Μοντελοποίηση Ακτινογραφικού Συστήματος C-Arm για την υποβοήθηση σε Εγχειρήσεις Κλειστών Ενδομυελικών Ηλώσεων

Abstract

Σκοπός της Διπλωματικής Εργασίας είναι η ανάπτυξη μεθόδων μοντελοποίησης ακτινογραφικών συστημάτων C-arm για την υποβοήθηση της τοποθέτησης ασφαλιζόμενων ενδομυελικών ήλων σε ορθοπεδικές χειρουργικές επεμβάσεις. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται για την εύρεση θέσης μακρινών οπών ενδομυελικών ήλων με χρήση ακτινογραφικών μηχανημάτων C-arm, διαδικασία εξαιρετικά δύσκολη, χρονοβόρα και πιθανόν επικίνδυνη για τον ασθενή λόγω της παρατεταμένης έκθεσης σε ακτινοβολία X. Η ανάπτυξη του μοντέλου βασίζεται στην εικονική αναπαράσταση της διάταξης του Carm και του ενδομυελικού ήλου. Δημιουργείται βάση εικονικών στιγμιοτύπων του συστήματος, προκειμένου να παρέχονται κατάλληλες κατευθύνσεις στον χειρουργό ιατρό προς διευκόλυνση της εγχειρητικής διαδικασίας. Για τον σκοπό αυτό, έγινε αναλυτική μελέτη των γεωμετρικών ιδιοτήτων των σύγχρονων ακτινογραφικών μηχανημάτων C-arm. Επίσης, μελετήθηκαν και ενσωματώθηκαν στο αναπτυχθέν μοντέλο οι τυπικές μετακινήσεις και περιστροφές που μπορούν να εκτελέσουν τα C-arm. Ως μοντέλο εκπομπής ακτίνων X του ακτινογραφικού συστήματος χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο κωνικής εκπομπής, σύμφωνα με το οποίο οι ακτίνες έχουν κοινό σημείο φυγής (κωνική ακτινοβολία). Παράλληλα, αναπτύχθηκε βελτιωμένη τριδιάστατη μοντελοποίηση του ενδομυελικού ήλου με χρήση δύο οπών. Η μέθοδος αυτή μπορεί να γίνει οδηγός για χειρουργούς ιατρούς, καθώς παρέχονται κατευθύνσεις για την εφαρμογή κατάλληλων διαδοχικών μετακινήσεων και περιστροφών του C-arm, προκειμένου να εντοπιστεί η επιθυμητή γωνία θέασης του ενδομυελικού ήλου. Μπορεί επίσης να αποτελέσει βάση για μελλοντική έρευνα και βελτίωση του υπάρχοντος μοντέλου, αφού μελετήθηκαν σύγχρονες τάσεις μοντελοποίησης φωτισμού καθώς επίσης και κατασκευαστικές ιδιαιτερότητες των C-arm.

The purpose of this Thesis is the development of C-arm radiography systems modeling methods for assisting in the placement of locking intramedullary nails in long-bone orthopedic surgeries. This method is applied in intramedullary nail distal interlocking screw placement by using C-arm radiological systems, a process which is difficult, timeconsuming and probably dangerous for the patient due to prolonged exposure to X-ray radiation. The development of the model is based on virtual simulation of the C-arm and the intramedullary nail. A database containing virtual snapshots of the system is generated, which will assist the surgeon during the surgical procedure. For this purpose, an in-depth study has been conducted on the typical geometric properties of modern C-arm radiography systems. Moreover, the typical translations and rotations that C-arm systems can perform have been studied and integrated in the developed model. The cone-beam projection model, according to which the rays stem from a common vanishing point (cone-beam radiation), has been used to model the Carm X-ray emission system. At the same time, an improved three-dimensional model of the intramedullary nail has been developed by using two holes. This method can be used as a guide for surgeons, since directions are given on the application of consecutive translations and rotations of the C-arm, in order to find the desired viewing angle of the intramedullary nail. It can also be used as a basis for future research and improvement of the current model, since modern trends in light modeling and C-arm construction features have been studied.