Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Visuelle Navigation - Systemkonzept für die navigierte Chirurgie
    ( 2015)
    Katanacho, Manuel
    ;
    Engel, Sebastian
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    Winne, Christian
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    Özbek, Christopher
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    Kosmecki, Bartosz
    ;
    Keeve, Erwin
    Es wird ein Videobild-basiertes Systemkonzept für die navigierte Chirurgie vorgestellt. Durch eine in chirurgische Instrumente integrierte Kamera wird eine Oberflächenkarte im Sichtfeld der Kamera berechnet und simultan die Lage der Kamera in der Oberflächenkarte bestimmt. Die Oberflächenkarte wird mit präoperativ aufgenommenen CT-Daten registriert, wodurch die Instrumentenlage relativ zum Patienten bekannt ist. Ziel des neuen Ansatzes ist es, chirurgische Navigationssysteme durch die integrierte Messtechnik intuitiver und platzsparender umzusetzen.
  • Publication
  • Publication
    A geometric calibration method for an open cone-beam CT system
    ( 2013)
    Stopp, Fabian
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    Wieckowski, Adam
    ;
    Käseberg, Marc
    ;
    Engel, Sebastian
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    Fehlhaber, Felix
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    Keeve, Erwin
    The image quality of cone-beam CT systems depends directly on the precise knowledge of position and orientation of the X-ray source and the detector. The current methods to determine this geometric information are mainly focused on conventional cone-beam CTs with planar or near-planar scanning trajectories. Due to the fixed alignment of X-ray source and detector, such systems have disadvantages in intraoperative use. Therefore, we develop a first prototype for cone-beam CT characterized by a free alignment of X-ray source and detector. This results in an open system allowing an intraoperative access to the patient and the implementation of non-planar scanning trajectories in the operating room. In this paper, we present a geometric calibration method to determine the position and orientation of X-ray source and detector for any arbitrary projection. Enhancing the theoretical method proposed in Mennessier et al. [1] by introducing an asymmetrical marker arrangement, we realized a calibration method suitable for practical use. We analyzed the resulting accuracy and applied our approach to the open cone-beam CT prototype.
  • Publication
    Real-time reconstruction and visualization of navigated 3D ultrasound images
    ( 2013)
    Kastrop, Markus
    ;
    Winne, Christian
    ;
    Keeve, Erwin
  • Publication
    Evaluation der computergestützten patientenspezifischen Planung und intraoperativen Navigation bei ablativen und verlagernden Eingriffen am Gesichtsschädel durch das SCOPIS-Navigationssystem
    ( 2013)
    Raguse, Jan-Dirk
    ;
    Kosmecki, Bartosz
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    Özbek, Christopher
    ;
    Camerer, Christian
    ;
    Kim, Doris M.
    ;
    Hoffmeister, Bodo
    ;
    Keeve, Erwin
    Einleitung: Die Verwendung von Navigationssystemen hat heute einen festen Stellenwert in der MKG-Chirurgie. Basis für einen erfolgreichen computergestützten Eingriff ist eine zeitintensive Planung und aufwendige Patientenregistrierung, so dass sie noch keinen Eingang in die Routine gefunden haben. Ziel der Untersuchung war daher die Evaluation eines neuen, praxistauglichen und universellen Systems zur virtuellen Planung und intraoperativen Umsetzung. Material und Methode: Das neue Navigationssystem, das in Zusammenarbeit mit unserer Klinik entwickelt wurde, ermöglicht neben den üblichen Planungs- und Spiegelungsfunktionen anatomischer Strukturen auch die Planung von Osteotomielinien mittels Touchscreen oder Maus direkt auf dem patientenspezifischen 3D Modell. Die Osteotomieline wird dabei über das Setzen von Ankerpunkten aufgespannt und kann in orthogonalen Ansichten (axial, coronar und sagittal) feinjustiert werden. Im Planungsmodus kann entlang der Schnittlinie gefahren und überprüft werden, dass keine kritischen Strukturen verletzt werden. Nach einer modifizierten Bild-zu-Patientenregistrierung erfolgt die intraoperative Umsetzung. Die Übertragung der Osteotomielinie auf den Situs kann intraoperativ mittels eines navigierten sterilen Stiftes oder direkt durch den Einsatz eines navigierten chirurgischen Instruments (Meißel/Säge) erfolgen. Ergebnisse: Die Osteotomielinie als Planungsfunktion wurde zunächst bei Eingriffen im Bereich des Mittelgesichts eingesetzt. Die präoperative Planung konnte hier von verschiedenen Benutzern in 15 Minuten durchgeführt werden. Für die modifizierte Registrierung ergab sich eine Zeit von unter 2 Minuten. Fazit: Die vorgestellte Osteotomielinie ist eine einfache und zugleich schnelle Planungsfunktion, die bei vielen chirurgischen Eingriffen eingesetzt werden kann. In Verbindung mit der verkürzten Inbetriebnahme des Navigationssystems ergibt sich das Potential, die computergestützten Eingriffe in die tägliche Routine zu übernehmen.
