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SNF: Bild des Monats April 2009: Individuelle dreidimensionale Modelle von Organen für die Planung von Operationen

SNF: Bild des Monats April 2009: Individuelle dreidimensionale Modelle von Organen für die Planung von Operationen
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Bern (ots)

- Hinweis: Bildmaterial steht zum kostenlosen Download bereit  
     unter: http://www.presseportal.ch/de/pm/100002863 -
Operieren wie gedruckt
Die Vorbereitung komplexer Operationen stellt grosse Anforderungen
an das räumliche Vorstellungsvermögen auch von erfahrenen Chirurgen. 
Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes «Computer-aided and 
image guided medical interventions» (NFS Co-Me) bedienen sich 
Forschende bei der präoperativen Planung dreidimensionaler 
Gipsmodelle. Eine ursprünglich für die Herstellung von 
Musterbauteilen in der Industrie eingesetzte Technologie hält nun 
Einzug in den Operationssaal.
Die moderne Medizin setzt bei der Planung chirurgischer Eingriffe 
routinemässig rechnergestützte Bildgebungsverfahren ein, wie etwa 
Computertomographie (CT), Magnetresonanz oder Ultraschall. Damit 
erhalten die Ärzte schon vor dem ersten Schnitt ein präzises Bild der
Situation im Körperinnern. Leistungsfähige Computer rechnen die 
Schicht für Schicht eingescannten Bilddaten zu einer 
dreidimensionalen Repräsentation der individuellen Anatomie hoch. 
Eine spezielle Software erlaubt das Betrachten der dreidimensionalen 
Daten am Bildschirm aus beliebigen Blickwinkeln und Eindringtiefen. 
Anatomische Strukturen können farblich voneinander unterschieden oder
sogar selektiv ausgeblendet werden.
In manchen Fällen ist die Situation vor der Operation jedoch so 
komplex, dass auch erfahrene Chirurgen an die Grenze ihres räumlichen
Vorstellungsvermögens stossen. Sehr anspruchsvoll ist zum Beispiel 
das Entfernen zentral gelegener Lebertumore, oder mehrerer 
Tumorherde. Zwar ist die in verschiedene Segmente unterteilte Leber 
aussergewöhnlich regenerationsfähig: Selbst wenn etwa zwei Drittel 
entfernt werden, kann sich das Organ vollständig wiederherstellen. Da
aber sämtliche Blutgefässe und Gallengänge fein verästelt und 
überdies auch über die Lebersegmentgrenzen hinweg verbunden sind, 
müssen die Ärzte jeden Schnitt mit hoher Genauigkeit planen, damit 
das verbleibende, gesunde Gewebe ausreichend durchblutet bleibt.
Planung am ausgedruckten Modell
Ein interdisziplinäres Team von Forschern des ARTORG Center for 
Biomedical Engineering Research der Universität Bern und Klinikern 
des Inselspitals Bern beschreitet einen innovativen Weg bei der 
Planung von solch schwierigen Leberresektionen: Sie drucken ein 
Modell des erkrankten Organs anhand individueller CT-Daten 
dreidimensional aus. Dieses erleichtert ihnen die räumliche 
Orientierung und hilft ihnen jeden Schnitt des bevorstehenden 
chirurgischen Eingriffs optimal vorzubereiten.
«Die von uns in einem sogenannten Rapid Prototyping Verfahren 
hergestellten Modelle helfen dem jeweiligen Ärzteteam bei der 
präzisen Planung ihres Eingriffs», erklärt Stefan Weber, Kodirektor 
des Zentrums für Computergestützte Chirurgie am ARTORG Center. 
«Zuerst markieren wir die anatomischen Details wie wichtige 
Blutgefässe, das Tumorgewebe und die optimale Schnittebene am 
Computer. Dann legen wir den Ausschnitt der gewünschten Körperpartie 
und die Vergrösserung fest, und drucken das Modell aus», erläutert 
Weber das Vorgehen. Per Mausklick gelangt der anatomische Printjob 
schliesslich zu einem speziellen Modell-Drucker im Keller des ARTORG 
Center. Binnen weniger Stunden baut diese Rapid Prototyping Maschine 
ein auf den individuellen Patienten abgestimmtes, massstabgetreues 
Modell der zu operierenden Leber auf.
Hauchdünne Gipsschichten
Die Rapid Prototyping Maschine funktioniert im Prinzip ähnlich wie 
ein Tintenstrahldrucker . Statt Tinte verteilt das Gerät jedoch ein 
feines Kunststoffgranulat in verschiedenen Farben - ausser Schwarz. 
Anstelle von Schwarz setzt der Drucker einen Klebstoff ein. Leim und 
Farben werden von einem Druckkopf auf einer hauchdünnen Schicht von 
pulverisiertem Gips fixiert. Die Gipsschicht wird von einem 
automatischen Schieber kontinuierlich erneuert und planiert. «Die 
Druckauflösung ist mehr als genug, um die für eine Leberresektion 
wichtigen Details erkennen zu können», sagt Weber.
Die detailgetreue, anatomische Vorlage mit der grün eingefärbten 
optimalen Schnittebene erleichterte in einer bisher einmalig 
erfolgten Pilotoperation die räumliche Orientierung und das präzise 
Ansetzen des Ultraschallmessers, das bei solchen Weichteiloperationen
eingesetzt wird. Beat Gloor, Leitender Arzt an der Universitätsklinik
für Viszerale Chirurgie und Medizin des Inselspitals, sagt: «Dank der
Vorbereitung und des Modelles wussten wir während der Operation viel 
genauer, wo wir die manchmal schwierig zu lokalisierenden Tumoren 
finden und konnten sie so unter Erhalt von möglichst viel gesundem 
Gewebe zuverlässig entfernen.»
Texte und Bilder dieses Berichts können auf der Website des 
Schweizerischen Nationalfonds heruntergeladen werden unter: 
www.snf.ch > Medien > Bild des Monats

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Stefan Weber
Technical Director - Center for Computer Aided Surgery
ARTORG Center for Biomedical Engineering Research
Universität Bern
Stauffacherstrasse 78
CH-3014 Bern
E-Mail: stefan.weber@artorg.unibe.ch
Telefon: +41 31 631 59 59
Fax: +41 31 631 59 60
http://www.artorg.unibe.ch

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