Optische Kohärenztomographie für eine geregelte Laserablation an Grenzschichten der Schädelbasis (OCT-LABS)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts wurde ein System zur automatisierten Laser-Cochleostomie mit OCT-Regelung entwickelt. Erstmalig wurde ein OCT-System verwendet um die kritische Grenzschicht unterhalb eines Bohrkanals direkt darzustellen, diese zu segmentieren und die Ablationsmuster entsprechend zu planen. Der größte Erfolg besteht darin, dass eine OCT-basierte Regelung der Laser-Knochen-Ablation erstmals erfolgreich realisiert wurde. Nach der Bildqualitätsverbesserung anhand des innovativen „History Compounding"-Verfahrens kann die kritische Grenzschicht unterhalb der Knochenoberfläche robust mit der OCT detektiert werden und zwar einige hundert Mikrometer bevor die Struktur freigelegt wird. Damit kann das Dickenprofil der verbleibenden Knochenschicht sehr präzise berechnet werden. Die tatsächliche Verteilung der Restknochenschicht bestimmt das hier erarbeitete Verfahren mit der Genauigkeit von wenigen Zehnmikrometern. Es konnte auch gezeigt werden, dass das System in der Lage ist ohne jegliche präoperative Planung die LaserKnochen-Ablation zu führen. Dem Regelungsmodul ist eine Planung vorgeschaltet, die automatisch sowohl die Pulspositionen als auch deren Dauer plant. Damit konnte erreicht werden, dass die Form des Bodens des Cochleostomie-Kanals präzise gegen die natürliche Krümmung der kritischen Struktur konvergiert. Außerdem stoppt der Ablationsprozess automatisch, wenn die gewünschte Restgewebedicke erreicht wird, ohne die kritischen Struktur zu schädigen. Eine wiederholbare Ablationsgenauigkeit von rund 20µm konnte experimentell nachgewiesen werden. Während die Trackinggenauigkeit konventioneller Trackingsysteme nicht ausreicht für die Detektion relativer Bewegungen des Situs kleiner 100µm zwischen der Zielregion und der Laseroptiken, kann das OCT-System selbst innovativ als ein optisches Trackingsystem benutzt werden. Durch das im Projekt entwickelte Trackingkonzept mittels Nachverfolgen von winzigen Landmarken um den Cochleostomie-Kanal herum wurde eine globale Trackinggenauigkeit von nur 25µm zwischen der Zielregion und den Laseroptiken erzielt. Somit können selbst minimale Bewegungen kompensiert und eine genaue Ausführung des geplanten Ablationsmusters garantiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Optical coherence tomography as a tracking device for OCT guided laser cochleostomy: algorithm and first results," 11. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft fuer Computer- und Roboterassistierte Chirurgie e.V., Düsseldorf, Nov. 2012 (Best Paper Award)
Zhang, Y., Pfeiffer, T., Ding, J., Wieser, W., Weller, M., Huber, R., Raczkowsky, J., Woern, H., Klenzner, T.
- "History Compounding: A Novel Speckle Reduction Technique for OCT Guided Cochleostomy," Proc. SPIE 8571:85713H-85713H-6, 2013
Zhang, Y. Pfeiffer, T., Wieser, W., Weller, W., Huber, R., Klenzner, T., Raczkowsky, J. Wörn, H.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1117/12.2006979) - "Intravascular Optical Coherence Tomography Imaging at 3200 Frames per Second." Optics Letters 38, no. 10 (May 15, 2013): 1715-17
Wang, T., Wieser, W., Springeling, G., Beurskens, R, Lancee, C.T., Pfeiffer, T., van der Steen, A.F.W., Huber, R., van Soest, G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1364/OL.38.001715) - "Multi-MHz Retinal OCT." Biomedical Optics Express 4, no. 10 (October 1, 2013): 1890-1908
Klein, T., Wieser, W., Reznicek, L., Neubauer, A., Kampik, A., Huber, R.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1364/BOE.4.001890) - "Navigated osseous ablation for cochleostomy by optical coherence tomography (OCT)". ESPCI 2013 11th European Symposium on Paediatric Cochlear Implantation: May 23-26, 2013, Istanbul, Turkey
Weller, M., Zhang, Y., Pfeiffer, T., Wieser, W., Huber, R., Raczkowsky, J., Wörn, H., Schipper, J., Klenzner, T.
- "Picosecond Pulses from Wavelength-Swept Continuous-Wave Fourier Domain Mode-Locked Lasers." Nature Communications 4 (May 14, 2013): 1848
Eigenwillig, C.M., Wieser, W., Todor, S., Biedermann, B.R., Klein, T., Jirauschek, C., Huber, R.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms2870) - "Laser-cochleostomy controlled by optical coherence tomography (OCT) - an experimental approach at a native cochlea of a pig." CI 2014 13th International Conference on Cochlear Implants and Other Implantable Auditory Technologies: June 18-21, 2014, Munich, Germany
Weller, M.A., Zhang, Y., Pfeiffer, T., Huber, R., Raczkowsky, J., Wörn, H., Schipper, J., Klenzner, T.
- "Optical coherence tomography guided laser cochleostomy: towards the accuracy on tens of micrometer scale." BioMed Research International: issue: Trends and Future of Hearing Aid Implantation and Implant Technology (TFH), 2014, Article ID 251814, 10 pages
Zhang, Y., Pfeiffer, T., Weller, M., Wieser, W., Huber, R., Raczkowsky, J., Schipper, J., Wörn, H., Klenzner, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1155/2014/251814) - Optical coherence tomography guided laser cochleostomy. Dissertation 2014
Zhang, Y.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.5445/KSP/1000044633)
