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Einsatz der OCT-Bildgebung zur medizinischen Navigation

Einsatz der OCT-Bildgebung zur medizinischen Navigation

Team:  Dipl.-Math. Jesús Díaz Díaz
Jahr:  2010
Datum:  19-07-10
Förderung:  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Ist abgeschlossen:  ja

Auf dem Gebiet der Chirurgie entstehen immer höhere Anforderungen an die Präzision und Minimalinvasivität eines durchgeführten Eingriffes. In enger Kooperation mit der HNO-Klinik der MHH soll ein medizinisches Assistenzsystem entwickelt werden, welches durch die Integration eines optischen Kohärenztomographen (OCT) hochpräzise Eingriffe am Patienten ermöglichen soll. Grundlage ist eine multimodale Bildregistrierung zwischen einem präoperativ akquirierten CT- und einem intraoperativ akquirierten OCT-Datensatz mit der eine Ausrichtung des Roboters erfolgen.

Beschreibung

Die heutige Medizin ist geprägt durch Technik, die modernste informationstechnische, bildgebende und mechatronische Komponenten beinhaltet. Fortschritte im Bereich der Medizintechnik verbessern in erheblichem Maße die Therapie- und Diagnosemöglichkeiten von Erkrankungen und stellen gleichzeitig eine große Herausforderung an die Forschung dar. Insbesondere auf dem Gebiet der Chirurgie entstehen immer höhere Anforderungen an die Präzision und Minimalinvasivität eines durchgeführten Eingriffes.

Ein Beispiel für einen solchen medizinisch anspruchsvollen Eingriff stellt die Implantation eines Multielektrodenarrays in die Hörschnecke dar (Cochlear Implant, CI). Hierbei handelt es sich um die bislang einzig erfolgversprechende Therapie zur Behandlung der innenohrbedingten Taubheit. Um die elektronische Prothese im Innenohr applizieren zu können, muss die Hörschnecke mit einer ca. 0,5 - 1mm großen Bohrung eröffnet werden. Dieser Eingriff zeichnet sich durch seine Komplexität und hohen Anforderungen an die Genauigkeit aus. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich am Institut für Mechatronische Systeme eine Arbeitsgruppe im Bereich Medizintechnik mit der computergestützten Chirurgie. Die Umsetzung des Eingriffes erfolgt über die Zusammenführung der vier Schlüsseltechnologien elektrooptische Navigation, Computertomographie (CT), optische Kohärenztomographie (OCT) und mechatronische Assistenz.

Im ersten Schritt erfolgt anhand eines CT-Bilddatensatzes die Erstellung eines dreidimensionalen Patientenmodells mit Angabe über Lage der Hörschnecke, sowie weiterer wichtiger Organe und die Definition des Bohrkanals. Die Planungsdaten werden verwendet, um einen medizinischen Assistenzroboter derart anzusteuern, dass die Operation mit höchster Präzision durchgeführt werden kann. Dabei werden sowohl der Patient als auch der Roboter mit sog. Referenzmarkern ausgestattet, sodass mit Hilfe eines optischen Navigationssystems eine relative Lagebestimmung von Patient und Roboter erfolgen kann. Eine Schlüsselrolle zum Erreichen der geforderten Genauigkeiten spielt dann die optische Kohärenztomographie als hochauflösendes Bildgebungsverfahren. Mit Hilfe einer multimodalen Bildregistrierung zwischen dem CT- und dem OCT-Datensatz soll die endgültige Orientierung des Roboters erfolgen, sodass der Roboter exakt an die präoperativ geplante Position korrigiert wird. Während der Bohrung soll weiter die OCT-Bildgebung Störgrößen wie die Bewegung des Patienten detektieren, die durchgeführte Bewegung ermitteln und die fehlerhafte Roboterpose korrigieren. Bei großen nicht kompensierfähigen Störgrößen wird die Bohrung unterbrochen. Die Robustheit der Schätzung der Pose ist wesentlich für das Gelingen des Eingriffs, wodurch weitere Sensoren je nach Bedarf in den Aufbau implementiert werden sollen.