Abbildung 1 – Marker am Ober- körper einer Testperson Flexible Markergeometrien zur Erfassung von Atmungs- und Herz- bewegungen an der Körperoberfläche M. Knöpke, F. Ernst Universität zu Lübeck, Institut für Robotik und Kognitive Systeme, Lübeck, Deutschland contact person: ernst@rob.uni-luebeck.de Abstract In der robotergestützten Strahlenchirurgie wird zur Zeit die Bewegung von bis zu drei Infrarot-LEDs, die auf der Kör- peroberfläche des Patienten befestigt sind, als Surrogatsignal benutzt, um die Bewegung eines nicht in Echtzeit lokali- sierbaren Tumors vorherzusagen. In dieser Arbeit stellen wir eine neuartige, flexible Markergeometrie vor, die mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeits-Trackingsystems (atracsys accuTrack Compact) die präzise und schnelle Erfassung von Bewegungsmustern an der Körperoberfläche ermöglicht. Hierbei wurde festgestellt, dass sowohl der Herzschlag als auch Bewegung in anderen Achsen als der Hauptachse der Atmung gemessen werden können. Diese Erkenntnisse stel- len die momentan benutzten Korrelations- und Prädiktionsmethoden zumindest teilweise in Frage. Schlüsselworte: Atmungsbewegung, Herzbewegung, Strahlenchirurgie 1 Problem In den letzten Jahren hat das CyberKnife-System im Bereich der robotergestützten Strahlenchirurgie immer mehr an Be- deutung gewonnen [1]. Bisher wird die Bewegung des Patienten durch das Erfassen von drei Infrarot-LEDs mit einer Rate von etwa 27Hz bestimmt, an Hand dieser Daten wird dann die Position des Tumors mittels eines Korrelationsmo- dells zu seltener aufgenommenen stereoskopischen Röntgenbildern ermittelt. Da die LEDs jedoch nicht den gesamten Torso des Patienten abdecken können und bei Beginn der Behandlung an den Stellen der visuell stärksten Atmungsbe- wegung befestigt werden, müssen in diesem Korrelationsmodell Änderungen im Atmungsmodus des Patienten (z.B. Wechsel von Bauch- auf Brustatmung etc.) unberücksichtigt bleiben. Zusätzlich wird im eingesetzten Korrelationsmo- dell auf Grund der niedrigen Messgenauigkeit des eingesetzten Trackingsystems vereinfachend davon ausgegangen, dass sich die Bewegung der LEDs in einer Dimension (skalarer Wert entlang der Hauptachse von mehreren Atmungs- zyklen) beschreiben lässt [2]. Unser Ziel ist es nun, auf Basis eines hoch präzisen und schnellen Trackingsystems (atracsys accuTrack Compact) eine größere, messbare Geometrie am Patienten zu befestigen und genauere Untersuchungen der menschlichen Atmung sowie erstmals die Messbarkeit von Herzbewegungen an der Körperoberfläche zu untersuchen. 2 Methoden atracsys bietet mit dem accuTrack Compact ein kleines und zugleich leistungs- starkes optisches Trackingsystem. Es arbeitet mit einer maximalen Abtastrate von 4,1kHz und einer Messgenauigkeit von bis zu 0,1mm RMS, abhängig von der Messentfernung (atracsys LLC, Bottens, Schweiz). Für das accuTrack Com- pact können Marker mit bis zu 20 LEDs gebaut werden. Da die verwendeten In- frarot-LEDs sehr geringe Maße haben können (3,4 x 3 x 2,1mm) und industriell verfügbar sind, ist die Konstruktion von kleinen und günstigen Markern sehr einfach. Wir haben nun auf Basis dieses Systems spezielle Marker zur Erfassung von Atem- und Herzbewegungen an der Körperoberfläche entworfen. Oberste Priorität hatte dabei die flexible Einsatzfähigkeit: unabhängig von Körperstatur, Körperbau und Einsatzgebiet soll der Marker am Patienten befestigt werden können und möglichst hauteng anliegen. Die von uns gewählte Markerform ist ein gleichseitiges Dreieck aus hochelastischem Stoff, auf dem die einzelnen LEDs befestigt sind. An den Ecken wurden dehnbare Bänder zur Fixierung am Probanden angebracht. Die Kantenlänge des ungespannten Stoffdreiecks beträgt 250mm. Auf dem Träger wurden 19 LEDs gleichmäßig positioniert (ca. 50 mm Abstand zwischen den Messpunkten).