Optische Geometrieerfassung medizinischer Implantate. Detlef Winter Oktober 2005 Biotec meets Optic II

Transkript

1 Optische Geometrieerfassung medizinischer Implantate Oktober 2005 Biotec meets Optic II

2 Gliederung: Firmenvorstellung Einführung in die optische 3D-Messtechnik Anwendungsgebiete OptiGib Projekt Bedeutung des Projektes für GOM Ausblick

3 GOM Gesellschaft für Optische Messtechnik mbh Entwicklung, Produktion und Vertrieb optischer 3D-Messsysteme Sitz: Braunschweig Seit 1994 tätig, privater Besitz Themen: Bildverarbeitung, 3D-Mathematik, Industrielle Messtechnik, Maschinenbau über 100 Mitarbeiter 30 internationale Distributoren über 1000 Installationen weltweit davon 800 Digitalisiersysteme (ATOS)

4 GOM Distributor-Netz GOM GOM mbh, Braunschweig, Deutschland GOM mbh Süd, Neu Ulm, Deutschland GOM International AG, Widen, Schweiz GOM France SA, Corbeil, Frankreich GOM UK Ltd, Coventry, Großbritannien Europa Österreich: Westcam Datentechnik GmbH Belarus, Russland: MCP Technology Kroatien, Slowakei: Topomatika d.o.o. Tschechien: MCAE Systems s.r.o. Dänemark: Zebicon Italien: Microsystem & Digi.Lab Portugal: S3D Spanien: Metronic SA Schweden: Cascade Comp. AB Amerikas Argentinien: Robtec Argentina Brasilien: Robtec do Brazil Mexiko: CIMCO SA USA Digitalisierung: Capture 3D USA, Deformation: Trilion Quality Systems LLC Asien / Australien Australien: Moss Pty Ltd. China: Pro-Technic Machinery Ltd. Indien: APM Technologies Iran: Fadak Sanat Gostar (FSG) Japan: Marubeni Solutions Corp. Korea: OMA Co. Malaysia/Singapur: First High Tech S/B Thailand: Mental Co., Ltd. Taiwan: Road Ahead Technologies Consultant Corp.

5 Kundenliste (Auszug) Automotive Audi Germany BMW Germany, Austria DaimlerChrysler Germany, USA FIAT Italy Ford Belgium, Germany, UK, USA Honda Canada, Japan Hyundai S.Korea Isuzu Japan Jaguar UK Kia S.Korea Landrover UK McLaren UK Nissan Japan, UK Opel Germany Porsche Germany PSA France Renault Spain, France Seat Spain Subaru Japan Toyota Germany, Japan, USA Volkswagen Germany Bertrandt Germany Faurecia Germany, France Italdesign Italy Mahle Germany Pininfarina Italy TRW Germany Bertone Italy Aerospace Airbus Germany, France Boeing USA Cessna USA NASA USA Pratt & Whitney USA Rolls Royce UK, USA Chromalloy USA Snecma France Vulcan Air Italy DLR Germany Consumer Goods Adidas Germany, USA, Korea and 13 x Asia Asics (J) Blaupunkt Germany Bosch Germany Braun Germany Casio Japan Procter & Gamble USA, UK Microsoft USA Lego Denmark Ecco Denmark Fagus Germany Gabor Germany Samsung S.Korea Siemens Germany Sharp Japan Motorola Singapore Villeroy & Boch Luxembourg Research BAM Germany Commissariat à l Energie Atomique France EPF Lausanne Switzerland Forschungszentrum Karlsruhe Germany Groningen University Holland Imperial College UK KAITECH S. Korea Materialprüfanstalt für das Bauwesen Germany Max-Planck-Institut f. Metallkunde Germany MIT USA National University Changwon S. Korea Onera France Queen Mary College UK Royal Military Academy Belgium TU Wien Austria Union College US University Erlangen Germany University Leuven Belgium Wichita State University USA University of Virginia USA Material Suppliers Alcan Switzerland Inland Steel USA Salzgitter Germany ThyssenKruppStahl Germany Thyssen Nirosta Germany Arbet Germany VAW Germany Voest Alpine Austria

6 Atos Streifenprojektion

7 Messung von Fläche, Lochbild und Beschnitt

8 Messablauf:

9 Atos Digitalisiersystem

10 Messen von großen Teilen

11 Große Bauteile Digitalisieren eines X-38 Raumgleiters der NASA Messzeit: 3 Tage Messdaten: 85 Mio. Messpunkte (geshaded)

12 Messen von kleinen Teilen

13 Punktewolke und Falschfarbendarstellung

14 Inspektion einer kompletten Karosse

15 Bündigkeit und Abweichung zum CAD

16 Druckguss- und Kunststofftechnik

17 Werkeugbau Extreme Detailauflösung des Atos II Systems

18 Automobildesign

19 Optigib: Überprüfung des Sitz eines Implantats Alte Methode: Marker based RSA (Röntgen stereogrammetric analysis): Tantal Kugeln am Implantat erforderlich

20 Stereo-Röntgen Bild

21 Problemstellung Neue Methode: Modell based RSA: Einfitten des Umrisses Anforderung: Messdaten des geschmiedeten und manuell nachgearbeiteten Implantats Lösung: Automatisches Messgerät zur 3D-Erfassung von Implantaten. Probleme für GOM: Keine Erfahrung im Bereich Medizin und Medizintechnik Kein Zugriff auf Stereo-Röntgen Geräte Wenig Kenntnisse im Bereich Automatisierung

22 Projekt Optigib Entwicklung eines 3D-Mess- und Inspektionssystems für die Implantatherstellung Analyse und Optimierung der Lebensdauer von Implantaten Analyse des festen Sitzes Inspektion der Oberflächen

23 Projekt Optigib Partner GOM, Braunschweig, Projektleitung 4D, Hannover, Hersteller von Bildverarbeitungsinspektionssystemen Argomedical, Implantathersteller, Gifhorn IFW, Uni Hannover, Bildverarbeitung, Automatisierung Orthopädische Klinik, MHH, Klinische Studien, Anwender

24 Erstellen von Messdaten

25 Anpassen der Oberflächenbeschreibung

26 Automatisierung und Gesamtsystem

27 Prototyp der Messsystems

28 Technische Details Implementierung der sensorseitigen Schnittstelle Erstellung eines User-Interfaces zur Ansteuerung der Hardware und zur Durchführung automatischer Messungen Implementierung einer geeigneten Kalibrierfunktion Konzeption und Fertigung geeigneter Kalibriernormale Implementierung der Single-Eye-Technik Integration der sich daraus ergebenden neuen Punktstrukturen in die nachfolgenden (bereits besehenden) Auswertealgorithmen (Dreiecksberechnung, Filterung, etc.) Entwicklung neuer Streifendias Implementierung eines für das Model-based RSA-Verfahren optimierten Datenformates Implementierung einer Befehlsstapel-Verarbeitung (Batchmodus) zur komplett automatischen Messung von Prothesen (inkl. Ansteuerung des Handhabungssystems und Messdatenaufbereitung).

29 Zusammenfassung und Ausblick Guter Fortschritt der Arbeiten Guter Austausch zwischen den Bereichen Medizintechnik und Maschinenbau Technische Ziele weitgehend realisierbar Marktpotential: 5 Kliniken setzen die modell based RSA heute ein Ca. 100 Kliniken werden voraussichtlich in den nächsten Jahren diese Methode einführen Ca Implantathersteller beliefern diese Kliniken Bedeutung der erstellten Lösungen, erworbenen Kenntnisse und geschlossen Kontakte über das Projekt hinaus