Beschreibung
Jährlich wird eine große Anzahl von ca. 200.000 Knieoperationen durchgeführt. Bei einer Knieendoprothese wird das natürliche Kniegelenk teilweise oder ganz ersetzt. Typischerweise wird dabei der untere Teil des Oberschenkelknochens (Femur) durch eine Prothese bedeckt, so ebenfalls die obere Fläche des Schienbeins (Tibia). Dazwischen wird eine Gleitkomponente bzw. ein Inlay zur Lagerung statt der Menisken eingebracht, um die Funktion des Knies wiederherzustellen. Im Verlauf der Operation wird das Knie geöffnet und die Bänder werden zur Seite gelegt. Wesentlich bei der Begleitung der Operation ist es, die Prothesen so zu präparieren, dass das Knie keine Fehlstellung erfährt. Die Einmessung der oberen und unteren Beinachse ist somit zentral. Mit dem zu entwickelnden System soll die Applikation von Endoprothesen begleitet werden. Statt fester, in die Knochen gebohrter Marker vorhandener OP-Systeme, sollen die Positionen des Ober- und Unterschenkels aus einer Kombination von IMUs sowie nachverfolgten 3D-Modellen bestimmt werden. Durch dieses Projekt sollen medizinische Eingriffe präziser und mit weniger Komplikationen für die Patienten durchgeführt werden. Das bohrfreie, markerlose Tracking soll zusätzliche Installationen ersetzen, um den Heilungsprozess zu beschleunigen und die Infektionsgefahr zu verringern. Die berechnete Beinachse soll während der Operation positions- und lagegerecht auch mittels AR-Visualisierung dargestellt werden, um die präzise Installation des Implantats zu gewährleisten. Die wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen liegen in den Genauigkeitsanforderungen der 3D-Erfassung, der 3D Modelle für Femur und Tibia, der Berechnung der Beinachse sowie der Visualisierung. Die präzise Erfassung, Berechnung und Visualisierung soll unter Einsatz von KI-Methoden erfolgen. Neben der Abdeckung eines großräumigen Arbeitsraumes des Gesamtsystems muss eine hohe Aktualisierungsrate berücksichtigt werden.