3次元超音波を備えたGPUベースのリアルタイム機器追跡

リアルタイム3D超音波は、新しい画像誘導外科手術を可能にすることができますが、高いデータレートは従来の追跡技術の使用を禁止しています。機器シャフトの軸を平面投影の明るいパターンとして識別する修正されたラドン変換に基づいた新しい方法を提示します。次に、計器の回転と先端の位置は、fiducialマーカーを使用して決定されます。これらの手法は、現在の世代のパーソナルコンピューターグラフィックスプロセッサユニット（GPU）で迅速に実行できます。当社のGPUの実装は、31ミリ秒で手術機器を検出しました。これは、超音波マシンのセカンドレートあたりの26ボリュームでのリアルタイムトラッキングに十分でした。水タンクの実験により、機器の先端位置誤差が0.2 mm未満であることがわかり、in vivoの研究により、鼓動するブタの心臓の中の器具が追跡されました。追跡結果は、機器の実際の動きへの良好な対応を示しました。

Real-time 3D ultrasound can enable new image-guided surgical procedures, but high data rates prohibit the use of traditional tracking techniques. We present a new method based on the modified Radon transform that identifies the axis of instrument shafts as bright patterns in planar projections. Instrument rotation and tip location are then determined using fiducial markers. These techniques are amenable to rapid execution on the current generation of personal computer graphics processor units (GPU). Our GPU implementation detected a surgical instrument in 31 ms, sufficient for real-time tracking at the 26 volumes per second rate of the ultrasound machine. A water tank experiment found instrument tip position errors of less than 0.2 mm, and an in vivo study tracked an instrument inside a beating porcine heart. The tracking results showed good correspondence to the actual movements of the instrument.