Model algorytmiczny komputerowego systemu nawigacyjnego do wspomagania zabiegów igłowej biopsji przezoskrzelowej metodą wirtualnej bronchoskopii.

• Autorzy: Zieliński T. , Duplaga M. , Bułat J. , Duda K. , Socha M. , Turcza P.

Warianty tytułu

EN

Algorithmic Model of Computer Navigation System Assisting Transbronchial Needle-Aspiration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono opracowany model algorytmiczny systemu do wspomagania pozycjonowania końcówki bronchofiberoskopu, względem organów anatomicznych człowieka, podczas zabiegu igłowej, przezoskrzelowej biopsji aspiracyjnej. Jego zadaniem jest ułatwienie lekarzowi pobrania do analizy próbki tkanek konkretnego, zbyt dużego węzła chłonnego (znalezionego metodą tomografii komputerowej), drogą jego nakłucia od strony wnętrza drzewa oskrzelowego. Podstawą działania systemu jest dopasowywanie do siebie dwóch obrazów: rzeczywistego, pochodzącego z kamery endoskopowej bronchofiberoskopu, oraz wirtualnego, syntezowanego na podstawie danych tomograficznych pacjenta. W artykule opisano poszczególne bloki składowe algorytmu nawigacji oraz przeprowadzono dyskusję nad możliwością jego implementacji w czasie rzeczywistym.

EN

In the paper developed algorithmic model of a computer system for bronchofiberoscope positioning (in respect to human body organs) during transbronchial needle-aspiration biopsy is described. Its goal is to help a doctor to take a probe of a pathologically enlarged lesion (found during computed tomography examination) by means of needle aspiration performed from bronchial tree interior. The system exploits an idea of registration of two images: the real one, coming from endoscope camera, and, the virtual one, synthesized on the base of computed tomography data. Main building blocks of the navigation algorithm are presented and possibility of its future real-time implementation is discussed.

Słowa kluczowe

PL

pulmonologia; pozycjonowanie bronchofiberoskopu; wirtualna bronchoskopia; dopasowywanie obrazów; estymacja ruchu

EN

pulmonology; transbronchial needle-aspiration biopsy; bronchofiberoscope positioning; virtual bronchoscopy; motion estimation

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 53, nr 3
• Strony: 87--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zieliński T.

autor

Duplaga M.

autor

Bułat J.

autor

Duda K.

autor

Socha M.

autor

Turcza P.

