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, durante o procedimento cirúrgico. Muitos sistemas desenvolvidos para neurocirurgia guiada por imagem, empregam imagens pré-operatórias para fornecer orientação ao cirurgião, durante o procedimento cirúrgico. Seguindo um procedimento de calibração, a posição tridimensional e orientação dos instrumentos cirúrgicos podem ser transmitidas 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 procedimento. Contudo, quando ocorre a craniotomia, o movimento dos tecidos do cérebro pode ser fonte significativa de erro nestes sistemas. A arquitetura implementada neste trabalho visa o desenvolvimento de um sistema que permite planejamento e orientação cirúrgica. Para orientação cirúrgica foi desenvolvido um software que permite extrair fatias do volume de imagens de ressonância magnética (IRM), com orientação fornecida por um transdutor de posição magnético (Polhemus®). As fatias extraídas serão, futuramente, correlacionadas com imagens de ultra-som (IUS) intra-operatórias para detectar e corrigir a deformação do tecido cerebral durante a cirurgia. A ferramenta para navegação pré-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). Os resultados mostraram que o programa de planejamento pré-cirúrgico, gerou uma alta resolução na visualização dos planos ortogonais e oblíquos das IRM, além de ser rápido e interativo. O programa de extrair fatias do volume de IRM permitiu a aplicação de transformações ao volume, com base nos valores de coordenadas fornecidos pelo transdutor de posição. / 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 surgical procedure. Many image guided neurosurgery implementations employ pre-operative images as a guide to the surgeons throughout surgical procedure. Following a calibration procedure, three-dimensional position and orientation of surgical instruments may be transmitted to computer. The spatial information is used to access an interest region, in the pre-operative images, displaying them to the neurosurgeon during the surgical procedure. However, when a craniotomy is involved, movements of brain tissue can be a significant source of error in these systems. The architecture implemented in this work intends the development of a system to surgical planning and orientation. For surgical orientation, 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®). In the future, the extracted slices will be correlated with intra-operative ultrasound images to detect and to correct the deformation of brain tissue during the surgery. Also, a tool for pre-operative navigation was developed, providing three orthogonal planes through the image volume. In the methodology used for the software implementation, the Python programming language and the Visualization Toolkit (VTK) graphics library were used. The results showed that the program of pre-operative navigation had high resolution in the visualization of orthogonal and oblique MRI planes. Furthermore, it was fast and interactive. The program to extract slices of the MRI volume allowed the application of transformations in the volume, using coordinates supplied by the position sensor.

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, durante o procedimento cirúrgico. Muitos sistemas desenvolvidos para neurocirurgia guiada por imagem, empregam imagens pré-operatórias para fornecer orientação ao cirurgião, durante o procedimento cirúrgico. Seguindo um procedimento de calibração, a posição tridimensional e orientação dos instrumentos cirúrgicos podem ser transmitidas 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 procedimento. Contudo, quando ocorre a craniotomia, o movimento dos tecidos do cérebro pode ser fonte significativa de erro nestes sistemas. A arquitetura implementada neste trabalho visa o desenvolvimento de um sistema que permite planejamento e orientação cirúrgica. Para orientação cirúrgica foi desenvolvido um software que permite extrair fatias do volume de imagens de ressonância magnética (IRM), com orientação fornecida por um transdutor de posição magnético (Polhemus®). As fatias extraídas serão, futuramente, correlacionadas com imagens de ultra-som (IUS) intra-operatórias para detectar e corrigir a deformação do tecido cerebral durante a cirurgia. A ferramenta para navegação pré-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). Os resultados mostraram que o programa de planejamento pré-cirúrgico, gerou uma alta resolução na visualização dos planos ortogonais e oblíquos das IRM, além de ser rápido e interativo. O programa de extrair fatias do volume de IRM permitiu a aplicação de transformações ao volume, com base nos valores de coordenadas fornecidos pelo transdutor de posição. / 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 surgical procedure. Many image guided neurosurgery implementations employ pre-operative images as a guide to the surgeons throughout surgical procedure. Following a calibration procedure, three-dimensional position and orientation of surgical instruments may be transmitted to computer. The spatial information is used to access an interest region, in the pre-operative