SACAS (Sonographic Aided Computer Assisted Surgery) im Halsbereich
Measurement Systems
Final Report Abstract
Grundidee dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer ultraschall-gestützten minimalinvasiven Weichteilchirurgie im Halsbereich des Menschen. Zur Datenerhebung wurden zunächst gesunde Probanden im MRT und sonographisch untersucht. In den gewonnenen Daten wurden Zielstrukturen segmentiert. Um erste Computermodelle erstellen zu können, entwickelten wir zunächst ein neuartiges Halsphantom, welches die Grundlage zur Entwicklung eines Navigationssystems darstellen soll. Das Phantom wurde aus PVA erstellt, wobei bei der Herstellung eines Halsphantoms unser aktuelles Verfahren einmalig in der Wissenschaft ist. Um das Modell zunächst zu vereinfachen, stellten wir Halsphantome unter Berücksichtigung der relevanten anatomischen Landmarken (A. carotis interna und externa, V. jugularis interna) her. Um Phantome reproduzierbar hersteilen zu können, konzipierten wir mittels rapid-prototyping eine externe Halterung und erhielten so ein komplettes Halsmodell, welches die verschiedenen Rotationspositionen des menschlichen Halses imitieren konnte. Dabei blieb gewährleistet, dass das Modell multimodal (CT, MRT, Sonographie) untersuchbar blieb. Zusätzlich untersuchten wir verschiedene Verfahren zum Einbringen von Pathologien in das fertige Halsmodell. Am fertigen Modell wurden CT- und MRT-Datensätze erstellt. Zusätzlich wurden Zielstrukturen sonographisch segmentiert. Mittels Ultraschallplattform und Laborrechner entstehen ein Datensatz und ein überlagertes Bild aus CT- oder MRT-Bildgebung und Sonographiebild. Die Funktionalität dieses Systems ermöglicht ultraschallgeführte Punktionen, bei denen dem Untersucher die aktuelle Position des Instrumentes im CT- oder MRT-Datensatz visualisiert wird. Zeitgleich dazu kann in das vorhandene Bild die aktuelle sonographische Kontrolluntersuchung eingeblendet werden. Das von uns entworfene System wurde auch im Rahmen dieses Forschungsprojektes evaluiert. Dazu führten wir wiederholt eine durch das Navigationssystem geleitete Punktion einer Raumforderung im Halsmodell durch. Dabei zeigte sich eine durchschnittliche Abweichung von 4,8 mm der angezeigten von der sonographisch bestimmten realen Position des Punktionsinstrumentes. Momentan ist es also noch notwendig, bei der Nutzung dieses Systems einen Sicherheitskorridor um gefährdete Kollisionsstrukturen zu legen. In Zukunft muss weiter erforscht werden, wie das Problem der unterschiedlichen Datenakquise (Halsposition im MRT) im Vergleich zur geänderten Lageposition intraoperativ gelöst werden kann. Hierbei ist vor allem die auftretende Weichteilverschiebung und das Fehlen von festen Landmarken ein im Rahmen dieses Forschungsprojektes ungelöstes Problem. Das entstandene Modell kann in Zukunft auch für das „Lernen am Modell“ in der Aus- und Weiterbildung der HNO-Ärzte des Uniklinikums Düsseldorf verwendet werden. Sonographisch gestützte Punktionen oder Interventionen können am jederzeit verfügbaren Modell trainiert werden.
Publications
- Ein 3D-Ultraschallnavigationssystem für die Computer-assistierte Chirurgie im Kopf-Halsbereich - Visionen und Konzepte. In: Proceedings of the 9th Annual Meeting of the German Society for Computer- and Robot-assisted Surgery, 203-206, 2010
T. Brennecke, J. Burgner. L. A. Kahrs, C. Günther. T. Beyl, J. Raczkowsky, S. Tretbar, T. Kienzner, J. Schipper, H. Wörn
- Funktionelles Modell der rotationsabhängigen Strukturverschieblichkeiten im humanen Hals: Datenakquisition, Methoden und erste Ergebnisse. Proceedings of the 9th Annual Meeting of the German Society for Computer- and Robot-assisted Surgery, 153-157, 2010
L. Colter, L.A. Kahrs, J. Hirschfeld, J. Schipper
- Flexibles Halsphantom zur Evaluation eines Ultraschall-gestützten Navigationssystems. Tagungsband der 10. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie e.V. (CURAC), 2011
J. Hirschfeld, T. Brennecke. L. Colter, J. Raczkowsky, J. Schipper
- Halsphantom für die navigierte Sonographie. 82. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e.V. 2011 in Freiburg
J. Hirschfeld, T. Brennecke, J. Raczkowsky, J. Schipper
- Ultrasound tomography using a light weight robot. Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS), 2011
T. Beyl, T. Brennecke, J. Raczkowsky, H. Wörn
- Reproduzierbar rotationsfähiges Halsphantom zur Evaluation minimalinvasiver operativer Techniken mittels eines Ultraschall-gestützten Navigationssystems. Tagungsband der 11. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie e.V. (CURAC), 2012
N. Jansen, J. Hirschfeld, T. Brennecke, L. Colter, J. Raczkowsky, H. Wörn, J. Schipper
- Innovation minimalinvasiver Zugangswege - aber sicher durch Operieren am Modell und Verwendung der intraoperativen Navigation. Tagungsband der 84. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e.V. (DGHNO), 2013
N. Jansen, T. Brennecke, J. Hirschfeld, H.J. Wittsack, J. Raczkowsky, J. Schipper
(See online at https://doi.org/10.3205/13hnod093) - Messung von Strukturverschiebungen bei Kopf-Hals-Rotation. Laryngo-Rhino-Otologie. 2013. 523-530
L. Colter L, L.A. Kahrs, J. Hirschfeld, J. Schipper
(See online at https://doi.org/10.1055/s-0033-1334948) - Rotatable flexible neck-model for the evaluation of minimally invasive operation procedures with the help of an ultrasound-based navigation system. 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2013,1140-1143
N. Jansen, T. Brennecke, J. Hirschfeld, L. Colter, J. Raczkowsky. H. Woern, J. Schipper
(See online at https://doi.org/10.1109/EMBC.2013.6609707) - The OP: Sense surgical robotics platform: first feasibility studies and current research. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, 2013, 136-137
P. Nicolai, T. Brennecke, M. Kunze, L. Schreiter, T. Beyl, Y. Zhang, J. Mintenbeck, J. Raczkowsky, H. Wöm
