Computer-assisted planning of nonlinear access paths for MUKNO
Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing
Final Report Abstract
In diesem Teilpaket wurde eine online-Kalibrierung für CBCT-Scanner entwickelt, die stochastische Ungenauigkeiten des C-Bogens ausgleicht und dadurch die Qualität der Rekonstruktion verbessert. Die Methode ist zudem robust gegenüber Artefakten in den aufgenommen Daten. Für die Automatische Segmentierung wurde an einem gekoppelten Ansatz gearbeitet, um die sukzessive Initialisierung der für die eigentliche Segmentierung verwendeten Probabilistic Active Shape Models zu ermöglichen. Dafür wurde ein Segmentierungsalgorithmus entwickelt, der einfachere Strukturen (Mastoidzellen, Antrum Mastoideum, Paukenhöhle, Unterkieferknochen) im Felsenbein segmentiert und aus diesen ein grobes Modell für Position, Orientierung und Ausmaß des Felsenbeins erstellt. Eine Evaluation des Ansatzes steht noch aus. Die Analyse dieser Strukturen weist allerdings bereits darauf hin, dass Lufteinschlüsse so groß sein können, dass sie für die Pfadplanung als Risikostruktur klassifiziert werden müssen. Für die Planung wurden State-of-the-Art Algorithmen auf Basis von Kreisbögen, Motion Primitives und Bézier-Splines untersucht und ihr Nutzen für die Planung evaluiert. Das gängige Motion Planning Problem, das bisher für krümmungsbeschränkte Wege in 3D verwendet wird, wurde als unzureichend erkannt und darauf aufbauend eine erweiterte Variante definiert. Hierfür wurde anschließend eine neuartige Planungsmethode auf Basis von Dubins-Kurven entwickelt, die dieses Problem löst. Die Planung eines nicht linearen Multi-Port Eingriffs ist damit möglich. Es wurde weiterhin ein einfaches Robotermodell erarbeitet um Randbedingungen des Bohrers, etwa die genaue maximale Krümmung für einen spezifischen Bohrprototypen, zu untersuchen. In Arbeitspakte 4 wurde ein Framework entwickelt, das Segmentierung, Planung und Navigation in einer gemeinsamen graphischen Benutzeroberfläche (GUI) erlaubt. Auf diese Weise konnte die Anbindung der Regelung - inklusive der Neuplanung eines Bohrkanals - an die präoperative Planungsphase ermöglicht werden. Das Zusammenspiel aus Planung und Navigation wurde in einem Schlüsselexperiment erfolgreich getestet. Die Planung findet in Echtzeit statt. Für diese GUI wurden interaktive Methoden zur präzisen Definition eines Zugangswegs entwickelt und die Möglichkeit zur Planung mehrerer Bohrkanäle geschaffen. Eine automatische Berechnung der geeignetsten Pfade und eine anschließende manuelle visuellen Analyse erlauben damit die Auswahl der für den Arzt am geeignetsten erscheinenden Zugangswege.
