Autocalibrage de séquences d'images thoracoscopiques

Le développement considérable des techniques d'imagerie vidéo a permis d'explorer de nouvelles techniques de chirurgie dans le domaine médical et notamment celles de chirurgies minimalement invasives. La chirurgie minimalement invasive (sans pratiquer de larges incisions) permet de réduire les risques opératoires pour le patient puisque les instruments et la caméra sont introduits à travers de petites incisions. La caméra sert à visualiser le champ opératoire afin de guider l'intervention du chirurgien. Cependant, le chirurgien perd alors toute notion de contexte et de profondeur lors d'une opération, sa vision étant limitée à une séquence d'images 2D acquises par la caméra. C'est pourquoi un système d'assistance chirurgical pourrait faciliter ce type d'interventions. Des systèmes de navigation 3D sont en cours de développement pour assister le chirurgien dans les domaines de cardiologie et de neurochirurgie. Cependant, la plupart des systèmes de navigation 3D à la chirurgie de la colonne vertébrale sont destinés pour l'assistance des chirurgies classiques nécessitant de grandes ouvertures. De plus, ces systèmes requièrent un ensemble de marqueurs fixés sur les vertèbres afin de recaler un modèle 3D pré-opératoire avec des images per-opératoires. La procédure de fixation des marqueurs est non seulement invasive, compliquant davantage le protocole chirurgical, mais aussi ne peut pas être pratiquée lors d'une chirurgie minimalement invasive. Le but ultime de notre projet est de proposer un système d'assistance des chirurgies minimalement invasive de la colonne vertébrale reposant exclusivement sur l'information contenue dans la séquence d'images acquises par une caméra endoscopique insérée dans le thorax du patient à travers une petite incision.

Abstract

The considerable expansion of video imaging techniques in recent years has opened the way toward exploring new surgical techniques in the medical field including minimally invasive surgery approaches. Minimally invasive surgery reduces the risk of an operation for the patient because the instruments and camera are inserted through small incisions. The camera is used to view the operative field to guide the surgeon's intervention. However, the surgeon loses the notion of depth during such an operation, his vision being limited to a sequence of 2D images acquired by the camera. Therefore, a surgical assistance system could facilitate this type of intervention. 3D navigation systems are currently being developed to assist the surgeon in the fields of cardiology and neurosurgery. However, most 3D navigation systems for spine surgery are designed to assist conventional surgeries requiring large openings. In addition, these systems require a set of markers attached to the vertebrae to register a pre-operative 3D model with peroperative images. The procedure for setting the markers is not only invasive and thus complicates the surgical protocol but cannot be performed in a minimally invasive surgery. Therefore, the ultimate goal of our project is to provide a framework for assisting minimally invasive surgeries of the spine, based solely on information contained in the sequence of peroperative images acquired by an endoscopic camera inserted into the patient's chest through a small incision . Our goal is thus to develop a self-autocalibration method for a sequence of thoracoscopic images acquired during a minimally invasive surgery of the spine. This will allow us to readjust a 3D pre-operative patient spine model to the images of the sequence in real time as the surgeon performs the operation. The thoracoscopic images will be repositioned in 3D space to allow the surgeon to move around the 3D model and thus facilitate the operation.