In der Orthopädie spielen die geometrischen Verhältnisse des Bewegungsapparates eine große Rolle. Die Beseitigung von Fehlstellungen oder deren Auswirkungen ist häufig Anlaß orthopädischer Operationen. Diese Eingriffe werden in der Praxis anhand zweidimensionaler Röntgenaufnahmen geplant, wobei die dreidimensionalen Gegebenheiten nur schwer erfaßt werden. Ausgehend von der Analyse des Planungsproblems befaßt sich diese Publikation mit Methoden der computerunterstützten dreidimensionalen Planung derartiger Eingriffe am Beispiel der Umstellungsosteotomie des Oberschenkelknochens. Dazu wird ein Verfahren zur dreidimensionalen Rekonstruktion von Objektmodellen aus CT-Schichtaufnahmen dargestellt. Die Planung einer optimalen Umstellung sowie die Auswahl von Werkzeugen und Osteosynthesematerial erfolgt an diesen Modellen in einer computergraphischen Simulation des Eingriffs. Zur Operationsdurchführung wird der Einsatz einer operationsunterstützenden Maschine konzipiert. Anforderungen an ein derartiges System werden geklärt und Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Für eine nicht-invasive Lagebestimmung des Operationsgebietes wird ein Sensorsystem entworfen, dessen grundlegende Funktionen realisiert werden.

Klappentext

In der Orthopädie spielen die geometrischen Verhältnisse des Bewegungsapparates eine große Rolle. Die Beseitigung von Fehlstellungen oder deren Auswirkungen ist häufig Anlaß orthopädischer Operationen. Diese Eingriffe werden in der Praxis anhand zweidimensionaler Röntgenaufnahmen geplant, wobei die dreidimensionalen Gegebenheiten nur schwer erfaßt werden. Ausgehend von der Analyse des Planungsproblems befaßt sich diese Publikation mit Methoden der computerunterstützten dreidimensionalen Planung derartiger Eingriffe am Beispiel der Umstellungsosteotomie des Oberschenkelknochens. Dazu wird ein Verfahren zur dreidimensionalen Rekonstruktion von Objektmodellen aus CT-Schichtaufnahmen dargestellt. Die Planung einer optimalen Umstellung sowie die Auswahl von Werkzeugen und Osteosynthesematerial erfolgt an diesen Modellen in einer computergraphischen Simulation des Eingriffs. Zur Operationsdurchführung wird der Einsatz einer operationsunterstützenden Maschine konzipiert. Anforderungen an ein derartiges System werden geklärt und Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Für eine nicht-invasive Lagebestimmung des Operationsgebietes wird ein Sensorsystem entworfen, dessen grundlegende Funktionen realisiert werden.

Inhalt

1. Einleitung, Stand der Technik, Zielsetzung.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Stand der Technik.- 1.3 Ziel der Arbeit.- 2. Ansatz einer rechnerunterstützten Operationstechnik.- 2.1 Operationsproblem, Analyse der Aufgabenstellung.- 2.2 Konzept des Systems.- 2.3 Das Verfahren der Röntgen-Computertomographie.- 3. Verarbeitung von Grauwertbildern zu Konturlinien.- 3.1 Anforderungen und Vorgehen.- 3.2 Bildverbesserung.- 3.3 Verstärkung der Kanten.- 3.4 Konturextraktion.- 4. Dreidimensionale Rekonstruktion durch Triangulation.- 4.1 Anforderungen, Probleme der Triangulation.- 4.2 Struktur des Rekonstruktionssystems.- 4.3 Ansätze zur Lösung von Teilproblemen.- 4.4 Automatische Trennung von Innen- und Außenkonturen.- 4.5 Verarbeitung von Strukturverzweigungen und Zuordnung der.- Konturen.- 4.6 Polygonapproximierung.- 4.7 Triangulation.- 4.8 Abschluß von Objekten.- 5. Computergestützte Planung einer Osteotomie durch Simulation.- 5.1 Anforderungen.- 5.2 Begriffserklärungen.- 5.3 Einbindung der Planung in ein bestehendes Simulationssystem.- 5.4 Funktionen zur Veränderung von Objekten.- 5.5 Ablauf einer beispielhaften Planung.- 5.6 Simulation des Werkzeugeinsatzes, Auswahl von Osteosynthese-material.- 6. Operationsunterstützende Maschine.- 6.1 Anforderungen.- 6.2 Mechanik.- 6.3 Hygiene.- 6.4 Sicherheit.- 6.5 Programmgenerierung.- 6.6 Sensorik, Bestimmung der Lage des Operationsobjekts.- 6.7 Layoutgestaltung.- 7. Entwurf eines Sensorsystems zur Lagebestimmung des Operationsziels.- 7.1 Grundkonzeption des Sensorsystems.- 7.2 Modellbildung, Koordinatensysteme, Methoden.- 7.3 Bestimmung der Orientierung.- 7.4 Bestimmung der Position.- 7.5 Ausblick auf Möglichkeiten der Systemanpassung.- 7.6 Referierung des Sensorsystems.- 8. Zusammenfassung und Ausblick.- 9. Literaturverzeichnis.