Wissenschaftliche Zielsetzung
Die unten aufgeführten Forschungsschwerpunkte verfolgen die subjektiven Beurteilungskriterien einer operativ bedingten Körperformänderung durch eine 3-D Quantifizierung der Patientenerfassung zu objektiveren und somit basierend auf den Erkenntnissen verschiedener innovativer 3-D Technologien eine objektive Evaluation des operativen Ergebnisses zu ermöglichen. Die Forschungsgruppe CAPS hat es sich als Ziel gesetzt, die in der Industrie etablierten Simulationstechniken aus dem Bereich Computer Aided Engineering (CAE) auf medizinische Fragestellungen zu übertragen und klinische Anwendungen zu erarbeiten. Als Fernziel möchten wir eine Qualitätssicherung in der Plastischen Rekonstruktiven und Ästhetischen Chirurgie im Sinne einer Evidenz-basierten Plastischen Chirurgie etablieren und transparentere Beurteilungskriterien konkurrierender Operationsmethoden entwickeln.
3-D Messungen
Langjährige Erfahrung in der Optimierung, Standardisierung und Validierung der dreidimensionalen Aufnahme- und Analysetechnik zur objektiven Quantifizierung chirurgisch bedingter Form- und Volumenveränderungen unterschiedlicher anatomischer Körperregionen mit Hilfe verschiedener dreidimensionaler Körperoberflächenerfassungssysteme. Identifizierung klinischer Anwendungsmöglichkeiten und Etablierung unterschiedlicher nicht-invasiver, optischer 3-D Scanverfahren zur Klärung spezieller medizinischer Fragestellungen.
3-D Visualisierung
Entwicklung der Methodik zur Erstellung von patientenspezifischen, virtuellen, anatomischen 3-D Modellen durch die 3-D Rekonstruktion und Registrierung der Bildinformationen aus unterschiedlichen Bildgebungsverfahren (Computertomographie, Kernspintomographie, 3-D Ultraschall, optische 3D-Scannverfahren, holografische Aufnahmen etc.). Segmentierung radiologischer Bilddaten zur Generierung und mathematisch präzisen Modellierung virtueller 3-D Volumenmodelle unter Verwendung von Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing Verfahren zur computerunterstützten Operationsplanung und -simulation.
Haptische Oberflächenbearbeitung
Standardisierung und Validierung interaktiver 3-D Morphingsysteme zur intuitiven haptischen Modellierung von virtuellen 3-D Modellen. Identifizierung klinischer Applikationen zur computerunterstützten Operationsplanung mittels Force-Feedback-Systeme unter Nichtberücksichtigung der patientenspezifischen Gewebseigenschaften.
Numerische Simulation
Basierend auf den 3-D Rekonstruktionen anatomischer Volumenmodelle unterschiedlicher anatomischer Regionen aus radiologischen Bilddatensätzen erfolgt die Implementierung biomechanischer Gewebeparameter zur physikalisch präzisen, numerischen Simulation von Gewebedeformierungen mittels der Finiten Elemente Methode (FEM). Somit können deformierbare FEM-Modelle zur Überprüfung und Simulation biomechanischer Interaktionen unter Berücksichtigung der spezifischen Gewebeeigenschaften erstellt werden. Insbesondere im Rahmen der Simulation von Weichteildeformierungen erfolgt die Identifizierung physikalischer Gewebeparameter wie die Elastizität-/ Elongationswerte, welche für die numerische Simulation notwendig sind.
Biomechanische Experimente
Unter Verwendung reproduzierbarer numerischer Simulationsmodelle basierend auf der Finite-Elemente Methode (FEM) erfolgt die virtuelle Validierung herkömmlicher biomechanischer Analysemethoden. Basierend auf der FEM können biomechanische Interaktion relevanter klinischer Fragestellungen simuliert, visualisiert und quantifiziert werden. Insbesondere werden konkurrierende osteosynthetische Therapiekonzepte und die Optimierung unterschiedlicher Osteosyntheseverfahren in enger Kooperation mit der Abteilung für Unfallchirurgie am Klinikum rechts der Isar verglichen.