Forschungsschwerpunkte

Computer-assistierte Chirurgie

Das Einsatzspektrum der computer-assistierten rekonstruktiven Gesichtschirurgie ist weit gefächert, da diese viele Vorteile mit sich bringt: Die Eingriffe sind weniger invasiv, die Operationszeiten können zum Teil erheblich verkürzt und die Zielbereiche besser erreicht werden. Die Eingriffe werden präziser, es entstehen weniger Verletzungen im Sinne einer geringeren Morbidität, die Aufenthaltszeiten können verkürzt und bessere klinische Ergebnisse erreicht werden.

Unsere Forschungsgruppe befasst sich mit der Optimierung von Arbeitsabläufen in der computer-assistierten rekonstruktiven Gesichtschirurgie in den Bereichen Traumatologie, ablative Tumorchirurgie, rekonstruktive Chirurgie, orthognathe Chirurgie, dentale Implantologie und kranifazialen Deformitäten. Dabei gilt es Planungsalgorithmen zu entwickeln und die vorhandene Soft- und Hardware zu verbessern. Die Forschungsarbeiten werden gegenwärtig durch eine BMBF-Förderung (FK7 13GWOOXX A-x) finanziell unterstützt.

 

Computer-assistierte Planung und Chirurgie

Aufgrund der komplexen anatomischen Strukturen des Kopf- und Gesichtsschädels stellen chirurgische Eingriffe auf diesem Gebiet eine besondere Herausforderung dar. Daher erfordern diese Eingriffe eine detaillierte Vorbereitung und einen strukturierten Behandlungsplan. Konventionell wird der operative Eingriff, ausgehend vom klinischen Befund des Patienten, nach entsprechender Bildgebung durchgeführt. Unsere Forschungsgruppe befasst sich mit dem Einsatz von technischen Möglichkeiten, um die Patienten-Bilddaten transparenter und das operative Ergebnis vorhersehbarer zu machen. So werden nach der Bildgebung noch weitere Planungsschritte eingeschaltet, bevor der Eingriff stattfindet. Die Datensätze des Patienten werden nach Import und Fusionierung genutzt, um eine präzise Analyse des klinischen Befundes vorzunehmen. Anschließend kann der dreidimensionale Datensatz beliebig oft bearbeitet werden und die Schritte des operativen Eingriffs simuliert werden, so dass Patienten-spezifische Implantate schon vor dem Eingriff hergestellt werden können. Durch eine solche Planung kann der komplette chirurgische Eingriff mit allen Simulationsschritten im Vorfeld virtuell durchlaufen werden, so dass der Patient anschließend in nur einem Eingriff optimal versorgt wird. Derzeit arbeiten wir in unserer Forschungsgruppe zusammen mit Industriepartnern (BrainLab, KLM Medizintechnik, Materialise) an einer solchen Planungsplattform, um unseren Patienten die bestmögliche Behandlung zukommen zu lassen. Die Planungsschritte sollen dann dem Patienten direkt an seinem Patientenbett über das Smartphone oder Tablet veranschaulicht werden. Unter anderem entwicklen und evaluieren wir auch eine computer-assistierte Untersuchungsmethode zur Diagnostik und Analyse von Antiresorptiva-assozierter Kiefernekrose. Zudem befasst sich unsere Forschungsgruppe mit der Entwicklung einer virtuellen Dysgnathie-Software, um Bisslagenkorrekturen, Weichteilvorhersagen und Profilanalysen berechnen zu können (IPS Case designer).

 

 

Tumor-Mapping

Im Rahmen einer Bestrahlungstherapie wird versucht, das verbleibende Tumorgewebe durch den Einsatz von ionisierenden Strahlen im Wachstum zu hindern. Gleichzeitig soll das benachbarte, gesunde Gewebe nicht beschädigt werden. Um nun ein Maximum der ionisierten Strahlen an den gewünschten Ort zu bekommen, ist es wichtig, dass der Tumor in seiner gesamten Ausdehnung erfasst und innerhalb des menschlichen Körpers markiert wird. Hier ergeben sich in der konventionellen Therapie die Probleme, dass durch die reduzierte Präzision der chirurgischen klinischen Informationen via OP-Bericht die Strahlenfelder prophylaktisch größer eingestellt werden. Auch wenn ein Tumor als nicht operabel eingestuft wird, benötigt der Strahlentherapeut eine genaue Lokalisation des Tumors innerhalb des Körpers, und zwar in seiner vollständigen dreidimensionalen Ausrichtung. Da die zur Verfügung stehenden bildgebenden Verfahren bisher nicht verändert oder markiert werden konnten, wird in unserer Forschungsgruppe an einem Workflow gearbeitet, bei dem die intraoperativ gesammelte Tumorwolke im präoperativen Datensatz hinterlegt wird. Nach Eingang des histologischen Befundes werden die virtuellen Punkte in Abhängigkeit vom histologischen Befund farblich markiert. Auch die virtuellen Punkte, die nicht am berechneten Sicherheitsabstand liegen, werden entsprechend farblich markiert. Das bedeutet, dass der Strahlentherapeut durch einfache Modifikationen im Datensatz erkennen kann, welche Punkte den vermeintlichen Resttumor anzeigen, welche Punkte einen zu kleinen Sicherheitsabstand markieren und welche Punkte frei von Tumorgewebe sind.

