Dissertação

{en_GB=Development of an automatic 2D-3D image matching method for reproducing three-dimensional humeral positions using single and dual plane fluoroscopy} {} EVALUATED

{pt=O mecanismo do ombro é um sistema complexo e de elevada importância clínica. Um método automático para determinar posições tridimensionais do úmero usando imagens de fluoroscopia biplanar e uniplanar foi desenvolvido. Este método tem por base técnicas de optimização, tendo sido validado em condições reais e ideais. O espaço de procura do optimizador foi limitado para um intervalo de ± 5 ° na rotação e ± 5 mm na rotação e um intervalo de ± 20 ° e ± 20 mm a partir da posição ideal. Para cada um destes intervalos, três funções objectivo foram testadas considerando posições simples e complexas do úmero. Usando imagens ideais de fluoroscopia biplanar, os resultados mostraram que a minimização das distâncias foi a função objectivo que demonstrou maior precisão na determinação das posições do úmero. A função objectivo da minimização das áreas e dos momentos de inércia demonstraram precisão limitada. Para um espaço de procura de ± 5 ° e ± 5 mm, os resultados obtidos foram satisfatórios, enquanto que para o espaço de procura ligeiramente maior, ± 20 ° e ± 20 mm, resultados menos precisos foram obtidos. Com imagens ideias de fluoroscopia uniplanar, os erros obtidos no plano de projecção foram satisfatórios, enquanto que fora do plano de projecção elevados erros foram registados. Numa análise qualitativa do método usando imagens de fluoroscopia reais, resultados pouco precisos foram obtidos. Outras estruturas ósseas também poderão ser analisadas desde que as respectivas imagens de fluoroscopia e modelo 3D sejam providenciadas. , en=The shoulder is a complex system with high clinical relevance. Fluoroscopic image-model techniques have been widely used due to its reported sub-millimeters levels of accuracy. In this study, an automatic 2D-3D image-model matching method was developed to reproduce humerus spatial positions using either dual and single fluoroscopic images. The matching method was accomplished through an optimization process and validated under an idealized an in vivo environment. By limiting the search space of the optimizer to a range of [± 5 ° ;± 5 mm] and [± 20 ° ;± 20 mm] from the ideal pose, three objective functions considering simple and complex humerus poses were tested. Using dual fluoroscopic images, the results showed that the minimization of the distances was the objective function which reproduced both type of humerus poses with more accuracy and in agreement with previous studies. The minimization of the areas and moments of inertia showed limited accuracy. Satisfactory results were obtained under the search space of [± 5 ° ;± 5 mm], while under the range of [± 20 ° ;± 20 mm] less accurate results were obtained. When using single fluoroscopic images, the in-plane accuracy was satisfactory, but at the expense of large out-plane errors. A qualitative analysis of the method under in vivo conditions showed poor results. Using the respective fluoroscopic images and 3D models, this method can also be applied to the clavicle and the scapula geometry. In the future, this method can be used to study the shoulder kinematics.}
{pt=Biplanar, Cinemática, Imagens de fluoroscopia, Ombro, Optimização, Uniplanar, en=Dual plane, Fluoroscopic image, Kinematics, Optimization, Single plane, Shoulder}

Novembro 23, 2018, 16:30

Orientação

ORIENTADOR

Carlos Miguel Fernandes Quental

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Colaborador Docente

ORIENTADOR

João Orlando Marques Gameiro Folgado

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado