- Vortrag
Am 10.10.2026 um 15:00 Uhr
(V-18) „Entwicklung eines KI-basierten 3D-Scanverfahren zur Generierung einer 3D-gedruckten silikon-basierten Epithese in der MKG-Chirurgie“
Referent: Univ.-Prof. Dr. Dr. Ralf Smeets I Hamburg, DE
Zusammenfassung:
Ziel:
Die Therapie von Patienten mit Gesichtsdefekten, bspw. aufgrund von angeborenen Fehlbildungen, stellt eine besondere Herausforderung für ein interdisziplinäres Behandlungsteam, bestehend aus Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgen, sowie Epithetikern, aber auch für die betroffenen Patienten dar. Wenn angeborene oder erworbene Defekte im Kopf-Hals-Bereich nicht mithilfe von chirurgischen Eingriffen behandelt werden können, vor allem nach Tumorerkrankungen oder Traumata, muss der vorhandene Defekt durch Epithesen wiederhergestellt werden. Diese verbergen den Defekt nicht nur, sondern sollen auch äs-thetisch anspruchsvoll sein, sodass eine psychosoziale Wiedereingliederung des Patienten ermöglicht wird. Eine solche Epithese stellt oftmals die letzte Chance für Patienten bspw. nach einer Chemotherapie dar. Ziel der Arbeitsgruppe lag in der Erfassung und Konvertierung geeigneter Daten mittels KI zur Generierung eines detailreichen, realitätstreuen 3D-Abbilds zur Epithesen-Modellierung.
Material/ Methodik:
Verschiedene 3D-Scan-Technologien wurden untersucht, um die an der besten geeigneten Methode zur schnellen Datenerfassung ohne ionisierende Strahlung zu identifizieren. Die Zielzeit für den Scan betrug 30-60 Sekunden bei einer Strahlenbelastung von maximal 200μSv. Ein Protokoll zur Unterstützung der Datenerfassung und zur Gewährleistung einer ausreichenden Bildqualität wurde in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern entwickelt. Dazu gehören die Erstellung von Scans in einem entsprechenden Raum mit optimalen Lichtverhältnissen, ausreichender Abstand zum Patienten während des Scanverfahrens sowie die Minimierung von Patientenbewegungen. Zudem wurde eine Methode zur Generierung einer 3D-Tiefenkarte der gescannten Fläche entwickelt, die die nachfolgende Modellierung ermöglichte.
Ergebnisse:
Erste Tests mit ausgewählten Technologien haben gezeigt, dass die angestrebte Datenerfassungszeit realisierbar ist. Die Strahlenbelastung bleibt dabei deutlich unter dem Grenzwert. Punktgenauigkeit: Die erforderliche Punkt-Genauigkeit von mindestens 100μm zur Erfassung feiner Texturdetails wie z.B. Poren und/ oder Falten wurde erfolgreich validiert. Es werden aktuell Methoden entwickelt, um feine Texturdetails auf der Gesichts- und Halsoberfläche genau zu erfassen, einschließlich der korrekten Abbildung von Hohlräumen im 3D-Modell. Die ideale periphere Beleuchtung gemäß CIE-Norm D65 wurde untersucht. Hierbei zeigte sich, dass unter „regulärer Klinikbeleuchtung“ im Untersuchungszimmer ohne gesonderte Beleuchtungsmaßnahmen der Defektscan mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt werden kann. Eine Farbtiefe von mindestens 24 Bit pro Pixel wurde als notwendig ermittelt, um realitätsgetreue Verfärbungen der Haut präzise abzubilden. Dieser Parameter lässt sich technisch im Rahmen von modernen Scanverfahren abbilden. Mittels KI-Algorithmus haben wir Algorithmen zur Rauschfilterung, Lückenfüllung und Normalisierung der erfassten Daten entwickelt und erfolgreich implementiert. Diese Schritte sind entscheidend, um die Daten in ein einheitliches Koordinatensystem zu bringen und die Qualität zu verbessern.
Schlussfolgerung:
Der Fokus dieses Projektes liegt auf der Automatisierung des Workflows zur Erfassung und Verarbeitung von 3D-Daten. Bisher haben wir eine stabile Pipeline geschaffen, jedoch gibt es noch Herausforderungen bei der Integration von benutzerfreundlichen Oberflächen, um die Komplexität des Systems für nicht-technische Benutzer zugänglicher zu machen. Eine der größten Herausforderungen besteht in der Qualität der erfassten Daten, die oft durch Rauschen und Artefakte beeinträchtigt wird. Zudem erfordert die Verarbeitung großer Punktwolken erhebliche Rechenressourcen, was zu längeren Verarbeitungszeiten führen kann. Die Entwicklung einer benutzerfreundlichen Oberfläche, die die komplexen Funktionen zugänglich macht, ist ebenfalls eine Herausforderung.
