No description available.

This thesis presents the development of computer vision techniques for a robot-assisted emergency neurosurgery system that is being developed by the Mechatronics in Medicine group at Loughborough University, UK, and situates them within the context of the overall project. There are two main contributions in this thesis. The first is the development of a registration framework, to establish spatial correspondence between a preoperative plan of a patient (based on computed tomography images) and the patient. The registration is based on the rigid transformation of homologous anatomical soft tissue point landmarks of the head, the medial canthus and tragus, in CT and patient space. As a step towards automating the registration, a computational framework to localise these landmarks in CT space, with performance comparable to manual localisation, has been developed. The second contribution in this thesis is the development of computer vision techniques for a passive intraoperative supervisory system, based on visual cues from the operative site. Specifically, the feasibility of using computer vision to assess the outcome of a surgical intervention was investigated. The ability to mimic and embody part of a surgeon s visual sensory and decision-making capability is aimed at improving the robustness of the robotic system. Low-level image features to distinguish the two possible outcomes, complete and incomplete, were identified. Encouraging results were obtained for the surgical actions under consideration, which have been demonstrated by experiments on cadaveric pig heads. The results obtained are suggestive of the potential use of computer vision to assist surgical robotics in an operating theatre. The computational approaches developed, to provide greater autonomy to the robotic system, have the potential to improve current practice in robotic surgery. It is not inconceivable that the state of the art in surgical robotics can advance to a stage where it is able to emulate the ability and interpretation process of a surgeon.

No description available.

- / -

- / -

- / -

Bibliography: leaves 156-173 / x, 173 leaves, [6] leaves of plates : / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (D.M.)--University of Adelaide, 1986

