Registrazione e acquisizione multimodale di immagini (PRIN 2007)

Starting date
September 22, 2008
Duration (months)
24
Departments
Computer Science
Managers or local contacts
Fiorini Paolo

Il progetto si propone lo sviluppo di un metodo innovativo che dia al chirurgo informazioni intraoperatorie dell'area di intervento, attraverso la fusione di immagini video, modelli sintetici e immagini da ultrasonografia (US) laparoscopica, in una visualizzazione unitaria per operazioni di Chirurgia Minimamente Invasiva (MIS).
Nella generazione di una vista integrata e coerente le difficoltà sono date dalla bassa qualità delle immagini US, dai vincoli real-time del feedback intraoperatorio e dal movimento del paziente. Questo lavoro trova motivazione nella necessità di conoscere esattamente la posizione degli strumenti e degli organi durante l'intervento, per evitare collisioni pericolose. Il feedback intraoperatorio che proponiamo permette di migliorare la localizzazione degli strumenti all'interno dell'addome e di mappare modelli 3D preoperatori sulla vista della telecamera, permettendo di muovere gli strumenti con precisione e aumentando la sicurezza dell'intervento. Per riuscire a fornire al chirurgo le informazioni 3D in tempo reale, servono diversi tipi di sensori che devono essere integrati con un processo di registrazione per produrre la rappresentazione 3D dell'area di intervento. Questo progetto si pone anche un obiettivo più complesso, e cioè la visualizzazione al chirurgo delle parti interne degli organi in esame. Per raggiungere questo scopo vogliamo aggiungere agli strumenti laparoscopici e alla telecamera usati negli interventi addominali una sonda US posizionata e sostenuta da un braccio robotico, prefigurando uno scenario di Chirurgia Minimamente Invasiva Robotizzata (MIRS). La telecamera viene montata su un secondo braccio consentendo di utilizzare tecniche di controllo di forza e visual servoing per il controllo della sonda US e per l'acquisizione e il raffinamento delle immagini ecografiche. A questo punto le informazioni video e i dati US possono essere registrati con modelli preoperatori o con modelli generati contestualmente se non disponibili prima dell'intervento. Il controllo visione/forza servo assistito aumenta la qualità e la significatività delle immagini US e di conseguenza migliora la registrazione con le immagini della telecamera e con i modelli sintetici. Le immagini della telecamera laparoscopica, integrate e aumentate dalle immagini US, permettono di tracciare facilmente gli strumenti chirurgici anche all'interno degli organi, in una nuova modalità di controllo che chiameremo echo servoing. L'ecografia è utilizzata da anni per la diagnosi. Di solito la qualità delle immagini create dall'ecografo è inferiore rispetto a quella ottenibile per esempio dalla Risonanza Magnetica (MR) intraoperatoria a bassa intensità. Nonostante ciò l'ecografia viene utilizzata sempre più frequentemente come strumento intraoperatorio, sia da sola che in abbinamento a dati preoperatori. Il suo uso per monitorare e guidare in tempo reale l'operazione, garantisce interventi rapidi e accurati. Purtroppo le metastasi dei tessuti molli spesso non sono visibili con l'US e questo spiega perché di solito venga combinata con immagini TC o MR. La registrazione tra dati pre- e intraoperatori consente di identificare la posizione del tumore, visibile nelle immagini preoperatorie, sia esso rilevato dagli US o no.
Inoltre, nell'ambito laparoscopico, le limitazioni intriseche (perdita di feedback tattile e incapacità di valutare nel complesso la situazione degli organi) possono essere superate con informazioni derivanti dall'ausilio di un laparoscopio sonografico. Allo stato attuale della tecnologia, l'ecografia laparoscopica rappresenta comunque un importante ed economico mezzo di diagnosi nella classificazione e nella valutazione preoperatoria di resezione di tumori maligni in pazienti oncologici.
Il consorzio AD INSULAM si compone di quattro unità d ricerca, due delle quali includono membri di dipartimenti di chirurgia per garantire la valenza e l'applicabilità delle soluzioni proposte. Il coordinatore scientifico della proposta è l'Università di Verona, il cui gruppo comporende personale del Dipartimento di Informatica e di Medicina. L'attività del team sarà principalmente l'analisi e la registrazione delle immagini US su modelli preoperatori e su immagini video. Il personale medico del partner Campus Biomedico di Roma, si occuperà di descrizione e test di laboratorio dei metodi proposti. Il personale ingegneristico svilupperà metodi per il calcolo in tempo reale dei modelli sintetici usando dati US. Il gruppo dell'Università di Modena-Reggio Emilia, si occuperà del controllo di contatto tra la sonda US e la superficie degli organi, mentre il team dell'Università di Ferrara lavorerà sul controllo delle traiettorie della sonda US basato su dati video e sulle letture della sonda stessa. Il risultato atteso del progetto proposto è lo sviluppo di un dimostratore di echo servoing, che sarà testato su tessuti sintetici (Phantom) per US durante procedure chirurgiche realistiche

Sponsors:

PRIN VALUTATO POSITIVAMENTE
Funds: requested
Syllabus: COFIN - Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale

Project participants

Research areas involved in the project
Sistemi ciberfisici
Computer systems organization - Embedded and cyber-physical systems

Activities

Research facilities