Konstruktive Aspekte der Erzeugung essentieller OP-Schablonen und funktionaler Implantatstruk­turierungen (Teilprojekt)

Motivation

Die Kosten-, Zeit- und qualitätsgerechte Fertigung von individuellen Knieimplantaten gelingt nur, wenn problemorientierte und zugeschnittene CAD/CAM-Abläufe etabliert werden. Dafür müssen geeignete Softwarelösungen mit gängigen Schnittstellen zwischen den Teilkompetenzen erarbeitet und etabliert werden. Das bisherige Vorgehen zur individuellen Implantatversorgung ist durch umfangreiche manuelle Schritte in der Datenverarbeitung gekennzeichnet und wird daher nur in Einzelindikationen angewendet. Im Vorläufervorhaben EXPERTEB hat sich ein Konsortium aus unterschiedlichen Bereichen diesen Aufgabenstellungen gewidmet. Es konnten CAD-Lösungen für eine parametrisierte Konstruktion von Individualimplantaten für das Knie erarbeitet werden. Dies erfolgte anhand individualisierter Computertomografiedaten (CT-Daten), die Ausgangspunkt jeder Anamnese sind. Aus diesen diskreten Bilddaten wurden zunächst geeignete Parameter innerhalb des Projektkonsortiums extrahiert, die einerseits das individuelle Knie beschreiben und folglich für die Implantatkonstruktion und Auslegung genutzt werden konnten. Durch dieses Vorgehen, den parametrischen Ansatz, sollten die bisherigen Prozesszeiten zur individuellen Anpassung um 70% reduziert werden und der Prozess insgesamt sicherer und nachhaltiger gestaltet werden.

Zielsetzung

Als innovativer Lösungsansatz wurde im Vorläufervorhaben u.a. die Etablierung einer Schnittstelle zwischen Arzt (Orthopäde/Chirurg) und Konstrukteur zur Unterstützung gesehen. Diese Schnittstelle wurde erfolgreich etabliert und soll nun durch weitere innovative Funktionen ergänzt werden. Das betrifft zunächst die Unterstützung bei der Generierung von individuellen OP-Hilfsmitteln in Form von Schablonen aber gleichermaßen die Funktionalisierung mittels poröser Strukturen.

Die Notwendigkeit der Betrachtung einer weitestgehend automatisierten Erzeugung individualisierter Schablonen ergibt sich aus den im Folgenden aufgeführten Thesen:

• Der Prozess zur Generierung von individuellen Knie-Implantaten aus dem Vorläufervorhaben EXPERTEB ist derart gestaltet, dass die Modelle (teil-)automatisiert mit geringer Nutzerinterkation erzeugt werden. Daher ist es unabdingbar, dass auch notwendige Hilfsmittel wie OP-Schablonen weitestgehend automatisiert erzeugt werden, da ansonsten die Erstellung der Schablonen den Flaschenhals in der gesamten Prozesskette hinsichtlich Zeit, Genauigkeit und Kosten darstellen würde.
• Derzeit müssen Schablonen für den jeweiligen individuellen Patientenfall i.d.R. neu konstruiert werden, da die Schablonenmodelle z.T. andere geometrische und funktionale Eigenschaften als das Implantat aufweisen und somit nicht sofort bei der Implantatkonstruktion entstehen.
• Individuelle OP-Schablonen verbessern den Operationsprozess, indem sie den Chirurgen unterstützen und die Operationszeit verkürzen.
• Individuelle OP-Schablonen steigern den Gedanken eines individuellen angepassten Implantates, in dem passgenaue Schnitte und Bohrungen gesetzt werden.
• Die zu setzenden Schnitte, Bohrungen etc. müssen der Geometrie des entwickelten EXPERTEB-Implantates angepasst sein. Es ist daher ein neues Design für die Schablonen zu entwerfen.

 Projektinhalt

Die Inhalte für das Teilprojekt definieren sich wie folgt:

• Entwicklung von parametrischen Geometriemodellen von OP-Schablonen zur individuellen Anpassung an den Patientenfall anhand patientenspezifischer Eingangsgrößen
• Entwicklung und Erweiterung bestehender Softwarelösungen für die preoperative Planung zur Erzielung eines ganzheitlichen Prozesses für die Herstellung individueller Knieimplantate und zugehöriger Schablonen sowie der Test der unter 1.) entwickelten OP-Schablonen
• Entwicklung von Vorgehensweisen zur konstruktionsseitigen Integration von offenporösen Strukturen in die Implantatmodelle nach medizinischen und strukturoptimierten Vorgaben sowie deren praktische Umsetzung

Finanzierungspartner