Technik der Fachhochschule Köln erleichtert bei Operation den Blick ins Körperinnere

Auf der internationalen Konferenz „Bildverarbeitung für die Medizin (BVM) 2007“, die vom 25. bis 27. März 2007 in München stattfindet, stellt das Institut für Informatik der Fachhochschule Köln aktuelle Entwicklungsarbeiten vor.

Das Team um Prof. Dr. Wolfgang Konen vom Campus Gummersbach der FH Köln präsentiert dort erste Ergebnisse des Forschungsprojekts „3D-ENDO“, das in Kooperation mit der Uniklinik für Neurochirurgie der Ruhr-Universität Bochum durchgeführt wird.

Die neu entwickelte Technik hilft den Neurochirurgen bei der Operation den Überblick zu behalten: In der Endoskopie, insbesondere der Neuroendoskopie, sieht der Operateur durch das Endoskop nur einen begrenzten Ausschnitt des Operationsfeldes („Scheuklappeneffekt“). Das Endoskop ist ein langer, dünner Stab mit einer Mini-Videokamera am Ende. Die vordere Spitze wird bei der Operation ins Gehirn eingeführt. Ziel des Projektes ist es, ein automatisiertes Bildmosaik (Überblicksbild, engl. image mosaic) aus dem Live-Videodatenstrom zu erstellen. Mit einem solchen Überblicksbild hat der Operateur eine bessere Übersicht: Er kann sehen, was sich rechts und links vom aktuellen Endoskop-Ausschnitt befindet und so seine Navigation verbessern. Das anspruchsvolle Fernziel ist eine Applikation, die in Echtzeit, absturzsicher und vollautomatisch im klinischen Operationssaal läuft. Das bedeutet beispielsweise, dass der Computer mindestens fünf Bilder pro Sekunde verarbeiten muss, damit er mit den Endoskopbewegungen des Operateurs mithalten kann.

Ein erster Schritt auf diesem Weg ist nun getan. Aufbauend auf der Masterarbeit von M.Sc. Dipl.-Inform. Beate Breiderhoff entwickelte das Team weitergehende Verfahren, die automatisch, sicher und zügig mehrere Bilder zu einem Mosaik (Übersichtsbild) zusammensetzen. „Es hat mich positiv überrascht, wie gut das Verfahren mit den doch recht strukturschwachen Endoskopbildern zurechtkommt“, erläutert Projektleiter Dr. Konen. „Allerdings sind noch weitere Schritte zu gehen, damit das Verfahren robust mit Bilddaten aller Art arbeitet, hinreichend schnell wird und alle ergonomischen Anforderungen erfüllt, die für einen reibungslosen Betrieb im Operationsschritt erforderlich sind.“ Zurzeit wird in Diplom-, Bachelor- und Master-Arbeiten an diesen Schritten gearbeitet.

Für die Neurochirurgen zeigen die ersten Ergebnisse bereits viel Potenzial, wie Privatdozent Dr. Martin Scholz, geschäftsführender Oberarzt an der Neurochirurgischen Klinik der Ruhr-Universität Bochum, feststellt: „Das Farbbild ist doch sehr beeindruckend und gibt im Vergleich zum Schwarz-Weiß-Bild der ersten Version dieser neuen Technik deutlich mehr Informationen, die einem bei der Orientierung helfen können. Dies gilt insbesondere bei der Navigation durch krankheitsbedingt veränderte Anatomie, bei der man quasi immer nach irgendwelchen Landmarken (d. h. bekannten Körper-Strukturen) Ausschau hält, um sich zu orientieren.“

Das Ziel der Kooperation geht weit darüber hinaus: Das „3D“ im Projektnamen „3D-ENDO“ steht für dreidimensionale Vermessung und Navigation in der Endoskopie. Mit einem nunmehr patentierten Verfahren (Patentinhaber sind Konen und Scholz) kann eine Landmarke im Blickfeld des Endoskops dreidimensional vermessen werden. Der Operateur erhält so wichtige Informationen über Größe, Lage und Entfernung von anatomischen Strukturen des Gehirns. Vielfältige Einsatzmöglichkeiten, bis hin zur virtuellen Trainingsumgebung für die chirurgische Facharztausbildung, sind denkbar. Hierfür werden zurzeit Fördermittel beantragt.

Weitere Informationen
Fachhochschule Köln, Campus Gummersbach
Institut für Informatik
Prof. Dr. Wolfgang Konen
E-Mail: wolfgang.konen@fh-koeln.de
M.Sc. Dipl.-Inform. Beate Breiderhoff
E-Mail: breider@gm.fh-koeln.de