• Katedra Metrologii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków,

Bibliografia

• [1] Bartz, D.: Virtual Endoscopy in Research and Clinical Practice; Eurographics - Computer Graphics forum, vol. 24 (2005), nr 1, str. 111-126.
• [2] Watt, A. H.: 3D Computer Graphics, Addison-Wesley & Pearson Education Ltd, Wydanie 3, 2000.
• [3] Program IX Konferencji Medical Imaging and Computer Assisted Interventions, http://www.miccai2006.dk/.
• [4] Bricault, I., Ferretti, G., Cinquin, P.: Registration of Real and CT-Derived Virtual Bronchoscopic Images to Assist Transbronchial Biopsy; IEEE Trans. on Medical Imaging, vol. 17 (Oct 1998), nr 5, str. 703-714.
• [5] Mori, K., Deguchi, D., Sugiyama, J., et al.: Tracking of a Bronchoscope Using Epipolar Geometry Analysis and Intensity-Based Image Registration of Real and Virtual Endoscopic Images; Medical Image Analysis, vol. 6 (2002), nr 3, str. 321-336.
• [6] Sherbondy, A. J., Kiraly, A. P., et al.: Virtual Bronchoscopic Approach for Combining 3D CT and Endoscopic Wideo; Medical Imaging 2000, Proc. SPIE, vol. 3978 (2000).
• [7] Helferty, J. P., Higgins, W. E.: Technique for Registering 3D Virtual CT Images to Endoscopic Video; Proc. IEEE Int. Conf. Image Process., Thessaloniki 2001, str. 893-896.
• [8] Helferty, J. P., Higgins, W. E.: Combined Endoscopic Video Tracking and Virtual 3D CT Registration for Surgical Guidance; Proc. IEEE ICIP, Rochester 2002, str. 11-961-964.
• [9] Wilson, S., Lovell, B., Chang, A., Masters, B.: Visual Odometry for Quantitative Bronchoscopy Using Optical Flow; Australian Pattern Recognition Society Workshop on Digital Image Computing: Pattern Recognition and Imaging for Medical Applications, Brisbane 2005 (http://wdic2005.aprs.org.au/CDROM/papers/26.pdf).
• [10] Nagao, J., Mori, K., et al.: Fast and Accurate Bronchoscope Tracking Usin g Image registration and Motion Prediction; Proc. LNCS, vol. 3217 (2004), str. 551-558.
• [11] Deligianni, F., Chung, A., Yang, G.-Z.: Predictive Camera Tracking for Bronchoscope Simulation with CONDensation; Conf. MICCAI-2005, Proc. LNCS, vol. 3749 (2005), str. 910-916.
• [12] Deligianni, F., Chung, A., Yang, G.-Z.: pq-Space Based 2d/3D Registration for Endoscope Tracking; Conf. MICCAI-2003, Proc. LNCS, vol. 2878, str. 311-318, 2003.
• [13] Solomon, S. B., White, P., Wiener, C. M., Orens, J. B., Wang, K. - P.: Three-dimensional CT-Guided Bronchoscopy With. a Real-Time Electromagnetic Position Sensor; CHEST, vol. 118 (2000). or 6, str. 1783-1787.
• [14] Chung, A. J., Edwards, P. J., Deligianni, F., Yang, G. - Z.: Freehand Cocalibration of Optical and Electromagnetic Trackers for Navigated Bronchoscopy; Conf. MIAR-2004, Proc. LNCS, vol. 3150 (2004), str. 320-328.
• [15] Mori, K., Deguchi, D., Akiyama, K., et al.: Hybrid Bronchoscope Tracking Using a Magnetic Tracking Sensor and Image Registration; Conf. MICCAI, Proc. LNCS, vol. 3749 (2005), str. 543-550.
• [16] The Visualization Toolkit VTK, http://www.vtk.org/
• [17] Tian, T. Y., Tomasi, C., Heeger, D. J.: Comparison of Approaches to Egomotion Computations; IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition, 1996, str. 315-320.
• [18] Hartley, R. I., Zisserman, A.: Multiple View Geometry in Computer Vision; Cambridge University Press, 2000.
• [19] Mariottini, G. L, Prattichizzo, D.: The Epipolar Geometry Toolbox: Multiple View Geometry and Visual Servoin g for MATLAB; IEEE Robotics and Automation Magazine, vol. 3, nr 12, Dec 2005 (http://egt.dii.unisi.it/).
• [20] Bernard, C.: Discrete Wavelet Analysis for Fast Optic Flow Computation; Applied and Computational Harmonic Analysis, vol. 11 (2001), nr 1, str. 32-63.
• [21] Daniilidis, K.: Fixation simplifies 3D Motion Estimation", Computer Vision and Image Understanding, vol. 68 (1997), nr 2, str. 158-169.
• [22] Duplaga, M., Turcza, P.: Możliwości wykorzystania zaawansowanych metod wizualizacji w interwencyjnej pulmonologii; V Sympozjum Modelowanie i Pomiary w Medycynie, Krynica Górska 2004, str. 19-24.
