Anforderungen an die individuell anzupassenden Implantate zu simulieren. Auf Basis dieser Arbeiten erstellt das IAPT zunächst ein Initialdesign des Implantats und trainiert anschließend einen Algorithmus mit dem Ziel, aus den verfügbaren Simulationsdaten automatisiert individuelle Implantatdesigns zu erzeugen. Diese werden dann in Form geeigneter Daten für die additive Fertigung bzw. die Near Net Shape-Fertigung am IAPT und IKTS zur Verfügung gestellt. Während sich das IAPT auf die Prozessentwicklung binderbasierter Fertigungstechnologien für Titan-Modellwerkstoffe konzentriert, entwickelt das IKTS darüber hinaus geeignete oxid- bzw. nitridkeramische Werkstoffe mit dem Ziel, eine erhöhte Biokompatibilität und Osseointegration und damit eine verbesserte Anpassung des Implantats an die ursprünglichen Gelenkeigenschaften zu erzielen. Das ITEM übernimmt gemeinsam mit dem IWM und IKTS die fortlaufende Validierung der Implantateigenschaften und entwickelt hierzu entsprechende neue werkstoff- und anforderungsgerechte in-vivo-Modelle. Um von vorne herein eine schnelle Übertragbarkeit in die klinische und industrielle Anwendung zu gewährleisten, arbeiten alle Institute während des Projekts gemeinsam an einer institutsübergreifenden, normgerechten digitalen Dokumentation ihrer Prozesse. Im Laufe des Projekts und darüber hinaus entsteht so ein in der Fraunhofer Gesellschaft und weltweit einmaliges Zentrum für die KI-basierte Entwicklung und zertifizierungskonforme Evaluierung personalisierter Implantate.