Nástroj pro plánování robotické neurochirurgie

Abstract

Táto diplomová práca sa zaoberá problematikou plánovania robotických operácií pre neurochirurgiu a optimalizačnými algoritmami používanými na návrh operačných zákrokov nimi prevádzaných, predovšetkým algoritmom VNDMOPSO. V úvodnej kapitole je vysvetlený základný princíp prevádzania robotických operácií a popísaný koncentrický trubicový robot používaný pre tento účel. Ďalej sa práca zaoberá všeobecným popisom optimalizačných problémov a algoritmov ich riešiacich a následne je podrobne popisovaný algoritmus VNDMOPSO, vybraný pre daný optimalizačný problém. Pre tento algoritmus je vytvorená v prostredí MATLAB funkcia, ktorá je následne testovaná na viacerých testovacích úlohách. V nasledujúcich častiach je overovaná jej funkčnosť na reálnych tvaroch nádorov a je predstavené grafické užívateľské prostredie, ktoré slúži ako nástroj pre plánovanie neurochirurgických robotických operácií. V záverečnej časti práce je vyhodnotený vplyv nastavenia jednotlivých parametrov algoritmu na výsledky optimalizácie.This thesis deals with the planning of robotic operations for neurosurgery and the optimization algorithms used to propose the surgical procedures performed by them, primarily the VNDMOPSO algorithm. The introductory chapter explains the basic principle of performing robotic operations and describes a concentric tube robot that can be used to perform these operations. Furthermore, the thesis deals with a general description of optimization problems and algorithms solving them, and then the VNDMOPSO algorithm, selected for the given optimization problem, is described in detail. For this algorithm, a function in the MATLAB is created, which is subsequently tested on several benchmark problems. In the following sections, its functionality is verified on real tumor shapes and a graphical user interface, which serves as a robotic neurosurgery planning tool, is presented. In the final part of the thesis, the influence of setting individual parameters of the algorithm on the optimization results is evaluated.