- / -

Σποραδικές μελέτες περιγράφουν την προσωρινή εξωτερική οσφυϊκή παροχέτευση του ΕΝΥ, ως μία δοκιμασία υψηλής ακριβείας όσον αφορά στην πρόβλεψη του κλινικού αποτελέσματος μετά από κοιλιοπεριτοναϊκή παροχέτευση στους ασθενείς με ΥΦΠ. Παρόλα αυτά, σε μία πιο πρόσφατη μελέτη από τους Walchenbach και συνεργάτες, εκτιμήθηκε ότι η θετική προγνωστική αξία της ΕΟΠ ήταν υψηλή, ενώ η αρνητική χαμηλή. Δια ταύτα, πραγματοποιήσαμε μία προοπτική μελέτη με σκοπό να εκτιμήσουμε την προγνωστική αξία μιάς προσωρινής εξωτερικής οσφυικής παροχέτευσης (ΕΟΠ), η οποία ρυθμίζει την εκροή ΕΝΥ μέσω μιάς βαλβίδας μέσης πίεσης μονόδρομης ροής, σε ασθενείς με υδροκέφαλο φυσιολογικής πίεσης (ΥΦΠ). Είκοσι επτά 27 ασθενείς με ΥΦΠ εισήχθησαν στη Νευροχειρουργική Κλινική του ΠΓΝΠ και υπεβλήθησαν σε τοποθέτηση προσωρινής εξωτερικής οσφυικής παροχέτευσης (ΕΟΠ), η οποία ρυθμίζει την εκροή ΕΝΥ μέσω μιάς βαλβίδας μέσης πίεσης, για 5 ημέρες. 22 ασθενείς υπεβλήθησαν τελικά σε κοιλιοπεριτοναϊκή παροχέτευση με βαλβίδα μέσης πίεσης, βασιζόμενοι σε κλινικά και ακτινολογικά κριτήρια, ανεξαρτήτως του αποτελέσματος της ΕΟΠ. Κλινική εκτίμηση των διαταραχών της βάδισης, της ούρησης και της νόησης, όπως επίσης και ακτινολογική εκτίμηση, πραγματοποιήθηκε προ και μετά την δοκιμασία της ΕΟΠ καθώς και 3 μήνες μετά την ΚΠΠ. Είκοσι δύο 22 ασθενείς υπεβλήθησαν τελικά σε κοιλιοπεριτοναϊκή παροχέτευση και πληρούσαν τα κριτήρια για να συμπεριληφθούν τελικά στη μελέτη. Χρησιμοποιώντας ένα εγκεκριμένο σύστημα βαθμολόγησης, η συνολική βελτίωση μετά τη δοκιμασία ΕΟΠ συσχετιζόταν καλά με τη βελτίωση 3 μήνες μετά την μόνιμη ΚΠΠ. (Spearman’ s rho = 0,462, p=0,03). Όταν θεωρήσαμε κάθε βαθμό βελτίωσης ως θετική ανταπόκριση, η δοκιμασία ΕΟΠ-βαλβίδας μέσης πίεσης είχε υψηλή θετική προγνωστική αξία για κάθε μία ανεξάρτητη κλινική παράμετρο (διαταραχές της βάδισης 94%, 95% CI 71%-100%, ακράτεια στην ούρηση 100%, 95% CI 66%-100%, διαταραχές της νόησης 100%, 95% CI 66-100%), ενώ η αρνητική προγνωστική αξία ήταν χαμηλή (<50%) εκτός από τις διαταραχές της νόησης (85%, 95% CI 55%-98%). Η ανωτέρω μελέτη συμπεραίνει ότι η δοκιμασία της ΕΟΠ-βαλβίδας μέσης πίεσης, θα πρέπει να θεωρείται ένα αξιόπιστο κριτήριο για την προεγχειρητική επιλογή υδροκεφαλικών ασθενών φυσιολογικής πίεσης που βελτιώνονται κλινικά μετά την τοποθέτηση ΚΠΠ. Σε περίπτωση αρνητικής δοκιμασίας ΕΟΠ-βαλβίδας μέσης πίεσης, θα πρέπει να διενεργείται περαιτέρω διερεύνηση με επιπρόσθετες διαγνωστικές δοκιμασίες. / Although sporadic studies have described temporary external cerebrospinal fluid (CSF) lumbar drainage as a highly accurate test in predicting the outcome after ventricular shunting in normal pressure hydrocephalus (NPH) patients, a more recent study reports that the positive predictive value of external lumbar drainage (ELD) is high but the negative predictive value is deceptively low. Therefore, we conducted a prospective study in order to evaluate the predictive value of a continuous ELD, with CSF outflow controlled by medium pressure valve, in NPH patients. Twenty-seven patients with presumed NPH were admitted to our department and CSF drainage was carried out by a temporary (ELD), with CSF outflow controlled by medium pressure valve for five days. Twenty-two patients received a ventriculo¬peritoneal shunt with medium pressure valve based upon preoperative clinical and radiographic criteria of NPH, regardless of ELD outcome. Clinical evaluation of gait disturbances, urinary incontinence and mental status, and radiological evaluation with brain CT was performed prior to and after ELD test, as well as three months after shunting. Twenty-two patients were finally shunted and included in this study. In a three-month follow-up, using a previously validated score system, overall improvement after permanent shunting correlated well with improvement after ELD test (Spearman’s rho=0.462, p=0.03). When considering any degree of improvement as a positive response, ELD test yielded high positive predictive values for all individual parameters (gait disturbances 94%, 95% CI 71%-100%, urinary incontinence 100%, 95% CI 66%-100%, and mental status 100%, 95% CI 66%-100%) but negative predictive values were low (<50%) except for cognitive impairment (85%, 95% CI 55%-98%). This study suggests that a positive ELD-valve system test should be considered a reliable criterion for preoperative selection of shunt-responsive NPH patients. In case of a negative ELD-valve system test, further investigation of the presumed NPH patients with additional tests should be performed.

