Navigationssysteme in der Hüftendoprothetik. Ein In-vitro-Vergleich bildfreier und bildbasierter Systeme mit der konventionellen Handimplantation der Hüftgelenkspfanne

Navigationssysteme finden immer häufiger Anwendung in der Endoprothetik. Das gilt auch für die Implantation von Hüftendoprothesen, obwohl eine genauere Pfannenpositionierung insbesondere für Operateure mit hoher Qualifikation nicht bewiesen ist. Ziel dieser Studie war es, die Pfannenplatzierung mittels verschiedener Navigationsgeräte mit der konventionellen, nicht navigierten Technik zu vergleichen. Fünf verschiedene Navigationssysteme wurden in dieser Studie verwendet: Navitrack™ (CT-frei), Navitrack™ (CT-basiert), OrthoPilot™ (CT-frei), VectorVision™ (CT-basiert) und SurgeticsStation™ (CT-frei). Drei Operateure mit unterschiedlicher Qualifikation führten jeweils fünf Pfannenimplantationen mit jedem Navigationsgerät und mit der Hand an einem Dummy durch. Die erzielte Pfannenorientierung (Inklination und Anteversion) und die Pfannenposition (erzieltes Zentrum) wurden mit einer Koordinatenmessmaschine ermittelt. In der manuellen Gruppe war die Streuung in der Pfannenorientierung erheblich größer und unbeeinflusst vom Operateur. Der Chirurg mit der größten Erfahrung erzielte die kürzeste Operationszeit, seine Ergebnisse waren jedoch nicht besser als die seiner weniger erfahrenen Kollegen. Die Navigation verbesserte die Inklination und Anteversion signifikant bei allen Operateuren (p < 0,001 für beide). Die von den Chirurgen erzielte Pfannenposition unterschied sich nicht (p = 0,966). Die exakteste Positionierung erfolgte mit dem CT-basierten Navitrack-System (p < 0,001). Die Verwendung von Navigationssystemen hilft unabhängig von der Erfahrung des Operateurs die Pfannenorientierung zu verbessern. Für die Pfannenpositionierung ist diese Aussage hingegen nicht gültig

Analyse endoskopischer Bildsequenzen für ein laparoskopisches Assistenzsystem

Rechnergestützte Assistenzsysteme zielen auf eine Minimierung der chirurgischen Belastung und Verbesserung der Operationsqualität ab und werden immer häufiger eingesetzt. Im Fokus der vorliegenden Arbeit steht die Analyse endoskopischer Bildsequenzen für eine Unterstützung eines minimalinvasiven Eingriffs. Zentrale Themen hierbei sind die Vorverarbeitung der endoskopischen Bilder, die dreidimensionale Analyse der Szene und die Klassifikation unterschiedlicher Handlungsaspekte

Analyse endoskopischer Bildsequenzen für ein laparoskopisches Assistenzsystem

Rechnergestützte Assistenzsysteme zielen auf eine Minimierung der chirurgischen Belastung und Verbesserung der Operationsqualität ab und werden immer häufiger eingesetzt. Im Fokus der vorliegenden Arbeit steht die Analyse endoskopischer Bildsequenzen für eine Unterstützung eines minimalinvasiven Eingriffs. Zentrale Themen hierbei sind die Vorverarbeitung der endoskopischen Bilder, die dreidimensionale Analyse der Szene und die Klassifikation unterschiedlicher Handlungsaspekte

Konzeption und Entwicklung eines trinokularen Endoskops zur robusten Oberflächenerfassung in der minimalinvasiven Chirurgie

Die minimalinvasive Chirurgie ist eine besonders anspruchsvolle Aufgabe für den Chirurgen, da die Operation ausschließlich über Endoskope und stangenartige, filigrane Instrumente erfolgt. Computerassistierte Stereo-Endoskopiesysteme erleichtern die Tiefenwahrnehmung und unterstützen bei verschiedensten Anwendungen wie z.B. der Resektion eines Nierentumors durch Augmented Reality. Eine wesentliche Aufgabe ist die robuste dreidimensionale Erfassung der beobachteten Oberfläche der Organe. Aufgrund starker Reflexionen durch die endoskopische Lichtquelle, homogener Texturen und weicher, sich bewegender Geometrien ist eine zuverlässige Oberflächenerfassung sehr herausfordernd und stellt noch ein ungelöstes Problem dar. In dieser Arbeit wird deshalb ein neuartiges miniaturisiertes Dreikamerasystem als Demonstrator für ein trinokulares Endoskop sowie ein Algorithmus zur Dreibildauswertung mit semi-globaler Optimierung entwickelt. Durch synthetische und reale Messdaten werden theoretische Überlegungen anhand von drei Hypothesen geprüft. Im Vergleich zu einer stereoskopischen Auswertung wird untersucht, ob eine Dreibildauswertung robustere Ergebnisse liefert, kleinere Referenz- und Suchfenster ermöglicht und eine rechenzeitaufwendige semi-globale Optimierung ersetzt. Es stellt sich heraus, dass die ersten beiden Annahmen grundsätzlich zutreffen, eine semi-globale Optimierung aber nur bedingt ersetzt werden kann. Weiterhin werden die Fehlereinflüsse durch Reflexionen näher spezifiziert und durch gekreuzte Polarisationsfilter sehr effektiv unterdrückt. Das vorgestellte Dreikamera-Endoskop und angepasste Auswerteverfahren tragen wesentlich zur Verbesserung der computerassistierten Endoskopie bei und bringen die Forschungen in diesem Gebiet einen Schritt voran.Minimally invasive surgery is a quite challenging task to the surgeon due to operation through an endoscope and sensitive telescopic instruments exclusively. Computer assisted stereo endoscopic systems eases depth perception and supports several tasks such as dissection of a renal tumour by augmented reality. An essential procedure is robust surface reconstruction of the observed organs. Due to strong reflections from the endoscopic light source, homogeneous textures and weak deforming geometries robust surface reconstruction becomes quite challenging and is not solved successfully yet. Therefore, in this work a novel miniaturised three camera endoscope is introduced and an algorithm for three image analysis and semi-global optimisation is implemented. Synthetic and real experimental measurements are conducted to evaluate theoretical assumptions and review three hypotheses. In contrast to stereo analysis, it is examined whether three image analysis leads to more robust results, allows for smaller matching window sizes and replaces a time-consuming semiglobal matching algorithm. The investigations show that the first two assumptions can generally be confirmed, but the semi-global matching is necessary in some cases. Additionally, errors by reflections are examined in more detail and are suppressed efficiently by crossed polarising filters. The novel three camera endoscope and customized image analysis algorithm gives a great benefit to computer assisted endoscopy and brings research a step closer to more reliable assistant systems

Evaluation von 3D-Visualisierungsmethoden zur Darstellung von Weichteildefekten im Gesichtsbereich

Evaluation von 3D-Visualisierungsmethoden zur Darstellung von Weichteildefekten im Gesichtsbereich Aktueller Forschungsstand: Die Darstellung von Weichteildefekten im Gesichtsbereich erfolgt durch konventionelle Abformtechnik. Zielstellung: Die unterschiedlichen 3D- Visualisierungsverfahren werden hinsichtlich ihrer Eigenschaften, Qualität und Eignung für die klinische Praxis verglichen. Weiterhin wird die Möglichkeit der Schaffung einer Alternative zur konventionellen Abformung für die Herstellung von Epithesen untersucht. Die Eignung einer manuellen Vermessung des Probandengesichtes und einer digitalen Vermessung der Scanergebnisse zur Beurteilung der Qualität wird bewertet. Material und Methoden: Es werden 3D- Gesichtsmodelle desselben Probanden mit 6 unterschiedlichen Scanverfahren und 3 Modelle der Ohrmuschel mit 3 Scanverfahren angefertigt. Die aktiven Scanverfahren umfassten den Davidlaserscanner, die Handscanner Artec Eva und Artec Spider, den Handyscanner iSense und das IRESTRA- System, die passiven Scanverfahren waren die Photogrammetrie und die Stereophotogrammetrie . Das Gesicht des Probanden wird durch eine manuelle Vermessung durch 3 Untersucher anhand definierter Gesichtspunkte und Strecken quantifiziert. Anschließend wird eine digitale Vermessung der 3D- Modelle des Probandengesichtes durch 3 Untersucher entsprechend der gleichen Messpunkte und Strecken durchgeführt. Ergebnisse und Diskussion: Die Scanverfahren werden hinsichtlich Scaneigenschaften, Qualität und Anwendbarkeit am Patienten mit Hilfe eines eigens erstellten Scores bewertet. Die geringste (= schlechteste) Gesamtpunktzahl des Scans der Gesichtsoberfläche von 11 Punkten erzielten die Versuche der Photogrammetrie und des Davidlaserscanners. Die höchste Punktzahl mit 19 Punkten erzielte das Stereophotogrammetriesystem DI3D capture. ..