Ultraschall- und modellbasierte Erfassung der Morphologie des Kniegelenks

Die Orthopädie kann auf vielfältige Art und Weise von genauen, patienten-spezifischen Rekonstruktionen profitieren. So können Operationen im Vorfeld genau geplant und später navigiert ausgeführt werden. Dies erhöht nicht nur die Zuverlässigkeit der Eingriffe sondern auch die Präzision. Praktische Anwendungsfälle stellen der Implantateinsatz oder die Osteotomie dar. Auch eine genaue Analyse der Biomechanik des Patienten benötigt die Knochengeometrie.

Die Basis für die Oberflächenmodelle bildet bisher Bildgebung mit Hilfe von CT oder MRT. Beide Verfahren sind mit hohen Kosten verbunden und bringen noch weitere Nachteile mit sich: So ist der Patient, sowie intra-operativ auch das Personal, bei einem CT einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt. Im MRT wiederrum lässt sich zum Beispiel die Knochenheilung erst mit gewisser zeitlicher Verzögerung nachvollziehen. Im Gegensatz dazu ermöglicht Ultraschall eine Untersuchung in Echtzeit die zudem das dynamische Verhalten von Weichgewebestrukturen wie der Kreuzbänder ermöglicht.

Am Lehrstuhl für Medizintechnik wird deshalb ein System entwickelt, das auf Basis üblicher Ultraschallsysteme eine genaue Rekonstruktion der Knochenoberfläche ermöglicht. Dies erfordert neben einer Registrierung der Ultraschallbilder auch die Segmentierung der Knochenoberfläche im Bild. Die modellbasierten Verfahren  konzentrieren sich zunächst auf das Kniegelenk, lassen sich aber auf andere Körperteile übertragen.

Publikationen

  • N. Ayik, D. Habor, T. Vollborn, S. Neuhaus, K. Radermacher, S. Heger & S. Wolfart: Assessment of the Alveolar bone Thickness in Implantologie using Ultrasound. Proceedings of International Association for Dental Research, 2013, pp. 3722
  • F. Chuembou Pekam, A. Korff, J. Benzenberg, L. Fieten, K. Radermacher & S. Heger: System architecture of ultrasound based real-time bone thickness determination for synergistically operated cutting tools. Proceedings of the 2010 IEEE International Ultrasonics Symposium, 2010, pp. 322-325
  • K. Degen, D. Habor, K. Radermacher, S. Heger, J.-S. Kern, S. Wolfart & J. Marotti: Assessment of cortical bone thickness using ultrasound. Clinical Oral Implants Research, 2017, 28(5), pp. 520-528
  • L. Fieten, F. Portheine, R. Müller-Rath, K. Radermacher & S. Heger: Surface-Based Registration Using A-Mode Ultrasound for PAO. Proceedings Biomedizinische Technik, 52 (Ergänzungsband, CD-ROM), 2007
  • D. Habor, N. Ayik, S. Neuhaus, T. Vollborn, S. Wolfart, K. Radermacher & S. Heger: Assessment of the Vestibular Jawbone Thickness using High Frequency Ultrasound. Proceedings of International Association for Dental Research, 2013, pp. 3722
  • C. Hänisch, B. Hohlmann & K. Radermacher: The interleaved partial active shape model search (IPASM) algorithm – Preliminary results of a novel approach towards 3D ultrasound-based bone surface reconstruction. In: K. Radermacher & F. Rodriguez Y Baena (ed.): CAOS2017. EPiC Series in Health Sciences, 1, 2017, pp. 399-406
  • C. Hänisch, J. Hsu, E. Noorman & K. Radermacher: Model Based Reconstruction of the Bony Knee Anatomy from 3D Ultrasound Images. Proceedings of 2015 CAOS Meeting, 2015
  • C. Hänisch, J. Hsu & K. Radermacher: Level Set Based Segmentation of the Distal Femur from 3D Ultrasound Volume Images. Proceedings of 2015 CAOS Meeting, 2015
  • S. Heger: Intraoperative Struktur- und Geometrieerfassung mittels A-Mode Ultraschall in der computerunterstützten Chirurgie. In: S. Leonhardt, K. Radermacher & T. Schmitz-Rode (ed.): 3, Aachener Beiträge zur Medizintechnik (ISBN 978-3-8322-7867-0), Shaker, 2009, pp. 176
  • S. Heger, F. Portheine, J.A. Ohnsorge, E. Schkommodau & K. Radermacher: User-Interactive Registration of Bone with A-Mode Ultrasound. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, 2005, 24(2), pp. 85-95

Kontakt

Benjamin Hohlmann, M.Sc.
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