M1: Intraoperative Risikoreduktion durch modellbasierte Einblendung komplexer anatomischer Strukturen  

Projektleiter: Meinzer, Müller
Betreuer: Kauczor, Kenngott, Maier-Hein

Fragestellung des Projekts  

Das Ösophaguscarcinom mit einer Inzidenz von 10/100.000 gehört zu den meist spät erkannten und mit einer schlechten Prognose verbundenen Krebserkrankungen. Die klassische, offene Speiseröhrenentfernung bedeutet für den Patienten eine erhebliche operative Belastung. Von einem schonenden roboter-assistierten minimal invasiven Zugang mittels des da Vinci^®Surgical Systems zur Speiseröhre versprechen wir uns eine Senkung der postoperativen Komplikationen. Allerdings führt dieser Ansatz zu einem stark eingeschränkten Sichtfeld während der Operation, besonders wenn die Anastomose zwischen Speiseröhre und hochgezogenem Magen intrathorakal minimal invasiv durchgeführt werden soll. Daher scheint die Entwicklung eines Navigationssystems sinnvoll, das dem Chirurgen durch erweiterte Visualisierungen des Operationsgebiets eine verbesserte Übersicht und Orientierung bietet.  

Ziele, Arbeitsprogramm und Methoden

Ziel ist die Weiterentwicklung des in der ersten Phase entwickelten Navigationssystems für die telemanipulatorgestützte Oesophagektomie. Die atembedingte Verschieblichkeit der Risikostrukturen sollen erfasst und kompensiert werden. Mögliche Verfahren sind hier der Einsatz von Echtzeitbildgebung wie Ultraschall oder 3D-C-Bogen und direktes Organtracking über elektromagnetische Lokalisierungsverfahren (Aurora, Calypso). Zusätzlich soll das Navigationssystem weiter in den da Vinci^®-Telemanipulator integriert werden, so dass der da Vinci^®-Telemanipulator selbst über die API Schnittstelle zur Instrumentenlokalisation verwendet werden kann und die Navigationsvisualisierung in der  da Vinci^®-Konsole als Augmented Reality- und Virtual Reality-Darstellungen direkt in das endoskopische Videobild eingeblendet wird. Hierfür sollen fortgeschrittene Visualisierungs-methoden entwickelt werden. 

Auf medizinischer Seite soll das Navigationssystem im Tierversuch evaluiert werden. Der Workflow für die navigierte Ösophagektomie soll zunächst erfasst, und im Anschluss analysiert und optimiert werden. Für das erweiterte Navigationssystem soll ein geeignetes Phantommodell für eine in-vitro Evaluationsstudie entwickelt werden und anschließend eine in-vivo Studie im Tierversuch. Bei guten Ergebnissen wird der klinische Einsatz des Systems angestrebt.

Technisches Dissertationsthema

Ziel der technischen Promotionsarbeit ist die Entwicklung neuer Verfahren zur Erfassung und Kompensation der Ösophagusverschieblichkeit. Der Schwerpunkt liegt in zwei Bereichen: Zum einen sollen Methoden der intraoperativen Bildgebung untersucht werden, zum anderen das direkte Tracking durch Einbringen elektromagnetischer Marker in die Zielregion. Die Verfahren sollen in das bestehende Navigationssystem integriert werden. Zusätzlich soll das Navigationssystem an den da Vinci®-Telemanipulator angebunden werden.

Medizinisches Dissertationsthema   

Das Gesamtsystem wird sowohl in Phantom- als auch in Tierversuchsstudien evaluiert. Bei erfolgreichem Verlauf der Studien wird der klinische Einsatz angestrebt. Hierfür sind eine umfassende Analyse des klinischen Arbeitsablaufs der Ösophagektomie und die Anpassung des Systems an diesen Arbeitsablauf nötig.

Verknüpfungen von M1 mit anderen Projekten des GRK

• Projekt N1, N2, N3 und T1: Verwendung gemeinsamer Softwaremodule aus dem Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK)
• Projekt N1 und N3: Zusammenarbeit bei der Entwicklung und Nutzung von Navigationshilfen und Trackingkomponenten
• Projekt M2, N3 und T1: Gemeinsame Nutzung  des da Vinci^®Surgical Systems
• Projekt T1: Gemeinsame Verwendung von Softwarekomponenten zur intraoperativen Registrierung
• Projekt M2: Organbezogene Vernetzung  

In Bearbeitung