Panorama-Endoskopie für die erweiterte Sicht in chirurgischen Eingriffen – Ein Update

Fragestellung:

Ein bekanntes Problem der Minimal-invasiven Chirurgie (MIC) besteht in dem eingeschränkten Sichtfeld auf den Situs durch das Laparoskop. Um die Umgebung eines Operationsgebietes zu erfassen, muss das Laparoskop in regelmäßigen Abständen bewegt werden. Allerdings wird der damit erfasste Kontext nur zeitweise sichtbar und Zusammenhänge zwischen dem Operationsgebiet und der Umgebung müssen gedanklich durch den Laparoskopiker gemacht werden.

Ziel: Durch die sog. Panorama-Endoskopie können während der Bewegung des Laparoskops aus dem erfassten Videodatenstrom hochaufgelöste Panoramabilder errechnet und gleichzeitig in Echtzeit auf dem Bildschirm angezeigt werden. Diese zeigen das aktuelle Live-Bild im Zentrum, während darum herum der Kontext des Operationsfeldes durch ein Panoramabild dargestellt wird.

Methodik:

Die Erstellung und Darstellung der Panorama-Bilder basiert auf einer Sequenz von Bildverarbeitungsschritten, die auf jedes einzelne Bild des Videostroms angewandt werden. Nach einer geometrischen Entzerrung sowie einer Schattenkorrektur zur Eliminierung der Vignettierung werden charakteristische Bildmerkmale in aufeinanderfolgenden Bildpaaren berechnet. Zur Verfolgung der Merkmale werden parallel zueinander gleichermaßen sog. SURF und KLT Verfahren eingesetzt. Während die KLT Merkmale für eine schnelle Zuordnung von aufeinanderfolgenden Bildern genutzt werden, dienen die SURF Merkmale für die Zuordnung des aktuellen Bildes in das vorhandene Panorama. Auf der Basis dieser Punktkorrespondenzen werden die Transformationen bestimmt um das aktuelle Kamerabild an die korrekte Position (unter Berücksichtigung perspektivischer Verzerrungen) in das Panoramabild zu platzieren. Das jüngste Bild wird dabei immer in der Mitte des Bildschirms angezeigt, und darum herum der anatomischen Kontext in Form des Panoramas angeordnet.

Während laparoskopischer Eingriffe am Tiermodell wurden Organoberflächen von Leber, Intestinum, und Magen aufgenommen, die Videosequenzen direkt zu einem Panoramabild verrechnet, am Bildschirm dargestellt und abgespeichert.

Ergebnis:

Es konnte gezeigt werden, dass durch die vorgestellte Panorama-Endoskopie das Sichtfeld durch ein Laparoskop auf das Operationsgebiet in Echtzeit vergrößert wird und damit ein besserer Bezug zur Peripherie besteht. Damit wird eine visuelle Rückmeldung an den Chirurgen gegeben, um den anatomischen Kontext einer Intervention anzuzeigen. Im Vergleich zu vorhergehenden Arbeiten wurde die Handhabung erheblich verbessert und gezeigt, dass aus laparoskopischen Aufnahmen schritthaltend Panoramabilder erzeugt und angezeigt werden können.