Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Realistische Modelle erhöhen Erfolgschancen von Schädeloperationen

03.07.2014

Aufwändige chirurgische Eingriffe bei Kindern sind bereits erfolgreich verlaufen

Das Wachstum des Gehirns wird bei manchen Kindern dadurch gefährdet, dass Schädelnähte bereits in den ersten Lebensmonaten verknöchern. Der Schädel muss dann geöffnet und neu zusammengefügt werden.


Schädelkorrektur am Modell

Die Erfolgschancen eines derart sensiblen Eingriffs steigen, wenn Ärzte die notwendige Schädelkorrektur an einem Modell erproben können. Ein neues, an der Universität Bayreuth koordiniertes Verbundprojekt soll die Konstruktion und den 3D-Druck individueller Rapid Prototyping-Schädelmodelle optimieren.

Für eine gesunde Entwicklung von Kindern ist es entscheidend, dass ihre Schädelknochen dem Gehirn jederzeit genügend Platz für ein normales gesundes Wachstum bieten. Das Wachstum des Gehirns wird jedoch bei manchen Kindern dadurch gefährdet, dass Schädelnähte vorzeitig - also bereits in den ersten Lebensmonaten - verknöchern.

Diese so genannten Kraniosynostosen können bewirken, dass der Schädel nicht ausreichend flexibel ist, um dem sich entwickelnden Gehirn ausreichend Raum zu bieten. Der Schädel muss dann in den ersten Lebensmonaten geöffnet und neu zusammengefügt werden. Eine solche Operation verlangt den chirurgischen Teams ein hohes Maß an Sorgfalt und Präzision ab.

Enge Zusammenarbeit von Forschung und chirurgischer Praxis

Die Erfolgschancen eines derart sensiblen Eingriffs steigen, wenn Ärzte die notwendige Schädelkorrektur an einem Modell erproben können. Falls dieses mit der Form des kindlichen Schädels exakt übereinstimmt und auch die gleichen für die Operation relevanten Materialeigenschaften aufweist, können Ärzte verschiedene Operationsverfahren realitätsnah testen.

Zugleich können sie sich mit den individuellen Besonderheiten des Schädels vertraut machen, dessen Wachstum korrigiert werden soll. Hier setzt ein neues Verbundprojekt an, das Dipl.-Biol. Daniel Seitz an der Universität Bayreuth koordiniert. Es wird von der neu gegündeten Friedrich Baur BioMed Center GmbH unter Leitung von Daniel Seitz und Prof. Dr. Stefan Schuster gefördert, die ihrerseits einen Kooperationsvertrag mit der Universität Bayreuth geschlossen hat und von der Friedrich Baur Stiftung in Burgkunstadt Fördermittel erhält.

Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, optimale informations- und steuerungstechnische Voraussetzungen für die Herstellung individueller Schädelmodelle zu entwickeln, die eine realitätsnahe Vorbereitung anspruchsvoller Operationen erlauben.

Partner in diesem Projekt sind PD Dr. Dr. Camilo Roldán, Mund-Kiefer-Gesichtschirurg am Katholischen Kinderkrankenhaus Wilhelmstift in Hamburg, und PD Dr. med. Jan Gliemroth, Neurochirurg am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein in Lübeck. Beide Ärzte haben sich seit mehr als zehn Jahren einen Namen in der Kinderchirurgie gemacht und umfangreiche Erfahrungen mit operativen Eingriffen gesammelt, die Fehlbildungen von Schädeln ausgleichen. Sie wenden etablierte Verfahren an, die immer in Bezug auf den aktuellen Fall angepasst werden müssen und eine sorgfältige Planung erfordern.

"Wir freuen uns sehr, dass wir diese namhaften Spezialisten für eine enge Zusammenarbeit gewinnen konnten", erklärt Daniel Seitz, der das Projekt in Kooperation mit der Friedrich Baur-Stiftung auf den Weg gebracht hat. "So können aktuelle Erfahrungen aus der chirurgischen Praxis unmittelbar in das Design der benötigten Schädelmodelle einfließen."

