Science 08.05.2017

3D-Modelle des Gehörgangs erleichtern Operationen

© Bild: Screenshot/Godoberto Guevara/FH CAMPUS WIEN

An der FH Campus Wien werden detailgetreue 3D-Modelle für die Medizin erstellt, die bei komplizierten Operationen helfen sollen.

Viele Operationen verlangen von Chirurgen höchstes Geschick. Feine anatomische Unterschiede zwischen Menschen sorgen oft dafür, dass jeder Eingriff zur neuen Herausforderung wird. Wenn die Ärzte sich schon vor dem ersten Einschnitt ein genaues Bild der Lage machen könnten oder den Eingriff schon vorab virtuell proben könnten, wäre das eine enorme Erleichterung. An der FH Campus Wien wird daran gearbeitet, dass dieses Szenario Realität wird. “Wir erstellen auf Basis bildgebender Verfahren wie der Computertomografie virtuelle 3D-Modelle, die wir dann auch mit 3D-Druckern in angreifbare Objekte für die Chirurgen verwandeln können”, sagt Godoberto Guevara-Rojas, Radiologietechnologe und promovierter Medizintechniker von der FH Campus Wien im Gespräch mit der futurezone.

Godoberto Guevara Rojas
© Bild: Michaela Lippitz/FH CAMPUS WIEN

Derzeit konzentriert sich die Arbeit der Forscher an der FH Campus Wien auf Operationen zum Einsetzen von Cochlea-Implantaten. Diese werden unter der Haut in eine aus der Schädeldecke gefrästen Mulde eingesetzt. Von dort muss ein Kabel zum Hörnerv in der Cochlea, der Gehörschnecke, gelegt werden, um eine Verbindung zum Hörnerv herzustellen. Solche Implantate können bei Menschen, die trotz intakter Hörnerven ertauben, eine teilweise Wiederherstellung der akustischen Wahrnehmung ermöglichen. Das Einziehen des Kabels ist allerdings heikel, da viele empfindliche Strukturen, wie der Hörnerv selbst oder wichtige Blutgefäße, auf kleinstem Raum zusammenkommen. Hier muss der Chirurg ein Loch in den Schädel bohren, ohne wichtige Gewebe zu schädigen.

Hohe Auflösung

“Solche Eingriffe werden auch schon an Kleinkindern durchgeführt, wo die Situation noch schwieriger ist. Die Struktur des Mittel- und Innenohrs unterscheidet sich von Patient zu Patient. Das ist für die Chirurgen eine große Herausforderung”, sagt Guevara. Durch die Nutzung von Computertomografie-Aufnahmen können die Forscher heute schon detaillierte virtuelle Modelle des Gehörgangs erstellen, mithilfe derer sich Ärzte auf die Operationen vorbereiten können. Die Modelle, die es bereits gibt, basieren allerdings noch auf Archivbeständen. Bis das Verfahren tatsächlich an realen Patienten erprobt wird, wird es noch eine Weile dauern. “Wir müssen erst eine geeignete Parametrisierung der CT-Daten entwickeln, um die Modelle wirklich bis ins kleinste Detail realitätsnah hinzubekommen. Die Strukturen um die Cochlea sind so filigran, dass wir an die Auflösungsgrenzen der bildgebenden Verfahren gehen müssen”, sagt Guevara.

Virtuelle Operationsplanung „Mimics Innovation Suite Research Edition®“ © Bild: Screenshot/Godoberto Guevara/FH CAMPUS WIEN

Hier muss vor allem ein Kompromiss gefunden werden, der Daten mit hoher Auflösung bei gleichzeitig gutem Kontrast liefert. Für die Zukunft wäre auch eine Kombination mit anderen Scan-Methoden wie Magnetresonanztomografie denkbar. Dann könnten auch Strukturen wie Nerven in die Modelle der Forscher integriert werden. “Bis zu einem bestimmten Grad wird die Parametrisierung auch davon abhängen, welche Daten schon verfügbar sind”, sagt Guevara. Sobald ein virtuelles Modell des Gehörgangs verfügbar ist, kann es an der FH Campus mit Druckern, die mit Lasersinter- oder Fused Deposition Modeling (FDM)-Technologie arbeiten, in ein physisches Modell verwandelt werden, das ebenfalls zur Orientierung für Chirurgen genutzt werden kann.

Interdisziplinär

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Lasersinter Modell des Gehörgangs © Bild: Godoberto Guevara/FH CAMPUS WIEN

“Hier können wir unsere Stärke als RadiologietechnologInnen, die interdisziplinäre Vernetzung mit den Kollegen aus dem High Tech Manufacturing-Studiengang, ausspielen. Die 3D-Drucker arbeiten mit sehr hoher Auflösung, hier sind eher die Daten der limitierende Faktor”, sagt Guevara. In den kommenden Jahren könnten sich solche Verfahren bei besonders komplizierten Operationen zu einer einsatzbereiten Option weiterentwickeln. Dabei hat Guevara nicht nur Cochlea-Eingriffe im Blickfeld, sondern auch andere Operationen: “In der Orthopädie oder der Neurochirurgie könnten die Ärzte ebenfalls von unserem Ansatz profitieren.” Längerfristig könnte sich die virtuelle Voransicht sogar als Standard bei allen Operationen etablieren. Dazu müsste das Verfahren aber noch schneller und kosteneffizienter werden.

“Hier wird aus der Radiologietechnologie eine ganz neue Berufsgruppe entstehen, die sich um die Erstellung solcher Modelle kümmert. Heute gibt es diese Experten noch nicht”, sagt Guevara. Wenn die Technologie sich weiter entwickelt, könnten solche virtuellen Modelle in Zukunft die Basis für die computerassistierte Operationsmethoden sein. “Für roboterassistierte Operationen gibt es da schon Bedarf an solchen Modellen. Ob die Menschen wirklich schon bereit wären, sich ohne menschliches Beisein von einer Maschine operieren zu lassen, weiß ich nicht”, sagt Guevara.

Dieser Artikel ist im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und FH Campus Wien entstanden.

( futurezone ) Erstellt am 08.05.2017