Si les neurosciences connaissent d’importants progrès dans l’imagerie et le génotypage, le phénotypage repose encore largement sur des échelles visuelles. Le phénotype chez l’homme repose principalement sur son style perceptivo-moteur qui donne une empreinte à la marche, la posture, l’équilibre, l’habilité des membres supérieurs, les mouvements oculaires etc. La marche, fonction complexe et fondamentale de l’être humain, implique l’ensemble du système musculo-squelettique, le système nerveux central et périphérique ainsi que les organes sensoriels. Elle est le produit d’un patron de marche automatique et inconscient modulé par le tronc cérébral, les noyaux gris centraux et par des retours sensitifs (visuels, proprioceptives, vestibulaires et épicritiques). Enfin, la marche est aussi sous contrôle volontaire. Le phénotypage quantitatif de la marche suppose la construction préalable de bases de données de signaux de marche d’un nombre élevé (centaines) de sujets et de patients. Ceci peut être mené à bien grâce à des outils de mesure simples d’utilisation et adaptés à la pratique médicale de routine. Il existe plusieurs moyens pour phénotyper la marche mais le capteur inertiel, en raison de son prix, de sa souplesse d’utilisation et de l’accès aux données brutes est un outil particulièrement adapté pour l’étude de la marche en consultation de routine. Les capteurs inertiels permettent le calcul de nombreux paramètres. L’exercice de marche de 10 m aller/retour à vitesse de confort départ arrêté donne accès aux différentes phases de la marche (initiation, croisière, demi-tour) dans des conditions de consultation de routine. Ainsi, l’objectif de ce travail est d’approcher les mécanismes d’adaptation des personnes à des perturbations à différents niveaux anatomiques des structures impliquées dans la marche. Nous abordons cette question par un phénotypage quantitatif à partir du signal de capteurs inertiels recueilli sur des patients au cours d’un exercice de marche de 10 m aller/retour en consultation clinique de routine. Nous avons étudié successivement la marche de patients atteints d’arthrose du membre inférieur comme modèle d’adaptation de la marche à la douleur, puis la marche dans la maladie de Parkinson comme modèle d’atteinte du système de la mise en place des procédures motrices, enfin, la locomotion des patients hémiparétiques à la suite d’un accident vasculaire cérébral hémisphérique comme modèle d’atteinte de la commande volontaire. Nous montrons que la douleur dans l’arthrose du membre inférieur mène à une rigidification globale de la cinématique corporelle. Cette rigidification est prépondérante sur le membre atteint. Elle traduit la perte des synergies musculaires par la mise en place de boucle-réflexe anti-douleur. Nous démontrons que ces modifications sont corrélées à la sévérité clinique de l’arthrose. Pour analyser la régularité de la marche dans la maladie de Parkinson indépendamment des variabilités inter-individuelles du patron de marche nous avons développé un outil de visualisation de l’exercice de marche. La maladie de Parkinson affecte en particulier la régularité de la marche. Notre travail apporte la preuve que cette irrégularité est corrélée à la sévérité des symptômes chez les patients atteints de la maladie de Parkinson. Nous montrons enfin qu’une lésion du cortex dans l’accident vasculaire hémisphérique provoque un changement de stratégie dans le demi-tour. Comme d’autres, nous faisons l’hypothèse que les stratégies de demi-tours sont en partie stockées dans le cortex frontal et que les hémisphères droit et gauche ne jouent pas un rôle symétrique. Nous montrons que le choix de stratégie de demi-tour est corrélé avec la survenue de chutes à 6 mois et pourrait constituer un nouvel élément pour orienter la rééducation. (...) / In the field of neurosciences, significant improvement has been made in the last decades in imaging and genotyping. However, phenotyping remains stagnant at the state of visual observation or visual grading scales. The human phenotype is made up of locomotion (gait, posture and displacement of daily living), upper-limb fine and rough movements, eye movements, language, cognition and complex social behaviors. Gait is a central function in humans, implying volitional, emotional and automatic processes. It involves the whole musculoskeletal system as well as the central and the peripheral nervous system including sensory organs. Building a gait phenotyping system implies setting up a database of gait signals of many (hundreds) of subjects and patients. This goal can be achieved with user-friendly devices deployed in routine medical practice. For instance, inertial measurement units (IMUs) are a valid tool to measure spatio-temporal gait parameters and are adapted to routine medical use. The 10-meter walking test forward and back at self-selected walking speed is adapted to routine testing at the doctor’s office. It allows for measuring gait initiation, gait cruise, gait termination and a 180° turn. In that context, beyond technical challenges, the aim of this work was to address the question How does the central nervous system adapt to an external alteration on various levels in the command chain of gait? To answer this question, we studied sequentially the IMU signal of gait spatio-temporal kinematics in lower-limb osteoarthritis as a model of gait affected by pain, in Parkinson disease as a model of a lesion of the central nervous system muscle tone regulator and finally, in post-hemispheric stroke as a model of lesions of brain structures responsible for volitional locomotion. Secondary clinical questions were How can the severity of a disease be objectively graded with gait kinematics? and How can locomotion kinematics participate in the fall risk prediction in frail populations? In osteoarthritis, we showed that pain in lower-limb osteoarthritis led to a global stiffness of the body during locomotion. This stiffness was preponderant on the affected limbs and led to the loss of muscular synergies by the establishment of anti-pain reflexes as a reaction to pain. This change was correlated with the severity of lower-limb osteoarthritis. In Parkinson disease, to analyze gait regularity independently from inter-individual gait signature, we constructed a novel gait visualization tool and show that a lesion of the muscle tone regulator in Parkinson disease affects gait regularity. This regularity was associated with disease symptoms. Finally, in stroke, we showed that a lesion in the cortex implied a change in the 180° turning stepping, a volitional task. In line with other authors, we hypothesized that locomotion patterns could be generated in the frontal cortex and that the right and left frontal cortex did not have a symmetric role. We showed specific stepping patterns associated more with risk of fall, which could constitute a new argument to orientate rehabilitation. Altogether then, this work suggests that simple measuring hardware (here IMUs), with appropriate signal processing, allowed for decomposing and quantifying complex behavioral tasks (here locomotion) in daily hospital settings.