  • Publication
    Was bringen virtuelle Planungen für die Umsetzung komplexer kraniomaxillofacialer Korrekturen - ein Erfahrungsbericht
    ( 2013)
    Adolphs, Nicolai
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    Haberl, Hannes
    ;
    Liu, Weichen
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    Keeve, Erwin
    ;
    Menneking, Horst
    ;
    Hoffmeister, Bodo
    Einleitung: Die Planung komplexer kraniofazialer Korrekturen erfordert häufig die Herstellung individueller 3DModelle, was sowohl mit apparativem als auch mit finanziellem Aufwand einhergeht. Moderne Softwareapplikationen erlauben zunehmend realistische OP-Simulationen, wodurch die Modellherstellung möglicherweise reduziert werden könnte. Inwiefern dies eine plausible Option darstellt, sollte anhand verschiedener kraniomaxillofazialer Anwendungen überprüft werden. Material & Methode: Seit 2006 erfolgten bei ausgewählten Kasuistiken zusätzlich zur herkömmlichen Modellherstellung auf der Basis von Dicom Datensätzen virtuelle Simulationen kraniomaxillofazialer Verlagerungen durch kommerzielle Software (Fa. Materialise). Anhand einiger typischer Fallbeispiele (Sekundärkorrektur bei posttraumatischem Dish-Face, frontofaziales Advancement durch interne Distraktoren bei Apert-Syndrom, Hypertelorismuskorrektur bei frontonasaler Dysplasie) werden ""workflow"" von Planung und operativer Umsetzung demonstriert. Ergebnisse: In allen Fällen ergänzten sich die Informationen aus Modell und Simulation sinnvoll. Die Simulationen stimmten gut mit den entsprechenden operativen Resultaten überein. Wesentlicher Vorteil der virtuellen Methode ist die Möglichkeit, relativ einfach unterschiedliche Varianten durchzuspielen, um abschätzen zu können, wieviel knöcherne Strecke verlagert werden muß, um einen sichtbaren Effekt zu erzielen. Für den Transfer der Planung bieten sich durch Softwarehersteller gefertigte chirurgische Schablonen (""Cutting Guides"") an. Echte Modelle bieten aufgrund ihrer Anschaulichkeit und ihrer einfachen Handhabung jedoch einen Vorteil. Zusammenfassung: Die Kombination aus 3D-Modell und virtueller Simulation wirkt bei komplexen kraniomaxillofazialen Korrekturen synergistisch. Der damit verbundene Mehraufwand läßt sich durch verbesserte Planungs-, Aufklärungs- und Dokumentationsoptionen rechtfertigen.
  • Publication
    Domain-map method for communication interface optimization in computer assisted orthognathic surgery - a pioneer approach
    ( 2013)
    Liu, Weichen
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    Lorenz, Romy
    ;
    Adolphs, Nicolai
    ;
    Hoffmeister, Bodo
    ;
    Keeve, Erwin
  • Publication
    Ein Verfahren zur Kalibrierung von Operationsmikroskopen für chirurgische Augmented-Reality Anwendungen
    ( 2012)
    Winne, Christian
    ;
    Stopp, Fabian
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    Reutter, Andreas
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    Keeve, Erwin