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DFKI auf der Hannover Messe 2022

IIP-EXTREM: Optimierte und maßgeschneiderte Implantate

Individualisierte Implantate für die Behandlung unterer Extremitäten

Obwohl die Behandlung von Knochenbrüchen einen bedeutenden Teil der globalen Krankheitslast ausmacht, gab es seit den 1990er Jahren keine großen Fortschritte bei ihrer chirurgischen Behandlung. Der therapeutische Erfolg hängt stark von der persönlichen Erfahrung des Chirurgen ab, wohingegen systematische technologische Mittel fehlen. Ziel des IIP-EXTREM-Projekts war es, den Patientinnen und Patienten maßgeschneiderte Implantate zur Verfügung zu stellen, die optimal auf die individuelle Fraktur zugeschnitten sind.

Vom Bild zum 3D-Modell
Routinemäßig durchgeführte Computer-tomografie (CT) liefert Bilddatensätze, die für die 3D-Rekonstruktion verwendet werden können. Da jeder CT-Scan eine pixelgenaue Identifizierung von Materialien (Kortikalis, Spongiosa, Metall, Weichgewebe) erfordert, führt dies zu einem langwierigen Prozess manueller Klassifizierung durch Fachpersonal. Durch Deep Learning-Technologie kann ein
Neuronales Netzwerk die Materialien auf CT-Bildern wesentlich schneller und zuverlässiger segmentieren.

Aus diesen Tomogrammen wird mit dem Marching-Cubes-Algorithmus ein Volume Mesh erstellt. Das resultierende Modell kann dann virtuell verarbeitet oder in gängige Formate exportiert werden, die von CAD-Software verwendet werden.

FEM-Simulation
Das 3D-Modell wird dann in einer Finite-Elemente-Methode-Simulation eingesetzt, um den Einfluss von Druck auf die Knochen-Implantat-Struktur zu berechnen. Während die meisten Lösungen generische Ansätze auf CPU-Clustern verwenden, wird in diesem Projekt ein neu entwickelter FEM-Ansatz mit Nvidia CUDA implementiert, der auf spezialisierter Hardware ausgeführt werden kann.

Optimierung
Ausgestattet mit 3D-Modellen und entsprechenden FEM-Simulations-ergebnissen können Ärztinnen und Ärzte die individuelle Behandlung eines Patienten planen und visualisieren, wodurch chirurgische Eingriffe weniger invasiv und gleichzeitig effektiver werden.

Darüber hinaus ermöglicht der Workflow auf den Patienten zugeschnittene Implantate, die in einem iterativen Ansatz optimiert werden können. Das individualisierte Implantat kann dann durch selektives Laserschmelzen oder Hochgeschwindigkeitsfräsen hergestellt werden.

Mehr Informationen

Besuchen Sie uns:
30. Mai - 2. Juni 2022 in Hannover
Halle 2, Stand C39