Development of algorithms in surgical guidance system using image processing techniques

การพัฒนาหลักวิธีการในระบบนำทางการผ่าตัดโดยใช้เทคนิคการประมวลภาพ

Name: Auranuch Lorsakul

MeSH: Dental implants

MeSH: Image Processing Computer-Assisted

LCSH: Surgery -- Computer simulation

Abstract: This study presents a new systemic algorithm for the dental implant navigation system in an intra-operative process. The main objective of the intra-operative navigation system is to illustrate the relationship between the guided path and the instrument’s tool tip. The goal of this work is development of an optical tracking system using stereo vision technology and development of a set of specially designed fiducial markers. Therefore, the task is to determine the position of active markers constructed by infrared-emitting diodes in the specific designed patterns. The kinematics relationship is computed by using the kinematic equations of the homogeneous transformations obtained from the marker positions in acquisition images. The system consists of 3 main parts; 1) infrared surgical markers, 2) stereo camera system, and 3) surgical guidance software system. Furthermore, to fulfill the completed system, the study had to develop the marker pattern recognition, and the tool tip calibration with point-cloud-to-point-cloud technique and the least-square solution. The experiment is validated on a phantom rapid prototype. The physical real world positions are compared to the known measurement in the model. The results are highly accurate with the quantity of minimum error 0.0922±0.0150 mm. or in the maximum accuracy 90.78±1.50% in positions and with 0.1830±0.1150-0.3270± 0.1730 in orientations. With this amount of normalized errors, this algorithm is benefit for use in position and orientation tracking in medical application. This work attempted to develop a fully aided system for navigated, guided and assisted surgical performance.

Abstract: โครงการวิจัยเพื่อวิทยานิพนธ์นี้ เป็นการศึกษาและพัฒนาหลักวิธีการแบบใหม่เป็นระบบ (New Systemic Algorithms) สำหรับใช้ในการพัฒนาระบบนำทางทางการแพทย์ เพื่อการประยุกต์สำหรับช่วย ศัลยแพทย์ในการผ่าตัดทางทันตกรรมฝังรากฟันเทียมในระหว่างการผ่าตัด (Intra-operative Surgery) วัตถุประสงค์ของระบบนำทางในระหว่างการผ่าตัดคือ การแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแนววิถีการผ่าตัดและจุด ปลายของตำแหน่งเครื่องมือแพทย์ เป้าหมายของงานวิจัยนี้คือ การพัฒนาระบบการบอกตำแหน่งของอุปกรณ์และ ผู้ป่วยโดยการใช้วิธีการใช้ภาพจากกล้องถ่ายภาพสองตา (Stereo Camera) และการพัฒนาอุปกรณ์อ้างอิง (Marker) ตำแหน่งของอุปกรณ์และผู้ป่วยในระหว่างการผ่าตัด หลักการทำงานคือการหาตำแหน่งของอุปกรณ์อ้างอิงที่สร้าง จากไดโอดอินฟราเรด (Infrared-Emitting Diodes) ในรูปแบบที่ออกแบบเฉพาะเจาะจง รวมทั้งการหา ความสัมพันธ์ที่สร้างโดยสมการกลศาสตร์การเคลื่อนที่ (Kinematics Equation) ของโฮโมจีเนสทรานสฟอร์เมชั่น (Homogeneous Transformation) ที่ได้จากตำแหน่งของอุปกรณ์อ้างอิงของภาพที่ได้จากกล้อง งานวิจัยนี้แบ่งได้ เป็น 3 ส่วน ดังนี้คือ 1. อุปกรณ์อ้างอิงตำแหน่งของอุปกรณ์และผู้ป่วย 2. ระบบกล้องสองตา 3. ระบบซอฟท์แวร์ นำทางผ่าตัด นอกจากนี้ยังต้องพัฒนาหลักวิธีการทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องที่ทำให้ระบบสมบูรณ์ คือ การจดจำ รูปแบบอุปกรณ์อ้างอิง การปรับตั้งจุดปลายเครื่องมือ (Tool Tip Calibration) โดยอาศัยหลักการหาความสัมพันธ์รี จิสเตรชั่นทรานสฟอร์มแบบพอยท์คลาวด์ทูพอยท์คลาวด์ (Point-Cloud-to-Point-Cloud Rigid Transformation) โดยอยู่บนพื้นฐานของการลดขนาดความผิดพลาดของรีจิสเตรชั่นมากที่สุด (Minimizing rigid registration errors) การทดลองในงานวิจัยเป็นการตรวจสอบความถูกต้องบนหุ่นจำลอง (Phantom Rapid Prototype) การทดลองจะ เปรียบเทียบตำแหน่งในโลกจริงกับตำแหน่งที่วัดได้จริงจากหุ่นจำลอง ผลการทดลองมีความถูกต้องสูงด้วยค่า ความผิดพลาดใน 1 มิลลิเมตรน้อยที่สุดคือ 0.0922±0.0150 มม. หรือมีความถูกต้องมากที่สุดเป็น 90.78±1.50% ในทางตำแหน่ง และ 0.1830±0.1150-0.3270±0.1730 ในทางทิศทาง ด้วยค่าของความผิดพลาดนี้ทำให้หลักวิธีการ นี้มีประโยชน์ในการใช้ระบุตำแหน่งในทางตำแหน่งและทิศทางในทางการแพทย์ งานวิจัยนี้จะพัฒนาต่อไปใน ระบบนำทางการผ่าตัดแบบสมบูรณ์ที่ช่วยนำทางและช่วยเหลือในการดำเนินผ่าตัดศัลยกรรม

Mahidol University. Mahidol University Library and Knowledge Center

Address: NAKHONPATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Jackrit Suthakorn

Role: Thesis Advisors

Created: 2009

Modified: 2553-07-15

Issued: 2010-07-15

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: TH A927d 2009

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Biomedical Engineering

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4936224.pdf	11.76 MB	139	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.41339 วินาที