Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Verfahren zur kamerabasierten Instrumentennavigation am Beispiel der HNO-Chirurgie
    (Fraunhofer Verlag, 2019)
    Katanacho, Manuel
    Der Einsatz chirurgischer Navigationssysteme ermöglicht es, operative Eingriffe sicherer und schonender durchzuführen. Konventionelle Navigationssysteme schränken jedoch das OP-Personal aufgrund des großen Platzbedarfs im Operationssaal ein oder werden aufgrund der komplexen und wenig intuitiven Arbeitsabläufe zu selten eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Verfahren und Algorithmen für ein kamerabasiertes Navigationssystems, das durch den Einsatz einer kleinen HD-Kamera am chirurgischen Instrument zu einer vereinfachten Handhabbarkeit und intuitiven Anwendung führt. Die Navigation wird auf Basis der Gesichtsoberflächenstruktur durch eine softwaretechnische Verarbeitung der Kamerabilder realisiert, ohne künstliche Marker zu nutzen. Für eine robuste und präzise merkmalsbasierte Navigation auf der strukturarmen Patientenoberfläche werden neue, kamerabasierte Verfahren zur Kartenerstellung, Registrierung und Lokalisation entwickelt und intelligent kombiniert. Die Technologie wird im Rahmen eines Funktionsprototypen für die HNO-Chirurgie unter klinischen Bedingungen evaluiert.
  • Publication
    Registration of pre- and postoperative surface scans for pediatric neurosurgery
    ( 2018)
    Katanacho, Manuel
    ;
    Lack, John-Certus
    ;
    Fehlhaber, Felix
    ;
    Krüger, Jörg
    A software for automatic registration and differential visualization of pre- and postoperative surface scans for use in pediatric neurosurgery is developed and implemented. The core operations of the registration include an automatic head extraction, a rough registration by aligning the main axes, a depth map-based registration for robust determination and registration of feature points in the facial area, and a fine registration. A graphical user interface is implemented for the difference visualization and program control.
  • Publication
    Camera-based instrument navigation in ENT-surgery
    ( 2018)
    Katanacho, Manuel
    ;
    Uhlmann, Eckart
    Algorithms for a camera-based surgical navigation system, with a localization based on the surface structure of the patients face, are developed and evaluated. The measurement technology is based on a single HD-camera that is integrated on a surgical instrument. Sophisticated and expensive state of the art systems are thus replaced by a software solution, which reduces the hardware costs and the space requirements in the operation room. A functional prototype is implemented and tested in a laboratory and an operating room. The challenge is to determine the camera's pose from a camera live stream with a feature based approach, without additional markers on the patient. The core software modules are mapping, registration and localization. The root-mean-square error of the system varies between 2.4 mm and 6.4 mm dependent on the lighting conditions. By removing a systematic error from the registration process, the accuracy is improved to 1.3 mm to 2.0 mm.
  • Publication
    Depth map based point cloud registration to CT patient data for surgical navigation
    ( 2017)
    Katanacho, Manuel
    ;
    Lack, John-Certus
    ;
    Hoffmann, Jonas
    ;
    Uhlmann, Eckart
  • Publication
    Surgical navigation with QR codes
    ( 2016)
    Katanacho, Manuel
    ;
    Cadena, Wladimir de la
    ;
    Engel, Sebastian
    The presented work is an alternative to established measurement systems in surgical navigation. The system is based on camera based tracking of QR code markers. The application uses a single video camera, integrated in a surgical lamp, that captures the QR markers attached to surgical instruments and to the patient.