Orientation of endoscopic images: rectification by gravity
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Correspondence:
Kurt Höller
Central Institute of Healthcare Engineering (ZiMT)
Friedrich-Alexander-Universitaet Erlangen-Nuernberg (FAU)
Henkestr. 91, D-91052 Erlangen
Tel.: +49 9131 85-26868
Fax: +49 9131 85-26862
kurt.hoeller@fau.de
K. Höller, A. Schneider, J. Jahn, J. Gutierrez, T. Wittenberg, A. Meining, S.
von Delius, J. Hornegger, and H. Feußner
Orientation of endoscopic images:
rectification by gravity
Biomedizinische Technik / Biomedical Engineering, ISSN 0013-5585, Vol. 55,
No. 4, pp. 211–217, August 2010.Article in press - uncorrected proof
Biomed Tech 2010; 55:211–217 2010 by Walter de Gruyter • Berlin • New York. DOI 10.1515/BMT.2010.032
Orientierung endoskopischer Bilder: Rektifizierung durch
Schwerkraft
Orientation of endoscopic images: rectification by gravity
Kurt Höller1,2,*, Armin Schneider2, Jasper Jahn3, Schlüsselwörter: Bildorientierung; flexible Endoskopie;
Javier Gutierrez3, Thomas Wittenberg1,3, Alexander NOTES; Rektifizierung; Richtung der Erdbeschleunigung.
Meining4, Stefan von Delius4, Joachim Hornegger1
und Hubertus Feußner2 Abstract
1
Zentralinstitut für Medizintechnik (ZIMT) und Lehrstuhl A known problem in endoscopic surgery (especially with
für Mustererkennung (LME), Friedrich-Alexander flexible video endoscopes) is the absence of a stable horizon
Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Deutschland in endoscopic images displayed on a monitor. With our
2
Forschungsgruppe MITI, Klinikum rechts der Isar der ‘‘ENDOrientation’’ approach, image rectification, even in
Technischen Universität München, München, Deutschland non-rigid endoscopic surgery (particularly NOTES), can be
3
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, realized with a tiny MEMS tri-axial inertial sensor placed on
Erlangen, Deutschland the tip of an endoscope. This sensor measures the impact of
4
II. Medizinische Klinik, Klinikum rechts der Isar der gravity on each of the three orthogonal accelerometer axes
Technischen Universität München, München, Deutschland in real time. After an initial calibration and temporal filtering
of these three data steams, the rotation angle of an endoscope
can be estimated directly. The achievable sampling rate of
Zusammenfassung
the inertial sensor is above the usual endoscopic video frame
Ein nach wie vor ungelöstes Problem in der endoskopischen rate of 25 Hz; the rotation accuracy is approximately one
Chirurgie (insbesondere mit Hilfe von flexiblen Video- degree. The image rectification can be performed in real time
Endoskopen) ist das Fehlen eines stabilen Horizonts der by digitally rotating the endoscopic video signal. Improve-
endoskopischen Bilder auf dem Monitor. Mit unserem ments and benefits have been evaluated in animal studies:
,,Endoscopy with the New Dimension of Orientation coordination and movement of different instruments was rat-
(ENDOrientation)‘‘-Ansatz kann eine Korrektur der Bildver- ed to be much more intuitive with a stable horizon on endo-
drehung, sogar in der nicht-starren interventionellen Endo- scopic images. The recorded time stamps and position tracks
skopie (insbesondere NOTES) mit einem 3 mm schmalen clearly support this observation.
dreiachsigen MEMS-Beschleunigungssensor realisiert wer-
den, der an der Spitze des Endoskops positioniert wird. Die- Keywords: direction of gravity; flexible endoscopy; image
ser Sensor misst den Anteil der Erdanziehungskraft auf jede orientation; NOTES; rectification.
der drei orthogonalen Achsen. Nach einer initialen Kalibrie-
rung und zeitlichen Filterung dieser drei Datenströme kann
der Rotationswinkel direkt ermittelt werden. Die erreichbare Einleitung
Abtastrate liegt dabei deutlich über der gewöhnlichen Video-
frame-Rate von 25 Hz, die Genauigkeit der Rotationserken- Bei der Nutzung flexibler Video-Endoskope, insbesondere
nung liegt bei etwa einem Grad. Die Aufrichtung des beim Natural Orifice Translumenal Endoscopic Surgery
Endoskopbildes in Relation zu einem stabilen Horizont wird (NOTES)-Zugang durch natürliche Körperöffnungen w18x,
in Echtzeit über eine digitale Rotation des analogen Endo- besteht ein Problem darin, dass Informationen über die
skopie-Video-Signals ermöglicht. Die Verbesserungen und Orientierung des endoskopischen Bildes nicht vorhanden
Vorteile wurden in Tierversuchen evaluiert. Die Koordina- sind w9x.
tion und Führung mehrerer Instrumente zugleich wurde bei Während sich einerseits die Gastroenterologen durch
endoskopischen Bildern mit stabilisiertem Horizont als deut- langes Training an die Handhabung flexibler Endoskope
lich intuitiver beurteilt. Die ermittelten Arbeitsschrittzeiten gewöhnt haben und unter Berücksichtigung ihrer Kenntnisse
und Bewegungspfade stützten diese Beobachtung eindeutig. der anatomischen Strukturen in der Lage sind, ein sich drehen-
des und z.B. zeitweise auf dem Kopf stehendes Videobild in
ihrer eigenen Vorstellung wieder gerade zu drehen bzw.
*Korrespondenz: Dipl.-Ing. Kurt Höller, Zentralinstitut für gedanklich mit der Anatomie des Patienten in Deckung zu
Medizintechnik (ZIMT), Krankenhausstr. 2–4, 91054 Erlangen, bringen, verhält sich das bei Chirurgen üblicherweise anders.
Deutschland
Phone: q49-9131-85-26861 Letztere verwenden starre Laparoskope, bei denen eine Ver-
Fax: q49-9131-26862 drehung beim Einführen in den menschlichen Körper nicht
E-mail: hoeller@zimt.uni-erlangen.de stattfindet bzw. manuell leicht korrigiert werden kann und
2010/001Article in press - uncorrected proof 212 K. Höller et al.: ENDOrientation: Rektifizierung durch Schwerkraft somit der Blick-Horizont stabil zum Patienten ausgerichtet w22x. Unter anderem scheint das Verfahren des Elektroma- bleibt. Die Transformation zwischen dem Koordinatensystem gnetischen Trackings für den Einsatz im Endoskop geeignet des angezeigten Bildes, das von der Position des Laparo- zu sein. Das allerdings erfordert nicht nur einen weiteren skops abhängt, und dem Koordinatensystem der realen Welt Sensor am Endoskop, sondern auch die Generierung eines aus der Sicht des an immer derselben Stelle stehenden externen Feldes. Dies jedoch wiederum kann durch externe Chirurgen bleibt gleich. Im Gegensatz dazu kann es hilfreich Einflüsse massiv gestört werden und schränkt so unter ande- sein, das rotierte Bild automatisch wieder korrekt auszurich- rem die Verwendung metallischer Instrumente deutlich ein ten, wenn z.B. bei einer Retroflexion eines flexiblen Endo- w11x. skops innerhalb von Sekunden eine Drehung um bis zu Um all diese Einschränkungen zu umgehen, wurde eine "1808 auftritt. Eine Diskrepanz zwischen der räumlichen andere Methode entwickelt und vorgestellt, die den Rota- Orientierung des angezeigten