[Forschungsseminar-BSV] Sondertermin Forschungsseminar Computergrafik, Bildverarbeitung und Visualisierung

[Steven Schlegel]

A C H T U N G: Bitte beachten Sie den Wochentag dieses Sondertermins.

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E I N L A D U N G

zum Forschungsseminar Computergrafik, Bildverarbeitung und
Visualisierung am Freitag, den 21. September 2012, 13:15 Uhr, Raum
P-702 (Seminarraum III) im Paulinum am Augustusplatz.


Wir hören einen Vortrag von:

Christian Petzold
Universität Leipzig

mit dem Titel

"Aufbau eines chirurgischen Trainingssystems für die Operationstechnik 
T-PAL"


zum Inhalt:

Die Operation T-PAL (Synthesname) bzw. (geläufiger) TLIF beinhaltet die 
Einbringung eines Cages in den Bandscheibenraum, nachdem ein OP-Zugang 
gelegt und dieser Raum freigeräumt wurde (Entfernung des Gewebes und der 
(krankhaften) Bandscheibe). Dies geschieht mithilfe spezieller 
medizinischer Instrumente. Am wichtigsten dabei ist der sogenannte 
"Applikator", welcher in der Lage ist, den Cage aufzunehmen. Dadurch ist 
der Cage neigbar gelagert, d.h. der Operateur kann die Lage und Position 
des Cages auch im Körper des Menschen durch den Applikator noch 
verändern. Dadurch ist eine schonendere Einbringung möglich, was 
einerseits dem Patienten zugutekommt, andererseits den Vorgang der 
Operation für den Arzt vereinfacht. Die Prozedur geschieht unter 
ständiger fluoroskopischer Kontrolle, wodurch der Operateur aufgrund 
Röntgenmarker des Cages die aktuelle Lage und Position des Cages während 
der gesamten OP nachvollziehen kann.
Um nun diesen Vorgang möglichst lebensnah zu simulieren, wurde am ISTT 
Leipzig ein Modell der OP-Region (der Bandscheibe mit angrenzenden 
Lendenwirbeln L4 und L5) mittels 3D-Drucker hergestellt. Der "typische" 
OP-Zugang wurde per manueller Abtragung von "Knochenschichten" dieses 
Modells angelegt. Zur Durchführung der OP wurden die benötigten 
Instrumente von der Firma Synthes zur Verfügung gestellt. Eine der 
Hauptaufgaben bei der Simulation der OP war die Erstellung des 
Fluoroskopie-Bildes ohne den Einsatz eines CTs. Neben dem Erzeugen eines 
"realistischen" Bildes ist dabei die Hauptproblematik das Einfügen des 
Cages in das Bild. Da dieser normalerweise Röntgenmarker besitzt, wird 
er bei einem "herkömmlichen" Fluoroskopie-Bild ganz natürlich 
dargestellt. Die Röntgenmarker sind aber im Simulationsfall von keinem 
Nutzen. Deswegen muss die Position und Lage des Cages auf andere Weise 
bestimmt werden.
Dies geschieht durch den Einsatz von Tracking. Das Instrument, mit 
welchem der Cage eingebracht wird, der Applikator, kann optisch (d.h. 
unter Voraussetzung einer vorhandenen Sichtlinie) getrackt werden, da er 
stets außerhalb des Körpers ist und so nicht verdeckt wird. Unter 
Zuhilfenahme der rigiden Geometrie des Applikators kann also der Punkt 
bestimmt werden, an welchem der Cage am Applikator angebracht wurde (und 
welcher verdeckt ist). Um diesen Punkt rotiert der Cage (wird um ihn 
geneigt). Wenn nun der Applikator so eingestellt ist, dass der Cage sich 
nicht neigen kann, ist damit die endgültige Position des Cages bestimmt. 
Wenn der Cage allerdings neigbar eingestellt ist, sind weitere 
Berechnungen nötig. Diese machen sich den Fakt zunutze, dass der Cage 
bei (neigbarer) Einbringung in den Bandscheibenraum annähernd eine 
bestimmte Kurve abläuft. Dies passiert aufgrund am Cage angebrachter 
Schienen, die diese Kurve bis zu einem gewissen Grad vorgeben. Weiterhin 
wird die Position und Lage des Cages durch das Auftreffen auf Randgewebe 
der freigeräumten Bandscheibe verändert. Die Zusammenbringung dieser 
drei Faktoren in einem Modell ist das Hauptziel der Masterarbeit. 
Dadurch soll die Position und Lage des Cages während der simulierten OP 
ständig sichtbar sein und auf dem simulierten Fluoroskopie-Bild 
abgebildet werden.
Eingesetzt für die Verwirklichung dieses Ziels werden der NDI Optotrak 
Tracker (ein optischer Tracker) und Matlab. Durch Versehung des 
Applikators mit (kabelgebundenen) Markern kann die Position und Lage des 
Applikators bestimmt werden. Diese Lage steht relativ zum Volumenmodell 
des OP-Gebietes (dem Bandscheibenmodell), welches digital als 
Oberflächenmodell vorliegt und zu einem Volumenmodell transformiert 
wird. Die relative Lage des Applikators wird durch Registrierung des 
Modells bestimmt. Auf Basis der Lage kann dann der o.g. Algorithmus zur 
Bestimmung der Lage und Position des Cages ausgeführt werden. Ausgegeben 
wird ein ständiges Live-Bild der Lage und Position des Cages (mittels 
Matlab-Visualisierung).


Alle Interessierten sind im Namen von Prof. Dr. Scheuermann herzlich 
eingeladen.

Mit freundlichen Grüßen,
Steven Schlegel