Roboterassistierte Umstellungsosteotomie mittels Wasserabrasivstrahltechnik RWestphal¹ ralf.westphal@tu-bs.de Institut für Robotik und Prozessinformatik TU Braunschweig
Braunschweig Germany
DZaremba² Institut für Werkstoffkunde Leibniz Universität Hannover
Hannover Germany
³ Medizinische Hochschule Hannover Unfallchirurgie
Hannover Germany
THassel² Institut für Werkstoffkunde Leibniz Universität Hannover
Hannover Germany
³ Medizinische Hochschule Hannover Unfallchirurgie
Hannover Germany
ELiodakis³ ESuero³ CKrettek³ F.-WBach² Institut für Werkstoffkunde Leibniz Universität Hannover
Hannover Germany
³ Medizinische Hochschule Hannover Unfallchirurgie
Hannover Germany
FMWahl¹ Institut für Robotik und Prozessinformatik TU Braunschweig
Braunschweig Germany
Roboterassistierte Umstellungsosteotomie mittels Wasserabrasivstrahltechnik 00C663EF788C9E1DD4670CD2B728F7F8 GROBID - A machine learning software for extracting information from scholarly documents
Problemstellung

Bei der Umstellungsosteotomie handelt es sich um eine operative Methode, durch die die Lastverteilung innerhalb vorgeschädigter Gelenke optimiert werden kann, indem degenerative Gelenkanteile entlastet und gesunde vermehrt belastet werden. Zusätzlich können hierdurch skelettale Deformitäten im Bereich der unteren Extremitäten korrigiert werden. Hierzu wird im proximalen Bereich der Tibia ein Knochenschnitt (Osteotomie) durchgeführt, wodurch die mechanische Beinachse durch Varus/valgus-Rotation angepasst werden kann. Die Planung des dafür erforderlichen Knochenschnitts erfolgt in der Regel anhand präoperativer Röntgenaufnahmen. Mit den konventionellen Osteotomiemethoden sind eine Reihe von Problemen verbunden. Zum einen erzeugen die verwendeten mechanischen oszillierenden Sägen beim Schneidprozess Hitze, die zu einer Denaturierung des Knochengewebes führt und mit einer daraus resultierenden Verzögerung des Heilungsprozesses einhergeht [1,4]

Abbildung 1 :Abbildung: 2 : 3 ErgebnisseAbbildung 3 : 4 Diskussion 4 ZusammenfassungAbbildung 1: Robotersetup. a) Kompletter Operationsaufbau mit Roboter, Wasserstrahldüse und -ventil, Strahlfänger und Absaugung. b) Der Strahlfänger zum Auffangen und Ableiten des Wasserstrahls aus dem Operationsbereich. Zur präzisen Planung der Schnittführung wurde ein 3D-Scan unter Verwendung eines 3D-C-Bogens (Siemens Siremobil Iso-C 3D) der Schnittregion im proximalen Bereich der Tibia aufgenommen. Mit schwellwertbasierten Verfahren wurde der Knochen segmentiert und in ein Oberflächenmodell transformiert. Die Planung der endgültigen Lage des durchzuführenden Knochenschnitts erfolgte schließlich manuell über eine eigens für diese Experimente entwickelte Software, indem der Benutzer/Chirurg ein Kreissegment so am Bildschirm positioniert und in Radius und Segmentgröße anpasst, dass der Knochen an einer anatomisch günstigen Stelle geschnitten werden kann (vgl. Abbildung 2a). Nachdem dieses Kreissegment positioniert wurde, errechnet die Software die dazugehörigen Oberflächenpunkte auf dem Oberflächenmodell des Knochens (vgl. Abbildung 2b). Diese Punkte dienen später als Stützstellen der durch den Roboter abzufahrenden Schneidbahn. Zur Übertragung dieses Plans in den OP bzw. auf den Roboter, wurde ein optisches Navigationssystem (BrainLAB, bzw. ein selbstentwickeltes Navigationssystem basierend auf dem NDI-Accedo Trackingsystem) verwendet. Die Verwendung der Navigation in Verbindung mit der präzisen OP-Planung ermöglichte darüber hinaus die Implementierung von Sicherheitsfunktionen, die bei dem Einsatz potentiell sicherheitskritischer Wasserstrahlschneidtechniken unbedingt erforderlich ist. Bevor das Wasserstrahlventil vom Steuerungscomputer geöffnet werden kann, wird geprüft, ob sich die navigierte Düse in korrekter Ausrichtung und Distanz oberhalb des ebenfalls navigierten Strahlfängers befindet. Darüber hinaus wird der Strahl nur dann aktiviert, wenn die komplette geplante Schneidbahn durch den Strahlfänger abgedeckt wird. Ist dies nicht der Fall, kann der Schneidprozess nicht gestartet werden und es muss entweder eine neue Bahn geplant oder der Strahlfänger entsprechend umpositioniert werden.
Möglichkeiten der Knochendurchtrenung RBaumgart MKettler CZeiler ABetz LSchweiberer Unfallchirurg 100 1997 CBiskup Beitrag zur Bearbeitung von biologischem Hartmaterial mittels Wasserabrasivstrahltechnik
Germany
 2011 PZH Produktionstechnisches Zentrum GmbH Dissertation Garbsen Heat Generation During Abrasive Water-Jet Osteotomies Measured by Thermocouples CBiskup SKrömer MHöver RVersemann Fr.-WBach LKirsch AAndreae FPude SSchmolke Journal of Mechanical Engineering 52 7-8 2006 Distraction Osteogensis. A comparison of corticotomy techniques MFrierson KIbrahim MBoles HBoté TGaney Clin Ortop 301 April. 1994