3D-Scanner in der Medizin
Die Brust exakt vermessen
Medizinische Bruststützen, passende BHs oder genauere Operationen – die Form und das Volumen der menschlichen Brust zu kennen, ist für Chirurgen, Orthopäden und auch Kleidungshersteller essenziell. 3D-Scans geben eine schnelle, sichere und nicht-invasive Antwort.
Von allen 5.000 existierenden Säugetieren hat nur der Homo sapiens eine permanente Brust – und jede davon ist einzigartig. Die Brustbiomechanik beschäftigt sich mit der Brustgesundheit und der Entwicklung von Produkten für die Brust – sie sollen die Gesundheit und die Lebensqualität von Frauen verbessern sowie kulturelle Hürden überwinden.
Für ihre Forschung benötigten Wissenschaftler der Universität Portsmouth (Großbritannien) ein nicht-invasives, schnelles und einfaches Instrument zur präzisen Messung des Brustvolumens. Das Projekt von Prof. Joanna Wakefield-Scurr beschäftigt sich mit der Unterstützung der Brust in verschiedenen Umgebungen und Berufen, wobei die Anthropometrie der Brust und die Linderung von Brustschmerzen im Fokus steht.
Die Forschenden wissen, dass die exakte Kenntnis der Brustgröße wichtig ist, um Brustveränderungen zu erkennen, den Druck auf die Wirbelsäule und den Bewegungsapparat zu überwachen und mögliche Verletzungen, Schmerzen oder Beschwerden zu vermeiden. Bisher würden fast 80 % Prozent der Frauen eine falsche BH-Größe tragen, doch neben Komfort und orthopädischen Indikationen ist die präzise Volumenmessung der menschlichen Brust auch für chirurgische Eingriffe entscheidend.
Traditionellen Methoden zur Größenbestimmung der Brust bieten nicht die beste Passform oder präzise Einblicke für medizinische Eingriffe. Für genauere »Best Fit«-Kriterien haben die Wissenschaftler daher eine fortschrittlichere Methode als das Messen mit dem Maßband entwickelt – sie setzen auf 3D-Scanner im Handformat.
Einfaches 3D-Scannen der Anatomie
Die 3D-Scanner arbeiten mit strukturiertem Licht und erreichen eine sehr geringe maximale Abweichung von 0,8 % zwischen dem tatsächlichen und dem gemessenen Brustvolumen. Mit einem Verarbeitungsfehler von 0,1 % lag die Gesamtabweichung in der Forschungsgruppe bei nur 0,9 %. 3D-Scanner wie der Artec Eva von Artec Studio werden bereits weltweit zum Scannen des menschlichen Körpers eingesetzt. Die Methode ist sicher, schnell, genau und die handlichen Geräte sind dennoch einfach zu bedienen, es wird keine zusätzliche Zeit für die Einarbeitung benötigt.
»Der eingesetzte 3D-Scanner ist handgeführt und mobil«, sagt Dr. Chris Mills, Senior Lecturer in Biomechanik. »Brüste haben unterschiedliche Formen und Größen. Beim Scannen bewegt man sich die ganze Zeit, um sicherzustellen, dass man die gesamte Form erfasst. Jetzt, da wir wissen, wie genau die Ergebnisse sind, würden wir nicht mehr auf die neue Messmethode verzichten.«
Zu Beginn ihres Experiments mussten die Wissenschaftler eruieren, ob die versprochene Genauigkeit von bis zu 0,01 mm ausreichen und die Verarbeitungstechnik des Scanners ihre Berechnungen beeinflussen würde. Um dies zu überprüfen, bewertete das Team die Genauigkeit des Scanners, indem es den Gesamtfehler der Messung ermittelte.
Klinische Brustvermessung
Die Forscher scannten dazu eine als Kinderspielzeug bekannte Modelliermasse, deren Volumenwert sie exakt wussten (Bild 2). Anschließend verarbeiteten sie die gewonnenen Daten im Autopilot-Modus der Scan-Software, entfernten die Unterlage und füllten die Brust in der Registerkarte »Fix holes« aus. Nach der Ermittlung des Volumens verglichen sie dieses mit dem tatsächlichen Modelliermasse-Volumen. Der Unterschied zwischen dem tatsächlichen und dem gemessenen Volumen betrug maximal 0,8 % (3,8 ml), mit einem Minimum von 0,2 % (1,3 ml) zwischen 535 ml und 715 ml.
»Zunächst wollten wir wissen, ob wir mit dem 3D-Scanner das gleiche Volumen erhalten würden, also begannen wir mit einer Modelliermasse und deren bekannten Werten. Wir fingen mit 235 Millilitern an und gingen bis auf über tausend Millilitern hoch – das ist mehr als ein Liter Modelliermasse. Wir scannten alle 15 Milliliter, und die Genauigkeit war erstaunlich.«
Da die menschliche Brust auf einer flachen Oberfläche jedoch keine gleichmäßige Form hat, suchte das Team Freiwillige für das Projekt. »Wir zogen mit Kajal eine sehr dünne Linie um die Brust und trennten die Brust digital innerhalb der Kajal-Linie vom Rumpf,« sagt Dr. Rix aus dem Wissenschaftsteam. Für vergleichbare Ergebnisse verwendeten die Forschenden den Scan derselben Teilnehmerin (Bild 3): Insgesamt fünf Mal trennten sie die Brust vom Rumpf und segmentierten sie erneut. Dr. Rix und seine Kollegen wurden positiv überrascht: »Jedes Mal lagen unsere Berechnungen innerhalb eines Milliliters des Volumens, was unglaublich ist.«
Zielgerichtete 3D-Unterstützung
Die Forscher erhielten dabei Unterstützung durch Referenzhersteller. Sie arbeiteten eng mit Artec zusammen, um die Grenzen der Software vollständig auszureizen und auch Feedback zu geben. Ihr Input floss in die Verarbeitungsfunktionen der neuen Version von Artec Studio ein und halfen, die Abweichungen bei der Messung des Brustvolumens von 4,2 % auf 0,1 % zu senken.
Die positiven Ergebnisse führten zu zahlreichen weiteren Messungen: das Brustvolumen ließ sich nun schnell und nicht-invasiv ermitteln, ohne Schmerzen oder Stress für die Testpatienten. Die Methode liefert genaue und zuverlässige Messungen, die dazu beitragen, den Komfort von BHs und deren Stützfunktion zu verbessern und Brustschmerzen bei vielen Frauen zu verringern. Neben dem medizinischen Nutzen möchten die Forschenden auch den Alltag von Frauen verbessern und Sport- und Kleidungshersteller zu einem Umdenken zu bewegen; Dr. Rix resümiert: »Wir versuchen, Unternehmen zu ermutigen, darüber nachzudenken, wie man BHs praktischer, tragbarer und bequemer machen kann – ein Produkt, das Frauen tatsächlich hilft.« (uh)
Weitere Informationen zum 3D-Scanning und dem Produkt Artec Eva.
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Messtechnik & Sensorik
Der Inhalator denkt mit
Fluoreszenzbildgebung
Bessere Ergebnisse bei Hautkrebsoperationen
Kompakt und modifizierbar
Robuste Drehgeber für OP-Tisch & Co.
Per Sensor und KI
Intelligente Kleidung ist der bessere Neurologe
Tragbare Ultraschall-Sensoren
Kardio-Bildgebung für Unterwegs
Kurage und Sateco
KI im Schuh