Bildes und der persönlichen tionswinkel des Endoskops permanent und in Echtzeit ermit- Wahrnehmung der realen Welt führt nämlich nachweislich teln kann w7x (Kurz-Video: www.kurtl.de/Endorientation. zu verminderter Leistungsfähigkeit des Chirurgen w2, 5x. swf). Der ,,ENDOrientation‘‘-Ansatz ermöglicht die direkte Um dieses Problem zu lösen, haben z.B. Koppel et al. w14x Ermittlung des Orientierungs- und Rotationswinkels F wäh- einen dreistufigen bildbasierten Ansatz vorgestellt, der geeig- rend eines endoskopischen Eingriffs. Die Neuerung besteht nete Bildmerkmale in aufeinanderfolgenden Bildern nach- in der Integration eines auf dem Micro-Electro-Mechanical- verfolgt, die Eigenbewegung der Kamera ermittelt, die System (MEMS) basierenden Inertialsensors am distalen Tiefendaten der vorliegenden Bildszene schätzt und Ende des Endoskops. Dieser MEMS-Sensor ist in der Lage, schließlich auf einen ,,Head-up‘‘-Vektor in dem aktuellen die einwirkenden Kräfte, von denen die Schwerkraft die Referenz-System der Kamera schließt w13x. In der Vergan- nominal größte ist, in allen drei Richtungen des Sensor-Koor- genheit wurden auch andere meist auf Bewegungsnachver- dinatensystems zu messen. folgung basierende Verfahren der Bild-Rektifizierung w15x vorgeschlagen. Einige basieren auf der Nutzung von Para- metern, die bei der Registrierung von intraoperativ gewon- nenen 3-D-Daten mit präoperativen CT-oder MR-Volumen Material und Methode errechnet werden können. Solche intraoperativen Daten können durch bildbasierte Ansätze wie monokulares Shape- Technische Umsetzung der Datenerfassung from-Shading (SfS) w25x und Structure-from-Motion (SfM) und -verarbeitung w3, 20x, Stereo-Triangulation w19x, aktive Beleuchtung mit strukturiertem Licht w1x oder Einsatz einer zusätzlichen Wie in Abbildung 1 gezeigt, wird die endoskopische Inertial- Time-of-Flight (ToF) oder Photonic-Mixing-Device (PMD)- Messeinheit an der Spitze eines flexiblen Endoskops mecha- Kamera w17x erzeugt werden. Zwar können bei einigen Ver- nisch verdrehsicher angebracht. Das vom Sensor aufgenom- fahren intraoperative 3-D-Daten in Echtzeit gewonnen und mene Signal wird mit einer I2C-Schnittstelle von der verarbeitet werden: Time-of-Flight-Kameras benötigen z.B. Sensorplatine an der Endoskop-Spitze abgegriffen und ent- keine Nachverarbeitung und besitzen Wiederholraten von lang des Endoskop-Schaftes nach hinten geführt. über 30 Hz. Dennoch ist eine echtzeitfähige Berechnung der Das endoskopische Video-Signal wird mit einem Frame- Registrierungsparameter nach wie vor eine Herausforderung grabber in einer Auflösung von 768=576 Bildpunkten bei w16x und zum Teil auch gar nicht möglich, wenn Magen oder 25 Bildern/s (entsprechend PAL-Norm) abgegriffen und digi- Darm zu wenig eindeutige Merkmalspunkte bieten. Einen talisiert. Der anschließend applizierte ,,ENDOrientation‘‘- breiten Überblick über mögliche Nachverfolgungs- und Algorithmus läuft in zwei Stufen ab (vgl. Abbildung 2): Der Orientierungstechnologien zeigen z.B. Welch and Foxlin eine Teil wird direkt auf einem kleinen 8-Bit-Microcontroller Abbildung 1 Prototyp mit einem externen MEMS-Sensor (links) am distalen Ende eines Video-Endoskops (rechts).
