Mobilny lokalizator wizyjny w komputerowym wspomaganiu chirurgii
Rozprawa przedstawia nową metodę pomiaru orientacji narzędzi chirurgicznych przy pomocy zestawu kamer złożonego z klasycznej kamery wideo i kamery głębi (time of flight, ToF), oraz prototyp mobilnego lokalizatora wizyjnego będącego praktyczną implementacją tej metody. W rozprawie przeanalizowano możliwość zastosowania omawianej metody do nawigowanej implantacji komponentu panewkowego w zabiegu alloplastyki biodra. Analizę przeprowadzono w oparciu o dwa kryteria dotyczące dokładności pomiaru kątów implantacji. Pierwsze zakładało, że badany system powinien być równie dokładny jak istniejące systemy nawigacji, zaś drugie - że jego dokładność powinna być wyraźnie wyższa niż szacowana dokładność implantacji bez wspomagania. W ramach oceny dokładności prototypu przeprowadzono testy laboratoryjne, badania na zwłokach, oraz badania na fantomie. Prototyp spełniał pierwsze z kryteriów w warunkach laboratoryjnych, gdy narzędzia znajdowały się blisko kamer. W badaniach na zwłokach oraz testach na fantomie zaobserwowano wyższe wartości błędów pomiarowych: spełnione zostały jedynie kryteria sformułowane w odniesieniu do zabiegów bez nawigacji. Za największe ograniczenie dla dokładności systemu uznano rozdzielczość przestrzenną kamery głębi. Szybki rozwój technologii w zakresie kamer ToF stwarza jednak szansę na praktyczne zastosowanie przedstawionej metody już w najbliższej przyszłości.Mobile optical tracking system in computer-assisted surgery
This dissertation presents a new method for tracking of surgical instruments, and a prototype device that is one possible implementation of this method. The principle of measurement is based on a video camera and a ToF (time- of-flight) camera working in a calibrated setup. The dissertation focuses on applying the method to navigated implantation of acetabular component in computer-assisted total hip replacement surgery. The method was assessed using two sets of requirements: one that demands that the measurement is as accurate as the existing guidance systems, and one that demands it to be visibly more accurate than freehand implantation. The assessment was carried out in three different experimental settings: in laboratory conditions, in cadaver study, and in phantom study. The prototype met the first set of requirements only in laboratory settings, in absence of occlusions and with both localizer and instruments stabilized. As new adverse conditions emerged, the accuracy declined, rendering the system only marginally more accurate than freehand positioning in phantom and in cadaver study. It was found that both accuracy and recognition rate of instruments were mostly affected by the spatial resolution of the camera. Considering fast progress in the field of depth sensing, introducing the system into clinical use may be possible in the near future.
