FOR 1585: Multiport Bone Surgery at the Otobase
Mechanical and Industrial Engineering
Medicine
Final Report Abstract
Im Rahmen der 2. Förderperiode der Forschergruppe FOR 1585 MUKNO konnte ein 5:1 Modell eines Bohrsystems entwickelt werden, welches eingebunden in Planung und Navigation die Möglichkeit bieten könnte, nicht lineare Bohrungen vorzunehmen. Dieses konnte jedoch nicht vollständig in der geplanten Art und Weise, bei zu hohen Anforderungen an die beteiligten Wissenschaftler, realisiert werden. Hauptschwerpunkte des Projektes wurden daher auf die Planung der nicht linearen Pfade, die Navigation der zukünftigen Bohrkapsel und vor allem auf die Patientensicherheit durch eine ausführliche Risikobetrachtung bei nicht linearen Zugängen an der Otobasis gelegt. Es wurde ein Softwaretool zur Planung von linearen sowie nicht linearen Pfaden entwickelt, indem die Risikostrukturen (N. facialis, Chorda tympani, Cochlea usw.) eingeladen und ein Motion Planning Problem interaktiv definiert werden kann. Mit den Algorithmen wurden Zugangswege zur Cochlea und zum Inneren Gehörgang geplant und die maximale Krümmung sowie die minimale Distanz zu Risikostrukturen pro Pfad ärztlicherseits evaluiert. Die Methoden für Segmentierung, Planung und Navigation (Regelung) wurden in einem gemeinsamen Framework mit zugehöriger graphischer Benutzeroberfläche entwickelt. Die Anbindung an die Regelung wurde so aufgrund der gemeinsamen Softwarearchitektur ermöglicht. Für die Navigation für die Multi-Port Knochenchirurgie an der Otobasis wurde ebenfalls eine neue Software entwickelt. Diese ist in die Planungsumgebung integriert und stellt die Anbindung an die Komponenten C-Bogen, elektromagnetischer Tracker, Bohrsystem und Planungstool sicher. Das Zusammenspiel aus Planung und Navigation wurde in einem Schlüsselexperiment erfolgreich getestet. Elementar für eine spätere klinische Anwendung ist die Risikobetrachtung minimal-invasiver Operationen an der Otobasis. Ärztlicherseits wurde ein Indikationskatalog erstellt und eine Darstellung chirurgischer Landmarken bei unterschiedlichen endoskopischen Zugangswegen visualisiert. Nach der Analyse des chirurgischen Prozesses wurde dieser im Hinblick auf Fehlerursachen und Verletzungsrisiken untersucht, eine Fehlerbaumanalyse durchgeführt. Die identifizierten Fehlerursachen wurden mit Risikoprioritätszahlen bewertet. Hauptursachen für eine möglicherweise nicht erfolgreiche Operation: Unvollkommenheit der Bildgebung und –verarbeitung, der Instrumentennavigation, des Bohrprozesses, sowie der Temperaturbestimmung an der Bohrerspitze. Das Modell für das mechanische Verletzungsrisiko setzt die Unsicherheiten der Bildgebung uimg, der Bohrernavigation unav und des Bohrprozesses udrill in Bezug zum minimalen Abstand zwischen dem geplanten Bohrkanal und der nächstgelegenen Risikostruktur. Die sensitive Struktur wird nicht verletzt, wenn der Abstand zum Bohrkanal groß genug ist, um die Unsicherheiten entlang des Operationsprozesses zu kompensieren. Das Modell für das thermische Verletzungsrisiko setzt die zulässige Höchsttemperatur in Bezug zur angegebenen Temperatur und der Unsicherheit mit der die Temperatur angegeben werden kann. Die beschriebenen Modelle können für die präoperative Abschätzung des Patientenrisikos herangezogen werden.
Publications
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