A trend in abdominal surgery is the transition from open procedures to minimally invasive laparoscopic interventions, where visual feedback to surgical staff is only available through the laparoscope camera and direct palpation of organs is impossible. To successfully perform such sophisticated interventions, the provision of additional intraoperative feedback can be of great help to the surgical staff, especially in complex cases. This work introduces several new concepts for the application of augmented reality techniques to laparoscopic surgery. One main idea is to utilize multiple intraoperative imaging devices for the acquisition of up-to-date patient data. Optical and electromagnetic tracking systems are applied to determine the position and orientation of both rigid (mobile C-arm, laparoscope) and flexible (laparoscopic ultrasound) imaging devices. The acquired patient data is intrinsically registered to the tracked laparoscope in one common coordinate system, so it can be directly superimposed on the images of the laparoscope camera in real time without intraoperative registration steps. This intuitive superimposition can visually assist and direct the surgeon, as hidden anatomy such as vessels or tumors below the surface of an organ are revealed. The presented visualization aid can be used during critical phases in the surgical workflow such as port placement and intraoperative resection planning. Whereas superimposition for resection planning is based on intraoperative, implicitly registered imaging data, superimposition for port placement requires an interactive registration of preoperative imaging data to the patient. This interactive process is mostly automated by a newly introduced registration technique that results in a port placement procedure soundly integrated into the current surgical workflow. For resection planning and guidance, where navigated laparoscopic ultrasound can be used to acquire updated images of patient anatomy, a hybrid tracking approach including a method capable of estimating the reliability of electromagnetic tracking data is presented, which is able to automatically notify the surgical staff on possible tracking inaccuracies. The dissertation bases its validation on many experiments, including animal experiments, performed in close partnership with several surgeons.     «

A trend in abdominal surgery is the transition from open procedures to minimally invasive laparoscopic interventions, where visual feedback to surgical staff is only available through the laparoscope camera and direct palpation of organs is impossible. To successfully perform such sophisticated interventions, the provision of additional intraoperative feedback can be of great help to the surgical staff, especially in complex cases. This work introduces several new concepts for the application...     »

Ein gegenwärtiger Trend in der abdominellen Chirurgie ist der Übergang von offenen zu minimalinvasiven laparoskopischen Eingriffen. Dabei erhält das chirurgische Team visuelles Feedback nur über die Laparoskop-Kamera und kann Organe nicht mehr direkt abtasten. Für die erfolgreiche Durchführung von laparoskopischen Eingriffen ist das Bereitstellen von zusätzlichem intraoperativen Feedback für das chirurgische Team von großer Hilfe, insbesondere bei komplizierten Befunden. Diese Arbeit stellt diverse neue Konzepte für die Anwendung von Augmented Reality-Techniken in der laparoskopischen Chirurgie vor. Eine Hauptidee dabei ist die Verwendung von mehreren Geräten für die intraoperative Bildgebung, mit denen aktuelle Patientendaten gewonnen werden können. Die Position und Ausrichtung aller starren (C-Bogen, Laparoskop) sowie flexiblen (laparoskopischer Ultraschall) Bildgebungsgeräte wird von optischen und elektromagnetischen Tracking-Systemen verfolgt, was eine intrinsische Registrierung aller Geräte im selben Koordinatensystem ermöglicht. Dadurch können die Live-Bilder der Laparoskop-Kamera ohne zusätzliche intraoperative Registrierungsschritte sowie in Echtzeit mit den Patientendaten überlagert werden. Diese intuitive Überlagerung kann den Chirurgen visuell unterstützen und leiten, da unter der Organoberfläche verborgene anatomische Strukturen wie zum Beispiel Gefäße oder Tumore sichtbar gemacht werden. Die vorgestellte Visualisierungshilfe kann während kritischer Phasen des chirurgischen Eingriffes verwendet werden, wie zum Beispiel zur Port-Platzierung und zur intraoperativen Resektionsplanung. Während die Überlagerung zur Resektionsplanung auf intraoperativen, implizit registrierten Bilddaten basiert, benötigt sie für die Port-Platzierung eine interaktive Registrierung der präoperativen Bilddaten zum Patienten. Diese interaktive Prozedur wird weitgehend automatisiert durch eine neu eingeführte Registrierungstechnik, aus der ein Port-Platzierungsverfahren hervorgeht, welches sich reibungslos in den gegenwärtigen chirurgischen Arbeitsablauf integrieren lässt. Für die Resektionsplanung und -führung, wo navigierter laparoskopischer Ultraschall zur Erfassung aktueller Bilder der Patientenanatomie verwendet werden kann, wird zudem ein hybrider Tracking-Ansatz einschließlich einer Methode zum Abschätzen der Zuverlässigkeit elektromagnetischer Tracking-Daten vorgestellt, welche das chirurgische Team automatisch über mögliche Tracking-Ungenauigkeiten informieren kann. Alle vorgestellten Konzepte wurden in zahlreichen Experimenten sowie Tierversuchen validiert, welche in enger Zusammenarbeit mit mehreren Chirurgen durchgeführt wurden.     «

Ein gegenwärtiger Trend in der abdominellen Chirurgie ist der Übergang von offenen zu minimalinvasiven laparoskopischen Eingriffen. Dabei erhält das chirurgische Team visuelles Feedback nur über die Laparoskop-Kamera und kann Organe nicht mehr direkt abtasten. Für die erfolgreiche Durchführung von laparoskopischen Eingriffen ist das Bereitstellen von zusätzlichem intraoperativen Feedback für das chirurgische Team von großer Hilfe, insbesondere bei komplizierten Befunden. Diese Arbeit stellt d...     »