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it - Information Technology

Methods and Applications of Informatics and Information Technology

Editor-in-Chief: Conrad, Stefan / Molitor, Paul

6 Issues per year

Online
ISSN
2196-7032
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Volume 52, Issue 5

Issues

Craniofacial Surgery Planning Based on Virtual Patient Models

Martin Weiser / Stefan Zachow / Peter Deuflhard
Published Online: 2010-09-13 | DOI: https://doi.org/10.1524/itit.2010.0600

Abstract

In craniofacial surgery physicians are often faced with the reconstruction of massively destroyed or radically resected tissue structures caused by trauma or tumors. Also corrections of dislocated bone fragments up to the complete modeling of facial regions in cases of complex congenital malformations are common tasks of plastic and reconstructive surgeons. Such procedures have to be planned and executed thoroughly in order to achieve the best functional as well as an optimal aesthetic rehabilitation. On this account a computer assisted modeling, planning and simulation approach allows for preoperative assessment of different therapeutic strategies on basis of individual, three-dimensional patient models. Bone structures can be mobilized and relocated under consideration of anatomical and functional constraints. The resulting facial appearance can be simulated via finite-element methods on basis of a biomechanical tissue model, and visualized using high quality rendering techniques. Such an approach is not only important for preoperative mental preparation, but also for vivid patient information, documentation, quality assurance as well as for surgical education and training.

Zusammenfassung

In der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie sind Ärzte oft mit der Rekonstruktion von durch Verletzungen oder Tumoren massiv zerstörten oder radikal entfernten Gewebestrukturen konfrontiert. Auch die Korrektur von in Fehlstellung verheilten Knochenfragmenten bis hin zur vollständigen Umgestaltung von Teilen des Gesichtsschädels gehört bei angeborenen Fehlbildungen zu den üblichen Aufgaben der plastischen Chirurgie. Solche Operationen müssen sorgfältig geplant und durchgeführt werden, um eine optimale Wiederherstellung von Funktion und Erscheinungsbild zu gewährleisten. Zu diesem Zweck gestatten computergestützte Planungs- und Simulationsansätze bereits vor der Operation die Bewertung unterschiedlicher Therapievarianten auf Basis individueller dreidimensionaler Patientenmodelle. Knochenstrukturen können unter Berücksichtigung anatomischer und funktioneller Beschränkungen mobilisiert und neu angeordnet werden. Das resultierende Erscheinungsbild des Gesichtes kann mit Finite-Elemente-Methoden auf der Grundlage biomechanischer Weichgewebemodelle simuliert und anschließend mit modernen computergrafischen Darstellungsverfahren anschaulich und realistisch visualisiert werden. Diese Vorgehensweise ist nicht nur für die Vorbereitung des Chirurgen wichtig, sondern ebenso für die Patientenaufklärung, Dokumentation, Qualitätssicherung und die chirurgische Ausbildung.

Keywords: craniofacial surgery; computer-assisted surgery planning; geometry reconstruction; model-guided therapy planning; soft tissue simulation

About the article

* Correspondence address: Zuse Institute Berlin (ZIB), Takustr. 7, 14195 Berlin,


Published Online: 2010-09-13

Published in Print: 2010-09-01


Citation Information: it - Information Technology Methoden und innovative Anwendungen der Informatik und Informationstechnik, Volume 52, Issue 5, Pages 258–263, ISSN (Print) 1611-2776, DOI: https://doi.org/10.1524/itit.2010.0600.

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