Aus der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Kardiologie, Angiologie und Pneumologie (Campus Mitte)
der Medizinischen Fakultät der Charité - Universitätsmedizin Berlin

DISSERTATION




Bronchoskopische Vermessung und dreidimensionale Darstellung der Trachea

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät
der Charité – Universitätsmedizin Berlin

von
Yoshimi Teresa Sugano
aus Düsseldorf

Dekan: Prof. Dr. med. Martin Paul

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. Ch. Witt
2. Prof. Dr. med. O. Kaschke
3. Prof. Dr. med. K. Häußinger

Datum der Promotion: 13. Februar 2006

Widmung

meiner Familie

Zusammenfassung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist ein neues bronchoskopisches Verfahren entwickelt und getestet worden, mit dem eine Längs- und Querschnittsvermessung zentraler Atemwegesstenosen in Echtzeit ermöglicht wird und anschließend eine 3D-Rekonstruktion des untersuchten Abschnitts dargestellt werden kann.

Für die Querschnittsflächenbestimmung wird durch den Arbeitskanal des Bronchoskops eine Lasersonde eingeführt und ein Laserlichtring auf die Trachealwand projiziert. Die Abbildung des Lichtrings wird im bronchoskopischen Bild noch während der Untersuchung mit Hilfe einer speziell im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Software Endo3D segmentiert und vermessen. Durch Speichern aufeinanderfolgender Querschnittsflächen kann ein 3D-Datensatz erstellt, visualisiert und das Volumen berechnet werden.

Experimentell wurde die Methode an Kunststoffmodellen mit bekannten Maßen und Präparaten aus Schweineluftröhren getestet. Die Referenzwerte für die Volumen der Schweineluftröhren wurden durch Wasservolumetrie bestimmt. Klinisch wurde die Methode in einer Pilotstudie getestet. Bei 10 Patienten wurden Querschnitte und Volumen unterschiedlich langer Trachealabschnitte vermessen. Als Vergleichsmethode wurde jeweils eine CT durchgeführt.

Die Ergebnisse im experimentellen Teil zeigten bei sehr guter Reproduzierbarkeit eine gute Korrelation zwischen den bronchoskopisch gemessenen Werten und den realen bzw. Referenzwerten. Die Korrelation der klinischen Ergebnisse erwies sich als befriedigend ohne Hinweis auf einen systematischen Fehler. Ein kleiner systematischer Messfehler im experimentellen Teil zeigte sich als irrelevant für die Klinik.

Die hier vorgestellte Methode ermöglicht untersucherunabhängige Verlaufsbeschreibungen von Stenosen und erlaubt die Schaffung einer einheitlichen Klassifikation. Darüber hinaus ist damit zukünftig eine individualisierten Stentimplantation sowie Tumorvolumenberechnungen denkbar.

Eigene Schlagworte: Bronchoskopie, dreidimensional, Stenose, Trachea

Abstract

In this paper a new bronchoscopic method was developed and tested, that performs measuring both cross-sectional areas and length of central airway stenoses in real-time. Furthemore this method enables to represent a three-dimensional reconstruction of the airway section that was analysed. To measure th cross-section area, a laser probe inserted into the operating channel of a bronchoscope projects a ring of light onto the trachal wall and marks the cross-sectional area. A new software especially developed for this method makes it possible to identify the projected ring of light and measures the cross-sectional area after applying lens distortion correction algorithms. By saving a succession of cross-sections 3D-data is provided for visualizing and volume calculation.

The measuring accurracy was first tested employing plastic tubes with known diameters and 17 models of porcine trachea. The cilinical evaluation was realized in a pilot study. Sections of different length of tracheas of 10 patients were analysed by both the new method and by CT.

The results of the experimental part showed good correlation between the reference methods and a very good reliability. The correlation between CT and bronchoscopic measuring results was slightly less good than the experimental correlation, but they showed no systematic measuring error. A little systematic error in the experimental evaluation prooved to be irrelevant for clinical results.

The new method enabels objective description of stenoses and makes it possible to develop a standardized classification. In future indvidual stent construcions or calculation of tumor volumes are conceivable.

Keywords: bronchoscopy, three-dimensional, stenosis, trachea

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25.04.2006