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An ORB-SLAM3-based Approach for Surgical Navigation in Ureteroscopy

Oliva Maza, Laura und Steidle, Florian und Klodmann, Julian und Strobl, Klaus und Triebel, Rudolph (2022) An ORB-SLAM3-based Approach for Surgical Navigation in Ureteroscopy. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging and Visualization. Taylor & Francis. doi: 10.1080/21681163.2022.2156392. ISSN 2168-1163.

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Offizielle URL: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21681163.2022.2156392

Kurzfassung

In ureteroscopy a flexible ureteroscope is used to inspect the kidneys and the ureters. In this context, we investigate robotic solutions that leverage recent developments from Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) to provide a 3D map of the organ to be explored and the ureteroscope’s pose. With this aid, the surgeoncan navigate through the organ more precisely. Additionally, for the final organ inspection, the risk of missing certain regions of the organ is minimized. In this paper, we propose a visual, monocular SLAM system based on ORB-SLAM3 that is able to estimate the pose of the ureteroscope’s tip. In order to fulfill this task, we introduce two pre-processing steps. The first one aims at increasing the contrast of the image and the second one helps to avoid detecting features in non-desired regions (e.g. reflections). Additionally, we extend ORB-SLAM3 with A-KAZE and SuperPoint features and compare their performances to ORB features. The proposed method is evaluated in two experiments. The first experiment shows that we are able to estimate the trajectory of the ureteroscope and the map of a synthetic kidney with low errors. The second experiment shows that the method also gives promising results in cystoscopy.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/192834/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:50 FREE COPIES: https://www.tandfonline.com/eprint/C6RQYN8NDSGVKESFBKF5/full?target=10.1080/21681163.2022.2156392
Titel:An ORB-SLAM3-based Approach for Surgical Navigation in Ureteroscopy
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Oliva Maza, Lauralaura.olivamaza (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5382-3025NICHT SPEZIFIZIERT
Steidle, FlorianFlorian.Steidle (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6935-9810NICHT SPEZIFIZIERT
Klodmann, JulianJulian.Klodmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9428-7211NICHT SPEZIFIZIERT
Strobl, KlausKlaus.Strobl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8123-0606NICHT SPEZIFIZIERT
Triebel, RudolphRudolph.Triebel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7975-036XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 Dezember 2022
Erschienen in:Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging and Visualization
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1080/21681163.2022.2156392
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Tavares, João Manuel R. S.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Taylor & Francis
ISSN:2168-1163
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ureteroscopy, SLAM, Image processing
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Medizinische Assistenzsysteme [RO], R - Multisensorielle Weltmodellierung (RM) [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Perzeption und Kognition
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Strobl, Dr. Klaus H.
Hinterlegt am:22 Dez 2022 15:40
Letzte Änderung:29 Mär 2023 00:03

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