| Source DB | nl |
|---|
| Institution | KU Leuven |
|---|
| Code | 184c89c0-1388-4b3b-b2af-93eb27f36fc6 |
|---|
| Unit | b9b3c61e-650e-4463-a0e2-6de8f49917ba
|
|---|
| Begin | 12/3/2012 |
|---|
| End | 12/31/2020 |
|---|
| title fr |
|
|---|
| title nl | Optimale implantaat-fixatie, geïntegreerd in een automatisch ontwerp van patiënt-specifieke implantaten voor reconstructie van acetabulaire defecten
|
|---|
| title en | Optimal implant fixation, integrated in an automatic design of patient-specific implants for reconstruction of acetabular defects
|
|---|
| Description fr |
|
|---|
| Description nl | Door de jarenlange technologische ontwikkeling van standaard heupimplantaten en chirurgische ervaring in primaire totale heuparthroplastie, is de levensduur van implantaten gestegen tot 15 jaar voor 80% van de jonge patiënten (<65) en 94% van de oudere patiënten (>65). Bij complicaties na een primair heupimplantaat, is een revisie-operatie vaak de enige optie om de functionaliteit van het heupgewricht te herstellen. Loskomen, falen of weghalen van de implantaatcomponenten veroorzaken vaak botverlies en maakt dat sommige patiënten revisie na revisie operaties ondergaan om uiteindelijk een groot acetabulair botdefect en zelfs een dissociatie over te houden. Voor deze patiënten is een op maat gemaakt implantaat op basis van medische beelden een nieuwe, maar reeds effectief bewezen oplossing op middellange termijn. Echter, door de complexiteit van de technologie en het arbeidsintensieve ontwerpproces zijn deze implantaten zeer duur voor de patiënt en de gezondheidszorg. Het doel van deze thesis is om door middel van state-of-the-art methodes, de ontwerptijd te reduceren, het proces the standardiseren en de kwaliteit van de implantaten te verbeteren om zo het potentieel van patiënt-specifieke oplossingen ten volle te benutten.Vooraleer een implantaat kan worden ontworpen, moeten de CT-beelden worden gesegmenteerd om de preoperatieve situatie vast te leggen in een 3D-model. Vervolgens worden de gefaalde implantaatcomponenten virtueel verwijderd. Om de beste behandeling te bepalen is het belangrijk dat het botverlies wordt gekwantificeerd en de biomechanische balancering van het contralaterale heupgewricht in rekening wordt gebracht. In dit onderzoek werd een statistisch vormmodel van een gezonde hemi-pelvis opgesteld en een automatische methode ontwikkeld om een virtuele anatomische reconstructie van een defecte heup te bepalen. Verder werd de reconstructie gebruikt om een bestaande botdefectkwantificatiemethode te verbeteren en meer klinisch-relevante defectkwantificatie te bekomen. Als laatste werd het model gebruik om het anatomisch coördinatensysteem van de pelvis te bepalen, de basis voor de positionering van de cup van het implantaat en de biomechanische balancering ten opzichte van het contralaterale heupcentrum.Het patiënt-specifieke implantaat bestaat uit een cup component verbonden met drie flenzen die het botdefect overbruggen en via flensschroeven in het bot zijn verankerd. Onder de flenzen en rond de cup is een poreuze structuur ontworpen die het defect opvult en botingroei toelaat. Omdat de cupcomponent biomechanisch de belangrijkste component is en de rest van het implantaat in functie van deze cup wordt ontworpen, werd onderzoek gedaan naar objectieve evaluatoren die toelaten om verschillende cupplanningen met elkaar te vergelijken. In een tweede stap werden de evaluatoren gebruikt voor een automatisch cupoptimalisatie-algoritme.Omdat elk implantaat uniek is, is het een uitdaging om de mechanische integriteit van een implantaat te garanderen voor elke patiënt gedurende een normale levensduur. Om economische redenen moet dit zonder een kopie van het implantaat te gebruiken om mechanische testen uit te voeren. Daarom werd een volautomatische virtuele mechanische testbank ontwikkeld op basis van een eindige elementenanalyse, die toelaat om tijdens het ontwerpprocess de zwakke plekken van het implantaat te onderzoeken en zo nodig bij te werken. Door middel van een validatie-experiment met een mechanische testbank werd aangetoond dat de virtuele testbank goede indicaties gaf over de zones van het implantaat die vatbaar zijn voor vermoeiingsbreuken.Met dit onderzoek werd een grote stap gezet in de richting van economisch haalbare op maat gemaakte implantaten, door tegelijk het ontwerpproces te versnellen en te standaardiseren en de kwaliteit van de implantaten objectief te verbeteren. We verwachten dat het hierdoor mogelijk zal zijn om ook voor minder extreme defecten, op maat gemaakte implantaten op de markt te brengen die patiënten behoeden voor suboptimale oplossingen met standaard revisie-componenten.
