ISBN 978-3-8439-1315-7

978-3-8439-1315-7, Reihe Informatik

Matthias Keil
Ultraschallbasierte Navigation für die minimalinvasive onkologische Nieren- und Leberchirurgie

278 Seiten, Dissertation Technische Universität Darmstadt (2013), Hardcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

In der minimalinvasiven onkologischen Nieren- und Leberchirurgie mit vielen Vorteilen für den Patienten wird der Chirurg häufig mit Orientierungsproblemen konfrontiert. Abhilfe können Navigationssysteme schaffen, welche häufig auf intraoperativem Ultraschall basieren. Da viele Tumore im Schallbild nicht sichtbar sind, wird eine robuste automatische und deformierbare Registrierung mit dem präoperativen CT benötigt. Ferner ist eine permanente Visualisierung auch während der Manipulation am Organ notwendig.

Für die Niere wurde die Eignung von Ultraschall-Elastographieaufnahmen für die bildbasierte Registrierung unter Verwendung der Mutual Information evaluiert. Die Verzweigungspunkte der Blutgefäße in der Leber werden als natürliche Landmarken für die Registrierung genutzt. Dafür wurden Gefäßsegmentierungsalgorithmen für die beiden häufigsten Arten der Ultraschallbildgebung B-Mode und Power Doppler entwickelt und die Kombination beider Verfahren vorgeschlagen.

Für die rigide Registrierung der Gefäße aus dem Ultraschall und CT werden mithilfe eines bestehenden Graph Matching Verfahrens Punktkorrespondenzen definiert. Die Menge an Punktkorrespondenzen ist für eine deformierbare Registrierung nicht ausreichend. Das entwickelte Verfahren zur Landmarkenverfeinerung fügt zwischen gematchten Punkten weitere Landmarken entlang der Gefäßmittellinien ein und sucht nach weiteren korrespondierenden Gefäßsegmenten.

Dies erlaubt die Bestimmung der Organdeformation anhand des unterschiedlichen Gefäßverlaufes. Anhand dieser Punktkorrespondenzen kann mithilfe der Thin-Plate-Splines ein Deformationsfeld für das gesamte Organ berechnet werden.

Im Rahmen der Arbeit wurde erstmals der Begriff der Regmentation auf die Segmentierung von Gefäßen und die gefäßbasierte Registrierung ausgeweitet, mit dem Ziel beide Prozesse zu verbessern. Hierdurch lässt sich die Deformation des Organs und somit auch die Lageveränderung des Tumors genauer und mit höherer Sicherheit bestimmen.

Mit dem Wissen über die Lage des Tumors im Organ und durch Verwendung eines Markierungsdrahtes kann die Lageveränderung des Tumors während der chirurgischen Manipulation mit einem elektromagnetischen Trackingsystem überwacht werden. Durch dieses Tumortracking wird eine permanente Visualisierung mittels Video Overlay im laparoskopischen Videobild möglich.