Sistema de visão para apoio à cirurgia ortopédica de trocleoplastia

Dissertação de Mestrado (Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau de Mestre em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores)As cirurgias obrigam os médicos-cirurgiões a um trabalho minucioso que muitas vezes depende da sua experiência e visão sobre as mesmas. Melhores resultados poderiam ser obtidos se estes profissionais fossem apoiados por sistemas de visão ou por sistemas robóticos. Este projeto debruça-se sobre a primeira vertente, numa preparação antes da cirurgia, isto é, fornecendo ao médico uma perspetiva de um plano pré-operatório. Uma cirurgia requer um estudo sobre o paciente que vai ser sujeito à mesma, de forma a produzir-se um planeamento cirúrgico. Este é feito através de imagiologia, isto é, através de Raios-X, tomografias computorizadas (TC’s) e ressonâncias magnéticas (RM’s) da pessoa a operar. A preparação baseia-se no cálculo de medidas e ângulos da anatomia humana que são necessários conhecer e estudar face ao problema de que a pessoa padece. Atualmente, estas medições são feitas pelos cirurgiões em sistemas de imagiologia digital, e, portanto, o planeamento fica dependente da experiência e perícia do cirurgião, através de métodos de “tentativa-erro” durante a operação. Como tal, seria interessante providenciar ao médico uma ferramenta, que de alguma forma, tornasse mais preciso o planeamento cirúrgico, idealmente até fornecendo um guia de corte. Este projeto endereça a trocleoplastia. A trocleoplastia é uma cirurgia ortopédica que consiste no corte da tróclea – parte distal do fémur – ou seja, num aprofundamento da mesma com o objetivo de estabilizar a junta patelo-femoral. Dado que esta cirurgia é feita “a olho” pelo médico é necessário fornecer um guia de corte da tróclea. A força motivacional para este projeto surge da necessidade de retirar a carga e a pressão a que os cirurgiões estão sujeitos. Já existe software de apoio à cirurgia num plano pré-operatório como o OrthoView ou o PreOperativePlan, no entanto não referem a trocleoplastia. De forma a se obter uma boa correção óssea, um sistema de imagens a três dimensões é necessário. Numa perspetiva geral, pretende-se desenvolver um guia de corte para a trocleoplastia previamente personalizado e de acordo com as características anatómicas do doente. No entanto, para alcançar esse objetivo, a conceção de uma correção deve ter como objetivo a normalidade anatómica do joelho, isto é, realizar uma correção de modo a que o joelho fique com as características o mais parecidas possível da população geral (sem instabilidade patelar). Assim sendo, o objetivo global deste trabalho é o desenvolvimento de uma aplicação informática que faculte ao cirurgião uma visão pré-operatória das cirurgias a três dimensões. Para tal, o software deverá também fazer o cálculo das medidas e ângulos necessários da anatomia humana, bem como verificar as relações patelo-femorais que são necessárias conhecer. Serão feitos testes aos cálculos efetuados pelo software, comparando-os com os cálculos feitos pelos radiologistas. Com base nos pontos anteriores e com a ajuda da literatura é simulado um corte do osso. Será necessário fazer um levantamento exaustivo do tipo de indicações usadas pelos cirurgiões para proceder ao corte, e transformá-las em regras que possam ser usadas no planeamento. O planeamento do corte e a possível geração dos guias de cortes fornecidos pelo programa serão também discutidos com os cirurgiões. É simulado o corte e apresentado o volume a três dimensões da nova forma da tróclea após a correção.Surgery force the surgeons to a detailed work which often depends on his experience and insight into it. Best results may be obtained if these professionals are supported by imaging systems or robotic systems. This project deals with the first one, in a preparation before surgery, providing to the doctor a perspective by a pre-operative plan. Surgery requires a study on the patient who will be subject, so as to produce a surgical planning. This is done through image, through xrays, computed tomographys (CT) and magnetic resonances (MRI). This preparation is based on calculation of measurements and angles of the human anatomy that are required to study to address the problem that the person suffers. Currently, these measurements are made by surgeons in digital imaging systems, and therefore planning is dependent on the surgeon's experience and skill, using methods of "trial and error" during surgery. So it would be interesting to provide to surgeon a tool which somehow become more accurate the surgical planning, ideally by providing a cutting guide. This project addresses the trochleoplasty. The trochleoplasty is an orthopaedic surgery which consists in cutting the trochlea - distal part of the femur - deepening it, in order to stabilize the patellofemoral joint. It is required to provide to the doctor a cutting guide of the trochlea. The motivating force for this research comes from the need to remove the pressure at which surgeons are subject. There are already some pre-operative plannning surgery supporting softwares as OrthoView or PreOperativePlan, however it not refer trochleoplasty. In order to obtain a good bone repair a three dimensional imaging system is required. In a general perspective, it is intend to develop a previously customized cutting guide according to the anatomical characteristics of the patient. However, to achieve this objective, the design of a correction should aim to an anatomically normal knee, to perform a correction that approaches the characteristics as much as possible as the general population (without patellar instability). Thus, the overall objective of this work is to develop a software application that provides to the surgeon a preoperative and post-operative vision of surgery in three dimensions. Software should also make the calculation of the necessary measures and angles of the human anatomy, as well as check the patella-femoral relations that are necessary to know. Tests will be done to calculations made by software, comparing them to the calculations made by radiologists. Based on the above and with the aid of literature a bone cutting is simulated. This will need to do a comprehensive survey of the type of information used by surgeons to make the cut, and turn them into rules that can be used in planning. The cutting planning and the possible generation of guiding cuts provided by the program will also be discussed with surgeons. The cut is simulated and the three dimensional volume of the new form of the trochlea after correction is presented