Medizinische Navigationssysteme stellen ein routinemasig eingesetztes, intraoperatives Assistenzsystem dar. Moderne und insbesondere minimal invasive Operationstechniken stellen jedoch Anforderungen an die Genauigkeit der Lokalisation von Patient und Instrument, die von stereo-optischen oder elektro-magnetischen Navigationssystemen nicht mehr gewahrleistet werden konnen. Durch die Integration eines hochauflosenden OCT-Sensors in den Lokalisationsprozess soll die Navigationsgenauigkeit fur chirurgische Eingriffe an der seitlichen Schadelbasis erhoht werden. Der Kern dieses Navigationsprinzips ist die Registrierung von intraoperativ akquirierten OCT-Daten mit praoperativen CT-Daten. Dieser Beitrag stellt die Machbarkeit der multimodalen Registrierung vor. Es werden rigide Transformationen mit der „Nearest Neighbour“ Interpolation untersucht. Als Ahnlichkeitsmas wird die in der multimodalen Bildregistrierung ubliche „Mutual Information“ verwendet. Als stochastischer Optimierungsalgorithmus wird eine Partikel Schwarm Optimierung eingesetzt. Die qualitativen Ergebnisse zeigen eine hohe Gute der Registrierung.

Die Cochlear Implant (CI)-Operation ist bei Taubheit als Standardbehandlung anerkannt und wird zunehmend zur Behandlungvhochgradiger Schwerhorigkeit durchgefuhrt. Weltweit wurden bereits mehr als 150.000 Implantate eingesetzt. Das Bestreben nach der Verkleinerung des Zugangsweges hat die Verminderung der Operationsdauer, der operationsbedingten Morbiditat und dadurch die Verminderung des Krankenhausaufenthaltes zum Ziel. Ein erster Ansatz hierfur war der navigierte Zugang zur Horschnecke. Zur Verbesserung der Prozessstabilitat wurde daraufhin die navigationskontrollierte, robotergestutzte Cochlea-Implantation entwickelt. Parallel wurde ein bildgestutztes Verfahren zur Herstellung eines Mini-Stereotaxie-Rahmens (Bohrschablone) vorangetrieben, das ganzlich auf den Einsatz eines intraoperativen Navigationssystems bzw. eines Roboters verzichtet. Die durch ein Navigationssystem kontrollierte, manuell durchgefuhrte Bohrung des minimal-invasiven Zugangs zur Cochlea ist abhangig von der Feinmotorik und dem Translationsvermogen des Operateurs. Beim robotergestutzten Eingriff entfallt der Mensch als Fehlerquelle. Die Cochlea wurde bei dem Zugangsweg durch die posteriore Tympanotomie stets gut erreicht. Die Navigationstechnik als weitere wesentliche Fehlerquelle bleibt jedoch weiterhin vorhanden, so dass andere anatomischen Strukturen nicht immer erhalten werden konnten. Bei der klinischen Evaluierung des Mini- Sterotaxie-Rahmens wurden bislang keine Bohrversuche vorgenommen, sondern im Anschluss an die konventionelle Operationstechnik der Mini-Stereotaxie-Rahmen angebracht und visuell uberpruft, welche Strukturen von dem Bohrer tangiert worden waren. Hierbei wurden auser einer Verletzung der Chorda tympani in 20% der Falle keine weiteren Vorkommnisse vermerkt. Schlusselworte: minimal-invasive Cochlear Implant Operation, roboter-assistierter Zugang, Mini-StereotaxieRahmen

Die Cochlear Implant (CI)-Operation ist bei Taubheit als Standardbehandlung anerkannt und wird zunehmend zur Behandlungvhochgradiger Schwerhorigkeit durchgefuhrt. Weltweit wurden bereits mehr als 150.000 Implantate eingesetzt. Das Bestreben nach der Verkleinerung des Zugangsweges hat die Verminderung der Operationsdauer, der operationsbedingten Morbiditat und dadurch die Verminderung des Krankenhausaufenthaltes zum Ziel. Ein erster Ansatz hierfur war der navigierte Zugang zur Horschnecke. Zur Verbesserung der Prozessstabilitat wurde daraufhin die navigationskontrollierte, robotergestutzte Cochlea-Implantation entwickelt. Parallel wurde ein bildgestutztes Verfahren zur Herstellung eines Mini-Stereotaxie-Rahmens (Bohrschablone) vorangetrieben, das ganzlich auf den Einsatz eines intraoperativen Navigationssystems bzw. eines Roboters verzichtet. Die durch ein Navigationssystem kontrollierte, manuell durchgefuhrte Bohrung des minimal-invasiven Zugangs zur Cochlea ist abhangig von der Feinmotorik und dem Translationsvermogen des Operateurs. Beim robotergestutzten Eingriff entfallt der Mensch als Fehlerquelle. Die Cochlea wurde bei dem Zugangsweg durch die posteriore Tympanotomie stets gut erreicht. Die Navigationstechnik als weitere wesentliche Fehlerquelle bleibt jedoch weiterhin vorhanden, so dass andere anatomischen Strukturen nicht immer erhalten werden konnten. Bei der klinischen Evaluierung des Mini- Sterotaxie-Rahmens wurden bislang keine Bohrversuche vorgenommen, sondern im Anschluss an die konventionelle Operationstechnik der Mini-Stereotaxie-Rahmen angebracht und visuell uberpruft, welche Strukturen von dem Bohrer tangiert worden waren. Hierbei wurden auser einer Verletzung der Chorda tympani in 20% der Falle keine weiteren Vorkommnisse vermerkt. Schlusselworte: minimal-invasive Cochlear Implant Operation, roboter-assistierter Zugang, Mini-StereotaxieRahmen

