Image guided orthopedic intervention has seen rapid development in the past two decades. In many applications, the intraoperative use of medical imaging data has increased the safety and robustness of the surgical outcome. However it has also increased the applied radiation dose. Navigation systems were introduced in order to reduce the invasiveness of such procedures, while increasing the accuracy and safety of the procedures. The clinical procedures are often complex. Newly introduced systems often add more complexity and are not smoothly integrated into the clinical workflow. This thesis introduces two new concepts for computer aided surgery. Based on these concepts, it proposes innovative solutions satisfying the application specific requirements of the exemplary application for computer assisted spine surgery. The first concept is based on a head mounted display for in-situ visualization. Initial clinical tests have shown that standard visualization methods based on volume and simple slice rendering are not sufficient for successfully performing surgical tasks. Therefore, a novel and promising alternative for in-situ guidance was designed, developed and evaluated, comprising a hybrid combination of standard slice-based visualization (commonly used during navigated procedures) with in-situ visualization. The second system is based on a mobile C-arm extended by a rigidly attached video camera originally proposed by Navab et al. The basic system enables image overlay of video and X-ray image without online calibration or registration. The newly designed and implemented extensions of this system facilitate guided instrumentation and a smooth integration into the surgical workflow. During the technical evaluation and preclinical phantom and cadaver studies, both newly introduced concepts proved to offer promising support during image guided spine interventions. In addition to the traditional assessment of image guided surgery systems, a methodology is proposed for a reference-based assessment and a comparison between state-of-the-art, clinically used procedures and procedures based on the newly proposed systems. This methodology is based on the analysis of the clinical workflow, the design of simulated procedures, and their structured analysis. This model was applied to compare the newly developed camera augmented mobile C-arm system with the clinically applied fluoro CT guidance for vertebroplasty interventions.      «

Image guided orthopedic intervention has seen rapid development in the past two decades. In many applications, the intraoperative use of medical imaging data has increased the safety and robustness of the surgical outcome. However it has also increased the applied radiation dose. Navigation systems were introduced in order to reduce the invasiveness of such procedures, while increasing the accuracy and safety of the procedures. The clinical procedures are often complex. Newly introduced systems...     »

In den letzten beiden Jahrzehnten haben sich bildunterstützte, navigierte Operationen rasant weiterentwickelt. Die Verwendung intraoperativer Bildgebung hat die Sicherheit vieler medizinischer Eingriffe verbessert, gleichzeitig jedoch auch zu einer erhöhten Strahlendosis während der Operation beigetragen. Es wurden Navigationslösungen eingeführt, um die Eingriffe gleichzeitig schonender und sicherer zu machen. Der klinische Arbeitsablauf ist häufig kompliziert. Neue Operationssysteme fügen weitere Komplexität hinzu und lassen sich nicht nahtlos in den klinischen Arbeitsablauf integrieren. Die vorliegende Arbeit stellt zwei neue Konzepte für eine intuitive, intra-operative, bildunterstützte Navigation vor. Ausgehend von diesen Konzepten, werden innovative Lösungen vorgeschlagen, um den anwendungsspezifischen Anforderungen von Eingriffen an der Wirbelsäule gerecht zu werden. Das erste neue Konzept ermöglicht mittels eines Head Mounted Displays eine Visualisierung direkt in den Operationssitus. Erste vorklinische Tests zeigen, dass Standardmethoden für die Visualisierung mittels Volumen- und Schichtdaten-Rendering keine ausreichende Darstellung für eine erfolgreiche intra-operative Navigation bieten. Daher wurde ein hybrides Visualisierungssystem, eine Kombination aus Schichtdaten-Darstellung und mittels Techniken der erweiterten Realität, umgesetzt und ausgewertet. Das zweite Konzept basiert auf einem C-Bogen, der um eine Kamera erweitert wurde und erstmals von Navab et al. vorgestellt wurde. Dieses Grundkonzept ermöglicht eine Überlagerung von Röntgenbildern mit einem Videobild während des Eingriffes ohne eine Registrierung des Patienten. Auf diesem System aufbauend wurden Erweiterungen entwickelt, die eine reibungsfreie Integration des ursprünglichen Konzepts in den klinischen Arbeitsablauf ermöglichen. Die technische Evaluierung und zahlreiche vorklinische Phantom- und Leichenstudien deuten an, dass beide Systeme sinnvolle Ergänzungen für Wirbelsäulenoperationen darstellen und sich einfach in den klinischen Arbeitsablauf integrieren lassen. Zusätzlich zur üblichen vorklinischen Evaluierung neuer operativer Systeme wurde eine Methodik entwickelt, um Systeme modellbasiert zu vergleichen. Diese Methodik beruht auf der Analyse des klinischen Arbeitsablaufs, dem Aufbau einer klinischen Simulation, der Durchführung von Simulationen mit dem klinisch verwendeten und dem neuen System und deren Vergleich und Analyse. Diese neue Methodik wurde angewandt, um den erweiterten C-Bogen mit der aktuellen klinischen Routine bei dem Vertebroplastieeingriff im Computertomographen zu vergleichen.     «

In den letzten beiden Jahrzehnten haben sich bildunterstützte, navigierte Operationen rasant weiterentwickelt. Die Verwendung intraoperativer Bildgebung hat die Sicherheit vieler medizinischer Eingriffe verbessert, gleichzeitig jedoch auch zu einer erhöhten Strahlendosis während der Operation beigetragen. Es wurden Navigationslösungen eingeführt, um die Eingriffe gleichzeitig schonender und sicherer zu machen. Der klinische Arbeitsablauf ist häufig kompliziert. Neue Operationssysteme fügen weite...     »