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09.03.2004

12:30 Uhr

Numerische Modellierung des Gesichts

Software für plastische Chirurgie

Die Mimik gehört zur alltäglichen Kommunikation wie das gesprochene Wort. Durch einen Unfall oder eine Krankheit kann diese Ausdrucksmöglichkeit jedoch eingeschränkt werden.

Virtuelle Verlängerung eines Unterkieferknochens

Virtuelle Verlängerung eines Unterkieferknochens

hiz DÜSSELDORF. Hilfe bietet hier die plastische Chirurgie. In der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie können organische Ursachen mehr oder weniger gut operativ ausgeglichen werden. In Rahmen seiner Dissertation am Fachbereich Mathematik und Informatik der Freien Universität Berlin ist es Dr. Evgeny Gladilin nun gelungen, ein numerisches Modell des Gesichtsweichgewebes zu entwickeln. Damit kann das postoperative Erscheinungsbild eines Patienten vorhergesagt werden. Zusätzlich bekommt der Arzt einen Eindruck von der individuellen Mimik nach dem Eingriff. Dabei können einzelne Muskelbewegungen und komplexe Gesichtsausdrücke vorausberechnet werden.

Gesichtsgewebe besteht aus verschiedenen Komponenten, deren mechanische Eigenschaften sich stark unterscheiden. Ausschlaggebend für eine Modellierung sind die räumliche Verteilung der unterschiedlichen Gewebe und die Ausrichtung ihrer Faserstrukturen. Dieser komplexe "Materialmix" kann näherungsweise durch ein vereinfachtes Multilayer Modell, bestehend aus Haut-, Fett-, Knorpel- und Muskelschichten unterschiedlicher Steifigkeiten, beschrieben werden.

Für die Entwicklung des Verfahrens war zunächst ein „virtueller Patient“, eine realistische Abbildung der Anatomie im Rechner, notwendig. Zu diesem Zweck wurde aus Computertomografie-Daten ein dreidimensionales geometrisches Modell erstellt, das aus mehreren hunderttausend Tetraedern besteht. Zur voraussagenden Berechnung des Weichgewebes wurde zudem ein biomechanisches Modell entwickelt, mit dem sowohl Verformung des Gesichtsgewebes bei Änderungen an den Knochen (z.B. Verkürzung oder Verlängerung des Unterkiefers) als auch die durch die Muskelkontraktionen ausgelösten Gesichtsmimiken simuliert werden konnten.

Das Rechnerverfahren basiert auf der so genannten Finite Elemente Methode, dass auch in der Berechnung von Bauwerken und anderen Konstruktionen zum Einsatz kommt. Die Software wurde in mehreren Studien getestet, bei denen das postoperative Erscheinungsbild von insgesamt elf Patienten vorausgesagt wurde. Die Kooperationspartner des am ZIB angesiedelten "Computer Assisted Surgery"-Projektes, in dessen Rahmen diese Studien durchgeführt wurden, sind zurzeit das University Hospital Basel (Schweiz), Karolinska Hospital (Stockholm, Schweden) und FB Mundkiefer-Gesichtschirurgie der Universität Leipzig und Universität Erlangen-Nürnberg.

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