Registrierung von CT- und Ultraschalldatensätzen auf der Basis von Knochenstrukturen

Navigierte Verfahren sind in der modernen Chirurgie von wachsender Bedeutung. Die präzise Registrierung von präoperativen Datensätzen im Koordinatensystem des Navigationssystems ist ein wichtiger Schritt für einen erfolgreichen bildgestützten navigierten Eingriff. In vielen chirurgischen Disziplinen ist die genaue Registrierung von Knochen von Interesse (Orthopädie, Neurochirurgie, Unfallchirurgie etc.). Herkömmliche Methoden, basierend auf Punkt-Punkt Registrierungen unter der Verwendung von Landmarken oder künstlichen Markern, haben Nachteile bezüglich Genauigkeit und Invasivität. Intraoperative Bildgebung, die Knochen trotz überlagernden Gewebes lokalisiert, kann hier Abhilfe schaffen. Der Einsatz intraoperativer CT- oder MR-Bildgebung hat bezüglich intraoperativer Anwendbarkeit, Strahlenbelastung und Kosten Nachteile. Intraoperativer Ultraschall als Bildgebungsmodalität zur Darstellung der Knochenstrukturen und als Basis füur die Registrierung präoperativer Daten hat diesbezüglich große Vorteile. Die Anwendung konventioneller Bild-Registrierungsverfahren ist aufgrund des hohen systematischen Rauschanteils (Speckle) in Ultraschallbildern sowie der teilweise erheblich unterschiedlichen Abbildung von Strukturen im Vergleich zur CT- oder MR-Bildgebung für viele Anwendungen nicht möglich. Bei der Registrierung auf der Basis von Knochenstrukturen ist zu beachten, dass die Ultraschallbildgebung nur einen Teil der Knochenoberfläche darstellt und eine Segmentierung problematisch ist. Im Rahmen des Vortrags werden die im Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr entwickelten Methoden zur Registrierung von 3D CT- und 3D Ultraschalldatensätzen vorgestellt, die die eingeschränkte Darstellung von Knochen mit Ultraschall berücksichtigen und eine Segmentierung der Ultraschalldatensätze vermeiden. Die Robustheit des Verfahrens wird anhand der Registrierungsergebnisse von Phantom- und Patientendaten belegt. Des Weiteren zeichnet sich der Ansatz durch sehr kurze Rechenzeiten aus, was für eine intraoperative Anwendbarkeit notwendig ist.