Research on Biomedical Engineering
/doi/10.4322/rbeb.2012.069
Research on Biomedical Engineering
Original Article

Neuronavegador cirúrgico guiado por imagens de ressonância magnética pré-operatória, baseado num transdutor de posição magnético

Surgical neuronavigator guided by preoperative magnetic resonance images, based on a magnetic position sensor

Perini, Ana Paula; Oliveira, Lucas Ferrari de; Siqueira, Rogério Bulha; Machado, Hélio Rubens; Carneiro, Antonio Adilton Oliveira

Resumo

Neurocirurgia guiada por imagem permite ao neurocirurgião navegar dentro do cérebro do paciente, usando imagens pré operatórias como orientação, através do uso de sistemas de rastreamento 3D, durante o procedimento cirúrgico. Seguindo um procedimento de calibração, a posição tridimensional e a orientação dos instrumentos cirúrgicos podem ser transmiti das ao computador. Estas informações espaciais são usadas para acessar a região de interesse nas imagens pré-operatórias com a finalidade de apresentá-las ao cirurgião durante o pro cedimento cirúrgico. Contudo, quando se faz a craniotomia para a remoção da lesão, o movimento do tecido cerebral pode ser fonte significativa de erro nestes sistemas de navegação. A arquitetura implementada neste trabalho visa o desenvolvi mento de um sistema que permite planejamento e orientação cirúrgica guiada por imagem de ultrassom. Para orientação ci rúrgica foi desenvolvido um software que permite extrair fatias do volume de imagens de ressonância magnética (IRM), com orientação fornecida por um transdutor espacial baseado em indução magnética (Polhemus®). As fatias extraídas com este software são importantes porque mostram a região do cérebro que o neurocirurgião está observando durante o ato cirúrgico e, além disso, elas podem ser correlacionadas com imagens de ultrassom (IUS) intra-operatórias para detectar e corrigir a de formação do tecido cerebral durante a cirurgia. A ferramenta para navegação per-cirúrgica foi desenvolvida para fornecer três fatias ortogonais obtidas através do volume de imagens. Na metodologia usada para a implementação do software, foi utilizada a linguagem de programação Python™ e a biblioteca gráfica Visualization Toolkit (VTK). O programa para extrair fatias do volume de IRM permitiu a aplicação de transforma ções ao volume, com base nos valores de coordenadas forneci dos pelo transdutor de posição Polhemus®.

Palavras-chave

Ressonância magnética, Visualization Toolkit (VTK), Visualização volumétrica, Neurocirurgia, Neuronavegação

Abstract

Image guided neurosurgery enables the neurosurgeon to navigate inside the patient’s brain using pre-operative images as a guide and a tracking system, during a surgery. Following a calibration pro cedure, three-dimensional position and orientation of surgical in struments may be transmitted to computer. The spatial information is used to access a region of interest, in the pre-operative images, displaying them to the neurosurgeon during the surgical procedure. However, when a craniotomy is involved and the lesion is removed, movements of brain tissue can be a significant source of error in these conventional navigation systems. The architecture implemented in this work intends the development of a system to surgical planning and orientation guided by ultrasound image. For surgical orienta tion, the software developed allows the extraction of slices from the volume of the magnetic resonance images (MRI) with orientation supplied by a magnetic position sensor (Polhemus®). The slices ex tracted with this software are important because they show the cere bral area that the neurosurgeon is observing during the surgery, and besides they can be correlated with the intra-operative ultrasound images to detect and to correct the deformation of brain tissue during the surgery. Also, a tool for per-operative navigation was developed, providing three orthogonal planes through the image volume. In the methodology used for the software implementation, the Python™ pro gramming language and the Visualization Toolkit (VTK) graphics library were used. The program to extract slices of the MRI volume allowed the application of transformations in the volume, using co ordinates supplied by the position sensor.

Keywords

Magnetic resonance, Visualization Toolkit (VTK), Volumetric visualization, Neurosurgery
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