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eLetter zum Artikel "Hybrid EEG/EOG-based brain/neural hand exoskeleton restores fully independent daily living activities after quadriplegia" von Surjo R. Soekadar et al., veröffentlicht in Science Robotics, Vol. 1, No. 1 (DOI: 10.1126/scirobotics.aag3296)
Nicht-invasives, nicht-ionisierendes funktionelles Neuroimaging mit räumlich und zeitlich hochauflösender Elektroenzephalographie oder Echtzeit-Naheinfrarotspektroskopie in Kombination mit modernen Robotorsystemen ist ein entscheidender Entwicklungsschritt auf dem Gebiet der Neuroprothetik und Brain-Machine-Interfaces. In der Medizintechnik an der Hochschule Offenburg wird hierzu geforscht.
MITK-OpenIGTLink for combining open-source toolkits in real-time computer-assisted interventions
(2016)
PURPOSE:
Due to rapid developments in the research areas of medical imaging, medical image processing and robotics, computer-assisted interventions (CAI) are becoming an integral part of modern patient care. From a software engineering point of view, these systems are highly complex and research can benefit greatly from reusing software components. This is supported by a number of open-source toolkits for medical imaging and CAI such as the medical imaging interaction toolkit (MITK), the public software library for ultrasound imaging research (PLUS) and 3D Slicer. An independent inter-toolkit communication such as the open image-guided therapy link (OpenIGTLink) can be used to combine the advantages of these toolkits and enable an easier realization of a clinical CAI workflow.
METHODS:
MITK-OpenIGTLink is presented as a network interface within MITK that allows easy to use, asynchronous two-way messaging between MITK and clinical devices or other toolkits. Performance and interoperability tests with MITK-OpenIGTLink were carried out considering the whole CAI workflow from data acquisition over processing to visualization.
RESULTS:
We present how MITK-OpenIGTLink can be applied in different usage scenarios. In performance tests, tracking data were transmitted with a frame rate of up to 1000 Hz and a latency of 2.81 ms. Transmission of images with typical ultrasound (US) and greyscale high-definition (HD) resolutions of [Formula: see text] and [Formula: see text] is possible at up to 512 and 128 Hz, respectively.
CONCLUSION:
With the integration of OpenIGTLink into MITK, this protocol is now supported by all established open-source toolkits in the field. This eases interoperability between MITK and toolkits such as PLUS or 3D Slicer and facilitates cross-toolkit research collaborations. MITK and its submodule MITK-OpenIGTLink are provided open source under a BSD-style licence ( http://mitk.org )
Nowadays, robotic systems are an integral part of many orthopedic interventions. Stationary robots improve the accuracy but also require adapted surgical workflows. Handheld robotic devices (HHRDs), however, are easily integrated into existing workflows and represent a more economical solution. Their limited range of motion is compensated by the dexterity of the surgeon. This work presents control algorithms for HHRDs with multiple degrees of freedom (DOF). These algorithms protect pre- or intraoperatively defined regions from being penetrated by the end effector (e.g., a burr) by controlling the joints as well as the device’s power. Accuracy tests on a stationary prototype with three DOF show that the presented control algorithms produce results similar to those of stationary robots and much better results than conventional techniques. This work presents novel and innovative algorithms, which work robustly, accurately, and open up new opportunities for orthopedic interventions.
Optische Navigationssysteme weisen bisher eine eindeutige Trennung zwischen nachverfolgendem Gerät (Tool Tracker) und nachverfolgten Geräten (Tracked Tools) auf. In dieser Arbeit wird ein neues Konzept vorgestellt, dass diese Trennung aufhebt: Jedes Tracked Tool ist gleichzeitig auch Tool Tracker und besteht aus Marker-LEDs sowie mindestens einer Kamera, mit deren Hilfe andere Tracker in Lage und Orientierung nachverfolgt werden können. Bei Verwendung von nur einer Kamera geschieht dies mittels Pose Estimation, ab zwei Kameras werden die Marker-LEDs trianguliert. Diese Arbeit beinhaltet die Vorstellung des neuen Peer-To-Peer-Tracking-Konzepts, einen sehr schnellen Pose-Estimation-Algorithmus für beliebig viele Marker sowie die Klärung der Frage, ob die mit Pose Estimation erreichbare Genauigkeit vergleichbar mit der eines Stereo-Kamera-Systems ist und den Anforderungen an die chirurgische Navigation gerecht wird.
Das hier vorgestellte System verbindet das neue Konzept der Peer-to-Peer-Navigation mit dem Einsatz von Augmented Reality zur Unterstützung von bettseitig durchgeführten externen Ventrikeldrainagen. Das sehr kompakte und genaue Gesamtsystem beinhaltet einen Patiententracker mit integrierter Kamera, eine Augmented-Reality-Brille mit Kamera und eine Punktionsnadel bzw. einen Pointer mit zwei Trackern, mit dessen Hilfe die Anatomie des Patienten aufgenommen wird. Die exakte Position und Richtung der Punktionsnadel wird unter Zuhilfenahme der aufgenommenen Landmarken berechnet und über die Augmented-Reality-Brille für den Chirurgen sichtbar auf dem Patienten dargestellt. Die Methode zur Kalibrierung der statischen Transformationen zwischen Patiententracker und daran befestigter Kamera beziehungsweise zwischen den Trackern der Punktionsnadel sind für die Genauigkeit sehr wichtig und werden hier vorgestellt. Das Gesamtsystem konnte in vitro erfolgreich getestet werden und bestätigt den Nutzen eines Peer-to-Peer-Navigationssystems.