Interessenskonflikt: Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz für die finanzielle Förderung (FKZ: KK5180710IE3).
Referent:
- Univ.-Prof. Dr. Dr. R. Smeets absolvierte von 1990 bis 1995 ein Studium der Chemie mit dem Schwerpunktfach Makromolekulare Chemie im Hauptstudium. Anschließend studierte er von 1995 bis 2003 Human- und Zahnmedizin an der RWTH Aachen. In den Jahren 2004 und 2005 erhielt er ein Forschungsstipendium der RWTH Aachen.
- Im Jahr 2008 erlangte Prof. Smeets die Facharztanerkennung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, 2009 folgte die Anerkennung als Fachzahnarzt für Oralchirurgie. Für seine wissenschaftlichen und klinischen Leistungen wurde er 2010 mit dem Hans-von-Seemen-Preis der Deutschen Gesellschaft für Plastische und Wiederherstellungschirurgie e. V. ausgezeichnet. 2011 übernahm er die Position des geschäftsführenden Oberarztes und Leiters der Forschung an der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE). Im selben Jahr wurde er auf eine W2-Universitätsprofessur für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie und Oralchirurgie an der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg berufen.
- Von 2012 bis 2015 war Prof. Smeets als Gastdozent an der Universität Bremerhaven tätig. Innerhalb der Deutschen Gesellschaft für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde (DGZMK) engagierte er sich in verschiedenen wissenschaftlichen Fachgesellschaften: Von 2012 bis 2014 war er Schriftführer der Arbeitsgemeinschaft für Grundlagenforschung (AfG), von 2013 bis 2015 Schriftführer der Arbeitsgemeinschaft für Oralpathologie (AKOPOM) und von 2014 bis 2016 Präsident der AfG. Seit 2015 ist er zudem 2. Vorsitzender der AKOPOM.
- Seit 2017 ist Prof. Smeets Vorstandsmitglied und Fortbildungsreferent der Deutschen Gesellschaft für Orale Implantologie e. V. (DGOI). Von 2018 bis 2023 bekleidete er eine Heisenbergprofessur der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für „Regenerative orofaziale Medizin“. Ebenfalls seit 2018 ist er W3-Universitätsprofessor für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie für „Regenerative orofaziale Medizin“ an der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie des UKE. Im selben Jahr übernahm er die Leitung der eigenständigen Sektion „Regenerative orofaziale Medizin“. Darüber hinaus wurde er 2018 zum gewählten Mitglied des International Team for Implantology (ITI Fellow) ernannt.
- Von 2019 bis 2024 war Prof. Smeets stellvertretender Klinikdirektor der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie des UKE. Seit 2020 ist er Gastprofessor am Department of Oral and Maxillofacial Surgery der Hebei Medical University in Shijiazhuang, Volksrepublik China. Seit 2021 berät er das Fraunhofer IAPT im Bereich medizinischer Applikationen für den Kopf- und Halsbereich mit besonderem Schwerpunkt auf Medizintechnik. Im selben Jahr wurde er in den Vorstand der DFG-Forschungsgruppe 5250 berufen. Seit 2022 ist er zudem Gastdozent an der TU Dortmund sowie Vorstandsmitglied des Universitären Centrums für 3D-Druck in der Medizin und Pharmazie (UC3D). Ebenfalls seit 2022 ist er Vizepräsident und Fortbildungsreferent der Deutschen Gesellschaft für Orale Implantologie e. V. (DGOI).
- Für seine herausragenden Leistungen erhielt Prof. Smeets zahlreiche Auszeichnungen. Hierzu zählen unter anderem der Deutsche Wundpreis 2022, der Deutsche Hygienepreis 2022 der Rudolf Schülke Stiftung sowie die Verleihung des Hamburger Lehrpreises 2022 im Jahr 2023.
- Prof. Smeets verfügt über eine umfangreiche wissenschaftliche Expertise und blickt auf eine intensive internationale und nationale Forschungs-, Lehr- und Vortragstätigkeit zurück. Sein wissenschaftliches Werk umfasst mehr als 285 Publikationen, darunter über 260 Veröffentlichungen in peer-reviewten Fachzeitschriften. Darüber hinaus ist er Inhaber mehrerer Patente und wurde mit zahlreichen weiteren Preisen ausgezeichnet. Ergänzt wird sein akademisches Profil durch eine vielfältige internationale und nationale Tätigkeit als Referent und Gutachter.
Einrichtung / Institut / Klinik:
- Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
- Sektion für „Regenerative Orofaziale Medizin“
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
- Martinistraße 52
- 20246 Hamburg, DE
Co-Autoren:
- Maison, W., Fuest, S., Gosau, M., Voos, A.
- Kraume, J., Weber, V., Wolf, N., Sauer, T.
Andere Programmpunkte:
