Lo mejor de ambos mundos: un método híbrido para el seguimiento de transductores de ultrasonido laparoscópicos

Imágenes fijas multimedia que muestran los resultados del seguimiento ArUco (verde), el seguimiento EM corregido con el algoritmo 2 (amarillo) y el seguimiento EM original (rojo) . Crédito: Liu, Plishker y Shekhar, doi 10.1117/1.JMI.8.1.015001

La cirugía laparoscópica, una alternativa menos invasiva a la cirugía abierta convencional, consiste en insertar tubos delgados con una cámara diminuta e instrumentos quirúrgicos en el abdomen. Para visualizar objetivos quirúrgicos específicos, se utilizan imágenes de ultrasonido junto con la cirugía. Sin embargo, las imágenes de ultrasonido se ven en una pantalla separada, lo que requiere que el cirujano combine mentalmente los datos de la cámara y el ultrasonido.

Los métodos modernos basados en la realidad aumentada (AR) han superado este problema al incorporar imágenes de ultrasonido en el video tomado por la cámara laparoscópica. Estos métodos AR asignan con precisión las coordenadas de los datos de ultrasonido a las coordenadas de las imágenes vistas a través de la cámara. Aunque el proceso es matemáticamente sencillo, solo se puede realizar si el sistema de coordenadas de la cámara conoce la pose (posición y orientación) de la sonda de ultrasonido (transductor). Esto ha demostrado ser un desafío, a pesar de muchas estrategias para rastrear el transductor laparoscópico. El seguimiento basado en hardware mediante la conexión de sensores electromagnéticos (EM) a la sonda es un enfoque factible, pero es propenso a errores debido a las limitaciones de calibración y hardware. Los sistemas de visión de cámara (CV) también se pueden utilizar para procesar las imágenes adquiridas por la cámara y determinar la pose de la sonda. Sin embargo, debido a que dependen completamente de los datos de la cámara, tales métodos fallan si la sonda está desenfocada o si la vista de la cámara está ocluida. Por lo tanto, tales sistemas de CV aún no están listos para entornos clínicos.

Con este fin, en un estudio reciente publicado en el Journal of Medical Imaging, un equipo de científicos de EE. UU. ideó una solución creativa. . En lugar de confiar completamente en el seguimiento basado en hardware o CV, proponen un enfoque híbrido que combina ambos métodos. Michael Miga, editor asociado de la revista, explica: «En el contexto de las imágenes intervencionistas con ultrasonido laparoscópico, el seguimiento de la sonda de ultrasonido flexible para la correlación con las imágenes preoperatorias es una tarea desafiante. El equipo dirigido por el Dr. Shekhar ha demostrado una capacidad de seguimiento impresionante. con el enfoque híbrido propuesto; este tipo de capacidades serán necesarias para avanzar en el campo de la cirugía guiada por imágenes».

Para empezar, el equipo diseñó e imprimió en 3D un soporte de seguimiento personalizado para ser colocado en la punta del transductor. Esta montura contenía un sensor para el seguimiento basado en EM y varias superficies planas en las que se pueden colocar marcadores en blanco y negro para el seguimiento basado en CV. Estos marcadores, que se asemejan a los códigos QR, se detectan en las imágenes grabadas por la cámara utilizando un algoritmo AR de código abierto llamado ArUco. Una vez que se detectaban dos o más marcadores en un marco, los científicos podían calcular de inmediato la posición del transductor.

Debido a que el seguimiento basado en CV es más preciso que el basado en EM, el sistema utiliza de forma predeterminada el primero para seguir el transductor. Y cuando los marcadores son indetectables en un marco, el sistema cambia de forma adaptativa al seguimiento basado en EM. Además, para mejorar su enfoque más allá de la simple combinación de ambas técnicas, los científicos desarrollaron un algoritmo que puede realizar correcciones a los resultados de seguimiento basados en EM basados en cuadros de cámara anteriores. Esto reduce en gran medida los errores asociados con el sensor EM, especialmente aquellos debidos a las rotaciones de la sonda laparoscópica.

El equipo demostró la efectividad de su estrategia a través de experimentos tanto en un fantasma de tejido realista como en animales vivos. Entusiasmado con los resultados, Raj Shekhar, quien dirigió el estudio, concluye: «Nuestro método híbrido es más confiable que usar solo el seguimiento basado en CV y más preciso y práctico que usar solo el seguimiento basado en EM. Tiene el potencial de mejorar significativamente el seguimiento rendimiento para aplicaciones AR basadas en ultrasonido laparoscópico».

A medida que esta estrategia híbrida experimenta mejoras adicionales, puede allanar el camino para que la cirugía laparoscópica sea más efectiva y segura, lo que lleva a recuperaciones más rápidas y mejores resultados generales para los pacientes.

Explore más

Uso de la estimación del movimiento de la cámara para lograr el seguimiento de objetivos múltiples Más información: Xinyang Liu et al, Seguimiento híbrido electromagnético-ArUco del transductor de ultrasonido laparoscópico en video laparoscópico, Journal of Imágenes médicas (2021). DOI: 10.1117/1.JMI.8.1.015001 Proporcionado por SPIE Cita: Lo mejor de ambos mundos: un método híbrido para rastrear transductores de ultrasonido laparoscópicos (2021, 4 de febrero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https:/ /medicalxpress.com/news/2021-02-worlds-hybrid-method-tracking-laparoscopic.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.