Robotergestützte Ultraschall-Plattform für die Automatisierung und Standardisierung von Screening-Verfahren

Einleitung Die medizinischen Anwendungsbereiche der US-Bildgebung verbinden sowohl in der Diagnostik als auch in der Therapie gemeinsam deren größte Nachteile: Zeit-, Raum- und Benutzerabhängigkeit. Obwohl dieses Bildgebungsverfahren wegen seiner Vorteile das meistverwendete ist, erfordern Aufnahme und Interpretation der US-Daten erhebliche Erfahrung und können weder in Echtzeit noch retrospektiv auf mehrere Ressourcen aufgeteilt werden. Für die Automatisierung und Standardisierung des Ultraschall-Bildgebungsprozesses entwickeln wir derzeit eine robotergestützte, medizintechnische Geräteplattform. Material und Methoden Es wurde ein Prototyp dieser robotergestützten US-Plattform hergestellt, auf der nachfolgend eine geeignete Untersuchungsprozedur für das BAA-Screening der Deutschen Gesellschaft für Gefäßchirurgie und Gefäßmedizin e.V. (DGG) entwickelt werden soll. Maßgebliche Ziele sind die Automatisierung und Standardisierung des US-Vorganges in der Klinik. Das System besteht aus einem 7-DoF Roboterarm (KUKA LBR iiwa), der einen realtime-3D Matrixschallkopf sowohl automatisch als auch handgeführt positionieren kann. Der Arm verfügt über Kollisionsvermeidung und Kraftsensitivität, um die kraftgesteuerte Haltung des US-Schallkopfes an den Patienten zu gewährleisten. Zudem haben wir die eingesetzte US-Station (GE Vivid 7) modifiziert, um Echtzeit-Volumendaten auf einer externen Workstation zu visualisieren und zu speichern. Die Registrierung der Körperoberfläche erfolgt durch Laserscanning, wobei zusätzlich die Bewegungsverfolgung mit einem optischen Trackingsystem durchgeführt werden kann. Mittels eines US-Phantoms (BluePhantom FAST Trauma) mit verschiedenen simulierten Organen wurde das System getestet und verifiziert. Ergebnisse Der Befund erfolgt als 4D-Volumendatensatz für die zweiseitige, ärztlich begleitete diagnostische Auswertung. Das Verfahren hat reproduzierbare Ergebnisse bei der Echtzeit-Visualisierung auf einer Workstation geliefert, auf der die Volumen gleichzeitig visualisiert und gespeichert wurden. Durch Anwendung von Verfahren zur optimalen Schallkopfpositionierung (OTP) sowie dem Wiederauffinden von gespeicherten Positionen, Fernsteuerung und Handführung konnten verschiedene definierte Zielregionen sowohl semiautomatisch als auch manuell lokalisiert und mittels kraftsensitiver Bewegungskompensation dauerhaft beobachtet werden. Schlussfolgerung Die automatisierte US-Diagnostik soll zukünftig die zeitliche und räumliche Bindung von klinischen Ressourcen reduzieren helfen und dabei eine bessere Reproduzierbarkeit der Bildgebung ermöglichen. Die Geräteplattform soll als Basis für weiterführende automatisierte US-Diagnostik und -Therapieverfahren dienen.