Automatisierte Echtzeitbildgebung für laparoskopische Eingriffe

• Antragsteller: Professor Dr. Tim C. Lüth; Professor Dr. Jens-Uwe Stolzenburg
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 106863815

Minimalinvasive (laparoskopische) Operationen in der Bauchhöhle werden immer häufiger offenen Eingriffen vorgezogen. Die Intraoperative Bildgebung während dieser Eingriffe erfolgt primär durch Spezialendoskope (Laparoskope). Laparoskope bieten dem Chirurg jedoch nur oberflächliche Bildgebung, d.h. es sind während des Eingriffes nur wenige Informationen über das Innere des Operationsgebietes in Echtzeit verfügbar. Dieser Mangel an Informationen kann beispielsweise dazu führen, dass ein Tumor nicht vollständig entfernt wird, zu viel gesundes Gewebe um einen Tumor entfernt wird oder lebensnotwendige Blutgefäße verletzt werden. Sonographie bietet intraoperative Echtzeitbildgebung des Inneren des Operationsgebiets und könnte die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Vorhandene Sonographiekonzepte sind jedoch nicht für den Einsatz geeignet.Das Ziel dieses Projektes ist es dem Operateur ohne erhöhten Personalaufwand in Echtzeit Bilder aus dem Inneren des Operationsgebietes zu liefern. In der ersten Projektphase wurden dafür die Grundlagen geschaffen, indem ein Konzept für einen Roboter entwickelt und evaluiert wurde. Der Roboter lässt sich in den Operationstisch integrieren und kann eine transkutane Ultraschallsonde in einer Ebene, d.h. zwei translatorischen Freiheitsgraden, bewegen.In der kommenden Projektphase soll das vorhandene Konzept in den drei Bereichen Roboter, Steuerung und Visualisierung weiterentwickelt werden. Der Roboter soll um zwei rotatorische Freiheitsgrade erweitert werden, um Bewegungen einer handgeführten Ultraschallsonde so natürlich wie möglich nachzubilden. Um den Roboter problemlos in den klinischen Arbeitsfluss zu integrieren, soll ein einfach zu benutzendes Installationskonzept entwickelt werden. Zur Optimierung der Steuerung sollen unterschiedliche Konzepte zur manuellen (Telemanipulation) und zur automatisierten Steuerung untersucht werden. Das Ziel ist eine möglichst schnelle und genaue Steuerung bei gleichzeitiger Minimierung des Mehraufwandes für den Operateur. Die manuelle Steuerung soll alternativ per Positionssteuerung oder Geschwindigkeitssteuerung möglich sein. Bei den automatischen Ansätzen ist es das Ziel die Ultraschallsonde ohne Eingabe des Chirurgen auf das Zielgebiet auszurichten. Um die Interpretation der Ultraschallaufnahmen zu erleichtern sollen neue Ansätze zur Visualisierung untersucht werden. Da Ultraschallaufnahmen immer im anatomischen Kontext interpretiert werden, sollen diese den laparoskopischen Aufnahmen überlagert werden um dem Operateur den aktuellen Aufnahmeort zu zeigen. Damit der Chirurg während des Eingriffs Gefahrenbereiche besser erkennt, sollen diese in den Ultraschallaufnahmen markiert werden. Um die Ergonomie während der Operation zu verbessern, soll untersucht werden, wo die neu gewonnen Bildinformationen am besten darstellt werden können, so dass der Arzt den geringsten Aufwand hat zwischen den einzelnen Bildquellen zu wechseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen