Conference Paper

A Navigation System for Augmenting Laparoscopic Ultrasound.

DOI: 10.1007/978-3-540-39903-2_23 Conference: Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention - MICCAI 2003, 6th International Conference, Montréal, Canada, November 15-18, 2003, Proceedings, Part II
Source: DBLP

ABSTRACT Establishing image context is the major difficulty of performing laparoscopic ultrasound. The standard techniques used by
transabdominal ultrasonographers to understand image orientation are difficult to apply with laparoscopic instruments. In
this paper, we describe a navigation system that displays the position and orientation of laparoscopic ultrasound images to
the operating surgeon in real time. The display technique we developed for showing the orientation information uses a D model
of the aorta as the main visual reference. This technique is helpful because it provides surgeons with important spatial cues,
which we show improves their ability to interpret the laparoscopic ultrasound.

0 Bookmarks
 · 
104 Views
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Ultrasound has become popular in clinical/surgical applications, both as the primary image guidance modality and also in conjunction with other modalities like CT or MRI. Three dimensional ultrasound (3DUS) systems have also demonstrated usefulness in image-guided therapy (IGT). At the same time, however, current lack of open-source and open-architecture multi-modal medical visualization systems prevents 3DUS from fulfilling its potential. Several stand-alone 3DUS systems, like Stradx or In-Vivo exist today. Although these systems have been found to be useful in real clinical setting, it is difficult to augment their functionality and integrate them in versatile IGT systems. To address these limitations, a robotic/freehand 3DUS open environment (CISUS) is being integrated into the 3D Slicer, an open-source research tool developed for medical image analysis and surgical planning. In addition, the system capitalizes on generic application programming interfaces (APIs) for tracking devices and robotic control. The resulting platform-independent open-source system may serve as a valuable tool to the image guided surgery community. Other researchers could straightforwardly integrate the generic CISUS system along with other functionalities (i.e. dual view visualization, registration, real-time tracking, segmentation, etc…) to rapidly create their medical/surgical applications. Our current driving clinical application is robotically assisted and freehand 3DUS-guided liver ablation, which is fully being integrated under the CISUS-3D Slicer. Initial functionality and pre-clinical feasibility are demonstrated on phantom and ex-vivo animal models.
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 05/2004; · 0.20 Impact Factor
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Strict sterility requirements impose restrictions on the type of equipment and its handling in an operating room (OR). This paper proposes three methods for intraoperative calibration of a tracked ultra- sound probe under sterile conditions. We categorically call these methods air calibration to contrast them with the common phantom-based cal- ibration methods that employ a coupling medium (e.g. a water-bath). The methods each consist of a preoperative and an intraoperative cali- bration stage. The preoperative stage is performed once in a non-sterile environment where any of the existing calibration methods can be used. The intraoperative stage is performed before each intervention in the OR. To minimize impact on the interventional work-ow, we required that the intraoperative calibration took less than 10 minutes, produced a robust result and was easy to perform.
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Malignome sind häufige Erkrankungen der Leber, wobei Lebermetastasen weitaus häufiger vorkommen als primäre Lebertumore. Die einzig kurative Therapieoption von Lebermalignomen ist - abgesehen von Lebertransplantationen beim Vorliegen eines HCCs – die Resektion, welche standardmäßig in einem großen Eingriff offen-chirurgisch durchgeführt und mit einer deutlichen Verbesserung der Überlebenswahrscheinlichkeit der Patienten einhergeht. Nichtsdestotrotz können nur ca. 20-25 % der Lebermalignome aus verschiedenen Gründen reseziert werden, weshalb lokal-ablative Verfahren wie die Radiofrequenzablation zum Einsatz kommen. Um die postoperativen Komplikationen für operable Patienten mit Lebermalignomen weiter zu vermindern, wird seit Ende der 90er Jahre vermehrt an der Einführung des laparoskopische Zugangswegs für die Leberchirurgie gearbeitet. Als wesentliche Probleme wurden jedoch die Einschränkung der Taktilität und der Tiefenwahrnehmung sowie die damit verbundene erhöhte Gefahr der Verletzung von größeren Blutgefäßen in der Leber beschrieben. Des Weiteren führen diese Probleme zu einer erschwerten intraoperativen Identifizierung von zuvor geplanten Resektionsebenen bzw. Punktionswegen. Zeitgleich mit den Anfängen der laparoskopischen Leberchirurgie wurden von wenigen Gruppen erste Versuche unternommen, die beschriebenen Probleme durch Computerunterstützung zu beheben. Die wesentlichen Aspekte hierbei sind das Lokalisieren der flexiblen laparoskopische Instrumente im Körper, sowie die intraoperative Visulisierung der relevanten Risiko- und Zielstrukturen wie Gefäße oder Tumore im Verhältnis zu den verwendeten Instrumenten. Im Rahmen des vom BMBF geförderten FUSION-Projekts wird unter anderem am Laparoskopieassistent gearbeitet. Hierbei wurde ein System für die Unterstützung der laparoskopischen Resektion und Ablation von Lebermalignomen konzipiert und entwickelt. Als wesentliche medizinische Hauptaufgaben wurde die intraoperative Umsetzung der präoperativen Planung und präzise Platzierung der RFA-Sonde bei laparoskopischen Eingriffen durch Virtual und Augmented Reality Unterstützung identifiziert. Eine weitere als wichtig eingestufte Anforderung ist die einfache Einsetzbarkeit des Systems im klinischen Alltag. In einem ersten Schritt wurden die Anforderungen der klinischen Projektpartner erhoben. Nachfolgend erfolgte die Entwicklung und Verfeinerung der Anforderungen im Sinne eines iterativen Vorgehens, um eine stete Rückmeldung der späteren Anwender zu bekommen. Das Ergebnis dieser Arbeit ist der Prototyp eines Navigationssystems für den beschriebenen Einsatzbereich, welches auf Basis der ermittelten Anforderungen konzipiert und implementiert wurde. Das Navigationssystem arbeitet auf Basis eines elektromagnetischen Trackingsystems. Die Evaluation des Systems wurde sowohl an Phantomen als auch am Tumor – Mimic Organmodell sowie einer Versuchsreihe am Großtiermodell durchgeführt. Neben der Validierung des Systems gegen die Anforderungen wurden insbesondere die Einsetzbarkeit im klinischen Alltag betrachtet. Es hat sich gezeigt, dass das entwickelte System die Anforderungen und somit die klinischen Hauptaufgaben erfüllt, wobei es jedoch einige Einschränkungen aufgrund des elektromagnetischen Trackingsystems gibt. Dies zeigte sich insbesondere bei der Verwendung der AR-Ansicht des Laparoskopiebilds, die aufgrund der teils beachtlichen Störungen nur bedingt hilfreich beim Umsetzen der klinischen Ziele war. Eine erste begleitende Evaluation des Systems beim Menschen sowie die Evaluation am Lebermodell haben gezeigt, dass die eingesetzten rigiden Registrierungsverfahren im Bereich der laparoskopischen Leberchirurgie ausreichend gute Ergebnisse liefern. Diese könnten jedoch durch die Einbeziehung elastischer Registrierungsverfahren und Atmungsausgleich wahrscheinlich noch verbessert werden.
    12/2008, Degree: Dr.-Ing., Supervisor: Prof. Dr. Dr. SJ Pöppl

Full-text (2 Sources)

Download
3 Downloads
Available from
Oct 9, 2014