Vortrag zur Seminararbeit

Vortrag zur Seminararbeit
Entwicklung einer Software für einen neuartigen „Fixateur
externe“ mit sechs Freiheitsgraden
Von:
Matrikelnummer:
Für den Studiengang:
Betreuender Professor:
Zweiter Betreuer:
Fabian Palm
995964
B. Sc. Scientific Programming
Prof. Dr. rer. nat. Walter Hillen
Dr.-Ing. Oberingenieur Matias de la Fuente
Lehrstuhl für Medizintechnik
Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen
Pauwelsstrasse 20
52074 Aachen
Überblick
1. Einführung
2. System Anforderungen
3. Realisierung
4. Bibliotheken
5. Zusammenfassung und Ausblick
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.
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
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://www.thieme-connect.com/bilder/akt_trauma/200503/961tr07
http://global.smith-nephew.com/us/patients/images/OrthoKnees/WhatisTSF.jpg
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)
2. Systemanforderungen
Moving Platform
3RPR (Desired bone
segment position)
r
Bewegungsprozess
Berechnungen
Behandlung
Planung simuliert
w=
w' γ
Moving Platform 3RPS Manipulator
(Fixed base of 3RPR Manipulator)
q
t'u
(z)
p
t = t'+
t''
u
'
v
v'
z
β
x α
y
Fixed base (3RPS
Manipulator)
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.
2.Systemanforderungen
Analyse
Röntgenbildanalyse Screenshot
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
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
2. Systemanforderungen
Therapie
Paley D.: Principles of Deformity Correction with editorial assistance from J.E.
Herzenberg. Berlin Heidelberg NewYork 1st ed.2002.Corr.3rd printing 2005
Schematische Darstellung eines Therapieverlaufs (2D)
3. Realisierung
Die verwendete Entwicklungsumgebung ist Visual
Studio 2008 C++ mit QT und die grafische Simulation
geschieht mit Hilfe von OpenGL.
http://www.outsourcedotnet.com/images/VisualStudioLogoWhiteBackground.png
http://cdn.wolfire.com/blog/prototype/opengl2.png
3. Realisierung
Schematische Vorgehensweise:
Quelle: http://farm5.static.flickr.com/4036/4422288394_7954e82c84.jpg
Screenshot FixateurCalculator
(Bearbeitet)
3. Realisierung
Kalibrierung
Screenshot von der Eingabemaske
Fertige
BiegenMontage
und
fürausrichten
diedes
gemessenen
Distalrings
des Distalrings
Werte [FixateurCalculator]
3. Realisierung
Darstellung des Fixateurs
Also
wird dieauf
Rotationsmatrix
für die
auf demwerden
Proximalring
mit diesen
Die Punkte
dem Proximalring
undPunkte
dem Intraring
entsprechend
transformiert:
Winkeln erzeugt.
R( ,  ,  )  R( z,  ) RP
( neu
y,  
) RR
( xRotation
,  )  * Palt
 TTranslation
 cos(  ) cos(  ) cos(  ) sin(  ) sin(  )  sin(  ) cos( ) cos(  ) sin(  ) cos( )  sin(  ) sin(  )

 sin(  ) cos(  ) sin(  ) sin(  ) sin(  )  cos(  ) cos( ) sin(  ) sin(  ) cos( )  cos(  ) sin(  )
  sin(  )
cos(  ) sin(  )
cos(  ) cos( )

Wobei jeweils unterschiedliche Rotationsmatrizen und Translationsvektoren auf die
beiden Ringe wirken. Der Proximalring führt die x-, y-Rotation aus, daraus kann eine
Mit diesenresultieren,
12 transformierten,
räumlichen Punkten kann man die Längen der
z-Rotation
um den Parameter:
Stellschrauben bestimmen, indem man den Absolutbetrag zwischen zwei verbundenen
Punkten berechnet.
 sin(  ) * sin(  ) 
  arctan 

 cos( )  cos(  ) 
Screenshot des ersten Entwurfs [FixateurCalculator]





3. Realisierung
Darstellung der Knochen
3. Realisierung
Umsetzung der Therapie
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
Screenshot in
nach
Endposition
drücken von
[FixateurCalculator]
„Cure“ [FixateurCalculator]
Screenshot vereinfachte Eingabe der Knochenkoordinaten (3 Vektorpunkte)
Screenshot Übersicht [FixateurCalculator]
4. Bibliotheken
http://cdn.wolfire.com/blog/prototype/opengl2.png
http://smartphonearea.de/wp-content/uploads/2009/09/Qt-Logo.jpg
5. Zusammenfassung und Ausblick
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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