medical imaging simulation and...

24
Medical Imaging Simulation and Robotics [email protected] [email protected] [email protected] Laboratoire TIMCIMAG, équipe GMCAO

Upload: vonhi

Post on 27-Aug-2018

220 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Medical Imaging Simulation and Robotics

[email protected]@imag.fr

[email protected]

Laboratoire TIMC‐IMAG, équipe GMCAO

Page 2: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Course objective• Discover a new scientific domain

– « Computer Assisted Medical Interventions »– Pluridisciplinary, translational (theory<‐>patient’s bedside )– Two project sessions

• Introduction to new scientific fields:– Medical imaging, registration, biomedical imaging

• Application to fields you have learnt about elsewhere– Robotics, computer vision, image processing

Analyzed in terms of physicians’ practice and needs

MISR ‐ 2017‐2018 2 / 24

Page 3: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Why a MISR course in MOSIG?

• A growing field: the MD and medical technologies field represents 100 billion € of turnover, 575.000 jobs and more than 25.000 companies in europe [1]

• Grenoble and the region are very well structured in the field (Medicalps, eccami, I‐care, Biopolis, etc.)

• Students have a future in MD R & D

[1] http://www.medtecheurope.org/sites/default/files/resource_items/files/MEDTECH_FactFigures_ONLINE3.pdf

MISR ‐ 2017‐2018 3 / 24

Page 4: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Why a MISR course in MOSIG?

• Your professional puropose is:– Research?– Industry?– Clinical practice?

• Possibility to pursue a career in:– Research (start with internships in the team or the lab!)– Industry (see our numerous industrial partners at Biopolis)

• You will be interacting with new MD in your clinical practice

MISR ‐ 2017‐2018 4 / 24

Page 5: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Course organization• Course shared between:

– M2 MOSIG– M2 Physique Médicale– M2 MITI (engineers or clinicians)

• Which M2 do you belong to?

MISR ‐ 2017‐2018 5 / 24

Page 6: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Course organization• 12 sessions, including 

– 2 project sessions (11/08 and 01/10) 

• Courses titles: – Course 1 : General introduction + introduction to medical 

imaging– Course 2 : medical imaging (contd) + sensors for the OR– Course 3 : image processing– Course 4 : image visualization– Courses 5 + 6 : biomechanical simulation– Courses 7 + 8 : registration– Course 9 + 10 : applications

MISR ‐ 2017‐2018 6 / 24

Page 7: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Course organization• 3 teachers in 3 specialties

• Pedagogic coherence in the interventions

• 2/3 theory, 1/3 practice

MISR ‐ 2017‐2018 7 / 24

Page 8: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Course organization

• MISR intranet website: 

– On Chamillo1– Course pdfs online– Project description online– Teachers’ contact info

MISR ‐ 2017‐2018 8 / 24

Page 9: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

The « brainshift » project• 2 parts:

– Image segmentation (1st project session 11/08)•Manipulation of images and concepts seen in the theoricalsessions on the CamiTK software

•A « Getting Started » part to prepare at home before the first project session 

•Different segmentation steps to obtain a brain « mesh » usable for biomechanical simulation

– « Conception of an innovative medical device »

MISR ‐ 2017‐2018 9 / 24

Page 10: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Conception of a MD project• General description of the MD:

– Problematic and MD’s objectives– Description of the material components of the

(are they available on the shelf or should they be built from scratch?)– Integration in the clinical workflow

• Functional specifications: – For who is the device helpful?– On what/who does the device act upon?– For what purpose?– List of expected functionalities

• Technical specifications:– Methods and algorithms for the different functionalities– Sketch of the per‐operative (inside the OR) setup

MISR ‐ 2017‐2018 10 / 24

Page 11: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Brain‐shift navigator ®• Objectives: understand the different step and technologies involved in a typical CAMI application

• Context: the brainshift phenomenon

• Usage of classical image processing methods(CamiTK‐imp software http://camitk.imag.fr)

• No programming

MISR ‐ 2017‐2018 11 / 24

Page 12: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Brainshift

Context: neurosurgery

MISR ‐ 2017‐2018 12 / 24

Page 13: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

•Definition of the target by the surgeon on pre‐operative MRI images

Planning on pre‐operative images

Images taken from(Ferrant et al, IEEE TMI 2001)

MISR ‐ 2017‐2018 13 / 24

Page 14: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Neurosurgical navigation• Objective: build a medical device helping the surgeon 

to localize the target during the surgical intervention

Image tirée de (Chabrerie et al, MICCAI'98)MISR ‐ 2017‐2018 14 / 24

Page 15: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Neurosurgical navigation

• The project must be based on course elements and on the TP

•We will explain the problematic in the case where the OR has an interventional (per‐operative) MRI machine

• You must propose a solution in the case where the OR does not have an interventional MRI→ Final product: BrainShift Navigator

MISR ‐ 2017‐2018 15 / 24

Page 16: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

With interventional MRI

• The per‐operative position of the tumor is different from its pre‐operative position

MISR ‐ 2017‐2018 16 / 24

Page 17: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

With interventional MRI

•Question 1: how to update the planning between the two MRI exams?

MISR ‐ 2017‐2018 17 / 24

Page 18: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

•Opening of the skull

With interventional MRI

MISR ‐ 2017‐2018 18 / 24

Page 19: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

• Question2 : how to update the planning taking into account the brainshift?

With interventional MRI

MISR ‐ 2017‐2018 19 / 24

Page 20: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Instruments localization

InterventionalMRI frame

• “Product” question: how to visualize the surgical tools in real‐time on the interventional MRI images?

Navigation system frame

MISR ‐ 2017‐2018 20 / 24

Page 21: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Pre-operatoire : phase de plannification

per-operative phase

BrainShiftNavigator ®

MISR ‐ 2017‐2018 21 / 24

Page 22: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Without interventional MRI• Same questions:

– How to account for patient repositioning.?– How to reposition the planning

Warning: the project constraint is to NOT use interventional imaging to image the brain deformation

+ Use localizers, surface sensors, etc…+ Use intra‐operative navigation

MISR ‐ 2017‐2018 22 / 24

Page 23: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Evaluation• Group presentation (same group as projects group)• Size of groups will be defined later 

(probably 2/3 people)• 20 min oral evaluation for each group

15 min presentation 5 min questions

• Define roles for the groups– “Components” expert (hardware + calibration aspects)– “Imaging expert” (segmentation + registration aspects)– “Project manager” (specs, bricks integration)

MISR ‐ 2017‐2018 23 / 24

Page 24: Medical Imaging Simulation and Roboticschamilo.univ-grenoble-alpes.fr/courses/UGA001943/document/Res... · Medical Imaging Simulation and Robotics Sandrine.Voros@imag.fr Jocelyne.Troccaz@imag.fr

Evaluation• Expected contents for your presentation:

– Summary and restitution of the 1st “imaging segmentation” project (it’s up to you to decide when you want to talk about it during your oral)

– Presentation of your “brainshift navigator” MD as:• A finalized scientific project• A commercializable product• All elements mentioned in slide 8 must be addressed 

MISR ‐ 2017‐2018 24 / 24