Contributo alla virtualizzazione di un intervento endovascolare per aneurisma aortico addominale

The first success condition for the repair of an Abdominal Aortic Aneurysm (AAA), depends on the ability of the surgeon to drive and manipulate the guidewire/catheter system to the pathology region and finally release the endoprosthesis that will correct the arterial vessel. The goal of this work is to recreate an interactive environment based on virtual/augmented reality technologies able to simulate the EndoVascular Aneurysm Repair (EVAR) procedure for repairing an abdominal aortic aneurysm with the purpose of use in pre-operative planning and training. In our work we recreated vascular structure from Computer Tomography (CT) data in DICOM format through the use of algorithms implemented in VMTK software. To simulate the EVAR procedure we used 3DVIA Virtools software, interfaced with a custom input device, reproducing surgical instruments, that introduced 1 DOF, controlled with the Arduino’s microcontroller. The simulation includes guidewire, extractor and stent. The guidewire was simulated as a series of rigid cylindrical masses, connected through spring and damper and able to translate, rotate and collide with the vasculature. The wire can move in the artery vessel, modeled as rigid, through the use of the input device. Its final position will constitute the trajectory which the catheter/extractor will follow to position the stent to the pathology area. This last device is released using the command handle and the position of every stent mesh is evaluated using collision detection algorithm. We have selected two visualization scenarios: the first for a Desktop application, and the second is called Spatial Augmented Reality. Here the scene is projected onto a dummy representing the patient. The environment we developed is a useful starting point for the generation of simulators in the field of EVAR, able to represent the whole procedure, from the creation of an access route to the vascular system up to the placement of a phrostesis.

La prima condizione che determina la riuscita di un intervento di riparazione di un Aneurisma Aortico Addominale (AAA), è l’abilità con cui il chirurgo è in grado di guidare il sistema filo guida/catetere fino al luogo della patologia, per poi rilasciare l’endoprotesi che andrà a correggere il canale arterioso. L’obiettivo che ci si è posti con questo lavoro è stato quello di ricreare un ambiente interattivo di realtà virtuale/aumentata in grado simulare la procedura di riparazione per un aneurisma aortico addominale nota come EndoVascular Aneurysm Repair (EVAR) con la prospettiva di un utilizzo in pianificazione pre-operatoria e di training. In questo lavoro sono state ricostruite strutture aortiche, a partire da dati di Tomografia Computerizzata (CT) in formato DICOM, attraverso l’uso di algoritmi per la ricostruzione presenti nel software VMTK. L’ambiente di simulazione utilizzato è 3DVIA Virtools, che è stato interfacciato ad un prototipo che riproduce le condizioni della strumentazione operatoria. Si tratta di un sistema ad 1 Gdl, la cui piattaforma di controllo è rappresentata dal microprocessore di Arduino. L’ambiente di simulazione include filo guida, estrattore e stent. Il filo guida è modellato attraverso una serie di link rigidi, interconnessi da molle e smorzatori, che viene inserito all’interno delle arterie, modellate come rigide, attraverso l’utilizzo del prototipo di interfaccia di input. La sua posizione finale determina la traiettoria che seguirà l’estrattore nella fase di trasporto nella zona patologica dello stent. La geometria che rappresenta l’endoprotesi viene espansa e posizionata attraverso algoritmi di collision detection. Il sistema di visualizzazione è stato sviluppato considerando due scenari di utilizzo, uno scenario di tipo Desktop, in cui l’utente comanda l’interfaccia ricevendo un feedback visivo a monitor, ed uno scenario di Spatial Augmented Reality, in cui il sistema di proiezione riproduce la scena su un manichino rappresentante il paziente. L’ambiente sviluppato vuole essere un utile punto di partenza per la generazione di simulatori in ambito EVAR, in grado di rappresentare l’intera procedura, da quando si sia creata una via d’accesso al sistema vascolare a quando viene deposta la protesi in sede.