Real-time optical coherence tomography reconstruction and processing for retinal surgery guidance

Ophthalmic surgical procedures are hand-performed procedures in which the surgeons operate tools at close contact with the patient eye’s delicate tissues. The range of movement is generally in the order of hundreds of micrometers, and no tactile information is provided. In most cases the outcomes of these procedures are strictly correlated to factors which are difficult to objectively evaluate, such as the amount of force applied to the tissues or the proximity to certain critical structures. Visual feedback is the only relevant information supporting the surgeon's procedure, therefore it plays a fundamental role in keeping all those variables under control. Computer-aided analysis of the images generated by already-in-use intraoperative monitoring methods has the potential to provide additional objective information to the physician. This information can be integrated in a computing system to guide the surgeon, or to output real-time evaluation of the procedure. This work proposes a GPU-accelerated, image-based guidance system provided by means of haptic feedback to the surgeon. As it produces the desired force effect, the haptic device can track the operating tools. This information can be integrated with the information extracted in real-time from the scans of the retina to create a controlled environment for surgery, with a significant perception enhancement.

Le operazioni di chirurgia alla retina richiedono che il chirurgo adoperi gli strumenti a stretto contatto con tessuti delicati all'interno dell'occhio del paziente. Tutto ciò è effettuato a mano libera, con movimenti nell'ordine delle centinaia di micrometri senza alcun riferimento tattile. Nella maggior parte dei casi l'esito di tali operazioni è strettamente correlato a fattori, quali la forza applicata o la distanza da particolari strutture critiche, che sono difficili da valutare oggettivamente. L'unico riferimento che assiste il chirurgo durante l'operazione è quello visivo, che detiene quindi un ruolo fondamentale nel mantenere tutti quei fattori sotto controllo. L'analisi computerizzata delle immagini generate da dispositivi di monitoraggio comunemente utilizzati ha la potenzialità di fornire informazioni aggiuntive al chirurgo. Queste informazioni possono essere integrate in un sistema computazionale che possa guidare il chirurgo o fornire valutazioni dello stato di andamento dell'operazione in tempo reale. Questo lavoro propone un sistema di guida basato sull'elaborazione di immagini accelerato su GPU, pensato per fornire un riferimento tattile al chirurgo. Il dispositivo tattile (haptic device) incaricato di produrre il feedback tattile traccia i movimenti del chirurgo all'interno dell'occhio. Ciò può essere integrato con le informazioni estratte dalle immagini in tempo reale per creare un ambiente controllato e sicuro in cui operare, con un significativo miglioramento della capacità di percezione del chirurgo.