Rekonstruktion von 3D-Ultraschallvolumen in Echtzeit für einen mikrocontrollergesteuerten Ultraschallroboter
Konstruktive Bachelorarbeit betreut durch Jan Gumprecht und Tim Lüth. Bitte wenden Sie sich per E-Mail an jan.gumprecht@tum.de (Tel. 089-289 151 89).
Problemstellung
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 transkutane Ultraschallsonden, der sich in den bestehenden Arbeitsablauf laparoskopischer Eingriffe in der Urologie integrieren läs
Aufgabenstellung
Im Rahmen dieser Arbeit sollen mit Hilfe des Ultraschallmanipulators 3D-Ultraschallvolumen rekonstruiert werden.
Im ersten Teil der Arbeit soll der Stand der Technik zur Rekonstruktion von 3D-Ultraschallvolumen erarbeitet und mit den bereits am Lehrstuhl vorhandenen Rekonstruktionsmethoden verglichen werden. Ein eigener Ansatz zur Rekonstruktion der Ultraschallvolumen in Echtzeit soll erarbeitet werden.
Im zweiten Teil der Arbeit soll der eigene Ansatz mit C++ implementiert werden. Die Implementierung soll hinsichtlich Performance optimiert werden, um eine Rekonstruktion in Echtzeit zu ermöglichen.
Abgrenzung
Der Ultraschallmanipulator wird zur Verfügung gestellt.
Anwendung
Die entwickelten Visualisierungsmethoden werden 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 250 Arbeitsstunden. Die Arbeit wird mit einem mündlichen Vortrag abgeschlossen.
Vorgehen
1. Recherche zum Stand der Technik
2. Evaluierung vorhandener Rekonstruktionsmethoden
3. Entwicklung und Umsetzung neuer Rekonstruktionsmethoden
4. Ausarbeitung der Abschlussarbeit
5. Ausarbeitung des Vortrags
6. Publikation der Ergebnisse
Ergebnisse
· Funktionsfähige und evaluierte Methoden zur Rekonstruktion von
3D-Ultraschallvolumen
· Dokumentierte Software
· Dokumentierte Experimente
· Abschlussarbeit
· Vortragsfolien
Referenzen
O.V. Solberg, F. Lindseth, L.E. Bø, S. Muller, J.B.L. Bakeng, G.A. Tangen, and T.A.N. Hernes, “3D ultrasound reconstruction algorithms from analog and digital data.,” Ultrasonics, vol. 51, May. 2011, pp. 405-19.
O.V. Solberg, F. Lindseth, H. Torp, R.E. Blake, and T.A.N. Hernes, “Freehand 3D ultrasound reconstruction algorithms - A review,” Ultrasound In Medicine and Biology, vol. 33, 2007, pp. 991-1009.
T.R. Nelson and D.H. Pretorius, “Three-dimensional ultrasound imaging,” Ultrasound in Medicine & Biology, vol. 24, 1998, pp. 1243-1270.
A. Fenster and D.B. Downey, “3-D ultrasound imaging: A review,” Ieee Engineering In Medicine And Biology Magazine, vol. 15, Nov. 1996, pp. 41-51.