Patienten-spezifische Implantate

Die ablative und traumatische Gesichtschirurgie kann mit dramatischen Veränderungen der Gesichtsgeometrie assoziiert sein, so dass ein sekundärer Korrektureingriff zur Wiederherstellung der Funktion und Ästhetik notwendig sein kann. Mit konventionellen Behandlungsmöglichkeiten ist oftmals keine originalgetreue Rekonstruktion betroffener Strukturen möglich, weshalb unsere Forschungsgruppe daran arbeitet, den Einsatz der computer-assistierten Chirurgie in diesem Feld voranzutreiben. Dazu werden sogenannte Patientenspezifische Implantate so designt, dass zuerst das ästhetisch wünschenswerte Endergebnis simuliert wird, indem das Ausmaß des Weichteilgewebes dargestellt wird und von diesem Ziel ausgehend rückwarts geplant wird, wie die knöchernen Strukturen rekonstruiert werden müssen. Diese Art der Planung unterscheidet sich deutlich von anderen Planungen und ist auch weitaus komplexer. Trotz hochauflösender CT und MRT-Aufnahmen kann nicht auf jede kleine Weichgewebsstruktur und deren elastisches Verhalten eingegangen werden, aber durch die Planung kann dieses Problem durch eine gewisse Überkorrektur kompensiert werden. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methodik können die besagten Strukturen so miteinander verknüpft werden, dass das komplexe Zusammenwirken der Strukturen annähernd simuliert werden kann und somit die dynamischen Veränderungen durch die einzelnen Arbeitsschritte ersichtlich werden. Durch das Verfahren des Rapid Prototypings (Adaptive Herstellungsverfahren) können anschließend patientenspezifische Titan und Kunststoff Konstrukte fabriziert werden. Wir beschäftigen uns fortwährend mit der Optimierung solcher funktionellen Implantate, Schnitt und Bohrschablonen.

Osteologie

Die Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie ist mit einem großen Forschungslabor für histologische, gewebekulturelle und molekularbiologische Untersuchungen ausgestattet.

Einer der Forschungsschwerpunkte der Klinik sind Untersuchungen zu osteoinduktiven Knochenmatrixproteinen (BMPs, bone morphogenetic proteins). Die BMPs führen über zellmembrangebundene Rezeptoren zu einer Differenzierung von pluripotenten, mesenchymalen Stammzellen in knochenbildende Vorläuferzellen. Mittels der therapeutischen Verwendung der BMPs ist es möglich, durch die alleinige Implantation dieser Proteine eine Knochenneubildung zu induzieren, ohne auf körpereigene Knochentransplantate zurückgreifen zu müssen. Für die Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet besteht eine enge Kooperation mit dem Institut für Transplantationsdiagnostik und Zelltherapeutika.

Onkologie

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Klinik stellt die Tumorforschung bei Plattenepithelkarzinomen der Mundhöhle dar. Insbesondere interessieren uns genetische Unterschiede zwischen Tumorzellen, Metastasenzellen und deren Vorläuferzellen in Knochenmark und Lymphknoten. Hierbei kommen bei uns neueste molekularbiologische und gentechnische Verfahren auf Einzelzellebene zur Anwendung. Durch die Arbeiten erhoffen wir uns zum einen Aussagen über die Prognose der Patienten und zum anderen weitere Erkenntnisse über die Biologie der Tumorzellstreuung und Metastasierung.

Das Forschungslabor der Klinik wird von Frau Dipl.-Biologin Dr. Karin Berr (Karin.Berr@med.uni-duesseldorf.de) geleitet. Unterstützt wird sie durch die medizinisch-technische Assistentin Frau Marianne Hölbling (Marianne.Hoelbling@med.uni-duesseldorf.de).

Forschungsschwerpunkte in Schlagworten:

  • Computer-assistierte OP-Planung und Chirurgie
  • Computer-assistiertes Tumor-Mapping
  • Patientenspezifische Implantate (PSI)
  • Materialien für die Osteosynthese
  • Osteoinduktion
  • Bone Morphogenetic Proteins (BMPs)
  • Stammzellforschung
  • Periimplantitis
  • Gewebeexpander
  • Speicheldrüsenerkrankungen
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