2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16302Das Einbringen von Nadeln stellt eine wichtige Option bei der minimalinvasiven und fokussierten Diagnose und Therapie in Weichgeweben dar, beispielsweise im Rahmen einer Biopsie oder der Brachytherapie. Beim Einbringen der Nadel kommt es jedoch zu teilweise erheblichen Gewebedeformationen, so dass die Lage der Nadel relativ zum Gewebe nicht der ursprünglichen Planung entspricht. In einer ersten Projektphase wurde ein mechatronischer Aufbau realisiert, mit dem die Machbarkeit der hochaufgelösten optischen Bildgebung aus der Nadel heraus untersucht wurde. Auf Basis von in die Nadel integrierten Fasern und Optiken wird mittels optischer Kohärenztomographie das Gewebe in der Umgebung der Nadel erfasst. Mit dem Aufbau können auch kleine Relativbewegungen zwischen Gewebestrukturen und der Nadelspitze sowie Deformationen beim Einbringen erkannt werden. In der zweiten Projektphase wird das räumliche Gewebemodell um elastische und räumlich noch höher aufgelöste Informationen erweitert. Ziel ist es, erstmals die für die Modellierung und Prädiktion der Nadel-Gewebs-Interaktion benötigten Informationen direkt aus der Nadel zu bestimmen. In Verbindung mit der mechatronischen Führung der Nadel wird dadurch eine Grundlage für die genauere Regelung des Nadelvorschubs geschaffen, um Deformationen zu kompensieren. Ein weiterer Aspekt ist die mögliche Differenzierung unterschiedlicher Gewebetypen anhand der erfassten Signale. Beispielsweise können geringere Gewebeelastizitäten auf Tumorareale hindeuten. Um auch strukturelle Unterschiedle in Geweben sichtbar zu machen, soll die noch recht neue optische Kohärenzmikroskopie erstmals aus einer Nadelsonde realisiert werden. Mittelfristiges Ziel ist es, die so gewonnenen morphologischen und mechanischen Gewebeeigenschaften bei Lokalisation und Behandlungsplanung zu berücksichtigen.The insertion of needles represents an interesting alternative for minimally invasive and focusses diagnosis and therapy in soft tissues, e.g., including biopsies or brachytherapy. However, needle insertion often causes substantial soft tissue deformation, which can result in a misplacement of the needle relative to the tissue. In a first project phase, we realized a mechatronic setup to prove feasibility of high resolution optical navigation from within the needle. Using fiber optic components integrated into the needle, we obtain high resolution optical coherence tomography images of the tissue surrounding the needle. Particularly, it is possible to detect even small deformations of the tissue and to estimate the relative motion between needle and tissue. In a second project phase the resulting tissue model will be extended to include elastic tissue properties and even higher resolution spatial information. One objective is to estimate the information needed to model and predict the needle-tissue interaction from within the needle. In combination with the mechatronic needle driving, this will form the basis for a precise control of the needle motion accounting for tissue deformation. Another aspect regards the possible differentiation of different tissues. For example, the elastic tissue properties are also related to the type of tissue, e.g., tumor tissue is often less elastic. To also consider structural differences in the tissue, we will first integrate optical coherence microscopy into a needle probe. A longer term objective is using the morphological and mechanic tissue model for localization and treatment planning.