Intraoperative modellgestützte Identifikation von Gewebeeigenschaften auf Basis multimodaler und multiskaliger Daten

Bearbeiter Dipl.-Ing. Philipp Wittmüß
Dipl.-Ing. Tanja Teutsch

 

Projektstatus Abgeschlossen seit Dezember 2015.

 

Beschreibung

In der minimalinvasiven Chirurgie ist es von grundlegender Wichtigkeit, dass der Chirurg die auf dem Monitor gezeigten Bilder richtig und genau interpretieren kann. Eines der bisher unbefriedigend gelösten Probleme in der modernen Endoskopie betrifft die präzise Unterscheidung von Gewebearten und Gewebezuständen während der Intervention in Echtzeit.

Der in diesem Projekt verfolgte Ansatz nutzt vorrangig die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften verschiedener Gewebearten und -zustände, um maligne und benigne Gewebebereiche zu unterscheiden. Die Bilddaten der bereits im Instrumentarium eingebetteten distalen Kamera werden mit spektroskopischen Daten und multimodalen Informationen aus weiteren mechanischen Sensoren zusammengeführt. Dies ermöglicht die Bestimmung der viskoelastischen und elastoplastischen Gewebeparamter auf Grundlage eines konstitutiven Gewebemodells. Anhand der bestimmten Parameter kann anschließend eine Segmentierung des untersuchten Gewebes vorgenommen werden (s. Abbildung 1).

Abbildung 1: Segmentweise Parameteridentifikation eines Silikonphantoms mit Verhärtung in der Mitte (Vöhringer, 2015).

Projektpartner

           

Publikationen
Konferenzbeiträge
  • D. Claus, P. M. Schumacher, T. Labitzke, M. Mlikota, U. Weber, S. Schmauder, N. Schierbaum, T. E. Schäffer, P. Wittmuess, T. Teutsch, C. Tarín, S. Hoffmann, F. A. Taran, S. Brucker, J. Mischinger, A. Stenzel & W. Osten, “Intraoperative model based identification of tissue properties using a multimodal and multiscale elastographic measurement approach”, Proceedings of SPIE, 2015, pp. 95400M-1-95400M-6, doi:10.1117/12.2183876
  • D. Claus, P. M. Schumacher, M. Wilke, M. Mlikota, U. Weber, S. Schmauder, N. Schierbaum, T. E. Schäffer, P. Wittmuess, T. Teutsch, C. Tarín, S. Hoffmann, S. Brucker, J. Mischinger, C. Schwentner, A. Stenzl & W. Osten, “Intraoperative model based identification of tissue properties based on multimodal and multiscale measurements”, Proceedings of SPIE, 2015, pp. 932805-1-932805-5, doi:10.1117/12.2076831
  • F. Schlagenhauf, P. Wittmuess, C. Tarin, T. Teutsch & O. Sawodny, “Stiffness gradient detection for tissue discrimination based on identification of mass-spring-damper models”, IEEE Conference on Control Applications (CCA), Sydney, NSW, Australia, 2015, pp. 1057-1062, doi:10.1109/CCA.2015.7320752

Studentische Arbeiten
  • H. Vöhringer, "Modellbasierte Parameteridentifikation inhomogen verteilter Steifigkeiten mittels Volumensteifigkeitsmodell", Studienarbeit, 2015
  • F. Schlagenhauf, "Viskoelastische Modellierung und systemdynamische Analyse von Weichgewebe mittels Feder-Masse-Dämpfer-Systemen", Bachelorarbeit, 2014
Fördermittel

Das Projekt ist Teil des "Industry on Campus"-Programms des IZST (Interuniversitäres Zentrum für Medizinische Technologien Stuttgart-Tübingen) und wird von den beteiligten Universitäten des IZST, dem Industriepartner Aesculap AG sowie dem Land Baden-Württemberg gefördert.