3D-Printing in der computerassistierten Chirurgie

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1 3D-Printing in der computerassistierten Chirurgie Prof. Dr.-Ing. Stefan Weber ARTORG - Forschungszentrum ISTB - Institut für chirurgische Technologien und Biomechanic Universität Bern

2 The ARTORG Center for Biomedical Engineering Research Center for Computer Aided Surgery Spine Research Center Diabetes Technology Artificial Hearing Research Computational Bioengineering Ophthalmic Technology Cardio vascular Engineering Mechatronic Device Technology Image Analysis / Computer Vision Computer Assisted Surgery / Surgical Navigation Tissue Engineering 2

3 Überblick > Medizintechnikforschung am ISTB / ARTORG > Teil 1: Rapid Manufacturing im OP > Teil 2: Beispiele RP basierter OP Planung > Zusammenfassung 3

4 Forschung am ISTB / ARTORG Computerassistierte Planung und Navigation an weichen Organen 4

5 Forschung am ISTB / ARTORG Trajektorie Modell des Innenohrs Präzisionsnavigation HNO Chirurgie 5

6 Ansatz: Anwendung von 3D Modellen Erweiterte chirurgische Planung > Multimodale Bildrepresentation in einem Modell > Hervorhebung von interessanten Details > Integration zusätzlicher funktionaler Eigenschaften Technische Herausforderung > Multimodale medizinische Bildverarbeitung > Teilweise aufwendige Algorithmik > medizinisch sinnvolle Modellierung > Modellherstellung > Zeit! 6

7 Teil 1: Rapid Manufacturing im OP 7

8 Klinische Motivation (Neurochirurgie) > Optimierung rekonstruktiver Eingriffe am Schädel > Herstellung eines patienten-individuellen Implantats im OP 8

9 Ablauf 9

10 Ausgangssituation 10

11 Ergebnis der Überlagerung (Registrierung) 11

12 Registrierung anhand von 2D Bildern 12

13 Defektbestimmung 13

14 Virtuelles Implantat 14

15 Berechnung der Abdruckform 15

16 Intraoperatives Rapid-Manufacturing 16

17 Vorbereitung Eingriffsgebiet 17

18 Entfernung des kranken Knochens 18

19 Steriles Verpacken der Negativform 19

20 Vorbereiten des PMMA Materials 20

21 PMMA Schicht 21

22 Abformen auf der Negativform 22

23 Nachbearbeitung 23

24 Implantation 24

25 Ergebnisse No. Age Sex Indication Size [cm 2 ] Area [cm 2 ] 1 60/f Severe head trauma /m Severe head trauma /m Severe head trauma > 3 behandelte Fälle > geringe Implantatkosten > Sehr gute Kosmetik > Nachbearbeitung io möglich 25

26 Teil 2: Beispiele RP basierter OP Planung 26

27 Reproduzierbare Behandlungsplanung > Challenge: Image registration (CT, MRI, Angio) > Segmentation of thin vessels: < 1 mm > Preparation of small vessels in 3D print 27

28 Größe vs. Detail 1:1 1.5:1 2:1 28

29 Validierung von Navigationssystemen Challenges > Navigation accuracy study > Automatic planning of hip joint preserving treatments > Based on 3D alpha and 3D LCE angle 29

30 Intra-operative Unterstützung > Use of 3D-prints of pre-operative planning in the OR > 3D model vs. 2D navigation screen > Optimized spatial understanding of anatomy 30

31 Patientenindividuelle Weichteilimplantate Motivation > Berechnung einer Implantatgeometrie für Pectoris Ersatz > Validierung des Designs am/mit Patient > Realisierung eines implantierbaren Silikonimplantats 31

32 Validierung mittels Laserscanner Nächste Schritte > Herstellung eines patientenindividuellen Silikonimplantats Negativabdruck in einer 3D gedruckten Form > Implantation 32

33 Zusammenfassung > 3D Druck ist ein Aspekt Computerassistierter Chirurgie > 3D Druck ist aber nicht nur Rapid Prototyping sondern auch Medizinisches Wissen Medizinische Bildverarbeitung Klinische Kommunikation > Kliniker profitieren von Bildverarbeitung und dem 3D Modell > Nutzen für Kliniker Erhöhte Planungssicherheit (Konfidenz) Reproduzierbare Behandlungsentscheidung Patientenindividuelle Implantate (Präzision, Zeit) 33

34 Vielen Dank 34

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