Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/7631
Title: 3D joint kinematics quantification with 3D fluoroscopy : Implementation of algorithm proposed by Mahfouz MR
Other Titles: Τρισδιάστατος υπολογισμός κινηματικής αρθρώσεων με τρισδιάστατη φθοροσκοπία : Υλοποίηση του αλγόριθμου του Mahfouz MR
Authors: Πετρόπουλος, Γεώργιος
Issue Date: 2014-05-27
Keywords: Joint kinematics quantification
Fluoroscopy
Keywords (translated): Υπολογισμός κινηματικής αρθρώσεων
Φθοροσκοπία
Abstract: Dynamic assessment of three-dimensional (3D) joint kinematics is essential for understanding normal joint function as well as the effects of injury or disease. The knowledge of one or two series of bi-dimensional fluoroscopic projections of the joint in motion (mono-planar or bi-planar fluoroscopy), and the 3D model of the joint segments, were claimed to be sufficient to reconstruct the absolute and relative 6 Degrees Of Freedom (DOFs) pose of bones or prostheses in the 3D space. The software MultiTrack was developed at the Health Sciences and Technologies - Interdepartmental Center for Industrial Research (HST - ICIR) for the joint kinematics estimation with 3D Video Fluoroscopy (3DF) [1] using C++ language with ITK [2] segmentation & registration toolkit and VTK [3] visualization toolkit. An optimization procedure finds the 6 degrees of freedom pose that optimizes a metric quantifying the matching of the 3D model and its relevant projections. The metric, currently implemented in the software, is based on the contour segmentation of the object to be tracked and on the use of 3D adaptive distance maps (ADM) [4,5]. However, the contour extraction is a time consuming procedure for the user. Different methods were proposed in the literature to reduce the user interaction, each with its proper pros and cons. In the current thesis a few of the for-mentioned methods are discussed in order to evaluate each of them in terms of accuracy, speed and user dependency. At the final step the algorithm proposed by Mafhouz et al. [6], initially proposed for prostheses, is implemented inside the MultiTrack framework. To be properly characterized, the above method is tested on in vivo datasets and under various sources of error.
Abstract (translated): Η δυναμική αξιολόγηση της τρισδιάστατης (3D) κινηματικής των αρθρώσεων είναι απαραίτητη για την κατανόηση της φυσιολογικής λειτουργία των αρθρώσεων, καθώς και τις επιπτώσεις της κακώσεων ή παθήσεων . Η γνώση μιας ή δύο σειρών δυσδιάστατων ακτινοσκοπικών προβολών των αρθρώσεων σε κίνηση ( μονο - επίπεδη ή δι- επίπεδη ακτινοσκόπηση), και ενός τρισδιάστατου (3D) μοντέλου των επιμέρους τμημάτων των αρθρώσεων , κρίνεται επαρκής για να ανακατασκευαστούν τόσο οι απόλυτοι όσο και οι σχετικοί 6 βαθμοί ελευθερίας της θέσης των οστών ή των προσθετικών τμημάτων στον τρισδιάστατο χώρο. Το λογισμικό “MultiTrack” αναπτύχθηκε στις Επιστήμες Υγείας και Τεχνολογίες - Διατμηματικό Κέντρο Βιομηχανικών Ερευνών (HST-ICIR) έτσι ώστε να επιτευχθεί με ακρίβεια η εκτίμηση της κινηματικς των αρθρώσεων με τρισδιάστατη ακτινοσκόπηση (φθοροσκοπία) με βιντεοκαρέ (3DF) [1] χρησιμοποιώντας C++ γλώσσα προγραμματισμού σε συνδυασμό με τα εργαλεία κατακερματισμού & καταγραφής (segmentation & registration) ITK [2] και οπτικοποίησης (visualization) VTK [3]. Μια διαδικασία βελτιστοποίησης βρίσκει τους 6 βαθμούς ελευθερίας της θέσης που βελτιστοποιεί τη συνάρτηση ποσοτικοποίησης της συνάφειας του 3D μοντέλου και των σχετικών προβολών του. Η συνάρτηση ποσοτικοποίησης, έτσι όπως έχει υλοποιηθεί στο λογισμικό, βασίζεται στην κατάτμηση του περιγράμματος (contour segmentation) του υπό εξέταση αντικειμένου και στη χρήση τρισδιάστατων προσαρμοστικών χαρτών απόστασης (Adaptive Distance Map-ADM) [4,5]. Ωστόσο, η εξαγωγή του περιγράμματος είναι μια χρονοβόρα διαδικασία για το χρήστη. Διαφορετικές μέθοδοι έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία για τη μείωση της αλληλεπίδρασης του χρήστη, η καθεμία με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναλύονται μερικές από τις προαναφερθείσες μέθοδοι προκειμένου να αξιολογηθεί καθεμία από αυτές όσον αφορά την ακρίβεια, την ταχύτητα και την εξάρτηση της από το χρήστη. Στο τελικό στάδιο, ο αλγόριθμος που προτείνεται από τον Mafhouz [6] και χρησιμοποιήθηκε αρχικά για προθέσεις, υλοποιείται εντός του λογισμικού “MultiTrack”. Η παραπάνω μέθοδος για να χαρακτηριστεί πλήρως, έχει δοκιμαστεί σε in-νίνο δεδομένα και κάτω από διάφορες πηγές σφάλματος.
Appears in Collections:Τμήμα Ιατρικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
George_Petropoulos_Thesis_Final.pdf3.42 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.