Interaktives Visualisierungssystem für Endoskope

Die rasante Entwicklung in der minimal-invasiven Endoskopie beschleunigt den effektiven Gebrauch von Endoskopen in einem weiten Feld von therapeutischen und diagnostischen Anwendungen, wobei natürliche Körperöffnungen bzw. millimetergroße Einschnitte genützt werden. Kleinere Einschnitte für Resektionen und Ablationen verringern die Morbidität durch minimale Gewebeschädigung bei gleichzeitiger geringerer Schmerzbelastung und beschleunigter Erholungszeit. Ist ein operativer Eingriff durch unzugängliche oder empfindliche Bereiche eingeschränkt, lässt die minimal-invasive endoskopische Chirurgie die umgebenden Strukturen unberührt. Trotz aller Vorteile gibt es aber auch prinzipielle Einschränkungen: Endoskope können nur sichtbare Oberflächen darstellen Die Anwesenheit von Schleiern, Blut und/oder anderen Flüssigkeiten verdeckt die Sicht auf die relevanten Regionen Die Orientierung mit Endoskopen innerhalb von Körperhöhlen ist generell schwierig, weil Richtungshinweise fehlen Virtuelle Endoskopie ist mittlerweile weit verbreitet um innere Anatomien zu visualisieren. Man benützt hier präoperative Computertomografie -, Magnetresonanz- oder Ultraschallbilder um eine virtuelle Sicht von jeder beliebigen Richtung in oder um den Datensatz zu generieren. Die Vorteile der virtuellen Endoskopie liegen auf der Hand: es gibt keine physikalisch-geometrischen Beschränkungen es besteht die Möglichkeit, die Lichtundurchlässigkeit jeder Struktur und Oberfläche zu variieren und damit auch durchsichtig machen zu können Ihr größter Nachteil ist in der Tatsache zu finden, dass durch Gewebsdeformationen während der Intervention Präoperative - und Echtzeitbilder zueinander verschieben und sich dadurch die Treffsicherheit der Biopsie vermindert. Unser Langzeitziel ist es, eine neue Technologie zu entwickeln, die es erlaubt starre und flexible endoskopische Biopsien durch augmentierte Visualisierung zu verbessern. Dadurch soll die Trefferquote bei Biopsien erhöht, die Interventionszeit verringert und die Orientierung innerhalb von Körperhöhlen erleichtert werden, was den Patientenkomfort im Allgemeinen erhöht. Das Ziel dieses Projekts ist die Integration eines Endoskops (flexibel und starr) und eines 3D Ultraschallgeräts, der Einsatz von Datenrekonstruktion und Registration und die Korrektur von Gewebedeformation um ein echtzeit-interaktives bildgesteuertes Navigationssystems zu entwickeln. Dieses System soll die Beschränkungen eines herkömmlichen Endoskops kompensieren und grundsätzlich minimal-invasive Interventionen und deren Ergebnisse verbessern.

Im Rahmen des Projekts wurde ein Navigationssystem für flexible Endoskope entwickelt, das die Genauigkeit von endoskopischen Biopsien durch zusätzliche Visualisierung- und Orientierungshilfen steigert. Dadurch kann auch die Interventionszeit verringert und der Patientenkomfort gesteigert werden. Neben der Entwicklung von einigen Schlüsseltechniken, die für ein solches Visualisierungssystem nötig sind, wurde eine neue Methode erfunden, die es erlaubt, Patientenpositionierungen zu reproduzieren ohne zusätzliche ionisierende Strahlung anzuwenden. Mit Hilfe dieser Methode können Bildinformationen von einem hochauflösenden CT auf Ultraschallaufnahmen übertragen werden, die zwar in Echtzeit zur Verfügung stehen, aber sehr verrauscht sind. Dabei ergab sich eine zusätzliche Anwendung in der Strahlentherapie, wo die Patientenausrichtung am Bestrahlungstisch der am Planungs-CT entsprechen muss. Die Registrationsmethode verwendet 3D zu 3D Ultraschallregistrierung, die sehr gute Resultate hervorbringt, da Bilder gleicher Modalität miteinander registriert werden. Das erste Ultraschallbild wird dabei unmittelbar nach dem pre-operativen CT akquiriert, das Zweite unmittelbar bevor die Intervention (bzw. die Bestrahlung) beginnt. Durch die Verwendung von 3D Ultraschall ist es auch möglich, Gewebedeformationen zu erkennen und zu korrigieren, die ein generelles Hauptproblem in der bildgestützten Navigation darstellen.