Navigationsunterstützung für flexible Endoskope auf Basis von Inertialsensorik

Zusammenfassung

Neue Therapieansätze, wie beispielsweise NOTES-Eingriffe (NOTES = Natural Orifice Translumenal Endoscopic Surgery) stellen hohe Anforderungen an die einzusetzende Technologie zur Unterstützung bei der medizinischen Navigation. Um die Navi­gation insbesondere bei Eingriffen mit flexiblen Endoskopen zu erleichtern, wird in dieser Arbeit die Orientierung der Endoskopspitze in Bezug zur Umwelt in Form eines Pfeils in das aktuelle Video­bild eingeblendet. Dazu wurde ein dreiachsiger Beschleunigungssensor mit einer Kamera gekoppelt, um die Richtung des Gravitationsvektors in Relation zur Kamera messen zu können. Befindet sich die Kamera in Ruhe, so kann die Gravitationsrichtung direkt aus den gemessenen Sensorbeschleunigungen bestimmt werden. Bei bewegtem Kamerakopf liefert der Sensor jedoch ein überlagertes Signal bestehend aus seiner aktuellen Beschleunigung und der Erdbeschleunigung, wodurch die Bestimmung des Gravitationsvektors verfälscht wird. Mithilfe einer Analyse der Videodaten erfolgt daher eine Abschätzung der Bewegung der Endoskopspitze und in Abhängigkeit ­davon eine Einfärbung des eingeblendeten Gravitationspfeils, durch die die Vertrauenswürdigkeit der aktuellen Messung signalisiert werden soll.

Abstract

New surgical procedures, such as Natural Orifice Translumenal Endoscopic Surgery (NOTES) are strongly evolving due to technological advancements. Especially when using flexible endo­scopes, missing information about the endo­scope’s orientation is one of the main challenges, a gastro-enterologist has to deal with. This paper presents an approach to facilitate medical navi­gation by showing a three dimensional arrow with­in the video, representing the actual direc­tion of gravity as reference value. Therefore, a tri-axial accelerometer was attached to a camera in order to measure the impact of gravity in relation to the camera’s current orientation. The sensor ­directly measures the gravitational force if the ­camera is at rest. In case of a moving camera, the sensor signal includes the gravity as well as the camera’s actual acceleration. In order to distin­guish between these two cases, the video-data is analysed and the colour of the shown arrow is changed due to the results.

Schlüsselwörter

medizinische Navigation - Inertialsensor - flexible Endoskopie - NOTES

Key words

medical navigation - inertial sensor - flexible endoscopy - NOTES

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