Entwicklung eines Roboters auf Mikrocontrollerbasis zur motorisierten Ausrichtung einer Ultraschallsonde

Konstruktive/Experimentelle/Theoretische Master-/ Diplomarbeit betreut durch Jan Gumprecht und Tim Lüth.

Problemstellung

Abbildung 1: Ultraschallmanipulator für zur Unterstützung laparoskopischer Operationen

Aufnahmen des Operationsgebietes mittels eines Videolaparoskops sind der Goldstandard intraoperativer Bildgebung bei laparoskopischen Eingriffen in der Urologie. Diese oberflächliche Bildgebungsmethode liefert jedoch keine Informationen über die Ausbreitung eines Tumors im Inneren eines Organs und keine Informationen über die Lage innenliegender Blutgefäße.

Ultrasonograhie ist eine alternative intraoperative Bildgebungsmethode, die Informationen aus dem Inneren von Gewebestrukturen liefern kann. Aus unterschiedlichen Gründen, wie komplexer Bedienung, mangelnder Zugänglichkeit zum Operationsgebiet und hohen Personalkosten wird Ultrasonographie jedoch selten während laparoskopischer Eingriffe in der Urologie eingesetzt.

Ausgehend von den Kritikpunkten am Stand Technik wird am Lehrstuhl MiMed im Rahmen eines von der Deutschen ForschungsGemeinschaft geförderten Projektes ein neuartiges Ultrasonographiekonzept zur Unterstützung laparoskopischer Eingriffe in der Urologie entwickelt.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Manipulators für Ultraschallsonden, der sich in den bestehenden Arbeitsablauf laparoskopischer Eingriffe in der Urologie integrieren lässt.

Stand der Technik am LS-MiMed

Ein erstes Funktionsmuster des Manipulators ist bereits vorhanden. Es kann die Ultraschallsonde in zwei Freiheitsgraden ausrichten (siehe Abbildung 1).

Kritik am Stand der Technik

Das vorhandene Funktionsmuster hat zu wenige Freiheitsgrade um verwertbare Aufnahmen der Niere machen zu können.

Aufgabenstellung

In dieser Arbeit soll eine Kinematik entwickelt werden um automatisierte Ultraschallaufnahmen der Niere machen zu können

Im ersten Teil der Arbeit sollen die Freiheitsgrade bestimmt werden, die nötig sind um verwertbare Aufnahmen der der Niere machen zu können.

Im zweiten Teil der Arbeit soll eine motorisierte Kinematik entwickelt werden, mit deren Hilfe sich eine transkutane Ultraschallsonde ausrichten lässt. Die Kinematik soll die Anzahl der Freiheitsgrade umsetzen die im ersten Teil der Arbeit ermittelt wurde. Die Kinematik soll über einen Mikrocontroller gesteuert werden.

Abgrenzung

Die Ultraschallsonde wird zur Verfügung gestellt.

Anwendung

Die Segmentierung wird im Rahmen des DFG-Projektes „Automatische Ultraschallbildgebung für laparoskopische Eingriffe“ verwendet.

Erwartung

· Umfassende eigene Recherchen zum Stand der Technik

· Planung und Durchführung eines aussagekräftigen Experiments

· Integration der Softwarefunktionalitäten in weiterverwendbare Bibliotheken

· Saubere nachvollziehbare Dokumentation der Arbeitsschritte, der erstellten Software

· Abschlussvortrag am Lehrstuhl

Organisatorisches

Die Arbeit wird am Lehrstuhl für Mikrotechnik und Medizingerätetechnik von Dipl.-Inf. Jan Gumprecht sowie Prof. Dr. Tim C. Lüth betreut. Die Arbeit soll innerhalb von 600 Arbeitsstunden bearbeitet werden. Die Arbeit wird mit einem mündlichen Vortrag abgeschlossen.

Vorgehen

1. Recherche zum Stand der Technik

2. Bestimmung der benötigten Freiheitsgrade zur Aufnahme verwertbarer Ultraschallaufnahmen der Niere

3. Ausarbeitung des Zwischenvortrags

4. Umsetzung der in 2. ermittelten Freiheitsgrade in einer motorisierten Kinematik zur Ausrichtung einer Ultraschallsonde.

5. Ausarbeitung des Vortrags

6. Ausarbeitung der Abschlussarbeit

7. Publikation der Ergebnisse

Ergebnisse

· Funktionsfähige Kinematik zur motorisierten Ausrichtung einer Ultraschall zur Schallung der Niere

· Dokumentierte Software

· Dokumentierte Experimente

· Abschlussarbeit

· Vortragsfolien

Referenzen

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