Navigation and Visualisation in Endovascular Aortic Repair (Nav EVAR)

Projektbeschreibung

NavEVAR (Navigated Contrast-Agent and Radiation Sparing Endovascular Aortic Repair)

Ein grundsätzliches Problem der endovaskulären Therapie von Aortenaneurysmen ist die – ins-besondere für den Chirurgen – außerordentlich hohe Strahlenbelastung durch die fortwährende Röntgenbildgebung während der Operation. Zudem macht diese Durchleuchtung die Gabe von hohen Dosen nephrotoxischer Kontrastmittel notwendig, um den verwendeten Katheter und gleichzeitig die Blutgefäße des Patienten im Röntgenbild sichtbar zu machen. Die Lösung dieser Probleme ist das Ziel des BMBF-gefördertes Projekts NavCARS-EVAR.

Abb. 1: Mockup eines möglichen Demonstrators, bestehend aus Holo-Lens, magnetischem Tracking und einem Torso Phantom.

Das Institut für Robotik und Kognitive Systeme der Universität zu Lübeck (ROB Lübeck) ist einer von drei technischen Partnern im Projekt und verfügt insbesondere über weitreichende Kompetenzen im Bereich der medizinischen Robotik und Navigation. Das Teilvorhaben soll folgende wesentlichen Punkte bearbeiten:

  • Wie kann die Position eines endovaskulären Katheters ohne Röntgenbildgebung und Kontrastmittelgabe bestimmt werden?

  • Wie können die vorhandenen bzw. während der Operation erfassten Bild- und Volumendaten, zusammen mit der Katheterlage, für den Chirurgen verständlich visualisiert werden?

  • Welche Genauigkeit ist erzielbar und kann eventuell vollständig auf Röntgenbildgebung verzichtet werden?

Für all diese Fragestellungen bestehen Lösungsansätze, die von den Antragstellern gemeinsam diskutiert und erarbeitet wurden und nun zu einem Demonstrator ausgebaut werden sollen. Ein Mockup ist in Abb. 1 gezeigt. Insbesondere der Einsatz modernster Verfahren zur Lokalisation von Glasfasern mit Hilfe von Bragg-Gittern im Fasermantel sowie spezieller Augmented-Reality-Technologie machen die Alleinstellungsmerkmale des Projekts aus. Robotergestützter 3D-Ultraschall ist eine wegweisende technologische Alternative zur Röntgenbildgebung, die ebenfalls im Projekt als mögliche Lösung für die Darstellung und Lokalisierung des Katheters untersucht werden soll.

Grundsätzlich gliedert sich der Lösungsansatz des Vorhabens in fünf Module, die interdisziplinär ausgestaltet sind. Dabei handelt es sich um die Navigation, die Visualisierung, die Konstruktion endovaskulärer Hardware, die Eingriffsplanung und Modellbildung sowie um Validierung und Dokumentation. Das ROB liefert Beiträge zu allen fünf Modulen und leitet das Modul Visualisierung. Als Arbeitsschritte sind die Erforschung und Realisierung einer kombinierten Na-vigationslösung (elektromagnetisches und Glasfaser-Tracking), die Augmented-Reality-Visualisierung, die Patientenlokalisation durch Oberflächentracking, die Untersuchung von Ultraschall-Roboternavigation sowie die Validierung der Genauigkeiten der einzelnen Ansätze.

Auch die Verwertung der Ergebnisse soll gemeinschaftlich, wenn auch mit unterschiedlichen Schwerpunkten, erfolgen. Eine kommerzielle Verwertung wird insbesondere durch die Partner Fraunhofer Gesellschaft für medizinische Bildverarbeitung MEVIS (FME) sowie durch das Medizinische Laserzentrum Lübeck (MLL) und, mittelfristig, eine geplante Ausgründung stattfinden. Die wissenschaftliche Verwertung, beispielsweise die Erforschung weiterer Einsatzbereiche, die Integration neuer Technologien und die Konzeption von Anschlussprojekten, wird durch die universitären Partner ROB Lübeck und den Bereich Gefäßmedizin der Kliniken für Chirurgie und Radiologie des UKSH (GM) übernommen.

Veröffentlichungen

Verantwortlich

2018

Felix von Haxthausen, Floris Ernst, Ralf Bruder and Verónica García-Vázquez, Real-Time Streaming of 3D Ultrasound Data to HoloLens, in: 52nd Annual Conference of the German Society for Biomedical Engineering, 2018
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2017

Marco Horn, Jan Peter Goltz, Erik Stahlberg, Nils Papenberg, Floris Ernst and Markus Kleemann, Endovascular interventions proceeded under contrast agent and radiation sparing using navigation and imaging techniques for holographic visualisation, European Symposium on Vascular Biomaterials, Strasbourg (France), pages 173-180, 2017
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Ivo Kuhlemann, Markus Kleemann, Philipp Jauer, Achim Schweikard and Floris Ernst, Towards X-ray free endovascular interventions - Using HoloLens for on-line holographic visualization (2017), in: Healthcare Technology Letters, 4:5(184-187)
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2015

Marco Horn, Jan Nolde, Jan Peter Goltz, Jörg Barkhausen, Wolfgang Schade, Christian Waltermann, Jan Modersitzki, Janine Olesch, Nils Papenberg, Tobias Keck and Markus Kleemann, Ein Prototyp für die navigierte Implantation von Aortenstentprothesen zur Reduzierung der Kontrastmittel- und Strahlenbelastung: Das Nav-CARS-EVAR-Konzept (Navigated-Contrast-Agent and Radiation Sparing Endovascular Aortic Repair) (2015), in: Zentralblatt für Chirurgie, 140:05(493-499)
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