Identifikace konfliktů při plánování trajektorií intracerebrálních elektrod

Abstract

Během implantace intracerebrálních elektrod může docházet ke konfliktům kotvících šroubů a čepiček, které fixují elektrody v lebce. Při plánování trajektorií elektrod navíc nelze šrouby a čepičky vizualizovat. Cílem práce je automaticky nalézt konflikty, určit optimální velikost tolerančního pole vzdáleností mezi elektrodami a šrouby a~vytvořit trojrozměrný (3D) model kotvících šroubů a čepiček pro přehlednou vizualizaci plánu implantace. Byly analyzovány plány implantací 36 pacientů, kteří podstoupili exploraci nitrolebními elektrodami ve FN Motol. Byl vyvinut algoritmus vytvářející 3D model šroubů a čepiček. Algoritmus na základě plánovaných trajektorií elektrod umístí modely v prostoru, aby byla možná vizualizace pozic kotvících prvků před samotnou implantací. Zároveň byl vytvořen algoritmus, který na základě souřadnic plánovaných trajektorií nalezne kolize mezi šrouby, čepičkami a~elektrodami při zadané velikosti tolerančního pole. Vytvořené algoritmy umožňují přehlednou vizualizaci plánovaných trajektorií s 3D modely šroubů a čepiček a~označují místa, kde se vyskytují konflikty. Pro identifikaci konfliktů byla statisticky stanovena velikost tolerančního pole o hodnotě $2,1$~mm. Algoritmy závisí pouze na souřadnicích plánovaných trajektorií a jsou vhodné jako pomocné nástroje při vytváření plánu implantace intracerebrálních elektrod.

During the implantation of intra-cerebral electrodes, conflicts between anchoring bolts and caps which secure the electrodes in the skull may occur. Additionally, bolts and caps cannot be visualized during the trajectory planning of the electrodes. The aim of this work is to automatically detect conflicts, find the optimal size of the tolerance field between the electrodes and bolts, and create a three-dimensional (3D) model of the anchoring bolts and caps for a clear visualization of the implantation plan. Implantation plans of 36 patients who underwent intracranial electrode exploration at the Motol University Hospital were analyzed. An algorithm was developed to generate a 3D model of bolts and caps. Based on the planned trajectories of the electrodes, the algorithm places the models in space in order to display positions of anchoring bolts and caps before the actual implantation. Simultaneously, an algorithm was created to identify collisions between bolts, caps, and electrodes, given a specified size of the tolerance field, using the coordinates of the planned trajectories. The developed algorithms allow for a clear visualization of the planned trajectories with 3D models of bolts and caps and indicate areas where conflicts occur. The size of the tolerance field for conflict identification was statistically determined to have a value of 2,1 mm. These algorithms rely only on the coordinates of the planned trajectories and are suitable as auxiliary tools in creating a plan for the implantation of intracerebral electrodes.