Dissertação

{en_GB=Ultrasound-CT Registration in Image-Guided Pedicle Screw Placement} {} EVALUATED

{pt=A colocação de parafusos pediculares é um dos procedimentos mais realizados no tratamento de lombalgia crónica e é crucial aumentar a precisão da sua inserção. A cirurgia guiada por imagem é uma das técnicas mais avançadas para inserção de parafusos pediculares, apresentando melhores resultados que outras abordagens. Apesar dessa melhoria na precisão, a maioria dos procedimentos guiados por imagem utiliza radiação ionizante para adquirir imagens intraoperatórias, levando a estudos que as visam substituir por uma alternativa de imagem em tempo-real, baixo custo e não ionizante, como a ultrassonografia. O presente projeto simula as etapas necessárias para a colocação de parafusos pediculares, utilizando aquisição manual de ultrassonografia tridimensional como imagem intraoperatória. Para isso, foi criado um fantoma de coluna lombar, que foi sujeito a uma TAC pré-operatória, onde foi realizada a segmentação e o planeamento cirúrgico, e à aquisição intra-operatória de volumes de ultrasons, utilizando um sistema de medição óptica para rastrear a sonda de ultrassons. As nuvens de pontos segmentadas das imagens pré e intra-operatórias foram registadas usando uma aproximação inicial baseada na identificação de pontos únicos e refinada pelo algoritmo ICP, permitindo calcular a transformação entre o referencial da TAC e o intra-operatório. Um grupo de cinco volumes foi adquirido em diferentes regiões do fantoma e foi fundido com os dados da TAC, apresentando um erro de registo de aproximadamente 2 mm. Após combinar os resultados obtidos com o sistema de navegação, concluiu-se que, apesar de apresentar algumas limitações, a ultrassonografia pode ser usada como imagem intra-operatória neste procedimento., en=Pedicle screws placement is among the most performed procedures for treating chronic lower back pain and increasing the accuracy of their insertion is crucial. Image-guided surgery is one of the most advanced techniques for inserting pedicle screws in the lumbar spine, presenting better results than traditional approaches. Despite of this accuracy improvement, most image-guided procedures use ionizing radiation for acquiring intraoperative images, which led to studies aimed at substituting the intraoperative imaging by a low cost, real-time and non-ionizing alternative, such as ultrasound imaging. The present project simulates all necessary steps for performing image-guided pedicle screw placement, using Free-hand 3-D Ultrasound as intraoperative imaging modality. For this, it was created a lumbar spine phantom, which was used as subject to perform a preoperative CT-scan, where segmentation and surgical planning was performed, and to acquire intraoperative US volumes, using an optical measurement system to track an US probe. The point clouds segmented from the CT and US data were then registered using an initial approximation based on fiducial identification and refined by the Iterative Closest Point algorithm, which allowed to compute transformation from the CT referential to the intraoperative coordinate system. A group of five US volumes were acquired from different regions of the phantom and were merged with the CT data, presenting a registration error around 2 mm. After combining the surgical plans and the registration results in a navigation system, it was concluded that, although presenting some limitations, ultrasound could be an alternative for intraoperative imaging in IG surgery.}
{pt=Lombar, Cirurgia, Guiado por imagem, Ultra-sons, Registo, en=Lumbar, Surgery, Image-Guided, Ultrasound, Registration}

Julho 1, 2019, 12:0

Orientação

ORIENTADOR

Manuel Herculano Carvalho

Hospital de Santa Maria

Doutor em Medicina (MD)

ORIENTADOR

Jorge Manuel Mateus Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado