Ein präoperatives 3D-Planungstool für Deformationskorrekturen an der Wirbelsäule.
Computer Graphics, 3D UI/UX, Unity, C#
Es soll ein Tool entwickelt werden, welche dem Chirurgen ermöglicht, die Deformation in der Wirbelsäule im 3D Raum zu betrachten und zu manipulieren. Es müssen verschiedene Fusionsstrategien angewendet werden können, welche an der Wirbelsäule simuliert. Fusionen mit Osteotomien müssen an der Wirbelsäule visuell dargestellt werden. Ebenfalls soll der Chirurg im Tool die optimale Wirbelsäulenposition sehen können. Durch dieses Tool soll die präoperative Planung von Deformationskorrekturen effizienter und qualitativer durchgeführt werden können.
In einem Kollaborationsprojekt zwischen der Universitätsklink Balgrist und dem Institut für Biomechanik ETH wird an der Optimierung der Operationen an der Wirbelsäule geforscht. Die Korrektur von Patienten mit Deformation in der Wirbelsäulengeometrie ist ein komplexes Problem. Im heutigen Stand stehen den Chirurgen nur 2D EOS Bilder zur Verfügung. Diese können die komplexen Verformungen in der Wirbelsäule nicht komplett abdecken. Eine Operation besteht meistens aus verschiedenen Fusionsstrategien, welche die Geometrie der Wirbelsäule ändern. Der Chirug hat ebenfalls das Problem, dass er die patientenspezifischen Zielposition der Wirbelsäule nicht kennt. Grundlagenforschung hat gezeigt, dass diese optimale Position mit einem Machine Learning Ansatz annähern lässt. Zudem werden im Rahmen des Kollaborationsprojektes 3D Modelle der Patientendaten generiert. Es braucht eine Schnittstelle, welche diese Ergebnisse den Chirurgen zur Verfügung stellt.
Nach einer theoretischen Abklärung der Machbarkeit wurde die Applikation in Unity umgesetzt. Die Lösung wurde in das Vorprojekt "3D UI/UX für die präoperative Planung in der Wirbelsäulenchirurgie" integriert. Das Projekt wurde in einem agilen Ablauf abgewickelt. Neue Prototypen wurden an den Auftragsgeber geschickt und von ihm evaluiert. Mit der Applikation kann der Benutzer verschiedene Patienten verwalten. Sobald ein Patientenprojekt gestartet wird, kann der Benutzer mit der Planung starten. Für die Planung steht dem Chirurgen ein 3D Modell der Wirbelsäule zur Verfügung, sowie die optimale Wirbelsäulenposition. Diese lassen sich rotieren und vergrössern. Mit einer Selektion in dem 3D Raum wird eine Fusion gestartet. Dem Benutzer stehen vier verschiedene Fusionstypen zur Verfügung: Korrekturfusion, Funktionale Korrektur, PSO, SPO. Bei SPO und PSO wird eine Osteotomie simuliert. Änderungen in der Fusion werden in Real Time simuliert. Der Benutzer kann in einer Historie seine durchgeführten Operationen einsehen und bearbeiten. Durch eine Versionierung kann der Benutzer verschiedene Ansätze an einem Patienten überprüfen. Das Projekt kann als Applikationsdatei abgespeichert werden und als Report exportiert werden.
Projektart: Bachelor Thesis
Projektdauer: 20.09.2021 - 25.03.2022
Aufwand in Personenstunden: 180 h
Teamgrösse: 1 Person
Universitätsklinik Balgrist & Institut für Biomechanik ETH
Jonas Friedli
jonas.friedli1@students.fhnw.ch
Madlaina Kalunder
madlaina.kalunder@fhnw.chh
Prof. Dr. Doris Agotai
doris.agotai@fhnw.ch