Article in press - uncorrected proof
K. Höller et al.: ENDOrientation: Rektifizierung durch Schwerkraft 213
Abbildung 2 Blockdiagramm der Rotationskorrektur mit dem ,,ENDOrientation‘‘-Algorithmus.
ausgeführt, der zweite Teil läuft als Anwendung auf einem Ansatz kann in Echtzeit auf jedem gewöhnlichen Linux oder
kommerziellen Standard-PC. Wenn der Framegrabber ein Windows XP/Vista Computer ausgeführt werden.
neues Bild liefert, fordert das Programm vom Controller
einen neuen Sensorwert-Vektor an, der die drei Beschleuni- Algorithmische Vorgehensweise der
gungswerte beinhaltet. Diese Beschleunigungswerte werden Drehwinkelberechnung
benutzt, um nach einer zeitlichen Hanning-Filterung zur
Unterstützung weicherer Übergänge zwischen den einzelnen
Um die Orientierung des Endoskops in Relation zur Rich-
Videoframes den Rotationswinkel zu berechnen. Die Rück-
tung der Erdanziehungskraft zu beschreiben, wird ein Kar-
Rotation oder Rektifizierung des Videobildes lässt sich
tesisches ,,Endoskopie-Bordnavigationssystem‘‘ (Abbildung 4)
mithilfe der OpenGL Bibliothek GLUT w12x in Echtzeit erle-
mit den Achsen X, Y und Z (entsprechend DIN 9300 Stan-
digen. Der Vorteil dieses Konzepts ist die einfache, aber
dard für Luft- und Raumfahrt w4x) als Referenzrahmen ange-
zuverlässige Handhabung von zeitkritischen Aufgaben in der
wendet w21x. Die Spitze und Blickrichtung weisen entlang
Verarbeitungskette.
der X-Achse, die Z-Achse zeigt im Bild nach unten, und die
Die volle Sensorbandbreite von 400 Hz kann im Micro-
Y-Achse ist orthogonal zu beiden in horizontaler Bildrich-
controller (Abbildung 3) für weitere Filterungsmöglichkeiten
tung nach rechts. Rotationen um diese Achsen werden als
ausgenutzt werden, ohne in Probleme mit der zeitlichen
Rollen F (über X), Nicken Q (über Y) und Gieren C (über
Granularität des Betriebssystems zu laufen. Die Information
Z) bezeichnet. Die Bildrotation muss nur über die optische
der Lage der Endoskop-Spitze ist bei Abfrage im Rechner
X-Achse orthogonal zur Bildebene durchgeführt werden. Die
innerhalb von 30 ms verfügbar. Der ,,ENDOrientation‘‘-
Schwerkraft g wird als externer unabhängiger Vektor
betrachtet. Da keine explizite Winkelinformation existiert,
kann nur der Einfluss der Schwerkraft auf jede der drei Ach-
sen genutzt werden, um die Bildrotation zu korrigieren. Die
Abbildung 4 Beschreibung mit Roll-, Nick-und Gierwinkel für
Abbildung 3 Microcontroller zur schnellen Filterung. die Orientierung des Endoskops.Article in press - uncorrected proof
214 K. Höller et al.: ENDOrientation: Rektifizierung durch Schwerkraft
Gleichung (1) drückt aus, wie die Rotations-Parameter F, Q gezeigt, während die Chirurgen dieselbe Aufgabe des Grei-
und C der Inertial Measurement Unit (IMU) w6x gewählt fens der vier Nadeln nochmals erledigen müssen. Die Hälfte
werden müssen, um eine korrekte räumliche Orientierung zu der Probanden bekommt in umgekehrter Reihenfolge zuerst
erhalten, bei der die Z-Achse parallel zur Schwerkraft g liegt: das korrigierte und anschließend nur das originale Videobild
zur Verfügung, um eventuelle Artefakte durch den Lerneffekt
BFx E B E zu eliminieren.
C F C F
0 -sinŽQ.g
Fy sRFØRQØRCØ 0 s
DFz G D g G
t v
sinŽF.cosŽQ.g
cosŽF.cosŽQ.g
(1)
Es wird jeweils die Zeit festgehalten und statistisch aus-
gewertet, die zum Erreichen und Greifen der vier Nadeln mit
dem chirurgischen Instrument benötigt wird.
mit Fx,y,z: gemessene Beschleunigungskräfte und RF, RQ und
Ergebnisse
RC: Rotationsmatrizen um X-, Y- und Z-Achse.
