كاهش TRE در سيستم هاي ناوبري جراحي ستون فقرات

Intra-operative 3D navigation and TRE reduction in image guided spine surgery

انطباق تصاوير قبل از عمل با فضاي فيزيكي بيمار در حين عمل در سيستم هاي راهبري جراحي به كمك تصوير، براي رديابي ابزار جراحي نسبت به بدن بيمار امري ضروري محسوب مي شود. جراحي ستون فقرات به كمك تصوير نيز از اين امر مستثني نيست. به دليل تفاوت در نحوه قرارگيري بيمار در تصويربرداري قبل از عمل و شرايط حين عمل، تفاوتي در انحناي ستون فقرات بيمار ايجاد مي شود اين بدين معناست كه يك انطباق صلب براي انطباق كل مهره ها كفايت نمي كند و لازم است كه هر مهره بطور جداگانه به عنوان يك جسم صلب در نظر گرفته شود و عمل انطباق روي هر مهره بطور جداگانه صورت پذيرد. براي انطباق تك تك مهره ها از الگوريتم انطباق ICP استفاده شده. براي ارزيابي دقت انطباق، خطاي TRE با در نظر گرفتن نقطه هدف در پايه مهره كه محل جراحي در عمل جايگذاري پيچ در مهره محسوب مي شود، محاسبه شد. در اين تحقيق عوامل موثر بر خطاي TRE كه عبارتند از پيكره بندي نشانگرها نسبت به نقطه هدف، خطاي FLE و الگوريتم انطباق مورد بررسي قرار گرفته است. در نهايت با پيشنهاد چند پيكره بندي مناسب از لندمارك هاي آناتوميكي با توجه به محدوديت هاي حين جراحي و همچنين در نظر گرفتن اثر FLE با استفاده از نسبت دادن وزن هايي به جفت نقاط متناظر در الگوريتم انطباق، بهبود 45 درصدي در خطاي TRE حاصل شد.

Registration of preoperative images to intra-operative patient space is a crucial step in image guided surgery for tracking surgical tools relative to patient’s anatomy. In image guided spine surgery, due to the difference in patient’s positioning in preoperative imaging, compared with intra-operative situation, there is a difference in spine curvature in these two positioning which means that a single rigid registration is not sufficient for registering the whole spine and it is necessary for each vertebra to be registered separately as a rigid body and with it’s appropriate transformation parameters. The registration was carried out using ICP algorithm. For evaluating the registration, TRE was calculated in the pedicle of the vertebra which is the target in pedicle screw insertion. In order to optimize the TRE this study was focused on the factors affecting TRE including different configuration of landmarks used in registration and the registration algorithm. Optimal configurations for the landmarks used in the registration were proposed and FLE for the point pairs were included in the registration algorithm to increase the registration accuracy. The results indicate a total improvement of 45% in the registration accuracy by optimizing the landmarks’ configuration and the registration algorithm.