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3-2016

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Bildverarbeitung

Bildverarbeitung Minimalinvasive Einsetzverfahren für Cochlea-Implantate Die Kamera FLIR A655sc liefert einen detaillierten Wärmebild-Verlaufsplan vom gesamten Bohrgang Die A655sc hilft Forschern und Wissenschaftlern, bislang verborgene Dinge zu sehen und Wärmemuster in Echtzeit zu messen Schwerhörigkeit würden die meisten von uns sicherlich zuerst mit einem gewissen Alter in Verbindung bringen. Es gibt aber auch viele Menschen, die bereits schwer hörbehindert oder sogar taub zur Welt kommen. Bei den meisten dieser Patienten reicht ein herkömmliches Hörgerät nicht aus, um ein vollwertiges Hörvermögen zu erzielen. Hier greift man auf Cochlea-Implantate zurück, damit Betroffene ein normales Leben führen können. Wie der Name schon sagt, müssen diese medizinischen Hörprothesen mittels eines äußerst aufwendigen und invasiven chirurgischen Eingriffs direkt in die Hörschnecke – lateinisch Cochlea – eingesetzt werden. Mit Wärmebildkameras von FLIR System lässt sich dieser Vorgang minimalinvasiv und sicherer für die Patienten gestalten. Cochlea-Implantate sind eine wundervolle Errungenschaft der modernen Medizin und haben schon vielen Menschen geholfen, die zuvor stark hörbehindert oder taub waren. Das Implantat wird hinter dem Ohr unter der Kopfhaut eingesetzt. Dieser anspruchsvolle chirurgische Eingriff erfordert jedoch sehr viel Können und Erfahrung und ist mit diversen Risiken verbunden. Unter anderem kann er zu Gesichtsnervschädigungen, einer Hirnhautentzündung, einem Tinnitus, Infektionen oder austretendem Hirnwasser führen. Weniger invasiver chirurgischer Eingriff Schon seit langem suchen die Forscher nach einem weniger invasiven Verfahren zum Autoren: Christiaan Maras, Marketing Director, FLIR Commercial Systems BV, Frank Liebelt, freier Journalist, Frankfurt Cochlea-Implantate sind eine wundervolle Errungenschaft der modernen Medizin und haben schon vielen Menschen, die zuvor stark hörbehindert oder taub waren, ein vollwertiges Hörvermögen geschenkt 70 meditronic-journal 3/2016

Bildverarbeitung Forscher der Universität Bern haben einen chirurgischen Roboter entwickelt, der eigenständig hinter dem Ohr ein kleines Loch in den Schädelknochen bohren kann, durch das sich ein Cochlea-Implantat minimalinvasiv einsetzen lässt Einsetzen von Cochlea-Implantaten. Im Rahmen einer wegweisenden Kooperation haben Forscher des Schweizer ARTORG Center of Biomedical Engineering Research, des Instituts für chirurgische Technologien und Biomechanik (ISTB) der Universität Bern und des Universitätskrankenhauses/Inselspitals Bern ein durch Bildgebungstechnik gesteuertes Robotersystem entwickelt, das hinter dem Ohr eigenständig ein kleines Tunnelloch in den Schädelknochen bohren kann, durch das sich das Cochlea-Implantat minimalinvasiv einsetzen lässt. Das neue Implantationsverfahren ist deutlich weniger invasiv als die bisher genutzte Methode. Die Patienten erholen sich deutlich schneller von dem chirurgischen Eingriff und können das Krankenhaus auch wesentlich früher wieder verlassen. Vor dem Eingriff werden ein CT-Scan des Kopfs, eine gründliche computerbasierte Planung des Bohrgangs in seinem gesamten Verlauf sowie eine halbautomatische Aufteilung aller wichtigen anatomischen Merkmale ausgeführt. Die dabei gewonnenen Daten müssen dann für den eigentlichen Eingriff auf den Patienten abgestimmt werden. Der chirurgische Roboter erfordert eine Bohrtiefe von circa 25 Millimetern. Durch innovative Prozesse und ein ausgeklügeltes Sicherheitskonzept lässt sich die Abweichung vom geplanten Endpunkt bei unter 0,2 mm halten. Dadurch wird das Risiko einer Gesichtsnervschädigung erheblich verringert. Überwachung der Bohrtemperatur „Es gibt noch ein weiteres Risiko, das wir während des gesamten Bohrvorgangs ständig im Auge behalten müssen“, sagt Arne Feldmann, Biomechanikforscher und Doktorand an der Universität Bern. „Der Gesichtsnerv kann nämlich allein schon durch die Bohrtemperatur geschädigt werden, da der Bohrgang in der Regel nur 0,5 mm davon entfernt verläuft. Deshalb ist es besonders wichtig, stets dafür zu sorgen, dass die Bohrtemperatur einen kritischen Grenzwert nicht übersteigt.“ Die Optimierung dieses Bohrprozesses war Gegenstand einer ausführlichen Vorstudie, die an der Universität Bern ausgeführt wurde. Dafür wurde ein speziell angefertigter Prüfstand errichtet, auf dem sich die Temperaturerhöhung im Schädelknochen infolge des Bohrvorgangs messen ließ. Der gesamte Prozess wurde an Rinderknochen ausgeführt und detailliert von einer FLIR Wärmebildkamera überwacht. Zum Ermitteln der dabei auftretenden Bohrund Drehkräfte kam ein Kraftsensor zum Einsatz. Die Forscher entschieden sich für eine FLIR A655sc LWIR-Kamera für wissenschaftliche Zwecke mit einem 50-µm Makro-Objektiv. Preisgünstige Wärmebildtechnik für Forschung und Wissenschaft „Für uns war es besonders wichtig, eine detaillierte thermische Ansicht von der jeweiligen Knochenstruktur zu erhalten, um die Temperaturentwicklung während des gesamten Bohrvorgangs und in jeder Bohrtiefe genau nachvollziehen zu können“, sagt Arne Feldmann. „Schließlich ist der Bereich, für den wir uns interessieren, lediglich 10 mm breit und 30 mm lang. Mit der Wärme kamera konnten wir diesen kleinen Ausschnitt äußerst präzise untersuchen. Für ihren günstigen Preis hat uns die A655sc eine sehr gute Bildqualität geliefert.“ Mit ihrem ungekühlten Detektor, ihrer hohen Auflösung und vielen innovativen Funktionen erfüllt die A655sc nicht nur die Erwartungen der Forscher und Wissenschaftler an eine typische FLIR-Kamera, sondern bietet ihnen auch vollkommen neue Möglichkeiten für den Einsatz von erschwinglicher Wärmebild- und Messtechnik für wissenschaftliche Zwecke. In Verbindung mit der von FLIR entwickelten Thermoanalysesoftware steht den Wissenschaftlern ein leistungsstarkes Prüf- und Messinstrumentarium zur Verfügung, mit dem sie rasch gute Ergebnisse erzielen können. „Ohne die FLIR ResearchIR-Thermoanalyse-Soft- Durch Bohrungen in geeigneten Knochenproben wurde die Temperaturerhöhung in jeder Bohrtiefe kontinuierlich überwacht. Verschiedene Bohrerausführungen und Prozessparameter wurden eingehend untersucht und anschließend optimiert meditronic-journal 3/2016 71

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