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tm - Technisches Messen

Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen der Messtechnik

[TM - Technical Measurement: A Platform for Methods, Systems, and Applications of Measurement Technology
]

Editor-in-Chief: Puente León, Fernando / Zagar, Bernhard


IMPACT FACTOR 2017: 0.476

CiteScore 2018: 0.54

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ISSN
2196-7113
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Volume 85, Issue 5

Issues

Design of smart tools to support pre- and intra-operative use of surgical navigation systems

Concepts of microcontroller-based display and actuator modules

Entwicklung von Smart Tools zur prä- und intraoperativen Unterstützung beim Einsatz chirurgischer Navigationssysteme

Vorschläge für Mikrocontroller-basierte Anzeige- und Steuermodule

Oliver Gieseler
  • Corresponding author
  • Zentrum für Sensorsysteme, 14312 Universitat Siegen, Paul-Bonatz-Str. 9-11, D-57076 Siegen, Germany
  • Email
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  • De Gruyter OnlineGoogle Scholar
/ Julio C. Alvarez-Gomez / Hubert Roth / Jürgen Wahrburg
Published Online: 2018-04-07 | DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2017-0119

Abstract

In this paper we present novel solutions to support the application of computer assisted surgical interventions in which optical surgical navigation systems based on stereo cameras are used. The objective is to improve both the pre-operative setup and the intra-operative use of the navigation system. Following a short introduction describing the potential for improvements of existing navigation systems new approaches and the components to implement them are described. The pre-operative alignment of the stereo camera is made easier by attaching a small graphic display to its tripod which can show how much of the operating area is covered by the measurement volume of the camera. The intra-operative application is improved by a mechanism for motorized camera motions in order to follow the position of surgical instruments. Furthermore a small display can be attached to a surgical instrument which clearly indicates to the surgeon how to guide the instrument in order to stay on the planned trajectory.

Zusammenfassung

In diesem Artikel stellen wir neue Lösungsansätze vor, um die Durchführung von computerassistierten chirurgischen Eingriffen zu unterstützen bei denen optische, chirurgische Navigationssysteme auf Basis von Stereokameras zum Einsatz kommen. Ziel ist es, sowohl die präoperative Einrichtung als auch den intraoperativen Einsatz des Navigationssystems zu verbessern. Nach einer kurzen Einführung, in der potenzielle Verbesserungsmöglichkeiten für bestehende Navigationssysteme aufgezeigt werden, folgt eine Beschreibung neuer Ansätze und entsprechender Komponenten für deren Implementierung. Die präoperative Ausrichtung der Stereokamera wird durch Anbringen eines kleinen Grafikdisplays am Stativ vereinfacht, welches zeigt wie gut sich Operationsbereich und Messvolumen der Kamera decken. Die intraoperative Anwendung wird durch die Verwendung einer Vorrichtung, die eine motorisierte Kamerabewegung zur Verfolgung von chirurgischen Instrumenten ermöglicht, verbessert. Außerdem kann ein kleines Display am chirurgischen Instrument angebracht werden, welches dem Operateur übersichtlich anzeigt, wie das Instrument zu bewegen ist, um es auf einer geplanten Trajektorie zu führen.

Keywords: Surgical navigation; navigation system; stereo camera alignment; instrument display; camera tracking

Schlagwörter: Chirurgische Navigation; Navigationssystem; Stereokamera Ausrichtung; Instrumentendisplay; Kameranachführung

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About the article

Oliver Gieseler

M.Sc. Oliver Gieseler is scientific assistant at Center for Sensor Systems (ZESS) working in the field of optical 3D-localization in computer assisted surgery.

Julio C. Alvarez-Gomez

M.Sc. Julio C. Alvares Gomez is research assistant at ZESS Center for Sensor Systems (ZESS) and currently working in the field of tools and visualization in computer assisted surgery.

Hubert Roth

Prof. Dr-Ing. Hubert Roth is director of the institute for control engineering at University of Siegen and board member of Center for Sensor Systems.

Jürgen Wahrburg

Dr-Ing. Jürgen Wahrburg is Akad. Director at the institute of conrol engineering and leads a research group for development of computer and robotic assisted systems for surgical applications.


Received: 2017-09-22

Revised: 2018-03-01

Accepted: 2018-03-17

Published Online: 2018-04-07

Published in Print: 2018-05-25


Funding Source: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Award identifier / Grant number: 13GW0175B

Part of this work is funded by the German Bundesministerium für Bildung und Forschung (support program KMU-innovativ: Medizintechnik, contract number 13GW0175B).


Citation Information: tm - Technisches Messen, Volume 85, Issue 5, Pages 351–358, ISSN (Online) 2196-7113, ISSN (Print) 0171-8096, DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2017-0119.

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