Unter Verwendung der inversen trigonometrischen Funk- Evaluationsparameter: Interventionsdauer
tionen kann nun nach Gleichung (2) der Roll-Winkel F für
Fx/"g und nach Gleichung (3) der Neige-Winkel Q für Die teilnehmenden Probanden waren zehn Chirurgen mit
alle Werte berechnet werden: einem unterschiedlichen Grad an Erfahrung und Übung. Es
handelte sich um fünf Anfänger, vier geübte Chirurgen und
Fsarctan2(Fy,Fz) (2) einen Experten.
In den durchgeführten Experimenten konnte eindeutig
Qsarcsin(-Fx/g) (3) gezeigt werden, dass das Greifen der Markierungsnadeln mit
einem automatisch rektifizierten Bild bedeutend leichter und
Der verwendete MEMS-Sensor (STMicroelectronics damit korrespondierend auch schneller ist als in der ur-
LIS331DL) bietet eine gleichförmige Quantisierung von 8 sprünglich verdrehten Ansicht (Abbildung 5). Zur Erfüllung
Bit für einen Bereich von "2.3 g für jede der drei Achsen. der experimentellen Greifaufgabe ohne Korrektur wurde eine
Daraus folgt eine Quantisierungsgenauigkeit von 0.018 g pro mittlere Zeitdauer von morigs53.95 s bei einer Standardab-
Stufe oder 110 Stufen für den adressierten Bereich von "g. weichung von sorigs41.55 s benötigt. Für dieselbe prakti-
Demzufolge ist die genutzte Quantisierung genau genug, um sche Aufgabe unter Verwendung des künstlich stabilisierten
eine verlässliche Genauigkeit von mindestens einem Grad
bei nicht allzu heftiger Bewegung zu erreichen w8x.
Klinische Evaluation
Im Rahmen einer präklinischen Studie (genehmigt von der
Regierung von Oberbayern unter AZ 2531.3-5/03) wurde der
Schwierigkeitsgrad der Navigation eines hybriden, transku-
tan durch die Bauchdecke eingebrachten Instruments inner-
halb einer NOTES-Peritoneoskopie mit dem etablierten
transsigmoidalen Zugang ISSA w23x mit und ohne automa-
tisierte Rektifizierung untersucht und verglichen w10x. Die
endoskopische Inertial-Messeinheit wird an der Spitze eines
flexiblen Video-Endoskops wie oben beschrieben ange-
bracht. Zusätzlich wurde ein elektromagnetischer Tracking
Sensor (Flock of Birds, Ascension Technology, Burlington
VT, USA) am Griff des Hybrid-Instruments befestigt, um die
laterale Maximalauslenkung sowie die Bewegungen als
Funktion der Zeit aufzuzeichnen.
Um den Nutzen der automatischen Echtzeit-Rotationskor-
rektur unter Verwendung von MEMS-Beschleunigungsmes-
sern objektiv beurteilen zu können, werden vier verschiedene
Markierungsnadeln durch die Bauchdecke eingesetzt, je eine
in den vier Quadranten (oben rechts, unten rechts, unten links
Abbildung 5 Durchschnittliche Eingriffsdauer ohne und mit
und oben links). Diese vier Nadeln müssen jeweils mit einer
Bildrektifizierung.
