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Thesis etd-11182019-110710


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
USAI, ILENIA
email address
ilenia.usai9200@gmail.com
URN
etd-11182019-110710
Thesis title
Realtà Aumentata per procedure di terapia antalgica con tracciamento elettromagnetico dello strumentario e registrazione con immagini RX
Department
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Course of study
INGEGNERIA BIOMEDICA
Supervisors
relatore Prof. Ferrari, Vincenzo
relatore Ing. Condino, Sara
Keywords
  • terapia antalgica
  • navigatore chirurgico
  • localizzazione elettromagnetica
  • C-Arm
Graduation session start date
06/12/2019
Availability
Withheld
Release date
06/12/2089
Summary
Negli ultimi anni, la realtà aumentata (AR, Augmented Reality) ha permesso lo sviluppo di nuove tecnologie in diversi campi, anche molto differenti tra di loro. La AR permette di sovrascrivere la grafica computerizzata sul mondo reale, visualizzarla tramite uno schermo e portare direttamente oggetti o informazioni digitali all’interno del campo visivo. Uno dei principali campi in cui la AR ha messo radici è la chirurgia assistita dal calcolatore (CAS, Computer Assisted Surgery), utilizzata sia per la pianificazione pre-operatoria e sia per la navigazione chirurgica durante l’esecuzione di procedure in cui si perde il contatto visivo diretto dell’area operativa. Tra le procedure maggiormente utilizzate vi è la chirurgia mininvasiva, tecnica chirurgica che consente di praticare delle piccole incisioni sui tessuti del paziente per raggiungere il target operatorio. Sebbene questa tecnica permetta una riabilitazione post-operatoria del paziente in tempi più brevi rispetto al caso di intervento eseguito in chirurgia aperta, la perdita della percezione spaziale degli strumenti chirurgici rispetto l’anatomia del paziente può comportare un aumento della durata dell’intervento e della sua complessità. Gli strumenti inseriti all’interno della cavità del paziente e utilizzati in queste procedure, sono solitamente affiancati da un endoscopio che, attraverso il sistema ottico che lo caratterizza, riesce a fornire al chirurgo le informazioni relative ai tessuti e allo strumentario interno al campo di vista della camera ottica. Per conoscere dove sia posizionato l’endoscopio rispetto l’anatomia del paziente, il chirurgo esegue gli interventi sotto la guida fluoroscopica ai raggi X. Questo determina una dose assorbita durante l’intero intervento non trascurabile, sia per il personale medico e sia per il paziente. Per ovviare a queste problematiche, sono state sviluppate diverse soluzioni mediante l’uso del navigatore chirurgico, attraverso il quale è possibile localizzare e rappresentare virtualmente e in modo coerente lo strumentario sulle immagini intra-operatorie in modalità AR.
Questo lavoro di tesi si è svolto presso il centro EndoCAS, centro di eccellenza per la Computer Assisted Surgery dell’Università di Pisa, in collaborazione con il Dott. Giuliano De Carolis, specialista in Anestesia, Rianimazione e Terapia del Dolore presso il centro ospedaliero di Cisanello, Pisa.
All’interno del reparto di Terapia Antalgica si svolgono periodicamente delle procedure epiduroscopiche per il trattamento del dolore cronico. Questa procedura mininvasiva consiste nel posizionamento percutaneo di un endoscopio attraverso il sacro, fino a raggiungere la sede dell’infiammazione nervosa o di aderenze da trattare. L’intero intervento viene eseguito sotto la guida fluoroscopica attraverso l’utilizzo di un C-Arm mobile presente in sala operatoria.
Lo scopo di questa tesi è stato realizzare un sistema di navigazione che, tramite l’acquisizione di una singola immagine fluoroscopica dell’anatomia del paziente tramite C-Arm, permetta la guida in tempo reale del posizionamento del catetere che trasporta i farmaci o gli strumenti d’interesse, riducendo drasticamente la dose assorbita per il personale medico e il paziente rispetto all’odierno utilizzo della guida fluoroscopica. Il sistema di navigazione realizzato dovrà mostrare l’immagine radiografica acquisita in sala operatoria tramite C-Arm con sovrapposta coerentemente la rappresentazione del catetere virtuale in modalità AR. Questo lavoro è stato suddiviso in due fasi: una prima fase relativa allo sviluppo del prototipo del sistema presso i laboratori EndoCas, utilizzando come strumento di acquisizione una camera ottica; una seconda fase, svolta all’interno della sala operatoria di Terapia Antalgica dell’Ospedale di Cisanello, di adattamento del sistema realizzato in laboratorio sostituendo l’acquisizione delle immagini della camera ottica con il C-Arm. Per ognuna delle due fasi è stato necessario realizzare un dispositivo di calibrazione dedicato alla calibrazione dello strumento di acquisizione delle immagini.
La tesi analizzerà nel primo capitolo l’importanza e le caratteristiche principali dei navigatori in campo chirurgico. Nel secondo capitolo verranno illustrate le due principali tipologie di localizzatori utilizzabili nella navigazione chirurgica, esponendo i pro e i contro per ciascuna di esse. Nel terzo capitolo si discuterà di come avviene l’acquisizione delle immagini radiografiche e delle problematiche relative alla dose di radiazioni che queste comportano. Nel quarto capitolo verrà approfondita l’applicazione clinica e alcuni lavori trovati in letteratura, utili per lo sviluppo del lavoro di tesi. Nel quinto capitolo verrà esposto nel dettaglio il sistema realizzato per questo lavoro. Nel sesto capitolo verranno discussi i risultati ottenuti precedentemente esposti e le relative conclusioni.
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