PURPOSE:The aim of this study was to create an access canal to the inner ear, by drilling, and perform the cochleostomy for cochlear implant surgery using robot guidance.METHODS:A robot, a surgical drill and an Image-Guided Surgery (IGS) system were combined in a closed-loop setup. Ten temporal bones were scanned at the planning stages of the procedure. The robot guided the drill along the preplanned trajectory and created the approach. Postoperative scans were obtained.RESULTS:The cochleostomy was performed completely in nine out of ten cases. This did not prove possible for one of the specimens, the target site selected being in too superficial a location in relation to the round window. No violation of the facial nerve took place, although the chorda tympani nerve was violated in one case and the stapes in two. It was obvious during preoperative planning that these structures would be violated, but this was accepted in order to maintain a safety margin from the facial nerve. No other unforeseen damage occurred.CONCLUSIONS:This preliminary study suggests that robot-guided drilling of a minimally invasive approach to the cochlea might be feasible, but further improvements are necessary before any clinical application becomes possible. Where the width of the facial recess is less than 2.5 mm, the chorda tympani nerve and the ossicles are at risk.

Due to ever increasing requirements of high precision surgery, robotic assistance is becoming an emerging and highly demanded technology. Especially in the field of minimally invasive surgery, missing anatomic landmarks and restricted visibility limit the surgeon's control and thus restrict surgical interventions. In particular cochlear implant (CI) surgery is an example of a procedure, characterized by a high degree of complexity and required accuracy. Using mechatronical devices, solutions are provided for the surgeon to cope with these challenges. This paper presents a minimally-invasive approach to cochlea implantation, using an image guided surgery system (IGS) and a robotic manipulator equipped with a surgical drill. This includes computer assisted 3D-planning of the drill coordinates to ensure a maximum safety margin of the drill canal to the vital parts, such as the facial nerve. In order to determine the system's accuracy, preliminary measurements were done using a laser pointer and a camera based appraisal of laser pointer movements. Finally, the drilling was successfully performed on five cadaveric specimens of the human temporal bone. This contribution presents hardware and software components of this approach as well as the results of the robotic assisted drilling experiments.

Cochlear implants (CI) are electronic devices incorporating an electrode inserted into the human cochlea for direct electric stimulation of the auditory nerve. The implantation has become the standard treatment for patients with severe-to-profound sensorineural loss not aidable with conventional hearing aids. The state of the art operative technique is a facial recess approach to the middle ear, following the opening of the scala tympani (cochleostomy) and insertion of the electrode array. The facial recess approach is applicable only by experienced surgeons and optimal CI results primarily depend on optimal electrode placement and minimal traumatic insertion. This also requires a certain amount of experience. Additionally several groups work on minimally-invasive approaches to the cochlea, resulting in the necessity to insert the implant via a keyhole access, which is not applicable with current techniques. This paper presents a mechatronic device for an automated insertion of the electrode array of a cochlear implant system. Being designed especially for minimally-invasive approaches, the tool is also applicable for regular facial recess approaches. Moreover the device allows reliable and repeatable insertion studies at synthetic models or cadaver specimen. The functionality of the tool is proofed with first experiments on a synthetic model.

Due to increasing claims on high precision surgery, robotic assistance is becoming an emerging and highly demanded technology. Especially in surgical procedures in regions with complex anatomy mechatronical devices could help prevent iatrogen damaging of risk structures. In Otolaryngology particular cochlear implantation is a procedure characterized by a high degree of complexity and required accuracy. This surgery, which is accepted to be the most suitable solution for recovery from deafness, demands a exactly localized opening of the cochlea and an atraumatic insertion of a stimulating electrode array within the scala tympani. This paper presents a new minimally-invasive method for the preparation of the implant’s slot using a combination of high resolution imaging, stereo-optical navigation and a robotic manipulator. In this contribution, we introduce the hardware components of the system as well as its software structure and present first experimental results of a robot assisted minimal invasive cochleostomy.

Introduction: Recently there has been a comeback of improved small-size robotic devices for intraoperative use, especially for skull base procedures. The current state of research is that experimental systems can perform highly precise boreholes, for example, for a cochlear implant operation. The necessary surgical accuracy for the ideal opening of the cochlea is 0.3 to 0.5 mm. Here we present the first results of our work group for performing a mechatronically accomplished drilling of the mastoid and cochleostomy.