Fehleranalyse zur Genauigkeitsbestimmung eines Ultraschallnavigationssystems für die Weichteilchirurgie des Kopf-Halsbereiches

• Published in: Ultraschall in der Medizin - European Journal of Ultrasound
• Main Authors: Kozak, J, Helbig, M, Kroll, T, Krysztoforski, K, Kucharski, J, Popek, M
• Format: Conference Proceeding
• Language: German
• Published: 07.10.2008
• ISSN: 0172-4614; 1438-8782
• DOI: 10.1055/s-0028-1085862

Ziel: Ein Prototyp eines Ultraschallnavigationssystems für die Weichteilchirurgie des Kopf-Halsbereiches wurde entwickelt. Unter Verwendung eines navigierten Ultraschallkopfes und eines navigierten chirurgischen Instruments, lässt sich die Lagebeziehung des Instruments zur Ultraschallebene und somit zur individuellen Anatomie im Rahmen invasiver Eingriffe in Echtzeit darzustellen. Aufgrund der besonderen Anatomie des Kopf-Halsbereiches (unmittelbare Nachbarschaft lebenswichtiger Strukturen) ist es somit unerlässlich über ein höchst exaktes und präzises Navigationssystems zu verfügen, um – sonografisch kontrolliert – das navigierte chirurgische Instrument an die Zielstruktur heranzuführen. Im Rahmen der Genauigkeitsbestimmung des Systems wurden mögliche systematische Fehlerquellen betrachten, über die wir im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit berichten. Material und Methoden: Ein Navigationssystem für die Sonografie im Weichteilbereich der Kopf-Halsregion unter Verwendung eines navigierten Ultraschallkopfes und eines navigierten chirurgischen Instruments wurde entwickelt. Die Zuordnung der Genauigkeitsbestimmung des Navigationssystems erfolgte mathematisch unter Berücksichtung folgender potentieller Fehlerquellen [1,2,3,4]: Fehler durch das Ultraschallgerät (Fiducial Localisation Error; FLE) Fehler durch das Kamerasystem und des verwendeten Instrumentes (Fiducial Localisation Error; FLE) Fehlern durch die Justierung der Sonde (Fiducial Registration Error; FRE) Fehler am Zielpunkt (Target Registration Error; TRE). Ergebnisse: Für das Ultraschallnavigationssystem des Kopf-Halsbereiches wurden folgende System-abweichungen ermittelt: FLE durch das Ultraschallgerät: 0.3mm; FLE durch das Kamerasystem und des verwendeten Instruments: 0.6mm; FRE durch Justierung der Sonde: 0.4mm und TRE am Zielpunkt: 0.9mm. Daraus resultiert eine mittlere dimensionale Abweichung des Gesamtsystems von 0.9+/-0.2mm. Bei der praktischen Anwendung im Modellversuch zeigt sich eine exakte Annäherung des chirurgischen Instruments an die sonografisch dargestellte Zielstruktur. Schlussfolgerung: Das für die Weichteilchirurgie des Kopf-Halsbereichs entwickelte Navigationsverfahren – unter Verwendung eines navigierten Ultraschallkopfes und eines navigierten Instruments – zeichnet sich durch eine hohe Systempräzision aus. Diese zeigt sich bei der Analyse aller potentiellen Fehlerquellen. Literatur: [1] Maurer Jr., C. R.; G. B. Aboutanos; B. M. Dawant; R. A. Margolin; R. J. Maciunas; J. M. Fitzpatrick: Registration of CT and MR brain images using a combination of points and surfaces. SPIE Vol. 2434/1093. [2] Maurer Jr., C. R.; G. B. Aboutanos; B. M. Dawant; R. J. Maciunas; J. M. Fitzpatrick: Registration of 3-D Images Using Weighted Geometrical Features. IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 15, No. 6, December 1996. [3] Maurer Jr., C. R.; J. M. Fitzpatrick; M. Y. Wang; R. L. Galloway, Jr.; R. J. Maciunas; G. S. Allen: Registration of head volume images using implantable fiducial markers. SPIE Vol. 3034. [4] Maurer Jr., C. R.; R. J. Maciunas; J. M. Fitzpatrick: Registration of head CT images to physical space using multiple geometrical features. SPIE Vol. 3338 Keywords: FRE-, FLE-, TRE-Fehleranalyse, navigationsunterstützte Sonografie, minimal-invasive Weichteil-navigation des Kopf-Halsbereiches