• CAS (Computer Assisted Surgery)
• navigazione chirurgica
• registrazione di immagini

Lo sviluppo di nuove tecnologie in ambito chirurgico risponde alla necessità di fornire al personale medico strumenti affidabili in grado di apportare benefici nell’esecuzione di procedure diagnostiche ed interventistiche. La CAS (Computer Assisted Surgery) riguarda la progettazione e realizzazione di sistemi hardware e software di supporto al chirurgo al fine di garantire interventi caratterizzati da una minore invasività e una maggiore accuratezza. Nelle tecniche di navigazione chirurgica, il medico riceve informazioni posizionali qualitative e quantitative dello strumentario chirurgico rispetto al paziente. Queste informazioni sono mostrate su un monitor sul quale compare una virtualizzazione in tempo reale degli strumenti in uso in sovrapposizione alle immagini biomediche del paziente, preoperatorie o intraoperatorie. In questo contesto, le metodiche di registrazione delle immagini sul paziente ricoprono un ruolo fondamentale poiché permettono la fusione di informazioni appartenenti a domini diversi. Dalla robustezza della metodica di registrazione dipenderà, inoltre, l’accuratezza della navigazione chirurgica.
Il presente lavoro di tesi, svolto presso l’azienda MASMEC SpA di Modugno (BA), riguarda la registrazione delle immagini per finalità di navigazione chirurgica. Nello specifico, il progetto è consistito nell’ideazione e realizzazione (in ambiente MATLAB) di una metodica di registrazione delle immagini intraoperatorie acquisite con un C-Arm 3D trasportabile con l’obiettivo di estendere la compatibilità dei navigatori chirurgici prodotti dall’azienda con le diverse modalità di imaging. Il dispositivo utilizzato è il C-Arm 3D Ziehm Vision FD prodotto da Ziehm Imaging (Norimberga, Germania), messo a disposizione per il presente studio dal Policlinico Universitario Campus Bio-Medico di Roma. Il C-Arm in questione si contraddistingue per la possibilità di variare l’isocentro del volume di scansione, tra differenti acquisizioni, al fine di garantire massima flessibilità nell’acquisizione delle immagini nei diversi distretti anatomici. Per questo motivo non risulta possibile definire un sistema di riferimento fisso del C-Arm ed applicare, quindi, le metodiche convenzionali di registrazione largamente descritte in letteratura che prevedono la sensorizzazione di una parte fissa del dispositivo. Sebbene le aziende leader del settore abbiano realizzato sistemi di navigazione interfacciabili con dispositivi di imaging con sistema di riferimento variabile, non compaiono, ad oggi, studi descrittivi delle metodiche di registrazione applicate.
Nel presente studio, un sensore ottico passivo a sei gradi di libertà è stato fissato sul flat-panel del C-Arm 3D in modo da tracciarne l’orbita eseguita durante l’intera scansione. La metodica prevede una fase di calibrazione per il calcolo della trasformazione geometrica incognita che esiste tra il sistema di riferimento del sensore ottico e quello proprio del flat-panel con origine al centro del pannello stesso. Sotto l’ipotesi di funzionamento isocentrico dell’apparato, si è ottenuta una prima stima della matrice tramite calcoli algebrici e considerazioni geometriche. La matrice stimata è stata successivamente utilizzata come punto di partenza per l’esecuzione di algoritmi di ottimizzazione con l’obiettivo di minimizzare l’errore commesso nell’individuazione di alcuni punti noti. L’accuratezza è stata valutata calcolando la distanza euclidea tra la posizione dei punti noti ottenuta grazie alla metodica di registrazione sviluppata e quella risultante dall’applicazione di una procedura di registrazione standard tramite reperi radiopachi: l’errore medio commesso è risultato inferiore a un millimetro. Calcolata la matrice di calibrazione e supponendo l’immobilità del sensore montato sul flat-panel, è possibile effettuare nuove scansioni ed ottenere, in maniera totalmente automatica, la registrazione dell’imaging.
I valori di errore ottenuti, sebbene richiedano una validazione statistica tramite l’esecuzione di ulteriori acquisizioni di dati, confermano la potenziale efficacia di questa tecnica di registrazione. Questo lavoro pone le basi per una successiva integrazione della metodica nei sistemi di navigazione chirurgica, senza escludere quelle applicazioni per le quali è richiesto un elevato livello di accuratezza.