Modular framework for a breast biopsy smart navigation system

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, José Nuno Martins da
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/84635
Resumo: Dissertação de mestrado em Informatics Engineering
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spelling Modular framework for a breast biopsy smart navigation systemBreast cancerBreast biopsyUltrasoundOncoNavigatorAugmented realityCancro da mamaBiópsia mamáriaUltrassomRealidade aumentadaEngenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e TecnologiasDissertação de mestrado em Informatics EngineeringBreast cancer is currently one of the most commonly diagnosed cancers and the fifth leading cause of cancer-related deaths. Its treatment has a higher survivorship rate when diagnosed in the disease’s early stages. The screening procedure uses medical imaging techniques, such as mammography or ultrasound, to discover possible lesions. When a physician finds a lesion that is likely to be malignant, a biopsy is performed to obtain a sample and determine its characteristics. Currently, real-time ultrasound is the preferred medical imaging modality to perform this procedure. The breast biopsy procedure is highly reliant on the operator’s skill and experience, due to the difficulty in interpreting ultrasound images and correctly aiming the needle. Robotic solutions, and the usage of automatic lesion segmentation in ultrasound imaging along with advanced visualization techniques, such as augmented reality, can potentially make this process simpler, safer, and faster. The OncoNavigator project, in which this dissertation integrates, aims to improve the precision of the current breast cancer interventions. To accomplish this objective various medical training and robotic biopsy aid were developed. An augmented reality ultrasound training solution was created and the device’s tracking capabilities were validated by comparing it with an electromagnetic tracking device. Another solution for ultrasound-guided breast biopsy assisted with augmented reality was developed. This solution displays real-time ultrasound video, automatic lesion segmentation, and biopsy needle trajectory display in the user’s field of view. The validation of this solution was made by comparing its usability with the traditional procedure. A modular software framework was also developed that focuses on the integration of a collaborative medical robot with real-time ultrasound imaging and automatic lesion segmentation. Overall, the developed solutions offered good results. The augmented reality glasses tracking capabilities proved to be as capable as the electromagnetic system, and the augmented reality assisted breast biopsy proved to make the procedure more accurate and precise than the traditional system.O cancro da mama é, atualmente, um dos tipos de cancro mais comuns a serem diagnosticados e a quinta principal causa de mortes relacionadas ao cancro. O seu tratamento tem maior taxa de sobrevivência quando é diagnosticado nas fases iniciais da doença. O procedimento de triagem utiliza técnicas de imagem médica, como mamografia ou ultrassom, para descobrir possíveis lesões. Quando um médico encontra uma lesão com probabilidade de ser maligna, é realizada uma biópsia para obter uma amostra e determinar as suas características. O ultrassom em tempo real é a modalidade de imagem médica preferida para realizar esse procedimento. A biópsia mamária depende da habilidade e experiência do operador, devido à dificuldade de interpretação das imagens ultrassonográficas e ao direcionamento correto da agulha. Soluções robóticas, com o uso de segmentação automática de lesões em imagens de ultrassom, juntamente com técnicas avançadas de visualização, nomeadamente realidade aumentada, podem tornar esse processo mais simples, seguro e rápido. O projeto OncoNavigator, que esta dissertação integra, visa melhorar a precisão das atuais intervenções ao cancro da mama. Para atingir este objetivo, vários ajudas para treino médico e auxílio à biópsia por meio robótico foram desenvolvidas. Uma solução de treino de ultrassom com realidade aumentada foi criada e os recursos de rastreio do dispositivo foram validados comparando-os com um dispositivo eletromagnético. Outra solução para biópsia de mama guiada por ultrassom assistida com realidade aumentada foi desenvolvida. Esta solução exibe vídeo de ultrassom em tempo real, segmentação automática de lesões e exibição da trajetória da agulha de biópsia no campo de visão do utilizador. A validação desta solução foi feita comparando a sua usabilidade com o procedimento tradicional. Também foi desenvolvida uma estrutura de software modular que se concentra na integração de um robô médico colaborativo com imagens de ultrassom em tempo real e segmentação automática de lesões. Os recursos de rastreio dos óculos de realidade aumentada mostraram-se tão capazes quanto o sistema eletromagnético, e a biópsia de mama assistida por realidade aumentada provou tornar o procedimento mais exato e preciso do que o sistema tradicional.Alves, VictorVilaça, João Luís Araújo MartinsUniversidade do MinhoCosta, José Nuno Martins da20222022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/84635eng203264991info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:16:41Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/84635Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:09:17.843465Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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