Pose Estimation using a C-Arm Fluoroscope

Os métodos clínicos que são realizados com recurso a tecnologias de imagiologia têm registado um aumento de popularidade nas últimas duas décadas. Os procedimentos tradicionais usados em cirurgia têm sido substituídos por métodos minimamente invasivos de forma a conseguir diminuir os custos associados e aperfeiçoar factores relacionados com a produtividade. Procedimentos clínicos modernos como a broncoscopia e a cardiologia são caracterizados por se focarem na minimização de acções invasivas, com os arcos em ‘C’ a adoptarem um papel relevante nesta área. Apesar de o arco em ‘C’ ser uma tecnologia amplamente utilizada no auxílio da navegação em intervenções minimamente invasivas, este falha na qualidade da informação fornecida ao cirurgião. A informação obtida em duas dimensões não é suficiente para proporcionar uma compreensão total da localização tridimensional da região de interesse, revelando-se como uma tarefa essencial o estabelecimento de um método que permita a aquisição de informação tridimensional. O primeiro passo para alcançar este objectivo foi dado ao definir um método que permite a estimativa da posição e orientação de um objecto em relação ao arco em ‘C’. De forma a realizar os testes com o arco em ‘C’, a geometria deste teve que ser inicialmente definida e a calibração do sistema feita. O trabalho desenvolvido e apresentado nesta tese foca-se num método que provou ser suficientemente sustentável e eficiente para se estabelecer como um ponto de partida no caminho para alcançar o objectivo principal: o desenvolvimento de uma técnica que permita o aperfeiçoamento da qualidade da informação adquirida com o arco em ‘C’ durante uma intervenção clínica.

Clinical methods that are performed using image-related technologies, image-guided procedures, have been registering an increase of popularity in the last two decades. Traditional surgical methods have been replaced by minimally invasive methods in order to achieve a decrease in the overall costs and enhance productivity related aspects. Modern medical procedures such as bronchoscopy and cardiology are characterized by a focus on the minimization of invasive actions, with C-arm X-ray imaging devices having an important role in the field. Although C-arm fluoroscope systems are a widely used technology to aid navigation in minimally invasive interventional events, they often lack on the information quality provided to the surgeon. The two-dimensional information that is obtained is not enough to provide full knowledge on the three-dimensional location of the region of interest, being the establishment of a method that is able to offer three- -dimensional information an essential task to be done. A first step towards the accomplishment of this goal was took by defining a method that allows the estimation of the position and orientation (pose) of one object regarding the C-arm system. In order to run this tests with a C-arm system, its geometry had to be initially defined and the calibration of the system done. The work developed and presented on this thesis focus on a method that proved itself to be sustainable and efficient enough to provide a solid basis to reach the main goal: the achievement of a technique that allows the improvement of the acquired information with a C-arm system during an intervention.