Mechatronisch geführte Mikronavigation von Nadeln in Weichgewebe

• Antragsteller: Professor Dr. Gereon Hüttmann; Professor Dr.-Ing. Alexander Schlaefer
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240636000

Das Einbringen von Nadeln stellt eine wichtige Option bei der minimalinvasiven und fokussierten Diagnose und Therapie in Weichgeweben dar, beispielsweise im Rahmen einer Biopsie oder der Brachytherapie. Beim Einbringen der Nadel kommt es jedoch zu teilweise erheblichen Gewebedeformationen, so dass die Lage der Nadel relativ zum Gewebe nicht der ursprünglichen Planung entspricht. In einer ersten Projektphase wurde ein mechatronischer Aufbau realisiert, mit dem die Machbarkeit der hochaufgelösten optischen Bildgebung aus der Nadel heraus untersucht wurde. Auf Basis von in die Nadel integrierten Fasern und Optiken wird mittels optischer Kohärenztomographie das Gewebe in der Umgebung der Nadel erfasst. Mit dem Aufbau können auch kleine Relativbewegungen zwischen Gewebestrukturen und der Nadelspitze sowie Deformationen beim Einbringen erkannt werden. In der zweiten Projektphase wird das räumliche Gewebemodell um elastische und räumlich noch höher aufgelöste Informationen erweitert. Ziel ist es, erstmals die für die Modellierung und Prädiktion der Nadel-Gewebs-Interaktion benötigten Informationen direkt aus der Nadel zu bestimmen. In Verbindung mit der mechatronischen Führung der Nadel wird dadurch eine Grundlage für die genauere Regelung des Nadelvorschubs geschaffen, um Deformationen zu kompensieren. Ein weiterer Aspekt ist die mögliche Differenzierung unterschiedlicher Gewebetypen anhand der erfassten Signale. Beispielsweise können geringere Gewebeelastizitäten auf Tumorareale hindeuten. Um auch strukturelle Unterschiedle in Geweben sichtbar zu machen, soll die noch recht neue optische Kohärenzmikroskopie erstmals aus einer Nadelsonde realisiert werden. Mittelfristiges Ziel ist es, die so gewonnenen morphologischen und mechanischen Gewebeeigenschaften bei Lokalisation und Behandlungsplanung zu berücksichtigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen