Ein neues Gesicht aus dem Computer

12. Februar 2013, 20:24
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Forscher an der FH Campus Wien arbeiten am Fortschritt der Chirurgie - Die sogenannte Computer Aided Surgery soll es Chirurgen in Zukunft ermöglichen, mit Ersatzteilen zu arbeiten, die auf die Bedürfnisse des Patienten zugeschnitten sind

Deformationen im Gesicht - ob angeboren, durch Unfall oder Tumore verursacht - sind für die Betroffenen extrem belastend und für Chirurgen eine Herausforderung. Bislang standen den Medizinern ausschließlich Standardimplantate zur Verfügung, die während der Operation an die Gesichtsgeometrie des Patienten anzupassen sind. Die Operierten mussten deshalb oft mehrere Stunden unter Narkose bleiben, was für den Organismus äußerst belastend ist.

Durch die Weiterentwicklungen bildgebender Verfahren wie Magnetresonanztomografie oder Computertomografie ist in diesem medizinischen Bereich allerdings vieles im Umbruch. So werden die Chirurgen künftig dank "Computer Aided Surgery" nicht mehr auf Standardimplantate angewiesen sein, sondern mit maßgeschneiderten Implantaten arbeiten, die mittels spezieller Software am Computer entworfen und an den jeweiligen Patienten angepasst werden. Diese individualisierten medizinischen "Ersatzteile" sollen funktionell und ästhetisch ein Niveau erreichen, von dem man bislang nur träumen konnte.

Auch die Planung und Simulation von chirurgischen Eingriffen wird durch diese innovative Technologie erleichtert und verbessert. So können etwa mithilfe von Computersimulationen auf der Basis von computertomografischen Aufnahmen des Patienten schwierige Eingriffe wie Knochenrepositionen im Gesichtsbereich vor der eigentlichen Operation virtuell geprobt werden. Auf diese Weise kann das voraussichtliche optische Ergebnis des Eingriffs veranschaulicht und die optimale chirurgische Vorgangsweise ausgewählt werden.

Godoberto Guevara Rojas vom Fachbereich Radiologietechnologie und seine Forschergruppe an der FH Campus Wien beschäftigen sich unter anderem mit der Herstellung von Implantaten für den Schädel- und Gesichtsbereich sowie mit der Planung und Simulation chirurgischer Eingriffe. Guevara Rojas erläutert, wie mittels Computer Aided Surgery individuell exakt angepasste Implantate konstruiert werden: "Zunächst erarbeiten wir auf Basis der CT-Daten des Patienten eine dreidimensionale Rekonstruktion seines Schädels bzw. Gesichts auf dem PC. Aus diesen Daten wird dann ein Kunststoffmodell hergestellt, das die Schädelanatomie des Patienten genau abbildet."

Schicht für Schicht aufgebaut

So wird etwa mit der hochpräzisen Methode der Stereolithografie der Schädel des Patienten Schicht für Schicht aufgebaut. An dieses reale Schädelmodell wird nun das Implantat schon vor der Operation angepasst, wodurch sich der chirurgische Eingriff bedeutend verkürzen soll. Aber ist dieses Kunststoffmodell überhaupt noch nötig, könnte man die Implantate nicht auch direkt am virtuellen Modell anpassen?

"Grundsätzlich wäre das natürlich möglich und auch bedeutend billiger", sagt Guevara Rojas. "Allerdings müssen die Programme noch weiterentwickelt werden. Zurzeit arbeiten wir sowohl mit dem Kunststoffmodell als auch mit dem virtuellen Modell, an dem die Ärzte gemeinsam mit Simulationsexperten etwa die unterschiedlichen Operationsansätze ausprobieren können." Nicht zuletzt durch den Einsatz teurer Kunststoffmodelle ist die neue Methode relativ kostenintensiv. "Allerdings sollte man bedenken, dass man mit dieser Form der Computer Aided Surgery nicht nur die sehr teuren Operationszeiten deutlich verkürzen, sondern die Patienten auch zielgenauer und schonender behandeln kann", betont Radiotechnologe Guevara Rojas. Da die hochpräzisen Biomodelle die Anatomie des Patienten exakt abbilden, werden sie nicht nur in der Gesichtschirurgie, sondern auch in anderen Feldern für die Operationsplanung eingesetzt.

Die richtigen Geometrien für das Implantat zu ermitteln ist für die Forscher keine triviale Aufgabe: "Ist beispielsweise eine Hälfte des Gesichts noch intakt, erhält man die Geometrie durch Spiegelung", erklärt der Radiologietechnologe. Kann man darauf aber nicht mehr zurückgreifen, müssen die Geometrien des Implantats simuliert werden. "Die Planung von Implantatsgeometrien und die Simulation ihrer ästhetischen Wirkung sind ein wesentlicher Teil unserer Arbeit", hält Guevara Rojas fest.

Da sich gerade im Gesichtsbereich schon minimale Veränderungen negativ auf die optische Erscheinung auswirken, kommt der Simulation hier eine besonders wichtige Rolle zu: "Wir können am Computer simulieren, wie der Patient mit einem bestimmten Implantat aussehen wird."

Ist das Ergebnis unbefriedigend, kann am Implantat virtuell gefeilt werden, bis sich das erhoffte Ergebnis einstellt. Ein zentrales Forschungsvorhaben des interdisziplinären Teams an der FH Campus Wien ist es auch, all diese Planungen messbar zu machen. Dazu setzen die Wissenschafter eine 3-D-Technologie ein, mit der Distanzen und Kieferrelationen der äußerst komplexen Gesichtsgeometrie exakt 1:1 vermessen werden können.

Disziplinen eng vernetzt

Computer Aided Surgery spielt inzwischen nicht nur in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie eine immer wichtigere Rolle, sondern auch in vielen anderen medizinischen Bereichen wie etwa der orthopädischen Chirurgie oder der Neurochirurgie.

Diese neue Form der Chirurgie beruht auf einer sehr engen Vernetzung von Informatik, Mathematik und Medizin und erfordert deshalb auch die Kooperation der unterschiedlichen Disziplinen. "In unserem Forschungsteam gibt es Radiologietechnologen, Ärzte und Mathematiker", sagt Guevara Rojas. "Ohne diese multidisziplinäre Zusammenarbeit wäre unser Fachbereich gar nicht denkbar." (Doris Griesser, DER STANDARD, 13.2.2013)

  • Mit der hochpräzisen Methode der Stereolithografie wird der Schädel des Patienten Schicht für Schicht aufgebaut. An dieses reale Schädelmodell wird das Implantat schon vor der Operation angepasst.
    foto: fh campus wien

    Mit der hochpräzisen Methode der Stereolithografie wird der Schädel des Patienten Schicht für Schicht aufgebaut. An dieses reale Schädelmodell wird das Implantat schon vor der Operation angepasst.

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