Vortrag zur Seminararbeit Entwicklung einer Software für einen neuartigen „Fixateur externe“ mit sechs Freiheitsgraden Lehrstuhl für Medizintechnik Helmholtz-Institut.

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1 Vortrag zur Seminararbeit Entwicklung einer Software für einen neuartigen „Fixateur externe“ mit sechs Freiheitsgraden Lehrstuhl für Medizintechnik Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen Pauwelsstrasse 20 52074 Aachen Von: Fabian Palm Matrikelnummer:995964 Für den Studiengang: B. Sc. Scientific Programming Betreuender Professor: Prof. Dr. rer. nat. Walter Hillen Zweiter Betreuer:Dr.-Ing. Oberingenieur Matias de la Fuente

2 Überblick 1. Einführung 2. System Anforderungen 3. Realisierung 4. Bibliotheken 5. Zusammenfassung und Ausblick

3 1. Einführung Knochenfehlstellungen sind:  Angeboren  Entwicklungsbedingt  Posttraumatisch Bilderquelle: Vaardan Hospital, Rahul Khandelwal Vardaan Hospital B 100, Malviya Nagar New Delhi - 110017, Explanation of the Ilizarov technique.

4 1. Einführung 1. Das Blut bildet ein Gerinnsel im Bereich der Fraktur. 2. Es entsteht ein Zuwachs des Bindegewebes, namens „procallus“. 3.Der Faserknorpel verwandelt sich in schwammartiges Knochengewebe. 4. Schwammartiges- verwandelt sich in kompaktes Knochengewebe. (Knochenumbau) Bilderquelle: Tortora Gerard J.: Principles of human anatomy Tenth Edition, John Wiley & Sons, Inc. 2005

5 1. Einführung Bei einer Umstellungsosteotomie können Knochen auf vier Arten verformt werden: 1.Angulation 2.Rotation 3.Translation 4.Verlängerung Dafür gibt es bereits Apparate… http://global.smith-nephew.com/us/patients/images/Ortho- Knees/WhatisTSF.jpg http://www.thieme-connect.com/bilder/akt_trauma/200503/961tr07

6 1. Einführung Legende: 1. Pin (mit erstem Knochensegment verbunden) 2. Pin-Aufnahme 3. Intra-Ring 4. Proximale Einstellung 5. Verstell-Aufnahme 6. Verstellschraube 7. Proximal-Ring 8. Befestigungsschraube 9. Kardangelenk 10. Beineinstellung 11. U-Gelenk 12. Gelenkaufnahme 13. Distal-Ring 14. Draht-Aufnahme 15. Draht (mit zweitem Knochensegment verbunden) CAD Darstellung des entwickelten 3PRS + 3RPR Fixateurs (Fixierung des Tibia Knochens)

7 2. Systemanforderungen γ α β r q p t' (z) w = w' u'u' v'v' t = t'+ t'' v u x y z Moving Platform 3RPR (Desired bone segment position) Fixed base (3RPS Manipulator) Moving Platform 3RPS Manipulator (Fixed base of 3RPR Manipulator) PlanungBehandlungBerechnungenBewegungsprozess simuliert

8 2. Systemanforderungen A.1 Die Software muss in der Lage sein alle nötigen Einstellungen des Gerätes entsprechend der gewünschten Knochensegmentsstellung zu berechnen (6 Freiheitsgrade, 1mm/Tag) A.2 Die Software muss in der Lage sein Fehler des ausgemessenen Gerätes zu berechnen und zu korrigieren. A.3 Es muss möglich sein die gemessenen Werte in die Software einzugeben. A.4 Die Software sollte die Knochenpositionen entsprechend der Einstellungen darstellen können. A.5 Das Interface der Software sollte einfach zu bedienen sein.

9 2.Systemanforderungen Analyse Für die Berechnungen sind mindestens drei Koordinatensysteme zu definieren: 1. Der Distalring relativ zum Intraring 2. Das obere Knochensegment relativ zum Intraring des Fixateurs 3. Das untere Knochensegment relativ zum Distalring des Fixateurs Röntgenbildanalyse Screenshot FixateurCalculator Screenshot Ganzbeinstandaufnahme Quelle: Paley D.: Principles of Deformity Correction with editorial assistance from J.E. Herzenberg. Berlin Heidelberg NewYork 1st ed.2002.Corr.3rd printing 2005

10 2. Systemanforderungen Therapie Schematische Darstellung eines Therapieverlaufs (2D) Paley D.: Principles of Deformity Correction with editorial assistance from J.E. Herzenberg. Berlin Heidelberg NewYork 1st ed.2002.Corr.3rd printing 2005

11 3. Realisierung Die verwendete Entwicklungsumgebung ist Visual Studio 2008 C++ mit QT und die grafische Simulation geschieht mit Hilfe von OpenGL. http://cdn.wolfire.com/blog/prototype/opengl2.png http://www.outsource- dotnet.com/images/VisualStudioLogoWhiteBackground.png

12 3. Realisierung Schematische Vorgehensweise: Quelle: http://farm5.static.flickr.com/4036/4422288394_7954e82c84.jpg(Bearbeitet)Screenshot FixateurCalculator

13 3. Realisierung Kalibrierung Biegen und ausrichten des DistalringsScreenshot von der Eingabemaske für die gemessenen Werte [FixateurCalculator]Fertige Montage des Distalrings

14 3. Realisierung Darstellung des Fixateurs Wobei jeweils unterschiedliche Rotationsmatrizen und Translationsvektoren auf die beiden Ringe wirken. Der Proximalring führt die x-, y-Rotation aus, daraus kann eine z-Rotation resultieren, um den Parameter: Die Punkte auf dem Proximalring und dem Intraring werden entsprechend transformiert: Also wird die Rotationsmatrix für die Punkte auf dem Proximalring mit diesen Winkeln erzeugt. Mit diesen 12 transformierten, räumlichen Punkten kann man die Längen der Stellschrauben bestimmen, indem man den Absolutbetrag zwischen zwei verbundenen Punkten berechnet. Screenshot des ersten Entwurfs [FixateurCalculator]

15 3. Realisierung Darstellung der Knochen

16 3. Realisierung Umsetzung der Therapie Screenshot vereinfachte Eingabe der Knochenkoordinaten (3 Vektorpunkte) Screenshot Übersicht [FixateurCalculator] Screenshot nach drücken von „Cure“ [FixateurCalculator]Screenshot in Endposition [FixateurCalculator] 0. Koordinatensystem Distalring (Ursprung) 1. Koordinatensystem Intraring 2. Koordinatensystem des oberen Knochensegments 3. Koordinatensystem des unteren Knochensegments 4. m_vBoneDesiredPosition 5. m_vBoneIntraPosition 6. m_vBoneFracturePosition 7. m_vBoneDistalPosition

17 4. Bibliotheken http://cdn.wolfire.com/blog/prototype/opengl2.png http://smartphonearea.de/wp-content/uploads/2009/09/Qt-Logo.jpg http://cdn.wolfire.com/blog/prototype/opengl2.png

18 5. Zusammenfassung und Ausblick Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! FRAGEN?