transabdominal eingeführten Fasszange unter Standardbedin-
Der Box- and-Whisker-Plot zeigt den 50%-Interquartilsabstand
gungen gegriffen werden. Eingangs wird den Chirurgen, die (IQR) mit Whiskern im 1.5-fachen IQR bei einem Median von 48.5 s
das transkutan eingebrachte Instrument navigieren müssen, ohne Bildrektifizierung und 23.5 s mit Bildrektifizierung. Ausreißer
nur das originale endoskopische Bild gezeigt. In einem wei- sind durch Kreise markiert, Extremwerte als Stern. Der ENDOrien-
teren Durchgang wird auf einem zusätzlichen Monitor das tation-Ansatz bietet einen signifikanten Zeitgewinn (ps0.017
automatisch korrigierte Bild mit künstlichem Horizont Mann-Whitney-U-Test).Article in press - uncorrected proof
K. Höller et al.: ENDOrientation: Rektifizierung durch Schwerkraft 215
Horizonts wurde eine mittlere Dauer von mrects29.65 s mit Im Vergleich zur nicht korrigierten Original-Ansicht als
einer Standardabweichung von srects21.15 s erzielt. Koordinations- und Orientierungsgrundlage sind die Bewe-
Eine detailliertere Analyse der speziellen Aufgaben, auf- gungen mit Unterstützung durch einen stabilisierten Horizont
geteilt in die vier abdominalen Quadranten, zeigt, dass der bedeutend genauer und zielgerichteter. Die kürzeren Pfadlän-
größte Nutzen durch die Rektifizierung bei Eingriffen in der gen sind in Abbildung 8 ersichtlich.
unteren Bauchhöhle erreicht werden konnte (Abbildung 6).
Das Greifen der Nadeln im rechten oberen Abdomen dauerte
im Mittel ms72.00 s ("67.13 s) ohne Rektifizierung, wäh- Diskussion
rend mithilfe eines künstlich stabilisierten Horizonts nur
ms38.8 s ("23.27 s) benötigt wurden. Im rechten Qua- Der klinisch-praktische Wert von Bild-Rektifizierungsverfah-
dranten des unteren Abdomens dauerte der Eingriff 62.2 s ren wurde immer wieder von erfahrenen Endoskopikern
("40.54 s) gegenüber 24.6 s ("12.05 s) mit Rektifizierung. angezweifelt, zudem bisher auch die technische Methodik
Im linken unteren Quadranten dauerte die Prozedur mit Orig-
inal-Ansicht 38.8 s ("22.25 s), während mit Rotationskor-
rektur nur noch 15 s ("9.41 s) benötigt wurden. Im oberen
Abdomen konnte die Eingriffszeit von 42.8 s ("24.89 s) auf
40.2 s ("28.38 s) verkürzt werden.
Es konnten keine Rückschlüsse auf einen Lerneffekt fest-
gestellt werden, der Durchlauf mit dem Originalbild dauerte
in beiden Varianten immer deutlich länger.
Evaluationsparameter: Pfadlänge und Bewegung
Die nachverfolgte Position des von einem geübten Chirurgen
geführten Hybridinstrumenten-Griffs ist in (Abbildung 7) als
3-D-Visualisierung dargestellt. Eine erhöhte Bewegungsak-
tivität kann jeweils an den vier Zielpunkten festgestellt wer-
den. An jedem dieser Zielpunkte hat die Hand des Chirurgen
über einen längeren Zeitraum hinweg nur kleine Einzelbe-
wegungen ausgeführt.
Abbildung 7 Pfadlänge bei einem Eingriff mit Originalbildern:
16,5 m.
Abbildung 6 Durchschnittliche Eingriffsdauer ohne und mit
Bildrektifizierung aufgeteilt in die verschiedenen abdominalen
Quadranten.
Ausreißer sind durch Kreise markiert, Extremwerte als Stern. Der
ENDOrientation-Ansatz bietet auch hier einen signifikanten Zeit- Abbildung 8 Pfadlänge bei einem Eingriff mit rektifizierten Bil-
gewinn (ps0.017 Kruskal-Wallis-Test). dern: 8 m.Article in press - uncorrected proof
216 K. Höller et al.: ENDOrientation: Rektifizierung durch Schwerkraft
Abbildung 9 Ursprüngliches (links) und rektifiziertes (rechts) Endoskopiebild eines in die Peritonealhöhle injizierten fallenden Tropfens.
