Università degli Studi di Lecce Facoltà di Ingegneria Informatica

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Fausta Valentini
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1 Università degli Studi di Lecce Facoltà di Ingegneria Informatica TESI DI LAUREA: Sistema integrato di manipolazione e visione per il fissaggio di protesi ortopediche. Laureando: Angelo di Noi Relatori: prof.: Alfredo Anglani prof.:arcangelo Distante Correlatore: dott.: Ettore Stella Perché l interesse per un simile progetto? Si è inizialmente valutata una particolare richiesta pervenuta da parte dell ospedale S. Paolo di Bari. Il problema principale che essi devono affrontare durante un intervento chirurgico per risolvere una frattura al femore o alla tibia, è riuscire a fissare una protesi Centrare il foro della protesi dall esterno della gamba. Assorbimento da parte del chirurgo di radiazioni. 1

2 FASI DEL FISSAGGIO DI UNA PROTESI: STATO DELL ARTE: Sono stati realizzati dei sistemi di fissaggio tramite particolari distanziatori: - Problemi di deformazione della protesi. - Problemi di applicabilità con protesi di diverso formato. Sono presenti diverse proposte di ricerca, ma ancora nulla è stato pubblicato, e neppure è noto se sono state trovate soluzioni in merito. 2

3 CONCLUSIONI sulle RICERCHE: Fino ad oggi, non è stato ancora realizzato nessun sistema (come evidenziato dai chirurghi) che permetta di: Ridurre le esposizioni alle radiazioni. Ridurre i tempi necessari al fissaggio. Eseguire il fissaggio con diversi tipi di protesi. Far fronte a problematiche di deformazione della protesi. Analizzando i sistemi di fissaggio già realizzati, e soprattutto i punti in cui essi fallivano, si è cercato di risolvere il problema attraverso un sistema di IMAGING: Permette di osservare l oggetto nel suo stato attuale (deformato o no). Definiti gli obiettivi da raggiungere (foro) non ha più molta importanza il tipo di protesi utilizzato. Tutto questo garantirebbe l uso di un braccio meccanico, azionato da un sistema di elaborazione che riceve informazioni dal sistema di visione, e che potrebbe compiere da solo l operazione. 3

4 PROBLEMATICHE: Protesi visione Sistema di elaborazione Come riconoscere l assetto spaziale della protesi, e la posizione del foro? Come fare a sapere se il robot si trova nella giusta posizione per praticare il foro? Cercare di tenere bassa la quantità di radiazioni emesse dall amplificatore di brillanza. SOLUZIONE: STRATEGIA: Si è imitato il comportamento umano, nel momento in cui volesse colpire un bersaglio con un arma dotata di mirino. 4

5 Caratteristiche del Mirino: Y Z X Y Z X Y" Z" X" Y" Z" X" FILMATO: 5

6 Schema delle FASI fondamentali allo sviluppo del progetto: FASE 1 Segmentazione dell immagine. FASE 2 Ricerca della protesi e del mirino. FASE 3 Determinazione dell assetto della protesi e del mirino. FASE 4 Implementazione di un ImageFeedback per controllare il movimento del manipolatore fino alla condizione di allineamento del tool con il foro presente sulla protesi. FASE 5 Avvio dell intervento chirurgico tramite trapano posizionato nel punto precedentemente individuato. E necessario un cambio di utensile, ossia deposito del mirino e montaggio del trapano sul robot (verrà realizzato in automatico). PROCESSO DI ALLINEAMENTO DEL MIRINO: FASE 1 Allineamento Asse X Mirino FASE 2 Allineamento Asse Y Mirino FASE 3 Traslazione dell origine degli assi del Mirino 6

7 ALLINEAMENTO ASSE X MIRINO: ALLINEAMENTO ASSE Y MIRINO: Questa fase si è dimostrata molto complessa, in quanto l unica informazione di assetto lungo l asse Y, che si aveva a disposizione, era rappresentata dalla vista del foro. X Z Y 7

8 Effetti di rotazioni intorno all asse X: He Effetti di rotazioni intorno all asse Z: 8

Effetti di rotazioni intorno all asse Y: Rotazioni intorno all asse Y

con l asse Y della protesi: Noto il valore di rotazione α della

mirino intorno al suo asse X, sarà necessario far compiere a quest

9 Effetti di rotazioni intorno all asse Y: Rotazioni intorno all asse Y non producono nessuna variazione di He Allineamento asse Y del mirino con l asse Y della protesi: Noto il valore di rotazione α della protesi intorno al suo asse X e di α corrispondente alla rotazione del mirino intorno al suo asse X, sarà necessario far compiere a quest ultimo una rotazione di un angolo pari ad α -α gradi intorno ad X. Traslazione: 9

Conclusioni: Con il seguente sistema si è riuscita ad ottenere la seguente precisione: precisione nel posizionamento di +- 1mm precisione nell allineamento di +-1 Caratteristiche Metodo

10 Conclusioni: Con il seguente sistema si è riuscita ad ottenere la seguente precisione: precisione nel posizionamento di +- 1mm precisione nell allineamento di +-1 Caratteristiche Metodo AUTOMATIZZATO: Tasso di radiazioni assorbite 0 Tempo necessario al fissaggio (3min.15 ): -5 sec. per elaborazione dell immagine,x4 immagini (due dall alto e due frontali) tot=20 sec. -tempo medio delle operazioni di movimentazione del robot per l allineamento 15 sec. -tempo (stimato) medio per praticare 1 foro (non superiore ad 1min.) x 2 fori, tot=2min. -tempo medio per la movimentazione (manuale) del C-Arm 40 sec. Certezza di riuscire a praticare il foro nella direzione giusta. Caratteristiche Metodo MANUALE: Tasso di radiazioni assorbite 7mGy Tempo necessario al fissaggio 20 min. (minimo) Incertezze sugli esiti dell operazione. STATISTICHE: Nell arco di 10 anni sono state compiute, in media operazioni. Totale minuti ( 67 ore). Oltre 1 Gy di radiazioni. Totale 9 ore e 56 min ( 10 ore) Zero radiazioni Rid.:15% Rid.:100% 10

11 Supervisione dell UOMO sulla macchina: 11

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