Technologievorhaben

EXPERTEB

Grafik: EXPERTEB

 

 

Gesamtziel:

Automatisierte Realisierung des Design- und Entwicklungsprozesses für patientenindividuelle Prothesen und Implantate mittels moderner, computergestützter Routinen und Algorithmen.

Partner:

 

Laufzeit: 01.10.2017 - 30.09.2020

Das Technologievorhaben „Expertensystem für das Design und die Fertigung von Endoprothesen mittels Electron Beam Melting (EBM) (EXPERTEB)“ hat sowohl die Automatisierung, als auch eine verbesserte Nutzerunterstützung zur Beschleunigung und Vereinfachung des Herstellungsprozesses für patientenindividuelle Endoprothesen, auch als Voraussetzung der darüber hinaus anvisierten Modelloptimierung, zum Ziel. Individualendoprothesen haben einen wesentlichen Vorteil, da ihr Design speziell auf die Anatomie des Patienten angepasst wird. So passen das künstliche Gelenk und der Knochen des Patienten bereits vor der Operation perfekt zueinander. In der Folge muss der Arzt während der Operation wesentlich weniger Knochenmaterial abtragen, als bei traditionellen Endoprothesen / Implantaten. Dies gewinnt insbesondere für jüngere Patienten zusätzlich an Bedeutung, denn bei einer heute bereits sehr langen Haltbarkeit von über 20 Jahren, steht bei einer möglichen Wechseloperation mehr eigenes Knochenmaterial zur Verfügung. Des Weiteren werden durch die neuen bildgebenden Verfahren und Fertigungsmethoden exakte Geometrien möglich, die im Gegensatz zu den verfügbaren Regelimplantaten keine Kompromisse erforderlich machen. Der Design- und Entwicklungsprozess für patientenindividuelle Prothesen bzw. Implantate soll mittels moderner, computergestützter Routinen und Algorithmen automatisiert werden. Das vorgesehene Expertensystem soll, basierend auf den digitalen Bilddaten des Patienten und unterstützt durch künstliche Intelligenz (neuronales Netzwerk, evolutionäre Strategien) nahezu selbstständig optimale Designvorschläge liefern bzw. den Designer / Fertiger beim Design komplexer Fälle maßgeblich unterstützen. Diese automatisch generierten 3D-Computer-Modelle sollen zum einen die individuellen anatomischen Gegebenheiten des Patienten bestmöglich berücksichtigen, zum anderen soll die aseptische Lockerung infolge des postoperativen Knochenumbaus besonders an lasttragenden Implantaten durch ein biomechanisch optimal ausgelegtes Implantatdesign verringert werden. Diese Strategie verbindet die Aspekte einer Maximierung der Implantatstandzeit im Patienten mit der Minimierung des bisher manuellen, sehr zeit- und kostenintensiven Entwicklungs- und Designprozess‘ zur Erzeugung des 3D-CAD-Modells für eine patientenindividuelle Versorgung.

 

 

Wissenschaftliche Ziele des Projektes (für Beispielanwendungsfall des Kniegelenks)

  • Automatisierung von derzeit überwiegend manuellen Prozessen, wie CAD-Generierung (mit Segmentierung und Flächenrückführung), numerische Modellierung (mit Vernetzung sowie Definition der Randbedingungen)
  • Weitere Optimierung des individuellen Implantatdesigns hinsichtlich biomechanischer Eigenschaften des Implantates bzw. Implantatverbundes zur Gewährleistung einer optimalen klinischen Versorgung.

  • Entwicklung eines automatischen Prozesses (Expertensystem) zum Designen einer individuellen Knieprothese (Erzeugung des digitalen Modells für die additive Fertigung) auf der Basis individueller CT/MRT-Daten und Nutzung wissensbasierter und intelligenter Verfahren zur Sicherstellung der Produktqualität und Verkürzung der manuellen Aufwände und damit auch der Entwicklungszeit.

Grafik: Expertensystem