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Optisches 3D-Messverfahren für die Navigation in der roboterassistierten Minimal Invasiven Chirurgie
(2005) Stallkamp, Jan; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h.c. mult.)
In der Minimal Invasiven Chirurgie (MIC) lassen sich bis heute viele Eingriffe mit hohen Präzisionsanforderungen nicht manuell durchführen. Zur Unterstützung des Chirurgen wird daher seit einigen Jahren der Einsatz von Robotern untersucht. Bisher ist die Programmierung und Überwachung des Roboters speziell für Operationen im Weichgewebe nicht möglich. Einer der wesentlichen Gründe hierfür ist das Fehlen geeigneter Navigationsdaten aus dem sich ständig verändernden Operationsfeld. Diese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung eines alternativen Messverfahrens und der Untersuchung der Integrierbarkeit des Verfahrens in die Abläufe der roboterassistierten MIC. Für die Navigation werden heute vorwiegend Daten vom Computertomographen (CT) oder Magnetresonanztomographen (MRT) verwendet, in die die Bahnplanungsdaten vom Chirurgen eingetragen werden. Die CT- oder MRT- Aufnahmen werden hierfür in der Regel vor Beginn des Eingriffs erstellt. Aktuelle Veränderungen der geometrischen Gewebestrukturen, z. B. durch Pulsbewegungen, Schwerkraft oder chirurgische Maßnahmen, können deshalb nicht mehr für die Bahnplanung berücksichtigt werden. Daher lassen sich heute roboterassistierte Operationen speziell in elastischen und empfindlichen Gewebe oder bei sich bewegenden Organen in der Regel nicht durchführen. In dieser Arbeit wird ein alternativer Ablauf bei der Planung und Durchführung des Robotereinsatzes entworfen, der eine kontinuierliche Erfassung der Operationsumgebung voraussetzt. Für die Datenakquisition wird ein neuartiges Messverfahren auf Basis der Laser-Triangulation entwickelt und untersucht, das eine räumliche Vermessung der Oberflächen vor der Instrumentenspitze auch unter den Störeinflüssen des Operationsfeldes ermöglicht. Das Konzept für ein Instrument mit integriertem Sensor für den Einsatz in der MIC wird als Funktionsmuster umgesetzt, um die Einflüsse der Miniaturisierung des Sensors auf das Messverfahren zu untersuchen. Schließlich wird mit dem Entwurf einer Benutzerschnittstelle gezeigt, dass nach einer Registrierung der Messdaten mit dem Videoendoskopbild ein durchgängiger Navigationsvorgang durchführbar ist.