ArchivDeutsches Ärzteblatt11/1997Computeranimation statt Handarbeit: Rekonstruktion von Schädeldefekten

VARIA: Technik für den Arzt

Computeranimation statt Handarbeit: Rekonstruktion von Schädeldefekten

Kempe, Lisa

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LNSLNS Mediziner und Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum setzen bei der Rekonstruktion von ausgedehnten Schädeldefekten auf moderne Konstruktionsmethoden für die Implantatfertigung. Während dafür bisher das handwerkliche Geschick der Chirurgen gefragt war, übernimmt dies Computer Aided Design (CAD) und Computer Aided Manufacturing (CAM) - Verfahren mit höchster Präzision, die sonst in der Industrietechnik zum Einsatz kommen. Als Konstruktionsvorlagen für die Kranioplastiken dienen hierbei dreidimensionale Computermodelle, die anhand von Computertomographie (CT-)Daten errechnet werden. Der Vorteil der neuen Methode: die computergesteuerte (CNC-)Fräsmaschine stellt das Implantat aus bioverträglichem Titan schon vor der Operation fertig. Dadurch verkürzt sich die Operationsdauer. Knochen- und Knorpeltransplantationen werden überflüssig, und die Infektionsgefahr sinkt. Die Belastung für den Patienten nimmt ab.


Bisherige Verfahren
Bisher müssen Chirurgen unmittelbar während der Korrekturoperation das Implantat aus körpereigenem Knochen oder aus einem Knochenersatzmaterial anpassen, was im eingeschränkten Operationsfeld nicht einfach ist. Seit die Computertomographie die dreidimensionale Darstellung der Schnittbilder ermöglicht, versuchte man präoperativ, Modelle für das spätere Implantat mit CNC-Fräsmaschinen herzustellen. Doch die Herstellung solcher Modelle ist aufwendig und kostenträchtig und unterliegt deshalb einer strengen Indikationsstellung. Der größte Teil der Schädelkorrekturen wird daher immer noch anhand von konventionellen Röntgenaufnahmen geplant. Neben der maßgeschneiderten Form des Implantats bestimmen die Materialeigenschaften den Erfolg einer Korrektur. In Frage kommen Kunststoffe, Metalle und Keramiken. Oft bergen diese jedoch das Risiko einer entzündlichen Gewebereaktion. Reines Titan als Implantatwerkstoff zeichnet sich durch seine gute Verträglichkeit, geringes Gewicht und hervorragende mechanische Eigenschaften aus. Bisher war Titan für eine Versorgung von Schädeldefekten ungeeignet, da der Chirurg es nicht intraoperativ anpassen kann.
Erst in jüngster Zeit entwickelte die Industrie leistungsfähigere Hard- und Softwarekomponenten für CAD/CAM-Verfahren, die komplexe, dreidimensionale Geometriemodelle erstellen können. Der Transfer dieser industriellen Konstruktions- und Produktionstechnologien in die Kopfchirurgie gelang nun durch die enge Kooperation von Gesichtschirurgen und Radiologen der Bochumer Universitätsklinik mit Ingenieuren der Fakultät für Maschinenbau. Sie bündelten Verbesserungen in der Computertomographie, der Rechnerleistung sowie der Frästechnik zu einem System, das die rationelle Herstellung präziser Implantate ermöglicht. Ein Computertomograph modernster Bauart mit Spiraltechnik erfaßt die individuellen Daten vom Patientenschädel. Die Datenaufnahme ist nach wenigen Sekunden abgeschlossen. Per CAD entsteht aus den CT-Daten ein dreidimensionales Geometriemodell. Am Bildschirm kann der Chirurg dann das Implantat am CAD-Modell paßgenau konstruieren und die Operationsplanung vornehmen. Zu der Implantatmodellation gehört die Festlegung der Implantatdicke, das Anbringen von Fixierungselementen und paarweisen Lochungen für die Wunddrainage. Die ab- schließende Herstellung des Implantats übernimmt dann die CNC-Fräsmaschine in konventioneller drei- oder fünfachsiger Fertigung. Das neue Implantat entsteht innerhalb von drei Arbeitstagen.


Kürzere OP-Zeit
Bisher versorgten die Bochumer Mediziner 23 Patienten mit vorgefertigten Titanimplantaten. Ausgedehnte Schädeldefekte bis zu 18 Zentimetern wurden korrigiert. Bei einer Operationsdauer von 90 Minuten entfallen lediglich fünf Minuten noch auf das Einlegen und Verschrauben des Implantats, die restliche Zeit verteilt sich auf die Darstellung des Defekts und den Wundverschluß, erklärt Dr. Harald Eufinger von der Klinik für
Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Ruhr-Universität Bochum, die an der Entwicklung des Verfahrens beteiligt ist. Die geringe Operationsbelastung zusammen mit der hohen Paßgenauigkeit und die gute Biokompatibilität des Materials bewirken eine geringere körperliche Beeinträchtigung der Patienten. Die Liegedauer der Patienten verkürzt sich deutlich, bisher minimal auf 46 Stunden. Mittlerweile ist die "Bochumer Technik" auch in anderen Kopfkliniken gefragt, so daß inzwischen auch Patienten in Magdeburg, Bremen und Essen mit den Implantaten versorgt wurden. Die Herstellung der maßgeschneiderten Titan-Implantate übernehmen Spezialisten im Technologiezentrum der Ruhr-Universität.
Dr. rer. nat. Lisa Kempe

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