SABIMAS

Fisa de prezentare a proiectului

PRODUSUL: Sistem informatic avansat, bazat pe imagistica medicala, pentru producerea implanturilor personalizate dedicate artroplastiei de sold
Coordonator: Universitatea POLITEHNICA din Bucuresti (UPB)

Partenerii proiectului: Spitalul Clinic de Urgenta Bucuresti (SCUB)

Universitatea de Medicina si Farmacie CAROL DAVILA (UMF)

Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Mecatronica si Tehnica Masurarii (INCDMTM)

Perioada de realizare a proiectului: 10.2008 - 09.2011
Valoarea totala a proiectului: 718 631,13 [lei]
Valoarea finantata de la buget: 718 631,13 [lei]

RELEVANTA PROIECTULUI

Prin caracterul multidisciplinar al echipelor implicate, proiectul se incadreaza in obiectivele Programului 4, acela de a stimula parteneriatele in domenii prioritare in scopul obtinerii de tehnologii, produse sau servicii inovatoare, care sa stimuleze cresterea competitivitatii activitatilor de cercetare dezvoltare in vederea sustinerii transferului tehnologic.

Tematica proiectului de cercetare este una multidisciplinara fiind acoperita atat de universitati (una in domeniul sanatatii, UMF, iar o alta in domeniul TIC - UPB) cat si de institute nationale de cerectare, INCDMTM si unitati cu experienta in domaniul sanatatii publice – SCUB.

Scopul proiectului este acela de a crea, prin metode informatice avansate, elementele necesare pentru ca protezarea sa aiba caracter personalizat, adaptat fiecarui individ. Din acest punct de vedere, proiectul se adreseaza diversitatii biologice, pe care isi propune sa o conserve, prin fundamentarea stiintifica si dezvoltarea de tehnologii care sa respecte si sa mentina caracterul particular al fiecarui individ. De asemenea, proiectul isi propune dezvoltarea unor tehnologii care sa creasca eficienta unei metode terapeutice, ducand astfel la eficientizarea serviciilor de sanatate , prin scaderea numarului de reinterventii necesare, dar si la cresterea creativitatii in domeniul sanitar, fiind vorba despre adaptarea protezarii la caracteristicile fiecarui individ.

In acest context obiectivele specifice ale proiectului se regasesc in:

implementarea de metode noi de preventie si interventionale la nivel national, arondate la spatiul european de operare, cu aplicatii in domeniul artroplastiei de sold

realizarea unui sistem informatic de investigare si prototipizare incluzand activitati de analiza, diagnoza si monitorizare computerizata

Domeniul vizualizarii si modelarii tri-dimensionale bazate pe imagistica medicala

In ultimii 10 ani, tehnicile de vizualizare si modelare tri-dimensionala ale datelor furnizate de imagistica medicala, completate cu tehnologiile de Prototipare Rapida au condus la imbunatatiri importante ale serviciilor medicale oferite pacientilor, in domenii ca: vizualizarea organelor interne sau a structurii osoase in scopul pregatirii actului chirurgical, proiectarea implanturilor si producerea protezelor.
Succesul acestor tehnici depinde intr-o masura foarte importanta de performanta procesului de modelare a datelor medicale. Acesta este, in mare, alcatuit din trei parti:

achizitia datelor – de regula, imagini CT(Computed Tomography) sau MRI (Magnetic Resonance Imaging)

prelucrarea si analiza imaginilor

generarea modelului geometric tri-dimensional (software) al partii anatomice examinate

Modelul trebuie sa fie suficient de detaliat pentru a putea fi transmis unui dispozitiv de Prototipare Rapida, fiind necesare metode matematice a vansate pentru rafinarea modelului geometric rezultat din datele achizitionate. Dispozitivele de Prototipare Rapida produc obiecte solide cu forme oricat de complexe, plecand de la descrierea lor produsa de calculator. Formatul standard al datelor de intrare acceptat de astfel de dispozitive este STL (Standard Triangulation Language) dar sunt utilizate si alte formate. Dispozitivele de Prototipare Rapida construiesc obiectele prin adaugarea de straturi de material succesive. Tehnologiile uzuale sunt: FDM (Fused Deposition Modelling), SLA (Stereolithography), SLS (Selective Laser Sintering)

Sistemul de prelucrare si analiza a imaginilor radiografice

Sistemul va permite analiza imaginilor radiografice provenite sub forma de fisiere de la aparate digitale sau obtinute prin scanarea filmelor radiografice. Principalele functiuni ale acestuia vor fi:

Imbunatatirea imaginilor prin eliminarea defectelor introduse de echipamentul de achizitie

Extragerea caracteristicilor de interes din imagini, respectiv contururile care delimiteaza osul femoral

Generarea de harti 2D ale implantului

Efectuarea automata sau prin interactiune cu medicul a unor masuratori necesare alegerii protezei optime. Acestea vor permite determinarea raporturilor spatiale globale fixe - raporturile intre proeminentele osoase care genereaza lungimea comparativa a membrelor

Principalele activitati care vor fi desfasurate in scopul realizarii acestui sistem sunt:

Analiza cerintelor sistemului si specificarea sa. Aceasta activitate va fi efectuata in stransa colaborare cu partenerii UMF si SCUB

Proiectarea sistemului; experimentarea mai multor algoritmi de prelucrare si analiza de imagine si selectia celor mai adecvati pentru imaginile medicale radiografice; adaptarea unor algoritmi existenti sau dezvoltarea de noi algoritmi pentru extragerea cat mai exacta a contururilor osului femural

Implementarea si testarea sistemului pe un numar mare de radiografii scanate, reprezentand o cazuistica medicala bogata

Diseminarea rezultatelor obtinute

Sistemul de reconstructie 3D si generare a modelului implantului

Intrarea pentru acest sistem va fi un set de imagini de sectiune transversala prin osul femural proximal, produs de un dispozitiv de tip CT sau MRI. Principalele functiuni prevazute pentru acest sistem sunt:

Prelucrarea si analiza imaginilor de sectiune, in scopul eliminarii defectelor si a evidentierii contururilor care delimiteaza osul femural (corticala si canalul medular)

Generarea modelului geometric tri-dimensional al osului femural

Vizualizarea realista si interactiva a modelului osului in scopul studierii sale de catre medic si a determinarii parametrilor geometrici ai implantului

Generarea modelului tri-dimensional al implantului (protezei) capabil sa asigure congruenta proteza-os

Conversia modelului implantului in formatul acceptat de dispozitivul de prototipare rapida a implantului (formatul standard – STL - sau un alt format)

Principalele activitati care vor fi desfasurate in scopul realizarii acestui sistem sunt:

Efectuarea unui studiu de documentare si analiza privind stadiul actual si tendintele in modelarea tridimensionala a datelor obtinute din imagini CT precum si prototiparea rapida a acestor modele

Analiza cerintelor si specificarea sistemului

Proiectarea arhitecturala si proiectarea de detaliu a sistemului

Implementarea si testarea modulului de prelucrare si analiza a imaginilor CT. Acest modul are drept scop eliminarea defectelor introduse in imagini de dispozitivele de achizitie si evidentierea zonelor de interes

Implementarea si testarea modulului de generare a modelului geometric tri-dimensional al osului femural. Pentru generarea modelului geometric tri-dimensional al osului femural vor fi analizate si experimentate doua abordari:

Aproximarea suprafetei osului printr-o retea de fatete triunghiulare pornind de la reprezentarea setului de date (stiva de imagini) printr-un volum de voxeli. Aceasta abordare corespunde metodei “Marching cubes”, implementata in mai multe pachete comerciale si pachete software open-source, cu dezavantajul numarului mare de fatete care rezulta. Avand in vedere performantele placilor grafice cu care sunt dotate in prezent calculatoarele tip PC, acesta nu mai este un dezavantaj, fiind posibila vizualizarea realista in timp real, intr-un singur cadru imagine, a unui numar foarte mare de poligoane

Aproximarea suprafetei osului prin interpolare intre contururile care delimiteaza osul in imaginile de sectiune

Implementarea si testarea modulului de vizualizare realista si interactiva a modelului osului femural, in scopul studierii sale de catre medic si determinarii parametrilor geometrici ai implantului

Implementarea si testarea modulului de modelare geometrica 3D a implantului. O posibilitate de a modela implantul este de a defini o primitiva solida parametrizata. In acest caz, pe baza modelului tri-dimensional al osului femural ar trebui determinate valorile de instantiere ale parametrilor primitivei solide, care sa conduca la implantul particular. Se va explora posibilitatea utilizarii unui sistem de modelare 3D pentru obtinerea implantului ca instanta a unei primitive solide

Implementarea modulului de conversie a modelului implantului in formatul acceptat de dispozitivul de prototipare

Efectuarea de rafinari si imbunatatiri ale sistemului obtinut, pe baza testelor efectuate, a observatiilor provenite de la medici si a rezultatelor prototiparii

Diseminarea rezultatelor obtinute