Von der Computertomographie bis zum 3D-Druck

Es ist ein komplexes High-Tech-Verfahren, das in Bayreuth angewendet wird. Damit eine möglichst exakte 'Kopie' eines fehlgebildeten kindlichen Schädels erstellt werden kann, müssen zunächst computertomografische Aufnahmen angefertigt werden - mit einer für Kleinkinder besonders niedrigen Strahlenbelastung.

Diese CT-Daten werden mit einer speziellen Software so umgewandelt, dass sie am Rechner für die Konstruktion eines dreidimensionalen Schädelmodells genutzt werden können. Damit liegen aber noch längst nicht alle benötigten Daten vor: Einige Knochenregionen müssen in Rücksprache mit dem Arzt ergänzt werden, weil die Computertomografie nicht alle Schädelpartien mit der gleichen Präzision abbildet.

Darüber hinaus muss weiteres biologisch-medizinisches Wissen in die Modellierung einfließen. Denn auch das individuelle Krankheitsbild des Kindes, sein Alter sowie die voraussichtliche Entwicklung seiner Knochen sind bei der Konstruktion eines Modells zu beachten, das sich für die Vorbereitung einer Operation eignen soll.

Wenn Daniel Seitz zu dem Ergebnis kommt, dass alle relevanten Daten mit der erforderlichen Präzision berücksichtigt worden sind, gibt er das Modell frei. Die Konstruktionsdaten werden an ein Steuerungsprogramm übermittelt, das die Daten in kleinere 'Pakete' aufteilt und gleichsam scheibchenweise an einen besonderen 3D-Drucker schickt.

Diese Maschine druckt in ein Pulverbett, das aus einer besonderen Gipsmischung besteht, und erstellt so eine 1:1-Kopie der Schädelknochen des Patienten. "Wenn das Modell schließlich fertig ist, hat es eine ähnliche Konsistenz und Farbe wie echter Knochen - eine ideale Grundlage, um Operationen daran zu planen und zu üben", freut sich Daniel Seitz.

Operationserfolge ermutigen zu weiterer Forschung und Entwicklung

Dr. Camilo Roldán in Hamburg, der sich auf Schädel- und Gesichtsfehlbildungen spezialisiert hat, bestätigt diese Einschätzung: "Anhand der Modelle konnten wir aufwändige Operationen schneller und sicherer durchführen und teilweise sogar Verbesserungen in der Operationstechnik erarbeiten."

Mithilfe von Schädelmodellen, an denen gesägt und geschnitten werden kann, können komplizierte Eingriffe gründlicher vorbereitet und Operationsrisiken gesenkt werden. Halterungen und neuartige Osteosyntheseplatten, die bei der Korrektur von Schädelnähten verwendet und nach der Heilung resorbiert werden sollen, lassen sich an den Modellen realitätsnah erproben.

In Kooperation mit den chirurgischen Teams in Hamburg und Lübeck will Daniel Seitz die Techniken und Materialien, die bei der Modellierung und dem 3D-Druck der 'Test-Schädel' zum Einsatz kommen, weiter optimieren - mit dem Ziel, dass künftig eine größere Zahl von Kliniken die Chancen nutzt, die sich für eine bestmögliche Vorbereitung von Schädeloperationen bieten. Der Bayreuther Biologe leitet an der Universität Bayreuth eine Arbeitsgruppe für regenerative Medizin, die am Lehrstuhl für Tierphysiologie angesiedelt ist und mit der

Ansprechpartner: Dipl.-Biol. Daniel Seitz Lehrstuhl für Tierphysiologie AG Regenerative Medizin Universität Bayreuth Ludwig-Thoma-Str. 36c D-95447 Bayreuth Tel.: +49 (0)921 - 793 16 361 daniel.seitz@uni-bayreuth.de

Ansprechpartner für die Presse: Christian Wißler M.A. Wissenschaftskommunikation Pressestelle der Universität Bayreuth Universitätsstraße 30 D-95447 Bayreuth Telefon (+49) 0921 / 55-5356 E-Mail mediendienst-forschung@uni-bayreuth.de http://www.uni-bayreuth.de

Joachim Lepple | Universität Bayreuth

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Fit im Alter durch Hirnstimulation und Training
19.04.2017 | Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund

nachricht CTCelect – die Projekt(erfolgs)geschichte wird fortgeschrieben
06.04.2017 | Fraunhofer ICT-IMM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten