Einsatz der OCT-Bildgebung zur medizinischen Nahfeldnavigation

• Antragsteller: Professor Dr. Omid Majdani; Professor Dr.-Ing. Tobias Johannes Ortmaier; Professor Dr.-Ing. Eduard Reithmeier
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 82040686

Die sich zunehmend etablierenden Therapiekonzepte minimalinvasiver Operationstechniken und funktioneller Implantologie stellen an den Chirurgen immer höhere Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit seines sprichwörtlichen Handwerks. Verschiedene Hilfsmittel werden daher klinisch eingesetzt, um die Operationsgenauigkeit insbesondere in Risikobereichen zu erhöhen (roboterassistierte Chirurgie, Navigationstechnologie, Neuromonitoring, diverse intraoperative Bildgebungsmodalitäten). All diesen Ansätzen ist gemein, dass sie sich konventioneller Navigationstechnologien bedienen, deren maximal erreichbare Genauigkeit aufgrund technischer Limitationen bislang bei ca. 1 mm liegt. Ursächlich hierfür sind insbesondere die begrenzte Auflösung der Bildgebung, Fehler des Registrierungsprozesses oder nicht berücksichtigte Verformungen der beteiligten Komponenten. Dies hat zur Folge, dass chirurgische Eingriffe mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit mit solchen Systemen nicht durchführbar sind. Ziel des beantragten Projekts ist die Entwicklung einer mehrskaligen Methodik zur Erhöhung der Navigationsgenauigkeit. Dazu soll ergänzend zu einer Stereokamera ein optisches Kohärenzthomografie (OCT-) System zum Einsatz kommen. Dieses laserbasierte Bildgebungsverfahren ist in der Lage, dreidimensionale Bilder des Zielgebiets mit einer materialabhängigen Eindringtiefe von bis zu 3 mm und einer Auflösung von bis zu 0.004 mm zu liefern. Die so gewonnenen Bilddaten sollen verwendet werden, um mit Hilfe geeigneter Verfahren der Grenzflächendetektion und multimodalen Bildregistrierung einen Bezug zu einem hochaufgelösten Volumencomputerthomografie- (VCT-) Bilddatensatz desselben Körpers in Form einer affinen Transformation herzustellen. Auf Basis dieser Daten kann die Navigationsgenauigkeit eines mechatronischen Assistenzsystems entscheidend verbessert werden. Zur Verwirklichung dieser Ziele werden Verfahren zur Fusion unterschiedlicher sensorischer Informationen und Bildgebungsmodalitäten, sowie modellbasierte Algorithmen zur Kompensation der Rausch- und Verzerrungseigenschaften der OCT-Bildgebung entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen