Navigation der Bohrkapsel

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter W. Fellner
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 179880849

In diesem Teilprojekt stehen die automatische Erfassung der Instrumentenposition sowie die Bahnregelung im Mittelpunkt. Die Erweiterung der Planung geradliniger Bohrkanäle auf nichtlineare Pfade erfordert eine Anpassung der Instrumentenüberwachung und der Bahnregelung. Um eine vorgeplante Trajektorie mit dem Instrument präzise zu folgen, müssen die sechs Freiheitsgrade der Bohrkapsel erfasst werden. Die im Rahmen von MUKNO I entwickelten Methoden, die auf C-Bogen Aufnahmen basieren, ermöglichen eine genaue Ermittlung der Instrumentenlage, sind jedoch auf der Erfassung von fünf Freiheitsgraden begrenzt. Darüber hinaus ist eine permanente Überwachung mittels eines C-Bogens aus strahlenhygenischer Sicht nicht vertretbar. Ein hybrides System muss daher eingesetzt werden, um die zwei vorgenannten Defiziten zu kompensieren. Ein Elektromagnetisches Trackingsystem (EMT) ist dafür geeignet, da die benutzten Sensoren kleine Baugröße haben und kontinuierlich erfasst werden können, auch wenn sie verdeckt sind. Jedoch ist das EMT ungenauer als das Tracking mittels eines CBogens. Deswegen werden zur Bestimmung der exakten Instrumentenlage an gewissen Zeitpunkten intra-operative Aufnahmen mittels eines C-Bogens akquiriert und basierend drauf werden die EMT-Daten für die folgende Zeitspanne nachjustiert, wobei zwischen zwei C-Bogen Aufnahmen die kontinuierliche Verfolgung anhand der EMT Koordinaten erfolgt. Dabei sollen die Aufnahmeparameter untersucht werden, um die Strahlenbelastung zu minimieren ohne den Patienten zu gefährden. Die Aufnahmenzeitabstände hängen prinzipiell von der Genauigkeit des EMTs, der Form der geplanten Trajektorie sowie von den Abständen zu Risikostrukturen ab. Ein geeignetes Regelungskonzept soll entworfen werden, um die verschiedenen Komponenten (Planung, EMT, C-Bogen, und Bohrkapsel) miteinander zu synchronisieren und zentral zu steuern. Durch eine sinnvolle Integration beider Trackingsysteme (EMT und C-Bogen) ist eine sichere kontinuierliche Überwachung bzw. Regelung machbar. Die Abweichung von der Soll-Trajektorie wird kompensiert, indem die Regelgröße für die Bohrkapselsteuerung berechnet wird. Weiterhin soll ein visuelles Feedback bezüglich der Instrumentenlage relativ zur Patientenanatomie angeboten werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1585: Multi-Port-Knochenchirurgie am Beispiel der Otobasis (MUKNO)
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Georgios Sakas