Dissertação

{en_GB=Understanding the Hip Joint: a Morphological Study of the Articular Surfaces in Asymptomatic and Pathologic Conditions} {} EVALUATED

{pt=A compreensão das características morfofuncionais que definem a articulação coxofemoral é fulcral não só na definição exacta de apresentações patológicas da mesma, nomeadamente conflito femoroacetabular (CFA) e displasia da anca, como também na idealização de próteses. MacConaill introduziu a ideia de que as articulações sinoviais são mais bem representadas por formas ovais, contrariando a noção ainda hoje enraizada no seio da comunidade ortopédica de que a esfera é uma melhor representação destas superfícies. Este trabalho visa testar a hipótese de MacConaill, usando uma estrutura computacional de aproximação de superfícies para avaliar a qualidade de ajuste da representação implícita de um conjunto de modelos semelhantes a esferas à cabeça femoral e ao acetábulo. Os dados geométricos destas estruturas foram extraídos de conjuntos de tomografia computorizada e ressonância magnética, tendo o seu tratamento envolvido segmentação de imagem com recurso a técnicas de active contour, operações de suavização e decimação, e ajuste dos modelos canónicos de superfícies às nuvens de pontos, com base em algoritmos genéticos.O estudo compreendeu: (i) ajuste de 10 modelos canónicos a uma população de 11 indivíduos assintomáticos; e (ii) comparação entre ancas assintomáticas e patológicas, a partir do ajuste de três superfícies – esfera, elipsoide e elipsoide cónica – a um conjunto de três populações de 20 indivíduos, enquadradas nas categorias de assintomáticos, CFA e displasia. A análise estatística dos erros de ajuste para ambos os estudos revelou uma melhor aproximação das superfícies não-esféricas, nomeadamente ovais e elipsoides cónicas, a ambas as superfícies articulares, em particular nos casos patológicos., en=Understanding the morpho-functional features characterizing a normal hip joint is critical and necessary for a more comprehensive definition of pathological presentations, such as femoroacetabular impingement (FAI) and hip dysplasia, and improved designs of prosthetic devices. MacConaill introduced the notion, based on anatomical observations, that the articular surfaces of synovial joints are better represented by ovoidal shapes, in comparison with the still very well-established within the orthopaedic community spherical shape. This work aims at testing MacConaill’s hypothesis by using a surface fitting framework to assess the goodness-of-fit of a set of implicitly represented sphere-like shapes (sphere, ellipsoid, rotational ellipsoid, tapered ellipsoid, superellipsoid, Barr’s superellipsoid, Barr’s tapered superellipsoid, ovoid, superovoid, rotational conchoid) to the articular surfaces of the femoral head and the acetabular cavity, whose anatomical and geometrical raw data were obtained from computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) data sets. The framework involved image segmentation with active contour methods, mesh smoothing and decimation, and surface fitting to point clouds per-formed with genetic algorithms. The study included two stages: (i) application of the surface fitting procedure on an asymptomatic population of 11 subjects, using 10 canonical shapes; and (ii) comparison of asymptomatic and pathological hips, by fitting a sphere, an ellipsoid, and a tapered ellipsoid to three populations (asymptomatic, FAI and dysplasia) of 20 subjects each. The statistical analysis of the surface fitting errors for both studies revealed the superior approximation of non-spherical shapes, namely ovoids and tapered ellipsoids, to both articular joint surfaces, especially in the pathological cases.}
{pt=aproximação de superfícies, superfícies implícitas, morfologia da articulação coxo-femoral, (super)quádricas, conflito femoro-acetabular, displasia da anca, en=surface fitting, implicit surfaces, hip joint morphology, (super)quadrics, femoroacetabular impingement, hip dysplasia}

Novembro 25, 2016, 14:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Miguel Pedro Tavares da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Daniel Simões Lopes

INESC-ID Lisboa

Doutor