L3S Beste Veröffentlichung des Quartals (Q3+Q4/2025)
Kategorie: ML im Ingenieurwesen
Audio Monitoring of Bone Cement Disintegration in Pulsating Fluid Jet Surgery under Laboratory Conditions
Autoren: Melanie Schaller, Sergej Hloch, Akash Nag, Dagmar Klichova, Frank Pude, Nick Janssen, Michal Selenak, Bodo Rosenhahn
Veröffentlicht in Results in Engineering
Die Studie in Kürze
Die Studie untersucht einen pulsierenden Fluidstrahl als präzise, kalte und minimalinvasive Methode zur Entfernung von Knochenzement. Mit einer neu entwickelten langen Düse konnten realistische chirurgische Bedingungen nachgestellt werden. Da Spritzwasser die Sicht behindert, wird der Prozess erstmals über Audiosignale überwacht, die mithilfe unseres S4DBioAlgorithmus mit den Erosionsprofilen korreliert werden.
Das System erreicht eine Vorhersagegenauigkeit von 98,93 % und zeigt, dass der Fluidstrahl in Kombination mit AudioMonitoring ein effektives cyberphysisches System zur Tiefenschätzung darstellt. Die Arbeit liefert damit zentrale Bausteine für zukünftige minimalinvasive, kalte und adaptive Verfahren zur Knochenzemententfernung.
Welches Problem lösen Sie mit Ihrer Forschung?
Revisionseingriffe, bei denen alter Knochenzement entfernt werden muss, sind heute oft zeitaufwendig, unpräzise und riskant. Herkömmliche manuelle Methoden können zu Knochenverlust, Frakturen oder Perforationen führen. Unsere Forschung zeigt eine schonende, automatisierbare Alternative, die das Risiko für Patientinnen und Patienten deutlich reduzieren kann.
Welche potenziellen Auswirkungen haben Ihre Ergebnisse?
Die Methode könnte künftig zu schnelleren, sichereren und präziseren Revisionseingriffen führen. Sie eröffnet die Möglichkeit, chirurgische Abläufe zu automatisieren, die heute stark von der Erfahrung einzelner Operateure abhängen. Langfristig kann dies die Belastung für Patientinnen und Patienten reduzieren, Komplikationen vermeiden und die Qualität orthopädischer Versorgung verbessern.
Was ist neu an dem Ansatz?
Zum ersten Mal wird ein pulsierender Fluidstrahl mit AudioMonitoring und einem StateSpaceModell (S4DBio) kombiniert, um den Abtrag des Knochenzements in Echtzeit vorherzusagen, ohne Sichtkontakt zu benötigen. Zudem stellen wir eine neue lange Düse vor, die minimalinvasive Eingriffe technisch ermöglicht. Diese Kombination gab es bisher in der chirurgischen Technologie nicht.
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