University of Oulu

Registration accuracy of the optical navigation system for image-guided surgery

Saved in:
Author: Remes, Henri1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Mechanical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.5 MB)
Pages: 97
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202202161244
Language: English
Published: Oulu : H. Remes, 2022
Publish Date: 2022-02-16
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Liedes, Toni
Reviewer: Louhisalmi, Yrjö
Liedes, Toni
Description:

Abstract

During the last decades, image-guided surgery has been a vastly growing method during medical operations. It provides a new opportunity to perform surgical operations with higher accuracy and reliability than before. In image-guided surgery, a navigation system is used to track the instrument’s location and orientation during the surgery. These navigation systems can track the instrument in many ways, the most common of which are optical tracking, mechanical tracking, and electromagnetic tracking. Usually, the navigation systems are used primarily in surgical operations located in the head and spine area. For this reason, it is essential to know the registration accuracy and thus the navigational accuracy of the navigation system, and how different registration methods might affect them.

In this research, the registration accuracy of the optical navigation system is investigated by using a head phantom whose coordinate values of holes in the surface are measured during the navigation after different registration scenarios. Reference points are determined using computed tomography images taken from the head phantom. The absolute differences of the measured points to the corresponding reference points are calculated and the results are illustrated using bar graphs and three-dimensional point clouds. MATLAB is used to analyze and present the results.

Results show that registration accuracy and thus also navigation accuracy are primarily affected by how the first three registration points are determined for the navigation system at the beginning of the registration. This should be considered in future applications where the navigation system is used in image-guided surgery.

Kuvaohjatun kirurgian optisen navigointilaitteen rekisteröintitarkkuus

Tiivistelmä

Viimeisten vuosikymmenien aikana kuvaohjattu kirurgia on yleistynyt laajalti lääketieteellisten toimenpiteiden aikana ja se tarjoaa entistä paremman mahdollisuuden tarkkaan ja luotettavaan hoitoon. Kuvaohjatussa kirurgiassa navigointilaitteisto seuraa käytetyn instrumentin paikkaa ja orientaatiota operaation aikana. Navigointilaitteistoilla on erilaisia toimintaperiaatteita, joiden perusteella ne seuraavat instrumenttia. Yleisimmin käytetyt navigointilaitteistot perustuvat optiseen, mekaaniseen, tai sähkömagneettiseen seurantaan. Yleensä kuvaohjattua kirurgiaa käytetään pään ja selkärangan alueen kirurgisissa operaatioissa, joten on erittäin tärkeää, että navigointilaitteiston rekisteröinti- ja siten myös navigointitarkkuus tunnetaan, sekä erilaisten rekisteröintitapojen mahdolliset vaikutukset kyseisiin tarkkuuksiin.

Tässä tutkimuksessa optisen navigointilaitteen rekisteröintitarkkuutta tutkitaan päämallin avulla, jonka pintaan luotujen reikien koordinaattiarvot mitataan navigointitilanteessa erilaisten rekisteröintitapojen jälkeen. Referenssipisteet kyseisille mittauspisteille määritetään päämallin tietokonetomografiakuvista. Mitattujen pisteiden, sekä vastaavien referenssipisteiden väliset absoluuttiset erot lasketaan ja tulokset esitetään palkkikuvaajien, sekä kolmiulotteisten pistepilvien avulla käyttäen apuna MATLAB-ohjelmistoa.

Tulokset osoittavat, että rekisteröintitarkkuuteen ja siten navigointitarkkuuteen vaikuttaa eniten rekisteröintitilanteen alussa määritettävien kolmen ensimmäisen rekisteröintipisteen sijainti ja tämä tuleekin ottaa huomioon jatkossa tilanteissa, joissa navigointilaitetta käytetään kuvaohjatussa kirurgiassa.

see all

Subjects:
Copyright information: © Henri Remes, 2022. Except otherwise noted, the reuse of this document is authorised under a Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0) licence (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). This means that reuse is allowed provided appropriate credit is given and any changes are indicated. For any use or reproduction of elements that are not owned by the author(s), permission may need to be directly from the respective right holders.
  https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/