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MultiTrack™: un software per la valutazione clinica della cinematica articolare con fluoroscopia 3D

Sviluppo e validazione di un software per la quantificazione accurata, robusta ed automatizzata della cinematica di articolazioni umane sane e protesizzate
Screenshot del software.
Video con un esempio di esecuzione.

Assegnista:     Luca Tersi
Tutor:     Rita Stagni

MultiTrack™ è un software cross-platform per la quantificazione della cinematica articolare tramite Fluoroscopia 3D.

Attraverso algoritmi computazionali avanzati di analisi di immagini 2D e 3D, MultiTrack™ ricostruisce il movimento delle articolazioni umane con alta accuratezza. L'obiettivo del progetto è rendere accessibile alla clinica ortopedica e riabilitativa la complessità e le prestazioni (accuratezza, precisione, velocità e robustezza) degli algoritmi sviluppati e validati, per scopi diagnostici e valutativi.

Caratteristiche

MultiTrack™ è stato sviluppato per fornire un framework modulare e cross-platform per l'analisi della cinematica sia di articolazioni intatte che di articolazioni protesizzate, a partire da proiezioni fluoroscopiche monoplanari o biplanari e dalla conoscenza di un modello 3D dell'articolazione.

MultiTrack™ è sottoposto ad uno sviluppo continuo per l'ottimizzazione della robustezza e dell'usabilità del software. La modularità permette un elevato grado di personalizzazione in accordo con le esigenze del cliente:

  • Ambiente virtuale 3D: interazione manuale e automatica con rappresentazioni virtuali di fluoroscopi e modelli 3D di segmenti articolari
  • Compatibilità con i più comuni formati per la rappresentazione di modelli 3D (.stl, .obj, .vtk, .txt), e standard DICOM
  • Tecniche di registrazione model-based (contour matching, DRR) e marker-based (RSA)
  • Compatibilità con qualsiasi fluoroscopio commerciale, e con qualsiasi calcolatore senza stringenti requisiti di sistema (testato su sistemi Microsoft Windows, Mac OS X, and Linux/Unix)
  • Elevate prestazioni computazionali basate su librerie C++ cross-platform (ITK, VTK, Qt)

Moduli

  • Calibrazione: correzione delle distorsioni geometriche e calibrazione delle sorgenti dei raggi X
  • Segmentazione: segmentazione manuale e automatica (Level-Set) con compensazione degli artefatti da movimento
  • Ottimizzazione: allineamento automatico e robusto (algoritmi genetici e memetici) o algoritmi ad elevata efficienza computazionale (Levenberg-Marquardt, Nelder-Mead)
  • Visualizzazione: rappresentazione grafica della cinematica, interazioni e animazioni basate su tecniche di rendering tridimensionale
  • Validazione: tool per lo sviluppo di protocolli di validazione in-silico specifici per sede anatomica

References

  • L. Tersi, S. Fantozzi, and R. Stagni, “Characterization of the performance of memetic algorithms for the automation of bone tracking with fluoroscopy” IEEE T Evolut Comput, In Press.
  • L. Tersi, A. Barré, S. Fantozzi, and R. Stagni, “In vitro quantification of the performance of model-based mono-planar and bi-planar fluoroscopy for 3D joint kinematics estimation” Med Biol Eng Comput, vol. 51, no. 3, pp. 257–265, Mar. 2013.
  • G. Tarroni, L. Tersi, C. Corsi, and R. Stagni, “Prosthetic component segmentation with blur compensation: a fast method for 3D fluoroscopy” Med Biol Eng Comput, vol. 50, no. 6, pp. 631–640, 2012.
  • L. Tersi, S. Fantozzi, and R. Stagni, “3D Elbow Kinematics with Monoplanar Fluoroscopy: In Silico Evaluation” EURASIP J Adv Sig Pr, vol. 2010, no. 1, p. 142989, Dec. 2009.