FOR 1585: Multi-Port-Knochenchirurgie am Beispiel der Otobasis (MUKNO)
Maschinenbau und Produktionstechnik
Medizin
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der 2. Förderperiode der Forschergruppe FOR 1585 MUKNO konnte ein 5:1 Modell eines Bohrsystems entwickelt werden, welches eingebunden in Planung und Navigation die Möglichkeit bieten könnte, nicht lineare Bohrungen vorzunehmen. Dieses konnte jedoch nicht vollständig in der geplanten Art und Weise, bei zu hohen Anforderungen an die beteiligten Wissenschaftler, realisiert werden. Hauptschwerpunkte des Projektes wurden daher auf die Planung der nicht linearen Pfade, die Navigation der zukünftigen Bohrkapsel und vor allem auf die Patientensicherheit durch eine ausführliche Risikobetrachtung bei nicht linearen Zugängen an der Otobasis gelegt. Es wurde ein Softwaretool zur Planung von linearen sowie nicht linearen Pfaden entwickelt, indem die Risikostrukturen (N. facialis, Chorda tympani, Cochlea usw.) eingeladen und ein Motion Planning Problem interaktiv definiert werden kann. Mit den Algorithmen wurden Zugangswege zur Cochlea und zum Inneren Gehörgang geplant und die maximale Krümmung sowie die minimale Distanz zu Risikostrukturen pro Pfad ärztlicherseits evaluiert. Die Methoden für Segmentierung, Planung und Navigation (Regelung) wurden in einem gemeinsamen Framework mit zugehöriger graphischer Benutzeroberfläche entwickelt. Die Anbindung an die Regelung wurde so aufgrund der gemeinsamen Softwarearchitektur ermöglicht. Für die Navigation für die Multi-Port Knochenchirurgie an der Otobasis wurde ebenfalls eine neue Software entwickelt. Diese ist in die Planungsumgebung integriert und stellt die Anbindung an die Komponenten C-Bogen, elektromagnetischer Tracker, Bohrsystem und Planungstool sicher. Das Zusammenspiel aus Planung und Navigation wurde in einem Schlüsselexperiment erfolgreich getestet. Elementar für eine spätere klinische Anwendung ist die Risikobetrachtung minimal-invasiver Operationen an der Otobasis. Ärztlicherseits wurde ein Indikationskatalog erstellt und eine Darstellung chirurgischer Landmarken bei unterschiedlichen endoskopischen Zugangswegen visualisiert. Nach der Analyse des chirurgischen Prozesses wurde dieser im Hinblick auf Fehlerursachen und Verletzungsrisiken untersucht, eine Fehlerbaumanalyse durchgeführt. Die identifizierten Fehlerursachen wurden mit Risikoprioritätszahlen bewertet. Hauptursachen für eine möglicherweise nicht erfolgreiche Operation: Unvollkommenheit der Bildgebung und –verarbeitung, der Instrumentennavigation, des Bohrprozesses, sowie der Temperaturbestimmung an der Bohrerspitze. Das Modell für das mechanische Verletzungsrisiko setzt die Unsicherheiten der Bildgebung uimg, der Bohrernavigation unav und des Bohrprozesses udrill in Bezug zum minimalen Abstand zwischen dem geplanten Bohrkanal und der nächstgelegenen Risikostruktur. Die sensitive Struktur wird nicht verletzt, wenn der Abstand zum Bohrkanal groß genug ist, um die Unsicherheiten entlang des Operationsprozesses zu kompensieren. Das Modell für das thermische Verletzungsrisiko setzt die zulässige Höchsttemperatur in Bezug zur angegebenen Temperatur und der Unsicherheit mit der die Temperatur angegeben werden kann. Die beschriebenen Modelle können für die präoperative Abschätzung des Patientenrisikos herangezogen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- MUKNO-Multi-Port-Knochenchirurgie am Beispiel der Otobasis. Virtuelle Planung und Machbarkeitsanalyse multiangulärer Bohrkanäle. Tagungsband der 11. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer und Roboterassistierte Chirurgie e.V. (CURAC), 2012
Stenin I., Hansen S., Hirschfeld J., Klenzner T., Schipper J
- Evaluation von minimal invasiven multiport Zugängen der Otobasis am humanen Schädelpräparat. Tagungsband der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer und Roboterassistierte Chirurgie e.V. (CURAC), 2014
Stenin I, Hansen S., Nau-hermes M., El-Hakimi W., Becker M., Bevermann J., Klenzner T., Schipper J
- Minimally invasive multiport surgery of the lateral skull base. Biomed Res Int. 2014;2014:379295
Stenin I, Hansen S, Becker M, Sakas G, Fellner D, Klenzner T, Schipper J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1155/2014/379295) - Messunsicherheit im medizinischen Kontext – Rückgeführte Messungen anatomischer Strukturen, VDI-Fachtagung Messunsicherheit, Braunschweig, 19.- 20.11., 2015
Bevermann, J.; Schmitt, R.
- Traceable measurement of anatomical structures – Assessing the patient’s risk of minimally invasive surgery, Technical Presentation, CIRP Winter Meeting, Paris, 18.-20.02, 2015
Schmitt, R.; Bevermann, J.
- A software tool for planning and evaluation of non-linear trajectories for minimally invasive lateral skull base surgery. Tagungsband der 15. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer und Roboterassistierte Chirurgie e.V. (CURAC), 2016
J. Fauser, I. Stenin, J. Kristin, T. Klenzner, J. Schipper, G. Sakas
- A three-step approach to track the position and the orientation of a surgical instrument in x-ray images. In Tagungsband der 15. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie e.V. (CURAC), 2016
Kügler D, Sakas G.
- Determining the patient’s risk in minimally invasive surgery to the lateral skull base. In: Proceedings 11. CURAC Jahrestagung 2016, Bern, Schweiz, 29.09.-01.10.2016., S. 155-161, 2016
Bredemann, J; Voigtmann, C; Schmitt, R.; Stenin, I.; Kristin, J; Klenzner, T; Schipper, J.
- On-the-fly geometrical calibration fine-tuning of a mobile C-arm CBCT system. tm - Technisches Messen 2016
El Hakimi, Wissam and Sakas, Georgios
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/teme-2015-0059) - [Surgical simulation on the lateral skull base]. HNO. 2017 Jan;65(1):13-18
Stenin I, Kristin J, Klenzner T, Schipper J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00106-016-0202-2) - Applications of CT for dimensional metrology, In: Industrial X-ray Computed Tomography, Editors: Carmignato, S; Dewulf, W; Leach, R.; Springer, 2017
Buratti, A.; Bredemann, J; Pavan, M.; Schmitt, R.H.; Carmignato, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-319-59573-3_9) - Minimally invasive, multi-port approach to the lateral skull base: a first in vitro evaluation. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2017 May;12(5):889-895
Stenin I, Hansen S, Nau-Hermes M, El-Hakimi W, Becker M, Bredemann J, Kristin J, Klenzner T, Schipper J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11548-017-1533-5) - Unsicherheitsbetrachtung für bildbasierte minimalinvasive Eingriffe an der Otobasis. In: tm – Technisches Messen, 84 (5), S. 359-369, 2017
Bredemann, J.; Voigtmann, C.; Schmitt, R.H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/teme-2016-0053)
