Desarrollo de una herramienta de reconstrucción 3D para el análisis antropométrico óseo

Abstract

En este proyecto nos centraremos en la aplicación de diagnóstico puntual a través de la Tomografía Computarizada (TC). A partir de las imágenes médicas obtenidas mediante TC realizada a diversos pacientes, se desarrolla un modelo de interpretación visual mediante una reconstrucción 3D. Además, se realiza una medición de una serie de parámetros óseos entre los que se encuentran: el espesor de las capas cortical y trabecular, dimensiones del canal intramedular, etc., de cara a conseguir a través de una base de datos, elementos necesarios en la diagnosis médica. Como consecuencia, esto va a permitir realizar un procesado masivo de imágenes de un banco de pacientes reduciendo a unos pocos minutos una tarea que realizada por especialistas humanos podría llevar varios días. Esta herramienta desarrollada se puede dividir en dos etapas. La primera consiste en preprocesar los archivos DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) obtenido a partir de las tomografías realizadas al paciente, con el objetivo de obtener únicamente la información que nos interesa para posteriormente realizar un postprocesado y poder construir un modelo 3D que será convertido a archivo STL (Stereolithography). La segunda etapa tiene como objetivo final conseguir los perfiles del hueso. Para conseguir estos perfiles, necesitamos realizar mediciones sobre tibias comparables. Para ello, necesitamos realizar una corrección en la orientación de los huesos mediante PCA y direcciones de máxima varianza. Seguida de una corrección en el alineamiento haciendo uso de una matriz de rotación.

In this project we will focus on the application of punctual diagnosis through Computed Tomography (CT). From the medical images obtained by means of CT performed on various patients, a visual interpretation model is developed through a 3D reconstruction. In addition, a measurement of a series of bone parameters is carried out, among which are: the thickness of the cortical and trabecular layers, dimensions of the intramedullary canal, etc., in order to obtain, through a database, elements necessary in the medical diagnosis. As a consequence, this will allow mass processing of images from a bank of patients, reducing to a few minutes a task that could take several days to be carried out by human specialists. This developed tool can be divided into two stages. The first consists of preprocessing the DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) files obtained from the tomographies performed on the patient, with the aim of obtaining only the information that interests us in order to subsequently carry out post-processing and be able to build a 3D model that will be converted to STL (Stereolithography) file. The final objective of the second stage is to obtain the profiles of the bone. To get these profiles, we need to make measurements on comparable tibias. For this, we need to make a correction in the orientation of the bones using PCA and directions of maximum variance. Followed by an alignment correction using a rotation matrix.