|
|---|
| Description en | Many years of technological development and surgical experience in total hip arthroplasty, have increased the lifetime of implants to 15 years for 80% of young patients (<65) and 94% of older patients (>65). Complications after a primary hip implant often lead to a revision surgery as the only option to reconstruct the functionality of the hip joint. Loosening, failure or removal of implant components regularly involve bone loss, resulting in revision after revision surgery, leading to large acetabular defects and even pelvic dissociations. For these patients, a custom implant based on medical images is a new solution with good short to mid-term results. However, the complexity of the technology and the labor-intensive design process makes these implants very expensive for both the patient and the healthcare system. The goal of this thesis is to use state-of-the-art methods to reduce the implant design time, standardize the design process and improve the quality of the implants to take full advantage of the potential of patient-specific implant solutions.Before designing an implant, CT-images need to be segmented to make a 3D-model of the pre-operative situation. Next, failed implant components need to be virtually removed. To determine the best treatment, it is important to quantify the bone loss and to consider biomechanical balancing of the contralateral hip joint. In this thesis, a statistical shape model of a healthy hemi-pelvis was constructed and an automatic method to compute a virtual anatomical reconstruction of a defect hemi-pelvis was developed. The reconstruction was later used to improve an existing bone loss quantification method, resulting in a more clinically relevant bone defect quantification. Finally, the shape model was used to determine the anatomical coordinate system of the pelvis, that is crucial for the positioning of the cup component of the implant and the biomechanical balancing compared to the contralateral hip joint center.The custom hip implant consists of a cup component, connected by three flanges that bridge the bone defect and are anchored in the remaining bone via flange screws. Underneath the flanges and around the cup, a porous structure is designed, filling the defect and allowing for bone ingrowth. Because the cup component is the most crucial component regarding biomechanics of the hip joint and because the rest of the implant is designed around this cup, research was done into objective cup evaluators that allow to compare different cup plannings. These evaluators were then used to develop an automatic cup optimization algorithm.Because every implant is unique, it is a challenge to guarantee the mechanical integrity of an implant during a normal implant lifetime. For economical reasons, this needs to be assessed without producing a copy of the implant and performing mechanical tests. Therefore, an automatic virtual mechanical test bench was developed using a finite element model, to allow identification and adaptation of weak spots in implants, during the implant design process. Through a validation experiment, it was shown that the virtual test bench gave good indications about the weak spots in the implant design that are prone to fatigue failure.In this research, a major step was taken in the direction of economically viable custom implants, by speeding up and standardizing the design process and improving the quality of the implants. Therefore, we expect that in the future it will be viable to bring custom implants to the market for patients with less severe bone defects. In that way, suboptimal solutions using standard revision components can be avoided.
|
|---|
| Qualifiers | - acetabulaire defecten - acetabular defects - implant fixation - implantaat-fixatie - |
|---|
| Personal | Vander Sloten Jozef, Vanden Berghe Peter |
|---|
| Collaborations | |
|---|