• [23] Socha, M., Duplaga, M., Turcza, P., Zieliński, T.: Oprogramowanie wspomagające zabieg transbronchialnej igłowej biopsji aspiracyjnej metod wirtualnej hronchoskopii", VII Sympozjum Modelowanie i Pomiary w Medycynie, Krynica Górska 2005, str. 115-122.
• [24] Socha, M., Duplaga, M., Turcza, P.: Methods of bronchial tree reconstruction and camera distortions correction for virtual endoscopic environments; Studies in Health Technology and Informatics, Proc. IOS Press, vol. 105 (2004), pp. 285-295.
• [25] Socha, M., Duda, K., Zieliński, T., Duplaga, M.: Algorytmiczna korekcja zniekształceń geometrycznych kamery bronchoskopu, Sympozjum Modelowanie i Symulacja Systemów Pomiarowych, Krynica Górska 2005, str. 219-228.
• [26] Zieliński, T., Bułat, J., Socha, M., Duplaga, M.: Estymacja parametrów ruchu kamery bronchofiberoskopu metod geometrii epipolarnej i przepływu optycznego z wykorzystaniem szybkiej zespolonej transformacji falkowej, Pomiary, Automatyka, Kontrola, nr 5 bis, 2006, str. 127-132.
• [27] Twardowski, T., Zieliński, T., Duda, K., Socha, M., Duplaga, M.: Fast estimation of broncho-fiberoscope egomotion for CT-guided transbronchial biopsy; IEEE Int. Conference on Image Processing ICIP-2006, Atlanta 2006, str. 1189-1192.
• [28] Duda, K., Duplaga, M.: Automatyczna generacja ścieżki nawigacji w drzewie oskrzelowym; Pomiary, Automatyka, Kontrola, nr 5 bis, 2006, str. 115-118.
• [29] Turcza, P., Duplaga, M.: Navigation systems based on registration of endoscopic and CT-derived virtual images for bronchofiberoscopic procedures; Studies in Health Technology and Informatics, Proc. IOS Press, vol. 105 (2004), str. 253-263.
• [30] Turcza, P., Duplaga, M.: Navigation system based on multiresolution image registration for bronchofiberoscopic procedures, Int. Conference CARS-2005: Computer Assisted Radiolo gy and Surgery, Berlin 2005, str. 1323.
• [31] Turcza, P.: Multiscale optimization strategy in image registration based navigation system for bronchofiberoscopic procedures; 14-th IMEKO Symposium on New technologies in Measurement and Instrumentation, Gdynia/Jurata 2005, str. 297-301.
• [32] Turcza, P.: Navigation system for bronchofiberoscopic procedures based on image registration with scale adaptive image similarity measure; European Signal Processing Conference EUSIPCO-2005, Antalya (Turcja) 2005, CD-ROM.
• [33] Twardowski, T., Duda, K., Socha, M., Turcza, P., Zieliński, T. P., Duplaga, M.: Estymacja ruchu bronchoskopu na podstawie sekwencji obrazów - analiza dokładności algorytmu; Pomiary, Automatyka, Kontrola, nr 5 bis, 2006, str. 119-125.
• [34] Duda, K., Zieliński, T., Socha, M., Twardowski, T., Duplaga, M.: Navi gation in Bronchial Tree Based on Motion Estimation and Mutual Information, Int. Conf. on Signals and Electronic Systems, LOcIZ 2006, str. 683-686.
• [35] Bułat, J., Duda, K., Skalski, A., Socha, M., Turcza, P., Twardowski, T., Zieliński, T., Duplaga, M.: Image and Video Processing Tasks In PAK 3/2007 Computer Aided Medical Interventions on the Example of Transbronchial Biopsy; XI Symposium AES "New Trends in Audio and Video", Rozprawy Naukowe nr 134, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej 2006, str. 91-119.
• [36] Skalski, A.: Wybrane zagadnienia segmentacji węzłów chłonnych okolicy drzewa oskrzelowego w danych z tomografii komputerowej: Pomiary, Automatyka, Kontrola, nr 5 str. 2006, str. 133-138.
• [37] Skalski, A, Socha, M., Zieliński, T.: The 3D watershed segmentation of CT medical data supported by statistical data analysis; Int. Conf. On Signals and Electronic Systems, Lódź 2006, str. 301-304.
• [38] Wiatr, K.: Akceleracja obliczeń w systemach wizyjnych; WNT, Warszawa 2003.
• [39] Matrox Imaging, http://www.matrox.com/imaging/products/vision_processors.cfm
• [40] Intel (Cluster) Math Kernel Library for Linux and Windows, http://www.intel.com/software/products/mk1
• [41] Dongarra, J.: Basic Linear Algebra Subprograms Technical Forum Standard; Int. Journal on Hi gh Performance Applications and Supercomputing, vol. 15 (2002), nr 1, str. 1-111, nr 2, str. 115-199.