wenig für die Klinik geeignet war. Seit jedoch kombinierte w2x Cao CG, Milgram P. Disorientation in minimal access surgery:
laparoskopisch-endoskopische Rendez-Vous-Techniken immer a case study. In: Proceedings of the IEA 2000/HFES 2000 Con-
öfter durchgeführt werden w24x, besteht ein erhöhter Bedarf gress, 2000; 4: 169–172.
für den Einsatz eines Rektifizierungsverfahrens für einen w3x Deguchi K, Sasano T, Arai H, Yoshikawa H. 3D shape recon-
struction from endoscope image sequences by the factorization
künstlich stabilisierten Horizont (Abbildung 9) als Unter-
method. IEICE Trans Inf Sys 1996; 79: 1329–1336.
stützung für den Chirurgen.
w4x DIN 9300-1:1990-10. Aerospace; concepts, quantities and
Der größte Nutzen der vorgestellten Rektifizierungsmetho- symbols for flight dynamics; aircraft motion relative to the air;
de konnte im unteren Abdomen erreicht werden. Um diese ISO 1151-1:1988 modified. 1990.
Position zu erreichen, muss das Video-Endoskop in eine w5x Holden J, Flach J, Donchin Y. Perceptual-motor coordination
sogenannte inverse Stellung gebracht werden. Während in an endoscopic surgery simulation. Surg Endosc 1999; 13:
dieser Inversion ist es unmöglich, den Bildhorizont durch 127–132.
Drehen des Endoskops manuell anzupassen. In diesem Fall w6x Höller K. Characterization and modeling of an inertial sensor
würden andere Strukturen gezeigt. Im Vergleich dazu ist das for navigation of autonomous systems. Friedrich-Alexander-
Video-Endoskop bei der Exploration von Strukturen im obe- Universität Erlangen-Nürnberg. Oktober 2005.
ren Teil der Bauchhöhle in einer mehr oder weniger geraden w7x Höller K, Penne J, Schneider A, et al. Endoscopic orientation
Position, wo kleinere Korrekturen auch intuitiv manuell correction. In: Medical Image Computing and Computer
ausgeführt werden könnten. Assisted Intervention, 12th International Conference Proceed-
Mit dem von uns vorgestellten ENDOrientation-Ansatz ist ings MICCAI’09 London, UK, September, 2009: 459–466.
w8x Höller K, Penne J, Schneider A, et al. Suppression of shock
es möglich, NOTES-Eingriffe mit flexiblen Endoskopen für
based errors with gravity related endoscopic image rectifcation.
Chirurgen schneller, genauer und damit sicherer zu gestalten.
In: Proceedings 5th Russian-Bavarian Conference on Bio-Med-
Das konnte sowohl durch die Analyse des Zeitbedarfs als ical Engineering Munich, Germany, July, 2009: 43–47.
auch durch die nachverfolgten Pfade des Instruments gezeigt w9x Höller K, Petrunina M, Penne J, et al. Taking endoscopy to a
werden. Die Minimaldauer, der Mittelwert und die Höchst- higher dimension: computer aided 3-D NOTES. In: Proceed-
dauer konnten in jedem Quadranten durch den Einsatz der ings 4th Russian-Bavarian Conference on Bio-Medical Engi-
Rektifizierungs-Technologie gesenkt werden. Offensichtlich neering Zelenograd, Moscow, July, 2008: 33–37.
hängen die beiden Parameter Zeitdauer und Pfadlänge eng w10x Höller K, Schneider A, Jahn J, et al. Clinical evaluation of
zusammen und können als signifikantes Maß für die Kom- endorientation: gravity related rectifcation for endoscopic
plexität eines Eingriffs betrachtet werden. Da sowohl Dauer images. In: Proceedings of the ISPA 2009: 713–717.
als auch Länge bei der Anwendung unserer Rektifizierung w11x Hummel J, Figl M, Kollmann C, Bergmann H, Birkfellner W.
abnahmen, konnte letztendlich auch der Schwierigkeitsgrad Evaluation of a miniature electromagnetic position tracker.
des gesamten Eingriffs gesenkt werden. Alle teilnehmenden Med Phys 2002; 29: 2205–2212.
