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Softwaretechnische Instrumentenunterstützung für ein leistungssteuerndes HNO Navigationssystem

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Zusammenfassung

Durch Einsatz von Softwaretechnik können immer komplexere Funktionalitäten in Medizingeräten realisiert werden. In der computerunterstützten Chirurgie werden Assistenzsysteme entwickelt mit dem Ziel, die Risiken bestehender Behandlungsmethoden zu minimieren und in neue chirurgische Anwendungsbereiche vorzudringen. Um die steigende Komplexität solcher Systeme zu beherrschen, müssen anstelle von hardwarenahen Implementierungen Abstraktionskonzepte gefunden werden, die überschaubare Programmstrukturen und problemlose Erweiterbarkeit ermöglichen. Für das bereits klinisch evaluierte Navigationssystem FESS-Control wird mit Hilfe von bekannten Softwaretechnikmethoden ein Modell entwickelt und implementiert, das im Gegensatz zur bestehenden Implementierung die Beschreibung leistungsgesteuerter chirurgischer Instrumente auf einer abstrakten Ebene und deren sichere automatisierte Erkennung ermöglicht. FESS (functional endonasal sinus surgery) ist eine minimal invasive Behandlungsmethode für die Nase und Nebenhöhlen, bei der der Chirurg keine direkte Sicht zum Operationssitus und den Instrumenten hat. Mit dem Ziel, den Chirurgen während des Eingriffs zu unterstützen, verwendet FESS-Control eine optische Navigationskamera, um die räumliche Lage eines Shavers bezüglich des Patienten und dessen Bilddaten während der Operation zu bestimmen. Gleichzeitig erfolgt zum Schutz sensibler Strukturen eine Leistungssteuerung des Instruments. Mit Hilfe des neuen Modells wird die Beschränkung des existierenden Systems, welches nur gerade Shaveransätze navigiert, aufgehoben und die Verwendung weiterer in der medizinischen Anwendung benötigter Shaveransätze ermöglicht. Die neue Lösung für das FESS-Control System ist ein überzeugendes Beispiel dafür, dass Methoden der Softwaretechnik auch in den Anwendungen der Medizintechnik gewinnbringend eingesetzt werden können.

Abstract

Software engineering can be used to realize more complex functionalities in medical devices. In computer-assisted surgery, assistance systems are developed, in order to reduce the risks posed by existing surgical methods and to explore new surgical methods. To cope with increasing complexity of such systems, instead of hardware-oriented implementations, abstraction concepts are needed to realize manageable program structures and unproblematic expandability. For the already clinically evaluated navigation system FESS-Control, a model will be developed and implemented using well-known software engineering methods. Unlike to the existing implementation, the model allows the description of power-controlled surgical instruments on an abstract level and their safe automatic identification. FESS (functional endonasal sinus surgery) describes a minimally invasive surgical method for treating diseases of the nose and paranasal sinuses. The surgeon has no direct view of the operation site and his instruments. In order to support the surgeon during the operation, FESS-Control uses an optical navigation camera to determine the spatial position of the shaver with respect to the patient and his image data during the operation. At the same time, the instrument’s power is controlled to protect sensitive tissue. The new model can be used to overcome the limitations of the existing system, which only supports straight shaver blades, and to allow the use of other shaver blades needed in medical applications. The new solution for the FESS-Control system is a convincing example of how software engineering methods can be gainfully used in medical technology.

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Literatur

  1. 1.

    Baerentzen JA, Aanaes H (2005) Signed distance computation using the angle weighted pseudonormal. IEEE Trans Vis Comput Graph 11(3):243–253

  2. 2.

    Beyer M (2006) Entwurf, Realisierung und Integration einer dynamischen Instrumentenmodellierung für ein klinisches Navigationssystem mit Leistungssteuerung für die HNO-Chirurgie. Master’s thesis, Technische Universität Berlin

  3. 3.

    Gamma E, Helm R, Johnson R, Vlissides J (1996) Entwurfsmuster: Elemente wiederverwendbarer objektorientierter Software. Addison-Wesley, Bonn Reading, MA

  4. 4.

    Hofer M, Strauss G, Koulechov K, Dietz A, Lüth T, Christos T (2006) Ergebnisse der ersten klinischen Anwendung des navigiert-kontrollierten shavers in der FESS/Hals-Nasen-Ohren-Universitätsklinik – ICCAS innovation center computer assisted surgery, Forschungsbericht

  5. 5.

    Hommel G, Heiß H (1990) Roboterkinematik 1990-15. Technische Universität Berlin, Forschungsbericht

  6. 6.

    Hosemann WG, Weber RK, Keerl R (2000) Minimally Invasive Endonasal Sinus Surgery: Principles, Techniques, Results, Complications, Revision Surgery. Thieme, Stuttgart

  7. 7.

    Kennedy DW (2000) Functional Endoscopic Sinus Surgery: Concepts, surgical indications, and instrumentation. In: Kennedy DW, Zinreich SJ (eds) Diseases of the Sinuses – Diagnosis and Endoscopic Management. BC Decker Inc, Hamilton, Ontario, pp 197–210

  8. 8.

    Koulechov K (2006) Leistungssteuerung chirurgischer Instrumente in der Kopf-Chirurgie. PhD thesis, Technische Universität München, München

  9. 9.

    Lüth T, Bier J, Bier A, Hein A (2002) Verfahren und System zum minimalen Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin sowie für Modell- und Manufakturarbeiten. Offenlegungsschrift DE 101 17 403 A1

  10. 10.

    NDI (2003) NDI Polaris Accedo – User’s Guide, rev. number 1.0

  11. 11.

    Schermeier O, Lüth T, Glagau J, Szymanski D, Tita R, Hildebrand D, Klein M, Nelson K, Bier J (2002) Automatic patient registration in computer assisted maxillofacial surgery. In: Westwood J, Hoffman H, Robb R, Stredney D (eds) Medicine Meets Virtual Reality, vol 85. IOS Press, Newport Beach, USA, pp 461–467

  12. 12.

    Tönnies KD, Lemke HU (1994) 3D-Computergrafische Darstellung. R Oldenburg Verlag, München Wien

  13. 13.

    Winne C (2005) Integration und Evaluierung des NavigatedControl Verfahrens in ein chirurgisches Navigationssystem für das navigierte Fräsen. Master’s thesis, Technische Universität Berlin, Berlin

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J.3 ; I.6.5

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Beyer, M., Rose, A., Jank, E. et al. Softwaretechnische Instrumentenunterstützung für ein leistungssteuerndes HNO Navigationssystem . Informatik Forsch. Entw. 22, 147–160 (2008). https://doi.org/10.1007/s00450-007-0038-9

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Schlagworte

  • Instrumentenerkennung
  • Instrumentenmodellierung
  • Navigated Control
  • FESS-Control

Keywords

  • Instrument identification
  • Instrument modelling
  • Navigated control
  • FESS-Control