Nachteile optischer Systeme
Aktuell sind optische Systeme die gängige Methode für die aktive Positionsbestimmung von Instrumenten im MRT. Dabei erfassen Infrarot-Kameras speziell diesen Lichtwellenbereich reflektierende Marker, die an dem Instrument angebracht sind. „Die bisherigen Systeme sind zwar sehr präzise, haben aber mehrere Nachteile“, sagt Felix Güttler. „Optische Trackingsysteme verfügen nur über einen sehr geringen Radius und die Positionsbestimmung wird unterbrochen, sobald der Sichtkontakt zwischen Kamera und Marker gestört ist. Dies kommt nicht selten vor, denn durch das geringe Raumangebot im MRT ist der Zugang zum Patienten ohnehin schon erheblich eingeschränkt. Zudem sind die am Instrument zu befestigenden Marker häufig recht groß und auch wegen ihres Gewichts leider sehr unhandlich. Nicht zuletzt sind die Marker häufig für die Sterilisierung ungeeignet und der Austausch ist unter Umständen sehr kostenintensiv.“
Transponder ermöglichen Instrumentlokalisierung und -identifikation
Seit 2010 testet und adaptiert die zwischenzeitlich sechsköpfige Arbeitsgruppe um Felix Güttler den Prototyp eines UHF-RFID-basierten Instrumenten-Trackingsystems der Firma Amedo Smart Tracking Solutions. Das System ermittelt auf Basis der Funkwellenkommunikation zwischen RFID-Transpondern und Sendeanlage die Position der Instrumente. „Wir haben vier Antennen im Raum angebracht und außerdem drei Transponder als räumlichen Referenzpunkt fest am MRT installiert. Um die Bildgebung der Instrumente in die des MRT einzubinden, haben wir das RFID-Koordinatensystem entsprechend umgerechnet und den Überschneidungsbereich der Strahlenachsen (Isozentrum) in einem einmaligen Verfahren bestimmt. Jedes Instrument ist mit drei Transpondern versehen, durch die das System dessen Position nach einmaliger Registrierung im gesamten Raum ermittelt. Die Transponder enthalten im Mikrochip eine unverwechselbare ID, die in einer eigens entwickelten Middleware mit dem entsprechenden Instrument verknüpft wird“, erklärt Felix Güttler. Dadurch können sich nach Angaben von Amedo neben der Positionsermittlung auch klare Zuordnungen und Identifikationen von verschiedenen Instrumenten realisieren lassen.
Amedo Tracking Server zur UHF-RFID-Transpondermessung
Positionsgenauigkeit bis drei Millimeter
Die Arbeitsgruppe konnte mit dem Projekt erfolgreich belegen, dass RFID die Bildgebung im MRT unter anderem aufgrund der hohen Frequenzdifferenz nicht beeinträchtigt und daher zur Anwendung in Trackingsystemen grundlegend geeignet ist. Die Vorteile in der Praxis sind vielfältig: „RFID-Tags sind zunächst wesentlich kleiner und leichter als optische Marker und bedürfen keines Sichtkontakts. Die Ortung erfolgt innerhalb des gesamten Raumes, statt nur in einem kleinen Radius. Aus Hygienegründen gibt es im medizinischen Umfeld einen Trend zum Einsatz von Einweginstrumenten. RFID-Tags können nach Gebrauch ohne hohen Kostenaufwand ersetzt, oder bereits im Vorfeld von der Industrie in Einweginstrumente integriert werden“, so Güttler. Allerdings muss die Präzision der Lokalisierung für die Praxistauglichkeit zunächst noch weiter erhöht werden. Die Positionsgenauigkeit liegt beim aktuellen Prototypen noch im Subzentimeterbereich, das heißt die Position der Instrumente lässt sich auf weniger als einen Zentimeter Genauigkeit bestimmen. „Mit der kommenden Entwicklungsstufe hoffen wir eine Präzision von unter fünf Millimetern zu erreichen. Das Projekt sollte ursprünglich im Dezember dieses Jahres auslaufen, wurde aber um ein halbes Jahr verlängert. Wir hoffen, dass die Hardwareentwickler uns innerhalb dieses Zeitraums ein System liefern können, das im Millimeterbereich präzise operiert. Dann haben wir eine klare Vergleichbarkeit zu optischen Systemen und könnten in einem Anschlussprojekt klinische Tests durchführen. Unsere Arbeitsgruppe verfolgt klar das Ziel, die Brücke von der Grundlagenforschung zur Praxis zu schlagen.“
Lesen Sie weitere Beiträge zum RFID-Einsatz in der Medizin in der Novemberausgabe 2013 von "RFID im Blick".
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