gms | German Medical Science

Einleitung:Aktive optische chirurgische Navigation ist durch große Marker und Abdeckungsprobleme in ihrem Einsatz oft limitiert. Wir haben ein neues Größen- und 3D optimiertes videooptisches Trackingsystem entwickelt, dass ohne kostenintensive Infrarottechnik auskommt.

Methoden:Jede Seite der Kuben wurde mit einer individuellen Matrix mit geschlossenen Konturen und Kreismustern versehen. Jede Markergeometrie besitzt ein eindeutiges Muster, womit auch die Identifikation der Objekte (u.a. Instrumente) eindeutig gegeben ist. Zuerst werden die Kamerabilder getrennt voneinander analysiert. Dabei werden zuerst subpixelgenau Konturen im Kamerabild mit Hilfe eines Verfahrens detektiert, das selbst in sehr schlechten Kontrastsitutation noch überzeugende Ergebnisse liefert. Auf Basis der Konturen erfolgt dann eine fehlerredundante Markerdetektion. In der zweiten Stufe werden Lagehypothesen auf Basis der in den verschiedenen Kameras detektierten Muster generiert und unter Einbeziehung der gesamten Instrumentengeometrie sowie der detektierten Konturen optimiert.

Ergebnisse:Die Genauigkeiten sind sehr stark vom Setup abhängig. Die primären Einflussfaktoren sind: Auflösung der Kameras, Größe der Markergeometrie, Messvolumen, Rauschen der Kameras, Genauigkeit der Kalibrierung, Triangulationswinkel und Anzahl der Kameras, die das Objekt gleichzeitig sehen können.

Realistisches Beispiel: 2 Kameras mit einer Auflösung von 2000 Pixel x 2000 Pixel bei einem Triangulationswinkel von 40° detektieren eine Markergeometrie der Größe 25 mm x 25 mm x 25 mm bei einem Arbeitsvolumen mit 500 mm Durchmesser. Kalibrierung und Pixelrauschen resultieren in einer Standardabweichung von 0,1 Pixel. Dabei beträgt die Genauigkeit bzgl. Koordinatensystem der Markergeometrie in Standardabweichungen: Position: 0,04 mm und Rotation: 0,15°.

Schlussfolgerungen: Es hat sich gezeigt, dass für ein sicheres, robustes und genaues Tracking kein Infrarotlicht notwendig ist.

Der Erstautor gibt keinen Interessenkonflikt an.