TY - BOOK

T1 - Intraoperative endoskopische Registrierung von engen Bohrungen im Mastoid

AU - Bergmeier, Jan Niklas

N1 - Dissertation

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Eine Stichkanalbohrung durch den Mastoid gewährt einen minimalinvasiven Zugang zur Cochlea, verläuft jedoch nahe wichtiger Nervenbahnen im menschlichen Schädel. Gegenüber dem konventionellen Auffräsen von Hand geht dem Chirurgen dabei die unmittelbare Sicht auf Risikostrukturen im Operationsgebiet verloren - der Verlauf der Bohrtrajektorie ist für ihn nicht zu erkennen. Die wichtigen Geschmacks- und Gesichtsnerven werden daher einem erhöhten Verletzungsrisiko ausgesetzt und das Vertrauen von Chirurgen und Patienten in den Eingriff kann beeinträchtigt werden. Eine intraoperative Kontrolle der Bohrtrajektorie ist deshalb wichtig, um einen sicheren Eingriff zu ermöglichen und Vertrauen zu bewahren. Bekannte Methoden zur intraoperativen Lageprüfung, die auf teuren, gesundheitsschädlichen oder im Operationssaal standardmäßig nicht vorhandenen technischen Einrichtungen basieren, werden in dieser Arbeit durch einen endoskopischen Ansatz ersetzt. Die schwammartige Mastoidknochenstruktur, die ein dreidimensionales Muster bietet, wird als Feld aus Merkmalen für eine Registrierung verwendet. Dafür werden in der minimalinvasiven Bohrung intraoperativ 2D-Endoskopaufnahmen erstellt, die mit präoperativen 3D-CT-Daten verglichen werden. Konkret handelt es sich um eine 2D-3D Bild-zu-Patient-Registrierung durch 2D-2D Bild-zu-Bild-Vergleiche. Einzelne Endoskopaufnahmen werden dazu zu einem Panoramabild zusammengefügt. Vergleichbare 2D-Bilder werden aus den 3D-CT-Daten in vielen verschiedenen Bohrkanallagen extrahiert. Je nach Lage unterscheidet sich die Struktur in den CT-Bildern, sodass über den Vergleich des Musters im Endoskopbild (realer Bohrkanal) zu den CT-Bildern (simulierter Bohrkanal) die größte Übereinstimmung und damit die Lage des Bohrkanals bestimmt werden kann. Für eine Vielfalt an sichtbaren Merkmalen ist ein Großteil der Bohrkanaloberfläche aufzuzeichnen. Verschiedene Endoskoptypen führen, in Kombination mit Stitching-Techniken, zu Panoramaaufnahmen der Mastoidstruktur an der Bohrkanaloberfläche. Kommerzielle Optiken werden auf ihre Eignung hin untersucht und eine miniaturisierte Rundblickoptik entwickelt. Die Stitching-Methoden werden speziell an die endoskopischen Bilddaten der verschiedenen Optiken angepasst. Das Vorgehen zur Registrierung wird sowohl simulativ als auch in aufeinander aufbauenden Mastoidphantomen untersucht. Erreichbare Genauigkeiten werden ausgewertet, während die beteiligten Parameter Suchraumdichte, Bohrkanaldurchmesser, Größe des endoskopierten Bereichs und die Auflösung der CT-Daten variiert werden, um deren Einflüsse zu ermitteln. Endoskopische Aufnahmen in Humanpräparaten zeigen den Transfer in die Praxis und die Integration in den Verlauf einer minimalinvasiven Cochleaimplantation. Eine Registrierung ermöglicht sowohl die Kontrolle der Bohrkanallage als auch eine intraoperative Korrektur und kann so eine vom gewünschten Pfad abweichende Bohrung berichtigen.

AB - Eine Stichkanalbohrung durch den Mastoid gewährt einen minimalinvasiven Zugang zur Cochlea, verläuft jedoch nahe wichtiger Nervenbahnen im menschlichen Schädel. Gegenüber dem konventionellen Auffräsen von Hand geht dem Chirurgen dabei die unmittelbare Sicht auf Risikostrukturen im Operationsgebiet verloren - der Verlauf der Bohrtrajektorie ist für ihn nicht zu erkennen. Die wichtigen Geschmacks- und Gesichtsnerven werden daher einem erhöhten Verletzungsrisiko ausgesetzt und das Vertrauen von Chirurgen und Patienten in den Eingriff kann beeinträchtigt werden. Eine intraoperative Kontrolle der Bohrtrajektorie ist deshalb wichtig, um einen sicheren Eingriff zu ermöglichen und Vertrauen zu bewahren. Bekannte Methoden zur intraoperativen Lageprüfung, die auf teuren, gesundheitsschädlichen oder im Operationssaal standardmäßig nicht vorhandenen technischen Einrichtungen basieren, werden in dieser Arbeit durch einen endoskopischen Ansatz ersetzt. Die schwammartige Mastoidknochenstruktur, die ein dreidimensionales Muster bietet, wird als Feld aus Merkmalen für eine Registrierung verwendet. Dafür werden in der minimalinvasiven Bohrung intraoperativ 2D-Endoskopaufnahmen erstellt, die mit präoperativen 3D-CT-Daten verglichen werden. Konkret handelt es sich um eine 2D-3D Bild-zu-Patient-Registrierung durch 2D-2D Bild-zu-Bild-Vergleiche. Einzelne Endoskopaufnahmen werden dazu zu einem Panoramabild zusammengefügt. Vergleichbare 2D-Bilder werden aus den 3D-CT-Daten in vielen verschiedenen Bohrkanallagen extrahiert. Je nach Lage unterscheidet sich die Struktur in den CT-Bildern, sodass über den Vergleich des Musters im Endoskopbild (realer Bohrkanal) zu den CT-Bildern (simulierter Bohrkanal) die größte Übereinstimmung und damit die Lage des Bohrkanals bestimmt werden kann. Für eine Vielfalt an sichtbaren Merkmalen ist ein Großteil der Bohrkanaloberfläche aufzuzeichnen. Verschiedene Endoskoptypen führen, in Kombination mit Stitching-Techniken, zu Panoramaaufnahmen der Mastoidstruktur an der Bohrkanaloberfläche. Kommerzielle Optiken werden auf ihre Eignung hin untersucht und eine miniaturisierte Rundblickoptik entwickelt. Die Stitching-Methoden werden speziell an die endoskopischen Bilddaten der verschiedenen Optiken angepasst. Das Vorgehen zur Registrierung wird sowohl simulativ als auch in aufeinander aufbauenden Mastoidphantomen untersucht. Erreichbare Genauigkeiten werden ausgewertet, während die beteiligten Parameter Suchraumdichte, Bohrkanaldurchmesser, Größe des endoskopierten Bereichs und die Auflösung der CT-Daten variiert werden, um deren Einflüsse zu ermitteln. Endoskopische Aufnahmen in Humanpräparaten zeigen den Transfer in die Praxis und die Integration in den Verlauf einer minimalinvasiven Cochleaimplantation. Eine Registrierung ermöglicht sowohl die Kontrolle der Bohrkanallage als auch eine intraoperative Korrektur und kann so eine vom gewünschten Pfad abweichende Bohrung berichtigen.

KW - Mastoid

KW - Felsenbein

KW - Bild-zu-Patient Registrierung

KW - Cochleaimplantation

KW - Kegeloptik

KW - mastoid

KW - temporal bone

KW - image-to-patient registration

KW - cochlear implantation

KW - cone optics

U2 - 10.15488/13197

DO - 10.15488/13197

M3 - Dissertation

ER -