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Neue Perspektiven in der Ultraschallbildgebung

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3D-Rekonstruktion, Bildfusion und präzise Lokalisierung

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Ultraschall wird aufgrund seiner Vorteile – Echtzeit, Komfort und Strahlungsfreiheit – häufig bei Organ- und Gewebepunktionsbiopsien, Ablationstherapien, Katheterisierungen und Drainagen sowie bei der Verabreichung von Medikamenten eingesetzt und gewährleistet so die Sicherheit chirurgischer Eingriffe. Um die Einschränkungen der herkömmlichen zweidimensionalen planaren Ultraschallbildgebung zu überwinden, nutzt die Plattform die optische Positionierungskamera „AirMeddy Ruitong“ und den magnetischen Positionierungssensor „Ruixing“, um eine präzise räumliche Lageverfolgung zu erreichen. Dabei werden Technologien zur dreidimensionalen Ultraschallrekonstruktion, multimodale Bildfusion und räumliche Positionierung integriert, um die Anwendungsgrenzen der Ultraschalldiagnostik und -therapie sowie interventioneller Szenarien zu erweitern.

1. Dreidimensionale Ultraschallrekonstruktion: von zweidimensionalen Querschnitten zu stereoskopischen Ansichten

In der Regel kann der zweidimensionale Ultraschall nur eine einzige Ansicht liefern, was es schwierig macht, die Gesamtmorphologie und Stereoanatomie von Organen und Geweben vollständig darzustellen. Die 3D-Ultraschallrekonstruktion stützt sich auf Positionierungssensoren, um eine präzise räumliche Zusammenfügung vielschichtiger Bilder zu erreichen. In klinischen Anwendungen können Marker an Ultraschallsonden befestigt und verfolgt werden, um die Transformationsbeziehung zwischen der Ultraschallbildgebungsebene und dem Marker-Koordinatensystem vorab zu kalibrieren.

Während der Operation können das optische Positionierungssystem „AirMeddy Ruitong“ oder die magnetische Positionierungsausrüstung „Ruixing“ verwendet werden, um Marker auf der Ultraschallsonde in Echtzeit zu verfolgen oder zu erfassen, um Informationen zur Sondenverschiebung und zum Winkel zu erhalten und die Position sowie die Ausrichtung jedes Ultraschallbildrahmens in Echtzeit zu berechnen. Nach der räumlichen Kartierung werden die verstreuten zweidimensionalen Ebenen zu einem einheitlichen dreidimensionalen Referenzrahmen zusammengeführt, wodurch eine präzise Bildsequenzzusammenführung und 3D-Rekonstruktion erreicht wird. In Verbindung mit intelligenten Segmentierungsalgorithmen kann das System Läsionen, Blutgefäße und normales Gewebe genau unterscheiden, anatomische Nachbarschaftsbeziehungen visuell darstellen, die quantitative Berechnung von Läsionsvolumen und -größe unterstützen und dazu beitragen, Fehldiagnosen und Fehleinschätzungen zu vermeiden, die bei zweidimensionalen Schnitten häufig vorkommen.

AirMedy – Integrierte intelligente Navigationsplattform, einseitige mobile Version – 14(1).jpg

Vierdimensionaler Ultraschall, überlagert mit der Zeitdimension und gestützt auf optische/magnetische Positionierungssensoren, kann durch die Atmung verursachte Organverschiebungen in Echtzeit erfassen, wodurch die durch den zweidimensionalen Teilvolumeneffekt verursachten Fehlpositionierungen wirksam vermieden und Abweichungen reduziert werden, die dreidimensionalen räumlichen Beziehungen zwischen chirurgischen Instrumenten und Läsionen intuitiv darzustellen, die Echtzeitanpassung von Instrumentenrichtung und -tiefe während der Operation zu unterstützen und sich an dynamische Führungsanforderungen anzupassen.

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2. Ultraschall-CT-Fusion: ein technologischer Ansatz mit komplementären Vorteilen

Der Kernzweck der Integration von Ultraschall und CT besteht darin, sich ergänzende Vorteile zu erzielen. Der Echtzeit-Ultraschall erfasst dynamische Informationen während der Operation, wie beispielsweise Organbewegungen und Positionsänderungen der chirurgischen Instrumente; das hochpräzise CT liefert eine detaillierte anatomische Basiskarte, die die Gewebestruktur und die Lage der Läsionen klar darstellt. Die räumliche Ausrichtung und Echtzeit-Fusion beider Verfahren ist für Ärzte so, als hätten sie ein Paar „Fluoroskopie-Augen“, mit denen sie anatomische Details klar erkennen und die Positionen der Instrumente in Echtzeit verfolgen können, was die Genauigkeit und Sicherheit von Eingriffen wie Punktionen, Ablationen und Biopsien erheblich verbessert.

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3. Technologie zur räumlichen Positionierung: die zentrale Stütze von Navigationssystemen

Die präzise räumliche Positionierung bildet die Grundlage ultraschallgestützter Navigationssysteme. Durch den Einsatz externer Tracking-Systeme werden die 3D-Koordinaten von Sonden und Instrumenten ermittelt, wodurch einheitliche räumliche Referenzpunkte für die 3D-Rekonstruktion, die Bildregistrierung und die intraoperative Navigation bereitgestellt werden. Optische und elektromagnetische Positionierungstechnologien sind in der klinischen Praxis weit verbreitet.

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iMedic hat eigenständig hochpräzise optische Positionierungskameras der medizinischen Klasse „Ruitong“ sowie magnetische Positionierungsgeräte der Serie „Ruixing“ entwickelt, wodurch das langjährige Monopol ausländischer Hersteller durchbrochen und eine präzise Grundlage für die räumliche Positionierung bei der 3D-Ultraschallfusion geschaffen wurde. Die Genauigkeit der optischen Navigation erreicht den Submillimeterbereich und gewährleistet die Koordinatenkonsistenz über mehrere Ebenen hinweg. Die magnetische Navigation ist hindernisfrei; das Magnetfeld durchdringt Weichgewebe und eignet sich daher für tiefe Eingriffe. Beide können unabhängig voneinander oder gemeinsam eingesetzt werden und bieten eine stabile Echtzeit-Lageverfolgung mit sechs Freiheitsgraden für Ultraschallsonden und Instrumente, wodurch die Navigationseffizienz verbessert wird; sie eignen sich für minimalinvasive Chirurgie, interventionelle Behandlungen und andere klinische Szenarien, die eine hochpräzise räumliche Positionierung erfordern.

Die neue Ultraschallbildgebung stützt sich auf die Führung durch optische oder magnetische Positionierungssensoren und integriert Technologien zur 3D-Rekonstruktion, Bildfusion und räumlichen Positionierung, wodurch die inhärenten Einschränkungen des 2D-Ultraschalls effektiv überwunden werden. Sie lässt sich auf Routineuntersuchungen, klinische Diagnose und Behandlung sowie minimalinvasive Eingriffe ausweiten, verbessert die Erkennungsraten von Läsionen, ermöglicht eine präzise Lokalisierung und verringert die Abhängigkeit von der persönlichen Erfahrung des Arztes.

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