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Medizintechnik Individuelle Knie-Implantate in Rekordzeit

| Autor / Redakteur: Sabine Fietz / Mag. Victoria Sonnenberg

Moderne Medizintechnik macht es möglich, dass die Lebenserwartungen stetig steigen. Damit die Lebensqualität dabei nicht sinkt, verlangen medizinische Geräte nach effizienten Fertigungsprozessen. Wie diese auszusehen haben, zeigt die Sonderschau „Metal meets Medical“ auf der Metav 2012.

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Durch die Funktion „Advanced Surface“ entstehen beim Fräsen spiegelblanke Oberflächen wie auf diesem Kniegelenk. (Bild: Siemens)
Durch die Funktion „Advanced Surface“ entstehen beim Fräsen spiegelblanke Oberflächen wie auf diesem Kniegelenk. (Bild: Siemens)

Knie-Endoprothesen, umgangssprachlich „künstliche Kniegelenke“, sind medizinisch wie fertigungstechnisch anspruchsvolle Produkte mit komplexer Geometrie. Zudem werden sie aus schwer zu bearbeitenden Werkstoffen gefertigt und müssen besondere Qualitätsanforderungen erfüllen.

Aus Kostengründen und aufgrund des bisher hohen Aufwands für individuelle Lösungen werden sie heute praktisch ausschließlich in standardisierten Ausführungen verwendet. Der Operateur steht dann vor der Aufgabe, das für den Patienten am ehesten passende Implantat auszuwählen und den Patienten an dieses Modell anzupassen.

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Techniken aus verschiedenen Bereichen wirken zusammen

Grundsätzlich sollte bei solchen Operationen nicht mehr Knochensubstanz abgetragen werden, als im jeweiligen Fall unumgänglich ist – und dabei helfen individuelle Lösungen. Denn künstliche Gelenke haben eine beschränkte Lebensdauer von etwa 10 bis 15 Jahren; bei der zunehmenden Lebenserwartung der Menschen und speziell bei jüngeren Patienten wird die verminderte Knochenstruktur deshalb spätestens dann problematisch, wenn es zum Ersatz einer Prothese kommt und nicht mehr genügend Knochenmaterial zur Verfügung steht.

Vor diesem Hintergrund arbeiten Corporate Technology, Automation und Healthcare in dem Integrated-Technology-Projekt „Image to Implant“ bei Siemens zusammen. Darin steuert Siemens Healthcare seine Erfahrung mit der Aufbereitung medizinischer Bilddaten bei, während Siemens Motion Control bereits bewiesen hat, Knie-Endoprothesen in hoher Qualität bei kurzer Maschinenzeit fertigen zu können.

Vom Computertomogramm direkt zur Fräsmaschine

Die entscheidende Neuerung in dem Projekt ist ein durchgehender, schneller und hoch automatisierter Prozessfluss, der die individuellen Patientendaten zunächst in ein Knochenmodell, dann in ein Prothesenmodell und anschließend in Steuerungsdaten für die CNC-Maschine zur Herstellung des Werkstücks umsetzt. Arbeitsgrundlage ist ein dreidimensionales Bild des Patientenknies aus der Computertomografie (CT) oder Magnetresonanz-Tomografie (MRT).

Ein Segmentierungsprogramm analysiert die Bilddaten und erstellt daraus automatisch ein Knochenmodell. Die Technik, die für die automatische Bildsegmentierung und die Erstellung des Knochenmodells verwendet wird, stammt von Siemens Corporate Technology. Diese Technik ist an anderer Stelle schon im praktischen Einsatz und hat sich beispielsweise bei der Darstellung und Segmentierung von Herzkammern aus CT-Aufnahmen mit der Bildbefundungs-Software syngo.via bewährt. Dabei lernt die Maschine, eine bestimmte anatomische Struktur in einem Bild anhand charakteristischer, natürlicher Orientierungspunkte zu erkennen – und sogar zu verstehen.

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