Ein modulares, offenes CT-System
mit beliebig austauschbaren Sensormodulen
Kommerziell verfügbare CT-Scanner bieten kaum die Möglichkeit, sie mit zusätzlichen Komponenten
zu erweitern oder eigene Sensorik anzubinden – entsprechende Forschungs- und Entwicklungsvorhaben
werden dadurch deutlich gehemmt. Das Gesamtvorhaben Kids-CT verfolgte deshalb die Vision eines
einzigartigen, modularen medizinischen Scanner-Systems, das sich durch verschiedene, beliebig
austauschbare Sensormodule zur Bildaufnahme auszeichnet – mit einem CT-Gerät als Basismodul und
offenen Hardware- und Softwareschnittstellen.
Der Schwerpunkt des von Dornheim bearbeiteten Teilvorhabens lag auf der Multimodalität: dem Ziel,
einen höheren Informationsgehalt aus räumlich verorteten medizinischen Bildaufnahmen (CT,
Ultraschall, Fotos u. a.) für Diagnose und Therapie zu gewinnen. Darüber hinaus lassen sich
Scanvorgang und Bildrekonstruktion so zielgerichtet optimieren, um Strahlung und Dauer der
Untersuchung weiter zu minimieren – gerade bei Kindern ein entscheidender Vorteil.
Multimodalität und räumliche Verortung
Um die verschiedenen Aufnahmen zusammenzuführen, ohne die Sensoren dauerhaft fest mit dem CT zu
verbauen, setzt der Ansatz auf ein optisches Trackingsystem: Über eine markerbasierte Erkennung
werden 3D-Position und Orientierung der Sensormodule und des Patienten verfolgt. Eine über dem
CT-Tisch installierte Time-of-Flight-Kamera bildet dabei das Zentrum des Koordinatensystems, in
das weitere – auch frei bewegliche – Geräte überführt werden. Ergänzend haben sich QR-Codes und
vor allem Bluetooth-Beacons als effektiv erwiesen, um Geräte im Untersuchungsraum auch bei
optischer Verdeckung zuverlässig zu erkennen und zu identifizieren.
Für die Steuerung und Einbindung der Sensorik wurde eine webbasierte, adaptive Bedienoberfläche
erarbeitet. Über eine Konfigurationsdatei werden die verfügbaren Parameter eines Gerätes
automatisch in die Weboberfläche eingebettet; eine Template-Funktion erlaubt die Vorkonfiguration
durch administrative Anwender. Technisch setzt das Konzept auf offene Standards (ROS) und eine
containerisierte Infrastruktur (Docker), bei der Weboberfläche und Geräteanbindung über das
WebSocket-Protokoll bidirektional kommunizieren – so lässt sich das System flexibel auf andere
Geräte und Schnittstellen übertragen.
Anwendungsfall Wundversorgung
Als exemplarischer Anwendungsfall wurde die Wundversorgung gewählt – ein komplexes, intersektoral
und interdisziplinär geprägtes Gebiet, bei dem verschiedenste Aufnahmegeräte zum Einsatz kommen.
Neue mobile Geräte mit integrierter 3D-Kameratechnik (iPhone Pro, iPad Pro) eröffneten dabei die
Möglichkeit, 3D-Scans etwa von Wunden direkt mit einem handlichen Gerät zu erfassen. In
prototypischen Apps wurden Interaktionskonzepte für Touchoberflächen entwickelt, mit denen sich
Strukturen markieren und daraus maßstabsgetreu Flächen und Ausmaße berechnen lassen – hilfreich
für Behandlung und Dokumentation.
Darüber hinaus wurden mobile, WLAN-fähige Ultraschallsonden sowie eine Hyperspektralkamera
eingebunden und deren Aufnahmen mit 3D-Scans fusioniert. Über das cloudbasierte System können
mehrere Anwender die Ergebnisse ortsübergreifend gemeinsam betrachten und besprechen – ein
wichtiger Baustein für telemedizinische und interdisziplinäre Zusammenarbeit.
Beiträge von Dornheim Medical Images
Auf Basis des über viele Jahre gereiften Dornheim Segmenter® brachte Dornheim seine Expertise in
Bildanalyse, 3D-Rekonstruktion und Visualisierung in das Verbundprojekt ein. Erarbeitet wurden
unter anderem Verfahren zur räumlichen Verortung und Kalibrierung der Sensormodule, zur
3D-Oberflächenrekonstruktion, zur multimodalen Visualisierung überlagerter Volumendaten sowie
Cloud-Konzepte für die rechenintensive Bildverarbeitung und zentrale Datenverwaltung.
Wissenschaftlich und technisch konnte das Teilvorhaben erfolgreich abgeschlossen werden.
