EndOrientation

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Verbesserung der Orientierung und Effizienz von endoskopischen Eingriffen

Die Herausforderung

Videoendoskope, die einen Bildsensor am distalen Ende des Endoskops tragen, finden zunehmende Verbreitung. Solche Geräte liefern zwar eine hervorragende Bildqualität, stellen aber keinen stabilen Horizont zur Verfügung. Verdrehungen des Endoskops um die eigene Achse werden nicht kompensiert; das Bild am Monitor dreht sich einfach mit. Dies erschwert die für Anfänger die Orientierung und verringert damit die Effizienz in verschiedensten Fachgebieten von der Chirurgie, über die Urologie bis hin zu modernen interventionellen Verfahren wie »NOTES« und Single-Port-Eingriffen, gerade auch bei interdisziplinären Eingriffen.

Unsere Lösung: EndOrientation

EndOrientation MEMS-Sensor
© Foto Fraunhofer IIS

MEMS-Sensor

EndOrientation, Seite-an-Seite-Ansicht
© Foto Fraunhofer IIS

Seite-an-Seite - Ansicht eines unkorrigierten und eines automatisch korrigierten Videobildes

Zur Verbesserung der Orientierung und Effizienz von Eingriffen wurde die EndOrientation-Technologie entwickelt. Ein winziger dreiachsiger Beschleunigungs-Sensor in MEMS-Technologie (s. Abb. 1) wird in das distale Ende des Endoskops integriert. Dieser misst den Anteil der Erdanziehungskraft auf jeder der drei orthogonalen Achsen. Es sind somit keine externen Geräte zur Feldgenerierung oder Referenzierung erforderlich, die wertvollen Platz im Operationssaal erfordern.

Ein besonderer Vorteil unserer Lösung besteht darin, dass keine zusätzliche Verkabelung für die zusätzlichen Sensordaten integriert werden muss, da diese gleich am distalen Ende mit den Bilddaten für die Übertragung kombiniert werden können.

Nach einer Filterung der Beschleunigungswerte wird die Orientierung der Endoskopspitze laufend neu berechnet. Die erreichbare Aktualisierungsrate liegt dabei deutlich über der üblichen Videorate von 30Hz, die Genauigkeit liegt bei etwa einem Grad. Die Bilddrehung kann im Videotakt über eine digitale Rotation des Endoskopbilds realisiert werden (s. Abb. 2).

Nutzen

Die Verbesserungen und Vorteile wurden in Tierversuchen evaluiert. Die Koordination und Führung mehrerer Instrumente zugleich wurde bei endoskopischen Bildern mit stabilisiertem Horizont als deutlich intuitiver beurteilt. Die ermittelten Arbeitsschrittzeiten und Bewegungspfade stützten diese Beobachtung eindeutig. Bessere Orientierung erlaubt die Durchführung von Eingriffen in effizienter und sicherer Art und Weise.

Hinweis

»EndOrientation« ist derzeit noch nicht als Medizinprodukt zugelassen. Das Fraunhofer-Institut IIS präsentiert »EndOrientation« mit dem Ziel, Partner für weitere Entwicklung, Produktion und Vermarktung zu gewinnen.

Literatur

  • Höller, K.; Schneider, A.; Jahn, J.; Gutierrez, J.; Wittenberg, T.; Feussner, H.; Hornegger, J.: Spatial orientation in translumenal surgery. In: Minimally Invasive Therapy & Allied Technologies, 19(5):262-273, 2010.
  • Höller, K.; Schneider, A.; Jahn, J.; Gutierrez, J.; Wittenberg, T.; Meining, A.; von Delius, S.; Hornegger, J.; Feussner, H.: Orientation of endoscopic images: Rectification by Gravity. In: Biomed Tech, 55(4):211-217, 2010.
  • Höller, K.; Schneider, A.; Jahn, J.; Gutierrez, J.; Wittenberg, T.; Hornegger, J.; Feussner, H.:. Clinical evaluation of endorientation: Gravity related rectification for endoscopic images. In: Proc's 6th IEEE Int. Symp. on Image & Signal Processing & Analysis (ISPA), pp. 713-717. Sept. 16-18, Salzburg, Austria, 2009.
  • Höller, K.; Penne, J.; Schneider, A.;Jahn, J.; Gutierrez, J.; Wittenberg, T.; Feussner, H.; Hornegger, J.: Endoscopic orientation correction. In: Proc' 12th Int. Conf. Medical Image Computing & Computer Assisted Intervention (MICCAI '09), pp. 459-466, London, UK, September 2009.

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