Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.11/2719
Título: Ultrasound based navigation and control for orthopaedic robot surgery
Autor: Torres, Pedro Miguel Baptista
Orientador: Martins, Jorge Manuel Mateus
Gonçalves, Paulo Jorge Sequeira
Palavras-chave: Artroplastia da anca
Robôs de cirurgia
Cirurgia guiada por imagem
Ultrasonografia
Processamento de imagens médicas
Segmentação de imagem
Reconstrução de superficie 3D
Registo baseado em superfície
Controlo visual
Seguimento baseado em imagem
Hip arthroplasty
Surgical robotics
Image-guided surgery
Ultrasound imaging
Medical image processing
Image segmentation
3D surface reconstruction
Surface-based registration
Visual servoing
Image-based tracking
Data de Defesa: 2015
Resumo: A Robótica cirúrgica é uma área em expansão, contribuindo para o aumento da precisão e exatidão dos procedimentos cirúrgicos, além de produzir resultados mais confiáveis e reprodutíveis, minimizando a invasividade, reduzindo as complicações e melhorando a segurança dos pacientes, comparativamente com as técnicas convencionais. A navegação dentro da sala de operações é primordial para o sucesso dos sistemas robóticos. Neste contexto é proposto um novo sistema de navegação, usado na malha de controlo, de um sistema robótico co-manipulado, dedesenvolvido para auxiliar os cirurgiões ortopédicos. Embora possa ter outras aplicações, o sistema foi desenvolvido para realizar um furo na cabeça do fémur, necessário ao implante do fio guia na cirurgia de substituição parcial da anca. Durante a cirurgia, a posição e orientação do osso é obtida através de um processo de registo entre as imagens de US adquiridas em tempo real e o modelo CT do fémur, previamente carregado no pré-operatório. Contrariamente aos sistemas cirúrgicos atuais, não usa nenhum tipo de implante no osso para localizar o fémur, mas sim marcadores passivos colocados na sonda e no robô, e um sistema de medição óptico para medir as suas posições 3D. Os testes experimentais de validação foram realizados num phantom de um fémur humano.
Abstract: Surgical Robotics is an expanding area, contributing to the increased precision and accuracy of surgical procedures, besides producing more reliable and reproducible results, minimizing the invasiveness, reducing complications and improving patient safety, compared with conventional techniques. Navigation within the operating room is fundamental to the success of robotic systems. In this context a new navigation system, used in the control loop, to co-manipulate a robotic system developed to assist orthopaedic surgeons, is proposed. Although it may have other applications, the system is designed to perform a hole in the femur head, necessary to implant the initial guide wire used in Hip Resurfacing surgery. During the surgery, the bone position and orientation is obtained through a registration process between a set of US images acquired in real time and the CT femur model, preloaded pre-operatively. Contrary to current surgical systems, it does not use any type of implant in the bone, to localize the femur, but passive markers, of an optical measurement system, placed on the probe and the robot to measure their 3D poses. Experimental validation tests were performed on a human’s femur phantom, validating the proposed system.
Descrição: Thesis approved in public session to obtain the PhD Degree in Mechanical Engineering. Universidade de Lisboa. Instituto Superior Técnico
URI: http://hdl.handle.net/10400.11/2719
Designação: PhD Degree in Mechanical Engineering
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