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COMPASS

Entwicklung eines künstlichen Navigationsbewusstseins für die minimal-invasive endoskopischen Navigation

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Projektinhalt

Aktuelle Assistenzsysteme, die den Chirurgen bei der Navigation während eines minimal-invasiven Eingriffs unterstützen, verhalten sich passiv und reaktiv. Gleichzeitig erweitern sie den Kenntnisstand des Chirurgen nur unwesentlich und werden lediglich zur Orientierung und Absicherung von OP-Schritten verwendet. Die zentrale Voraussetzung für die Integration von Navigationssystemen als aktive Komponente in den OP-Saal ist ein intelligentes Maschinenverhalten. Das Ziel des COMPASS-Projekts ist es daher, den kognitiven Navigationsprozess des Chirurgen zu identifizeren, zu modellieren und für die vorausschauende Bereitstellung von Navigationsfunktionen in eine zentrale Verarbeitungsstruktur zu überführen. Im Mittelpunkt des Vorhabens steht der chirurgische Workflow im Kontext der minimal-invasiven endoskopischen Navigation durch komplexe und dynamische anatomische Strukturen. Ausgangspunkt bildet eine maschinenverständliche Beschreibung von räumlichen Eigenschaften und deren kontextuellen Zusammenhänge, wie z.B. der Beschreibung von grundlegenden geometrischen Gebilden und deren kombinatorischer Aufbau. Diese Beschreibung wird anschließend auf anatomische Zielstrukturen angewendet, die bei der endoskopischen Navigation inspiziert werden. Anschließend werden reale und simulierte Navigationsverläufe zeitlich beschrieben, in eine Prozessbeschreibung der Navigation überführt und anschließend für die Zuordnung von Eingangsdaten zu bestimmten OP-Situationen genutzt.

Eine zentrale Fragestellung und Herausforderung des Vorhabens besteht in einer angemessenen Integration dieser Komponenten für die Entwicklung von Vorhersage- und Wahrnehmungsfunktionen der chirurgischen Navigation. Hierfür werden neue Erkenntnisse der Nachahmung und Modellierung der menschlichen Kognition als Ausgangspunkt genutzt, um ein künstliche Navigationsbewusstsein für die situative Nachvollziehbarkeit des Systemverhaltens zu ermöglichen. Ein solches System soll mögliche Navigationsschritte simulieren, mit der tatsächlichen Aktion des Chirurgen abgleichen und eine auf die Abweichung beider Navigationsprozesse angepasste verständliche Mensch-Technik-Interaktion für den OP unterstützen.

Die Neuheit besteht in der gezielten Integration von prozessualen und semantischen Modellansichten des chirurgischen Navigationsverlaufs in einer gemeinsamen Verarbeitungsstruktur. Ein so zusammengesetztes Modell der chirurgischen Navigation und Orientierung, nimmt basierend auf aktuellen Situationsinformationen multimodaler Quellen den Navigationsvorgang wahr. Dazu gehört u.a. die Einschätzung der aktuellen Arbeitsschritte, die Projektion möglicher Folgesituationen und darauf basierend, die Bereitstellung von Hilfsfunktionen. Eine erfolgreiche Assoziation von Hilfsfunktionen zu der aktuellen Situation soll zu einer Nachvollziehbarkeit von intelligentem Systemverhalten beitragen und das Navigationssystem auf die Rolle als „digitalen Assistenten“ vorbereiten.

COMPASS auf BMBF-Webseite

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