M2: Modellbasierte intraoperative Registrierung von Weichgewebe für ein chirurgisches Assistenzsystem

Projektleiter: Dillmann, Müller
Betreuer: Kauczor, Nickel

Fragestellung des Projekts  

Minimal invasive Eingriffe stellen heutzutage eine hohe Beanspruchung für den Chirurgen dar. Wünschenswert wäre deshalb ein computergestütztes Assistenzsystem, das dem Chirurgen die Arbeit erleichtert, indem es eine präoperative Planung ermöglicht, intraoperativ zusätzliche Daten gewinnt, diese zusammen mit den präoperativen Daten verarbeitet und das Ergebnis in intuitiver Weise präsentiert.

Dieses Projekt soll klären, in welcher Form präoperative Daten mit intraoperativen Daten verknüpft werden können,  so dass diese während der Operation aktualisiert und für den Einsatz in Augmented-Reality-Systemen genutzt werden können.

Ziele, Arbeitsprogramm und Methoden  

Ziel ist die Einbindung eines präoperativ erfassten Organmodells in das bereits entwickelte Assistenzsystem und dessen Evaluation anhand laparoskopischer Eingriffe wie beispielsweise der Adrenalektomie, der Ösophagektomie, der Hiatoplastik und der retroperitonealen Lymphadenektomie. Dazu wird präoperativ aus CT- oder MRT-Bilddaten ein geometrisches Weichgewebemodell erstellt.

Während des Eingriffs wird dieses Modell mit endoskopisch gewonnenen Daten registriert, damit es dynamisch angepasst werden kann und somit den tatsächlichen Zustand im Verlauf der Operation widerspiegelt. Nur so kann auf Deformationen oder stärkere Veränderungen der Operationsumgebung, wie sie beispielsweise durch Resektionen entstehen, geeignet reagiert werden. Planungsparameter, der Verlauf von Risikostrukturen oder der Ort von Zielstrukturen können verlaufsabhängig angepasst werden. Diese können dann wiederum per Erweiterter Realität korrekt visualisiert werden. Zur Evaluation wird zum einen ein Phantom entwickelt, zum anderen werden reale Operationsszenarien aufgezeichnet und ausgewertet.  

Technisches Dissertationsthema  

Im Rahmen der Dissertation sollen die bisher entwickelten Methoden in der bildbasierten Analyse und die Methoden zur Operationsplanung verknüpft und erweitert werden. Für die präoperative Modellierung sollen dabei verschiedene Möglichkeiten für die Wahl einer Modellierungsart und ihrer Modelleigenschaften geprüft werden. Intraoperativ wird ein Modell mit Hilfe von Sensordaten, beispielsweise von einem Stereoendoskop oder der Sensorik des da Vinci^®-Systems, erstellt. Bei der Registrierung der prä- mit den intraoperativen Daten sollen unterschiedliche Randbedingungen und Registrierungstechniken untersucht werden.  

Medizinisches Dissertationsthema

Im Rahmen der Dissertation unterstützt der Doktorand den Ingenieur bei der Entwicklung des Assistenzsystems durch Bereitstellung der nötigen Bilddaten und Erarbeitung der medizinischen Hintergrundinformationen. Gemeinsam mit dem Ingenieur entwickelt er ein realitätsnahes Phantom, an dem das entwickelte Assistenzsystem getestet wird. Bei positivem Ausfall der Tests stellt er einen Antrag an die Ethikkommission für die klinische Anwendung in einer Pilotstudie am Patienten zur Überprüfung der Anwendbarkeit und Sicherheit des Systems und führt anschließend die klinische Pilotstudie durch.  

Verknüpfungen von M2 mit anderen Projekten des GRK 

• Projekt M1: Organbezogene Vernetzung
• Projekt M1, N3, T1: Gemeinsame Nutzung des da Vinci^® Surgical 
• Projekt N3: Gemeinsame Nutzung der Informationen bei der Echtzeiterfassung von Deformation, Zusammenarbeit bei der Verarbeitung von endoskopischen Videobildern
• Projekt P1: Zusammenarbeit bei der Entwicklung strukturmechanischer Gewebemodelle  

In Bearbeitung