Nadelspitzenverfolgung basierend auf optischer Bildgebung und KI

Die tiefe Nadelinsertion zu einem Ziel stellt oft eine große Herausforderung dar, die eine Kombination aus spezialisierten Fähigkeiten, unterstützender Technologie und umfangreicher Ausbildung erfordert. Ein häufiges medizinisches Szenario, das solches Fachwissen verlangt, ist die Nadelinsertion in ein femorales Gefäß in der Leiste. Konventionell wird die tiefe Nadelinsertion durch Ultraschall (US)-Bildgebung geleitet. Die Verwendung von US zur Nadelverfolgung erfordert jedoch spezielle Schulungen und Fähigkeiten, um die Sonde effektiv zu handhaben und die Bildgebung korrekt zu interpretieren. Um diese Herausforderung anzugehen, präsentiert dieser Artikel eine innovative Technologie für die Echtzeitverfolgung der Nadelspitze. Dieser Fortschritt wird entscheidend sein, um die robotergestützte Nadelinsertion in Richtung des identifizierten Ziels zu erleichtern. Unser Ansatz konzentriert sich speziell auf die Erstellung von Streuungsbildern mit einer mit Glasfaser ausgestatteten Nadel und nutzt auf Convolutional Neural Networks (CNN) basierende Algorithmen, um die Echtzeitschätzung der Position und Orientierung der Nadelspitze während der Insertionsverfahren zu ermöglichen. Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Technologie wurde rigoros durch drei Experimente bewertet. Bei den ersten beiden Experimenten wurden Gummi- und Speckphantome verwendet, um die Anatomie der Leiste zu simulieren. Die Positionsfehler lagen im Durchschnitt bei 2,3±1,5 und 2,0±1,2 mm, und die Orientierungsfehler bei 0,2±0,11 und 0,16±0,1 rad. Darüber hinaus wurden die Fähigkeiten des Systems durch Experimente mit frischen porzinen Phantomen, die komplexere anatomische Strukturen nachahmten, validiert, was zu Ergebnissen der Positionsgenauigkeit von 3,2±3,1 mm und einer Orientierungsgenauigkeit von 0,19±0,1 rad führte. Angesichts des durchschnittlichen Radius der femoralen Arterie von 4-5 mm zeigt das vorgeschlagene System ein großes Potenzial für eine präzise Nadelverfolgung bei Eingriffen in die femorale Arterie. Darüber hinaus verdeutlichen die Ergebnisse die breiteren potenziellen Anwendungen des Systems im medizinischen Bereich.