Chirurgen beurteilten den Schwierigkeitsgrad der zu erledi- w12x Kilgard MJ. The openGL utility toolkit (glut) programming
interface API version 3. Silicon Graphics, Inc. 1996.
genden Prozeduren bei Einbringen eines künstlichen Hori-
w13x Koppel D, Wang YF, Lee H. Automated image rectifcation in
zonts als geringer. Dennoch ist das Original-Bild ohne
video-endoscopy. In: Proceedings 4th International Conference
Korrekturen weiterhin notwendig, da der Gastroenterologe on Medical Image Computing & Computer-Assisted Interven-
an das Arbeiten mit veränderlichem Horizont gewöhnt ist tion (MICCAI) 2001: 1412–1414.
und dieses rotierende Bild für eine Steuerung des Endoskops w14x Koppel D, Wang Y, Lee H. Image-based rendering and mod-
benötigt. eling in video-endoscopy. In: IEEE International Symposium
on Biomedical Imaging, Proceedings of the Arlington, VA,
2004: 272–279.
Literatur w15x Koppel D, Wang YF, Lee H. Robust and real-time image sta-
bilization and rectification. In: Proceedings 7th IEEE Work-
w1x Albitar C, Graebling P, Doignon C. Fast 3D vision with robust shop on Application of Computer Vision (WACV/
structured light coding. In: SPIE Medical Imaging 2009: Visu- MOTION’05) Washington, DC, USA, 2005: 350–355.
alization and Image-Guided Procedures, Orlando, USA, Feb- w16x Mirota D, Taylor R, Ishii M, Hager G. Direct endoscopic video
ruary, 2009: 726113.1–726113.8. registration for sinus surgery. In: Medical Imaging 2009: Visu-Article in press - uncorrected proof
K. Höller et al.: ENDOrientation: Rektifizierung durch Schwerkraft 217
alization, Image-guided Procedures and Modeling. Proceedings w22x Welch G, Foxlin E. Motion tracking: no silver bullet, but a
of the SPIE, February, 2009: 72612K. respectable arsenal. IEEE Comput Graph Appl 2002; 22:
w17x Penne J, Höller K, Krüger S, Feußner H. NOTES 3D: endo- 24–38.
scopes learn to see 3D; basic algorithms for a novel endoscope. w23x Wilhelm D, Meining A, von Delius S, et al. An innovative,
Proceedings of VISAPP 2007; 134–139. safe and sterile sigmoid access (ISSA) for NOTES. Endoscopy
w18x Rattner D, Kalloo A. ASGE/SAGES working group on Natural 2007; 39: 401–406.
Orifce Translumenal Endoscopic Surgery: White Paper October w24x Wilhelm D, von Delius S, Burian M, et al. Simultaneous use
2005. Surg Endosc 2006; 20: 329–333. of laparoscopy and endoscopy for minimally invasive resection
w19x Stoyanov D, Darzi A, Yang GZ. A practical approach towards of gastric subepithelial masses – analysis of 93 interventions.
accurate dense 3D depth recovery for robotic laparoscopic sur- World J Surg 2008; 32: 1021–1028.
gery. Comput Aided Surg 2005; 10: 199–208. w25x Yeung SY, Tsui HT, Yim A. Global shape from shading for an
w20x Thormählen T, Broszio H, Meier PN. Three-dimensional endoscope image. In: Medical Image and Computer Assisted
endoscopy. Falk Symposium No. 124, Medical Imaging in Gas- Intervention, Second International Conference Proceedings
troenterology and Hepatology, Hannover, September, 2001: MICCAI’99, Cambridge, UK, September, 1999: 328–332.
199–211.
w21x Titterton DH, Weston JL. Strapdown inertial navigation tech-
nology. 2nd edition. Stevenage, UK: Institute of Electrical Eingereicht: 8. Januar 2010; akzeptiert: 21. April 2010; online first:
Engineers 2004. 30. Juni 2010Sie können auch lesen
