Method for Non-Invasive Skin Artifact-Free Spatial Bone Motion Tracking Using Pressure Sensor Foils

Nikolas Bufe

doi:10.51202/9783186296177

Zusammenfassung

This work addresses the development of a novel method for bone pose estimation that is both,non-invasive and accurate. The main principal is to palpate three prominent bone protuberancesusing pressure sensor planes attached to the skin. Bone protuberances are approximatedby three ellipsoids that are rigidly attached together. The general formulation of the constraintequations is presented and, as a solution approach, an optimization cost function is proposedallowing bone pose tracking that is insensitive toward input errors. The method is validated invivousing dual fluoroscopy yielding bone tracking precisions in the submillimeter range andbelow 1 degree, thus, reaching the same order of magnitude as state of the art model basedtracking techniques. Finally, the general approach is extended to automatically approximate therigid body bone geometry via pressure sensor palpation that allows to fully circumvent radiationexposure, making this approach universally applicable.

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Bibliographische Angaben

Copyrightjahr: 2019
ISBN-Print: 978-3-18-329617-0
ISBN-Online: 978-3-18-629617-7
Verlag: VDI Verlag, Düsseldorf
Reihe: Biotechnik/Medizintechnik
Band: 296
Sprache: Deutsch
Seiten: 84
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

Titelei/Inhaltsverzeichnis Teilzugriff Seiten I - X Download Kapitel (PDF)
1. Motivation Kein Zugriff
2. 1. Invasive Procedures Kein Zugriff
  2. Non-invasive Procedures Kein Zugriff
3. Objective and overview Kein Zugriff
1. 2D model description Kein Zugriff
2. Formulation of the constraint equations Kein Zugriff
3. Characteristics of a symmetric configuration Kein Zugriff
4. 1. Gr¨obner bases Kein Zugriff
  2. Application examples Kein Zugriff
  3. Sensitivity analysis Kein Zugriff
  4. Reduction of the solution variety Kein Zugriff
1. Formulation of the constraint equations Kein Zugriff
2. Optimization problem Kein Zugriff
3. Sensitivity analysis Kein Zugriff
1. Three-point model description Kein Zugriff
2. Self-adjusting parameter approximation Kein Zugriff
3. Approximation-error expectation Kein Zugriff
1. 1. Materials and Methods Kein Zugriff
  2. Results Kein Zugriff
  3. Discussion Kein Zugriff
2. 1. Materials and Methods Kein Zugriff
  2. Results without initial guess Kein Zugriff
  3. Results with initial guess Kein Zugriff
  4. Discussion Kein Zugriff
3. Influence factors of manual 2D-3D registration Kein Zugriff
4. 1. Materials andMethods Kein Zugriff
  2. Results Kein Zugriff
  3. Discussion Kein Zugriff
1. Conclusions Kein Zugriff
2. Outlook Kein Zugriff
Appendices Kein Zugriff Seiten 61 - 61
1. General solutions Kein Zugriff
1. Reference pose for sensitivity analysis Kein Zugriff
1. Calibration Pencil Kein Zugriff
2. Residuals - ellipsoid-approximated bonemodel Kein Zugriff
3. Residuals - point-approximated bonemodel Kein Zugriff
4. Parameters - ellipsoid-approximated bone model Kein Zugriff
5. Parameters - point-approximated bonemodel Kein Zugriff
Bibliography Kein Zugriff Seiten 75 - 84