ocena dokładności odwzorowania kształtu powierzchni elementów

P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I WA R S Z AW S K I E J
z. 248
Mechanika
2013
Andrzej Ryniewicz
Politechnika Krakowska
OCENA DOKŁADNOŚCI ODWZOROWANIA
KSZTAŁTU POWIERZCHNI
ELEMENTÓW BIOŁOŻYSK
W BADANIACH IN VIVO ORAZ IN VITRO
Rękopis dostarczono 16.11.2012 r.
We współczesnej diagnostyce obrazowej występuje konieczność dokonywania nieinwazyjnych
pomiarów oraz przestrzennego odwzorowania kształtów i struktur stawowych z odpowiednią oraz
rozpoznaną dokładnością. Ta potrzeba powoduje, że dynamiczny rozwój technik obrazowania medycznego ulega konsolidacji ze współrzędnościowymi inżynierskimi technikami pomiarowymi.
W rozprawie podjęto problematykę integrującą metrologię obrazowania tomografią komputerową (CT) i tomografią rezonansu magnetycznego (MR) z metrologią współrzędnościową (CM)
w celu analizy i oceny dokładności odwzorowania kształtu powierzchni stawowych biołożysk w badaniach in vivo oraz in vitro.
Ocena dokładności odwzorowania kształtu powierzchni biołożysk diagnozowanych metodami
CT i MR jest zagadnieniem trudnym z uwagi na różne podstawy fizyczne obu metod diagnostycznych, różne techniki tworzenia obrazów w formacie dicom oraz udziału wielu zmiennych pomiarowych i aparaturowych wpływających na rodzaj obróbki, techniki prezentacji i analizy obrazu.
Kształty stawów biodrowych, kolanowych i skokowych odwzorowywano z wykorzystaniem
diagnostycznej i pomiarowej aparatury współrzędnościowej na podstawie przeprowadzonych badań klinicznych i na podstawie badań preparatów kadawerskich w procedurze bezpośredniej oraz
z zastosowaniem modeli negatywowych. Przeprowadzone przez autora badania pozwoliły na zapis
kształtu powierzchni nieregularnych, zwłaszcza przy zmiennej krzywiźnie, z dokładnością wymaganą przez proces oceny geometrii oraz porównanie ich z elementami referencyjnymi.
Zastosowanie techniki współrzędnościowej do analizy kształtu wzorców przestrzennych pozwoliło odpowiedzieć na pytania:
 Czy w dostępnych technikach obrazowania można ocenić błąd odwzorowania kształtu?
 Czy w zaawansowanych badaniach obrazowych występują błędy odwzorowania kształtu wpływające na podjęcie diagnozy i w jakich obszarach należy się liczyć z możliwością występowania takich błędów?
 Czy można wykryć zmiany w początkowym stadium choroby zwyrodnieniowej stawów (chzs)
i z odpowiednią dokładnością je zlokalizować?
4
Ważniejsze skróty i oznaczenia
Nieinwazyjne techniki diagnostyczne CT i MR do obrazowania biołożysk powinny stanowić
metody z wyboru do szczegółowej i globalnej identyfikacji kształtu struktur kostnych i chrzęstnych
stawów, ich wzajemnego usytuowania i zmian patomorfologicznych. Zastosowanie współrzędnościowej techniki pomiarowej z wykorzystaniem modeli negatywowych uzyskanych z preparatów
kadawerskich pozwoliło na wyznaczenie modeli referencyjnych w stosunku do obiektów wyznaczonych na podstawie sekwencyjnej i spiralnej CT oraz na podstawie MR. Metoda modeli negatywowych stanowi obiektywne narzędzie przy ocenie jakości odwzorowania kształtów. Opracowanie procedury umożliwiającej izomorficzną segmentację obrazów zapisanych w formacie dicom
oraz przestrzenną rekonstrukcję obrazów zapewniło odpowiednie warunki oceny funkcjonowania tomografów dla potrzeb odwzorowania kształtów powierzchni stawowych. Sprawdzenie dokładności obrazowania i odwzorowania w nieinwazyjnej metodzie MR w przypadku niewielkich
ubytków chrząstki i chondromalacji może służyć w planowaniu i po zabiegowym monitorowaniu
terapii transplantacyjnych.
Wykonane w rozprawie badania i eksperymenty pozwoliły poszerzyć wiedzę na temat dokładności odwzorowania kształtu elementów biołożysk. Dają możliwość poprawy techniki diagnozowania i terapii choroby zwyrodnieniowej stawów. Szczególnie istotne znaczenie analizowanych zagadnień można wskazać i wykorzystać w procedurach klinicznych realizowanych z zastosowaniem
robotów, systemów nawigacji komputerowej, systemów komputerowego wspomagania i wykonania endoprotez oraz systemów telemedycyny. Równocześnie stanowią one przesłanki do dalszych
badań dotyczących oceny dokładności odwzorowania przestrzennego szpary stawowej w warunkach obrazowania dynamicznego z wykorzystaniem fuzji obrazów CT i MR.
WAŻNIEJSZE SKRÓTY I OZNACZENIA
Wykaz skrótów
180° LI, 360° LI
2D
3D
AAI
AAPM
ACR
ART
BAM
CMA
CMM
CMS
CR
CT
CTL
DICOM
DSA
FA
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
algorytmy interpolacji liniowej
przestrzeń/grafika dwuwymiarowa (Two-Dimensional Space/Graphic)
przestrzeń/grafika trójwymiarowa (Three-Dimensional Space/Graphic)
adaptacyjna tablica interpolacji (Adaptive Array Interpolation/Sureview)
American Association of Physicists in Medicine
American College of Radiology
Algebraic Reconstruction Technique
Federal Institute for Materials Research and Testing
współrzędnościowe ramię pomiarowe (Coordinate Measuring Arm)
współrzędnościowa maszyna pomiarowa (Coordinate Measuring Machine)
współrzędnościowa technika pomiarowa (Coordinate Measuring System)
cyfrowa radiografia konwencjonalna
tomografia komputerowa (Computed Tomography)
wartość współczynnika osłabiania promieniowania pojedynczego piksela
(liczba CTL)
– obrazowanie cyfrowe i wymiana obrazów w medycynie (Digital Imaging and
Communications in Medicine)
– cyfrowa angiografia subtrakcyjna (Digital Subtraction Angiography)
– kąt nachylenia wektora magnetyzacji (Flip Angle)