images, displaying them to the neurosurgeon during the surgical procedure. However, when a craniotomy is involved, movements of brain tissue can be a significant source of error in these systems. The architecture implemented in this work intends the development of a system to surgical planning and orientation. For surgical orientation, 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®). In the future, the extracted slices will be correlated with intra-operative ultrasound images to detect and to correct the deformation of brain tissue during the surgery. Also, a tool for pre-operative navigation was developed, providing three orthogonal planes through the image volume. In the methodology used for the software implementation, the Python programming language and the Visualization Toolkit (VTK) graphics library were used. The results showed that the program of pre-operative navigation had high resolution in the visualization of orthogonal and oblique MRI planes. Furthermore, it was fast and interactive. The program to extract slices of the MRI volume allowed the application of transformations in the volume, using coordinates supplied by the position sensor.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RODRIGO FREITAS LIMA.pdf: 13768169 bytes, checksum: 153d5257eed9a0961aaeaac94e224f89 (MD5) Previous issue date: 2015-08-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Paranasal sinus are important objects of study to rhinosinusitis diagnostic, having some papers related incidence between asthma and allergic rhinitis.Many applications can calculate to various parts of the human body, getting a CT scan or MRI input, and returning information about the region of interest observed as volume and area. The accumulated mucus in the sinuses is one of the areas of interest that have not yet been implemented methods for the calculation of volume and area. In the present scenario, the patient monitoring is done visually, depending largely on perception of the evaluator. Therefore, we seek to implement more accurate metrics to facilitate medical care to the patient and it can help prevent the worsening of rhinitis in a given patient, developing mechanisms of visual and numerical comparison, where it is possible observe the progress of treatment. This work contains a detailed study of how certain existing techniques, combined into one methodology can segment and calculate the accumulated mucus in the maxillary sinus. In addition to techniques such as Thresholding, Gaussian filter, Mathematical Morphology, Metallic Artifacts Reduction during processing and segmentation, MUNC and DTA to calculate the volume and area, and visualization techniques as the Marching Cubes, it was also necessary some adjustments in the algorithm for limit the region of interest where the thresholding combined with the gaussian filter has not been effective of retaining edges. The application will use two open source platforms, one for processing, ITK, and another for visualization, VTK. The results demonstrated that it is possible to perform segmentation and the calculation with the use of platforms as well as the methodology used is adequate to solve this problem. / Os seios paranasais são importantes objetos de estudo para o diagnóstico de rinossinusites, tendo alguns estudos relacionado a incidência de asma na fase adulta a quadros de rinite alérgica na infância. Muitas aplicações atendem a diversas partes do corpo humano, obtendo de entrada uma tomografia computadorizada ou ressonância magnética, e devolvendo, muitas vezes, números que dizem respeito ao objeto de interesse observado, como volume e área. O muco acumulado nos seios paranasais é uma das regiões de interesse que ainda não tiveram métodos implementados para o cálculo do volume e área. No cenário atual, o acompanhamento do paciente é feito de forma visual, dependendo muito da percepção do avaliador. Portanto, busca-se a implementação de métricas mais precisas para facilitar o acompanhamento médico ao paciente e ajudar na prevenção do agravamento de um quadro de rinite em um determinado paciente, criando mecanismos de comparação visual e numérica, onde é possível observar a evolução do tratamento. Este trabalho contém um estudo detalhado de como determinadas técnicas existentes, combinadas em uma metodologia, podem segmentar e calcular o muco acumulado nos seios paranasais maxilares. Além de técnicas como a Binarizacão, Filtro Gaussiano, Morfologia Matemática, Redução de Ruídos Metálico durante o processamento e segmentação, MUNC e DTA para o cálculo do volume e área, e técnicas de visualização como o Marching Cubes, foram necessários também ajustes no algoritmo para limitar a área segmentada onde a binarizacão combinada ao filtro não foi capaz de manter as bordas da região de interesse. A aplicação fará uso de duas plataformas de código livre, sendo uma para o processamento, ITK, e outra para visualização de imagens, VTK. Os resultados demonstraram que é possível realizar a segmentação e o cálculo com o uso das plataformas, bem como a metodologia empregada é adequada a resolução deste problema.