- Projektbeschreibung
- Wissenschaftlicher Hintergrund
- Projektpartner
3D ARILE ist ein ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) gefördertes Forschungsprojekt. Kernbestandteil des Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Augmented-Reality Systems in Form einer Datenbrille (HMD) mit See-Through Technologie. Diese soll in Kombination mit dem Fluoreszenzfarbstoffs Indocyaningrün (ICG) und einem Stereo-System aus Nahinfrarotkameras (NIR) für die intraoperative Visualisierung und Entfernung von Schildwächterlymphknoten eingesetzt werden. Hierdurch soll ICG das bisher eingesetzte radioaktive Nanokolloid Technetium 99m, in seiner Funktion als medizinischer Tracer, als weniger schädliche Alternative ablösen.
Das injizierte ICG ist hierzu mit Hilfe der NIR-Kameras im Körper zu detektieren und mittels Bildverarbeitung zu tracken. Die Anregung des ICG erfolgt dabei durch Absorption von infrarotem Licht, welches die oberen Hautschichten durchdringt. Zur Bestrahlung kommen IR-LED’s zum Einsatz. Die resultierende Fluoreszenz des ICG kann anschließend mit Hilfe der eingesetzten NIR-Kameras erfasst werden. Aufgrund stark ähnelnder Wellenlängen des absorbierten und des emittierten Lichtes, ist hierbei der Einsatz von harten Kamerafiltern unerlässlich.
Das Tracking der Lymphknoten und die Generierung der 3D-Modelle erfordert eine Stereokalibrierung des eingesetzten Kamerasystems. Zur ortsgenauen Anzeige des resultierenden 3D-Lymphknotenmodells im HMD wird zudem dessen relative Lage als Systemtransformation zwischen Aufnahme- und Anzeigesystem benötigt. Diese soll mit Hilfe einer dritten normal-optischen Kamera, welche am HMD befestigt ist, bestimmt werden. Hierzu wird ein markerbasiertes Trackingverfahren entwickelt, welches möglichst schnell und robust die Lageinformationen ermittelt.
Abschließend kann das erzeugte 3D Modell durch Anwenden der relativen Transformation von Aufnahme- zu Darstellungssystem ortsgenau der Patientenanatomie überlagert werden. Der Arzt hat hierbei den Vorteil einer Online-Visualisierung der OP-Situation.
Unser KMU-Projektpartner und Projektleiter Triviso Prototyping GmbH entwickelt als Spezialist für Mikroelektronik und optische Geräte die benötigte Systemhardware. Die Dermatologie der Universitätsklinik Essen unterstützt das Projekt als klinischer Partner und übernimmt die Datenakquise sowie die klinische Evaluierung der Projektergebnisse. Die Abteilung Visual Healthcare Technologies des Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD entwickelt die benötigte Systemsoftware mit Anzeige-, Tracking-, Modellerzeugungs- und Kalibrierungskomponenten.