Computergestützte 3D-Operationsplanung zur präoperativen Repositionierung von Knochenfragmenten bei komplizierten Knochenbrüchen
Problemstellung
Im klinischen Alltag der Unfallchirurgie werden bei Trümmerfrakturen zumeist Volumendaten mit Hilfe der Computertomographie erzeugt. Die Fraktur wird anschließend anhand der Schichtansichten des vorliegenden Volumens analysiert und die anstehende Operation geplant. Eine 3D--Visualisierung der Fraktur unterstützt einen Chirurgen bei diesen Aufgaben. Sie gibt dem Betrachter einen erweiterten Eindruck der räumlichen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Frakturelementen. Aber auch diese Darstellungsform weist Schwächen auf. Es existieren Frakturen, bei denen Knochenteile vollständig eingeschlossen und daher nicht sichtbar sind. Zudem gibt eine statische 3D-Ansicht zusammen mit Schichtbildern oftmals unzureichenden Aufschluss über die Komplexität der Positions- und Orientierungsabweichung von der natürlichen Position und Ausrichtung wieder. Um ein umfassendes Verständnis der Fraktursituation bei komplexen Trümmerbrüchen zu ermöglichen, sind daher verbesserte 3D--Visualisierungstechniken und eine interaktive Manipulation der Knochenteile bezüglich Darstellung und Positionierung notwendig.
Methoden
In der hier vorgestellten Arbeit wurde das Softwaresytem PROFRAPS zur präoperativen Planung von Gelenkfrakturen entwickelt (Abb. 1). Mittels verschiedener Visualisierungstechniken, wie z.B. Farb-- und Transparenzdarstellungen, wird die räumliche Zusammensetzung der Fraktur dem Anwender verdeutlicht. Zusätzlich ermöglicht eine Explosionsdarstellung der gesamten Knochenfraktur die Übersicht über die vorhandenen Frakturelemente und lässt zudem die Analyse eng beieinander liegender und verdeckter Fragmente zu (Abb. 2). Die Knochenfragmente können interaktiv repositioniert werden. Wahlweise kann während der Transformation von Knochenfragmenten eine Kollisionserkennung zwischen den einzelnen Objekten durchgeführt werden. Alternativ ist die Möglichkeit gegeben, Überschneidungen und Berührungspunkte von Fragmenten farblich hervorzuheben (Abb. 3). Der Repositionierungsprozess der Frakturteile wird vollständig im XML--Format dokumentiert und nach Abschluss der Planung in einer für den Arzt geeigneten Form ausgegeben.
Abb. 1: Benutzeroberfläche von PROFRAPS: Links oben ist die 3D--Darstellung der gesamten Fraktur zu finden. Darunter befinden sich die drei verschiedenen Schichtenansichten, wobei die Konturen der Knochenfragmente jeweils überlagert dargestellt sind.
Abb. 2: Das Bild illustriert die Explosionsdarstellung einer Kniefraktur, in der die Fragmente auseinandergezogen und beschriftet werden. Zudem sind die Bewegungspfade der Fragmente, ausgehend von Szenenmittelpunkt, eingezeichnet.
Abb. 3: In dieser Szene werden kollidierende Dreiecke am Tibiaschaft mit der Farbe rot hervorgehoben.
Publikationen:
Kai Bestmann, Jan Ehrhardt, Daniel Briem, Johannes M.
Rueger, Heinz Handels: Computergestützte 3D-Operationsplanung zur
präoperativen Repositionierung von Knochenfragmenten bei komplizierten
Knochenbrüchen, In: Horsch A., Deserno T.M., Handels H., Meinzer H.-P.,
Tolxdorff T. (Hrsg.), Bildverarbeitung für die Medizin 2007, BVM 2007,
Informatik aktuell, Springer Verlag, Berlin, 192-196, 2007
Projekt-Team:
Kai Bestmann
Jan Ehrhardt
Heinz Handels
Kooperationspartner:
Dr. Daniel Briem
Prof. Dr. Johannes M. Rueger
Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie,
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
