Improved Minimal-Invasive Laparoscopic Liver Surgery by Registration of 3D CT and 2D Ultrasound Slices

Kurzfassung Die Arbeit beschreibt einen neuen Ansatz zur Registrierung von dreidimensionalen CT-Daten mit im Raum aufgenom-menen zweidimensionalen Ultraschallschichten, deren Lage durch ein Trackingsystem beschrieben wird. Derartige Pro-bleme sind für die navigierte Chirurgie relevant. Eine Schwierigkeit besteht in der nicht vollständigen Abdeckung des Raumes durch die Ultraschallschichten. Bisherige Ansätze nutzen sogenannte Compounding-Techniken, um zwischen den Ultraschallschichten künstlich Daten zu erzeugen. Der neue Ansatz hingegen schafft eine Möglichkeit, die unter-schiedlichen Daten nur an den Positionen der zweidimensionalen Schichten zu vergleichen. Das resultierende Verfahren nutzt Gauß-Newton-Techniken zur Optimierung und eine Multi-Level Strategie zur Beschleunigung. In der Arbeit wer-den neben dem Verfahren erste Ergebnisse präsentiert und ein Ausblick auf weitere Forschungsmöglichkeiten gegeben. Abstract In this work we present a new approach for image registration of 3D images and scattered 2D slices. Our work is moti-vated by the FUSION project on minimal invasive navigated laparoscopic liver surgery. Therefore, we need to register volumetric computer tomography (CT) data and tracked ultrasound (US) slices. One particular problem is that the set of all US slices does not assemble a full 3D domain. Other approaches use so-called compounding techniques to interpolate a 3D volume from the scattered slices. Here, instead of inventing new interpolated data, we directly work on the given US slices and compare the images at the location of the 2D slice data in 3-space. The upcoming registration algorithm makes use of a Gauss-Newton scheme embedded into a multi-level framework. The paper closes with promising results and an outlook on further steps.