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Tesi etd-02032012-140406


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
POSTORINO, MATTEO
URN
etd-02032012-140406
Titolo
Progetto e Implementazione di un Sistema di Deformazione Real Time per Modelli Vascolari 3D ricavati da Imaging in Risonanza Magnetica
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Commissione
relatore Prof. Positano, Vincenzo
relatore Dott. Turini, Giuseppe
relatore Ing. Condino, Sara
relatore Dott. Ferrari, Vincenzo
Parole chiave
  • Modelli Deformabili
  • Navigazione endovascolare
  • Risonanza magnetica
Data inizio appello
21/02/2012;
Disponibilità
parziale
Data di rilascio
2052-02-21
Riassunto analitico
Gli interventi endovascolari sono eseguiti utilizzando la fluoroscopia a raggi x,che permette di guidare lo strumentario fornendo in real time una proiezione dell’albero arterioso e dello stesso strumentario endovascolare. Uno degli svantaggi di questa tecnica è dato dalla dose di radiazioni ionizzanti fornita al paziente ed all’equipe chirurgica. Un altro svantaggio è dato dalle difficoltà della guida dello strumentario endovascolare utilizzando immagini prospettiche 2D.
Questo studio vuol porre le basi per una guida dello strumentario endovascolare 3D che eviti o quantomeno riduca l’esposizione ai raggi X.
La soluzione proposta ottimizza un prototipo di navigatore endovascolare esistente basato sulla fusione in uno scenario 3D di modelli (mesh superficiali) ottenuti da immagini TC (Tomografia Computerizzata) o RM (Risonanza Magnetica) con la posizione, l’orientamento e la curvatura degli strumenti ottenuti in real time utilizzando l’informazione acquisita da sensori elettromagnetici appositamente alloggiati su cateteri e fili guida.
L’ottimizzazione riguarda lo studio e l’implementazione degli algoritmi per deformare il modello dell’anatomia al fine di simulare gli effetti della respirazione in particolare sulle arterie renali. Il metodo prevede la costruzione di una linea mediale discretizzata a partire dal modello vascolare 3D, definito skeleton vascolare, che descrive la forma del vaso sanguigno in condizione basale.
Un set di punti appartenenti alle skeleton vascolare sono costruiti con un algoritmo di generazione automatica. I punti sono legati ai vertici della mesh, ed una volta definita una funzione di moto per muoverli il modello vascolare 3D si deforma di conseguenza. Quanto sviluppato è in grado di deformare correttamente il vaso utilizzando, entro certi limiti, qualsiasi funzione di moto, come dimostrato applicando modelli di moto descritti in letteratura per simulare la deformazione delle arterie renali per effetto della respirazione.
E’ stato inoltre studiato come integrare quanto fatto in sale XMR, che impiegano congiuntamente fluoroscopia e risonanza magnetica, al fine di ridurre la dose di radiazioni ionizzanti. Queste sale prevedono la sovrapposizione di immagini 3D
statiche ottenute dalla risonanza magnetica con immagini fluoroscopiche in tempo reale al fine di fornire informazioni utili per la guida dello strumentario endovascolare per ridurre l’esposizione ai raggi X. Ma attualmente nell’XMR
non esiste una visualizzazione real time della rappresentazione 3D dei vasi, con una deformazione della struttura anatomica coerentemente al respiro.
E’ stato quindi studiato come creare un legame tra movimento del diaframma del paziente e deformazione delle arterie. Questo si può ottenere con l’applicazione di un sensore di posizione sul torace del paziente: il movimento del diaframma, catturato istante per istante, indica l’istante all’interno del ciclo di respirazione e può essere posto in ingresso ad una funzione di moto per deformare il modello
3D. E’ noto che in respiro libero uniforme i vasi si muovono seguendo un andamento periodico all’interno del ciclo respiratorio. La funzione di moto dovrà tener conto oltre che dell’istante attuale all’interno del ciclo respiratorio
anche di come si comporta l’anatomia di ciascun paziente. Questa informazione può essere ottenuta acquisendo l’andamento delle strutture interne del paziente mentre respira liberamente prima dell’intervento. Le moderne tecniche di
risonanza magnetica 4D possono permettere di ottenere una deformazione che sia il più vicino possibile alla realtà, quindi fornire al chirurgo un movimento in 3D che rispecchi la realtà durante l’intervento.
In questo lavoro di tesi questo concetto è stato applicato ricorrendo all’ecografia per determinare l’escursione massima dei reni durante la respirazione e stimando lo spostamento delle arterie renali in funzione della distanza di ciascun punto dal loro ostio sull’aorta addominale. Nei test effettuati sul soggetto, al quale è stato applicato il sensore di posizione sul torace, si è potuto valutare che il modello
3D seguiva qualitativamente uno spostamento coerente alla frequenza di respirazione.
Quanto sviluppato, pur essendo solo un punto di partenza, potrà essere applicato anche per altri parti anatomiche scegliendo di volta in volta una funzione di moto idonea.

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