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Intraoperative Sensoranalyse und Registrierung

Partner: Universitätsklinikum Heidelberg, Chirurgische Klinik

Inhalt

Oberflächenrekonstruktion
Oberflächenrekonstruktion
Registrierung
Initiale Registrierung

Die minimal-invasive Chirurgie stellt eine komplexe medizinische Disziplin dar. Wünschenswert ist deshalb ein computergestütztes Assistenzsystem, das den Chirurgen unterstützt, indem es während des Eingriffes auf der Basis einer präoperativen Planung eine intraoperative Navigation zur Verfügung stellt. Ein wesentliches Problem bei der Realisierung eines solchen Assistenzsystems für die laparoskopische Chirurgie ist die Tatsache, dass sich das beobachtete Operationsumfeld zwischen den präoperativen Aufnahmen und der eigentlichen Operation verändert hat und sich auch während des Eingriffes aufgrund von Weichgewebedeformationen kontinuierlich verändert. Um weiterhin die präoperative Planung nutzen zu können, muss diese an die Änderungen angepasst werden. Dazu müssen intraoperativ Sensordaten erfasst und in ein intraoperatives Modell integriert werden, das diese Änderungen repräsentiert. Dieses Modell muss im Anschluss mit einem präoperativen Planungsmodell registriert werden, um die Änderungen der Szene auf die Planung zu übertragen.

Im Rahmen dieses Projektes werden Methoden entwickelt, um solch ein intraoperatives Modell zu generieren. Zum einen kommen dabei Bilder eines Stereo-Endoskops zum Einsatz, aus denen in Echtzeit ein Oberflächenmodell der Szene generiert wird, das die Weichgewebedeformationen erfasst. Zum anderen erfolgt die Integration eines Kraftsensors in ein endoskopisches Instrument, um instrumenteninduzierte Weichgewebedeformationen zu analysieren. Weiterhin werden Methoden zur Registrierung des intraoperativen mit dem präoperativen Modell entwickelt. Zum einen muss initial eine Registrierung der beiden Modelle erfolgen. Unterteilt ist diese Registrierung in einen rigiden Grobregistrierungsschritt, um die Modelle in ein einheitliches Koordinatensystem zu überführen, und einen nichtrigiden Feinregistrierungsschritt, um sie im Detail aneinander anzupassen. Zusätzlich werden Methoden untersucht, um eine erfolgreiche Registrierung bei Änderungen der Szene aufrecht zu erhalten. Gekoppelt werden soll das Projekt mit einer Arbeit zur biomechanischen Modellierung der Zielorgane (Biomechanische Modellierung). Bei erfolgreicher Registrierung sollen das Oberflächenmodell als Verschiebungs- und die Daten des Kraftsensors als Kraftrandbedingungen auf das biomechanische Modell übertragen werden, damit dort die Deformationen in den nicht von intraoperativen Sensoren erfassten Bereichen berechnet werden können.

Video: Oberflächenrekonstruktion (wmv)

Video: Intraoperative Modellierung und Registrierung mit Silikonphantom (wmv)


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    Veröffentlichungen
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    2006 Proc. Medicine Meets Virtual Reality (MMVR) 
    Sudra, G., Eggers, G., Pfeiffer, S., Ulbrich, S., Marmulla, R., Muehling, J. & Dillmann, R. Exploring virtual objects with a see-through based augmented reality system in craniofacial surgery
    [BibTeX]
    2006 Proc. Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC) 
    Sudra, G., Eggers, G., Weber, D., Giesler, B. & Dillmann, R. A miniaturized augmented reality technique based on fibre optics
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    2005 Proc. Biomedizinische Technik (BMT) 
    Sudra, G., Katic, D., Braun, M., Speidel, S., Castrillon-Oberndorfer, G., Eggers, G., Marmulla, R. & Dillmann, R. Wissensbasierte Modellbildung und Situationsinterpretation für eine kontextbezogene Chirurgieassistenz
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    2009 Proc. Gesellschaft für Informatik Tagung 
    Sudra, G., Marmulla, R., Salb, T., Ghanai, S., Eggers, G., Giesler, B., Hassfeld, S., Mühling, J. & Dillmann, R. First clinical tests with the augmented reality system INPRES
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    2005 Proc. Medicine Meets Virtual Reality (MMVR) 
    Sudra, G., Speidel, S., Fritz, D., Müller-Stich, B.P., Gutt, C. & Dillmann, R. MEDIASSIST: MEDIcal ASSistance for Intraoperative Skill Transfer in Minimally Invasive Surgery Using Augmented Reality
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    2007 Proceedings SPIE Medical Imaging 
    Sudra, G., Speidel, S., Müller-Stich, B., Becker, A., Ott, M. & Dillmann, R. Situation modelling and situation recognition for a context-aware augmented reality system
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    2007 Proc. Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS) 
    Sudra, G., Speidel, S., Platzek, S., Müller-Stich, B.P. & Dillmann, R. Augmented Reality Assistance for Realization of Incision Planning and Model-based Analysis of the Modified Surface Model
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    2008 Proc. Medicine Meets Virtual Reality (MMVR) 
    Suwelack, S., Heitz, E., Unterhinninghofen, R. & Dillmann, R. Adaptive GPU Ray Casting Based on Spectral Analysis
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    2010 Proc. Medical Imaging and Augmented Reality (MIAR), pp. 169-178 
    Suwelack, S., Katic, D., Wagner, S., Spengler, P., Bodenstedt, S., Röhl, S., Dillmann, R. & Speidel, S. Lightweight distributed computing for intraoperative real-time image guidance
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    2012 Proc. SPIE Medical Imaging 
    Suwelack, S., Maier, S., Unterhinninghofen, R. & Dillmann, R. Web-Based Volume Rendering
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    2011 Proc. Medicine Meets Virtual Reality (MMVR) 
    Suwelack, S., Roehl, S., Dillmann, R., Wekerle, A., Kenngott, H., Müller-Stich, B., Alt, C. & Speidel, S. Quadratic Corotated Finite Elements for Real-Time Soft Tissue Registration
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    2011 MICCAI workshop: Computational Biomechanics for Medicine 
    Suwelack, S., Speidel, S., Roehl, S. & Dillmann, R. Towards finite element-based soft tissue modelling for real-time image registration
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    2010 Proc. Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS) 
    Suwelack, S., Talbot, H., Röhl, S., Dillmann, R. & Speidel, S. A biomechanical liver model for intraoperative soft tissue registration
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    2011 Proc. SPIE Medical Imaging 
    Unterhinninghofen, R., Albers, J., Hosch, W. & und R. Dillmann, C.V. Flow Quantification from time-resolved MRI vector fields
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    2005 Proc. Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS) 
    Unterhinninghofen, R., Ley, S., Frydrychowicz, A. & Markl, M. MRT-basierte tridirektionale Flussbildgebung
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    2007 Der Radiologe
    Vol. 47(11), pp. 1012-1020 
    Unterhinninghofen, R., Ley, S., Ley-Zaporozhan, J., von H. Tengg-Kobligk, Bock, M., Kauczor, H.-U., Szabó, G. & Dillmann, R. Concepts for Visualization of Multidirectional Phase-contrast MRI of the Heart and Large Thoracic Vessels
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    2008 Academic Radiology
    Vol. 15(3), pp. 361-369 
    Unterhinninghofen, R., Ley, S., Ley-Zaporozhan, J., Szabó, G., Kauczor, H.-U. & Dillmann, R. Segmentation of large vessels based on PC-MRI velocity vector fields
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    2007 Proceedings SURGETICA 
    Unterhinninghofen, R., Ley, S., Zaporozhan, J., Szabó, G. & Dillmann, Rü. A versatile tool for flow analysis in 3D-phase-contrast magnetic resonance imaging
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    2006 International Journal on CARS
    Vol. Suppl. 1, pp. 111-113 
    Unterhinninghofen, R., Stehle, T., Albers, J., Hosch, W., Vahl, C. & Dillmann, R. Analysis of left-ventricular pathological flow via phase-contrast magnetic resonance imaging
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    2004 Proc.Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS), Chicago, USA 
    Unterhinninghofen, R., und W. Hosch, J.A. & und R. Dillmann, C.V. Multidimensional interactive colour-coding in velocity encoded magnetic resonance images of mitral insufficiency
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    2005 Proc. SURGETICA 
    Weingärtner, T., Haßfeld, S. & Dillmann, R. A 3D Simulation of the Mastication System for Maxillofacial Surgery
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    1997 In Proc. Of the Medtec 
    Weingärtner, T., Haßfeld, S. & Dillmann, R. A Kinematic Model of the Temoromandibular Joint for Maxillofacial Surgery
    [BibTeX]
    1997 In Proc. Of the MRCAS'97 
    Wekerle, A., Katic, D., Kenngott, H., S.Speidel & Mueller-Stich, B. Konstruktion einer Wissensbasis für die minimal invasive Pankreaschirurgie
    [BibTeX]
    2011 CURAC 
    Wächter, I., Seifert, S. & Dillmann, R. Automatic Segmentation of Cervical Soft Tissue from MR Images
    [BibTeX]
    2005 Proc. SURGETICA