[ Univerza v Ljubljani ]  [ Fakulteta za elektrotehniko ]  [ Laboratorij za slikovne tehnologije ]   [ English ] 
 
 
Prva stran ]  >>  ARRS projekti
Računalniško-podprto načrtovanje operativnih posegov hrbtenice na podlagi kvantitativne analize slik



 
 Nalaganje strani.
Prosimo počakajte...
 
 
Osnovni opis projekta
 
>>
 Šifra:   J2-7118   
  Obdobje:   1.1.2016 - 31.12.2018
  Letni obseg:   1,63 FTE
  Raziskovalna dejavnost:   2.06.07: Tehniške vede / Sistemi in kibernetika / Biomedicinska tehnika
  Članica UL:   Fakulteta za elektrotehniko
  Sodelujoča RO:   Ortopedska bolnišnica Valdoltra, Ankaran
  Vodja:   Tomaž Vrtovec
 
Vsebinski opis projekta
 
>>
 Sodoben način življenja, prekomerno sedenje ter povečana telesna teža se v povezavi s staranjem populacije odražajo v povečanem obsegu hrbteničnih in s hrbtenico povezanih obolenj. Zdravljenje hrbteničnih obolenj z operativnimi posegi je običajno pri bolnikih z akutnimi težavami ali poškodbami hrbtenice, nujno pa takrat, kadar so drugi pristopi k zdravljenju neučinkoviti (npr. sredstva proti bolečninam, fizioterapija, opornice). Stabilizacija vretenc je operativni poseg, ki se uporablja pri zdravljenju skolioze, kifoze, spondilolisteze, spondiloze, degenerativnih obolenj in hernije medvretenčne ploščice, vretenčnih tumorjev in zlomov, kot tudi pri zdravljenju drugih degenerativnih obolenj, ki povzročijo nestabilnost hrbtenice. Ker nestabilnost hrbtenice lahko povzroči poškodbe hrbtenjače in iz hrbtenice izhajajočega živčevja, je cilj stabilizacije vretenc zmanjšati njihovo premičnost ter se tako izogniti omenjenim poškodbam. Operativni poseg temelji na medsebojni pritrditvi dveh (ali več) vretenc s kovinskimi orodji za stabilizacijo, kot so povezovalne palice, plošče in/ali vijaki. Med najbolj uporabljanimi tehnikami je pritrditev s pedikularnimi vijaki, ki v osnovi temelji na prebadanju vretenčnih pediklov z vijaki proti notranjosti vretenčnega telesa ter na pritrditvi povezovalnih palic na zunanji del teh vijakov, in sicer na vsaki strani vretenca. Ker je med operacijo vidljivost anatomskih struktur omejena, je potrebna miselna predstava o tridimenzionalni (3D) anatomiji hrbteničnih struktur, ki niso neposredno vidne. Za uspešno vstavitev pedikularnih vijakov mora ortopedski kirurg med načrtovanjem operativnega posega upoštevati morfologijo (obliko in zgradbo) pediklov in vretenčnih teles, tako da lahko izbere ustrezno velikost (premer in dolžino) ter določi ustrezno vstavitveno trajektorijo (vstopno točko in naklon) za vsak pedikularni vijak posebej, saj lahko na ta način precej zmanjša tveganje za njihovo neuspešno postavitev. Iz navedenih razlogov se je za pritrditev s pedikularnimi vijaki uveljavilo predoperativno načrtovanje, med katerim kirurg na podlagi 3D slik hrbtenice natančno preuči anatomijo obravnavanega bolnika. Predoperativno slikanje je torej predpogoj za zanesljivo načrtovanje operativnih posegov, pri čemer je tehnika slikanja z računalniško tomografijo (ang. computed tomography, CT) postala najbolj uveljavljena za vrednotenje kostnih struktur, iz katerih sestoji hrbtenica. Sodobna programska oprema kirurgu tudi omogoča, da ročno načrtuje velikost in vstavitveno trajektorijo vsakega pedikularnega vijaka, pri čemer mora obvladati navigacijo po 3D sliki ter manipulacijo s 3D modeli hrbtenice, vretenc in vijakov v 3D prostoru. Človeška sposobnost načrtovanja operativnih posegov na podlagi ustrezne interpretacije medicinskih slik je pa omejena zaradi naših nesistematičnih iskalnih vzorcev in naravne biološke variabilnosti človeške anatomije, poleg tega pa lahko prisotnost šuma v slikah povzroči prikrivanje dejanskih geometrijskih odnosov med anatomskimi strukturami. Načrtovanje operativnih posegov je zaradi tega časovno precej zamudno opravilo, zanesljivost in točnost načrtovanja pa sta odvisni od subjektivne interpretacije kirurga. Cilj raziskave je doseči kvantitativno, objektivno ter ponovljivo vrednotenje morfologije vretenc na podlagi 3D slik hrbtenice, predvsem morfologije pediklov in vretenčnih teles za namen načrtovanja stabilizacije vretenc s pritrditvijo pedikularnih vijakov. V ta namen bomo razvili nove računalniško-podprte metode, ki bodo temeljile na avtomatski obdelavi in kvantitativni analizi 3D slik hrbtenice ter tako pripomogle k boljšemu načrtovanju postopkov pritrditve s pedikularnimi vijaki kot tudi drugih operativnih posegov hrbtenice, pri katerih je pomembno natančno poznavanje morfologije vretenca. Predmet raziskav predlaganega projekta je torej razvoj in vrednotenje novih metod za avtomatsko računalniško-podprto kvantitativno analizo 3D slik za načrtovanje operativnih posegov hrbtenic.
 
Sestava projektne skupine
 
>>
 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko
  Miran Bürmen   povezava na SICRIS ]
  Blaž Cugmas   povezava na SICRIS ]
  Matic Ivančič   povezava na SICRIS ]
  Tim Jerman   povezava na SICRIS ]
  Jaka Katrašnik   povezava na SICRIS ]
  Dejan Knez   povezava na SICRIS ]
  Robert Korez   povezava na SICRIS ]
  Žiga Lesjak   povezava na SICRIS ]
  Boštjan Likar   povezava na SICRIS ]
  Hennadii Madan   povezava na SICRIS ]
  Primož Markelj   povezava na SICRIS ]
  Miha Možina   povezava na SICRIS ]
  Peter Naglič   povezava na SICRIS ]
  Franjo Pernuš   povezava na SICRIS ]
  Žiga Špiclin   povezava na SICRIS ]
  Dejan Tomaževič   povezava na SICRIS ]
  Peter Usenik   povezava na SICRIS ]
  Tomaž Vrtovec   povezava na SICRIS ]
 
>>
 Ortopedska bolnišnica Valdoltra
  Robert J. Cirman   povezava na SICRIS ]
  Rene Mihalič   povezava na SICRIS ]
  Janez Mohar   povezava na SICRIS ]
  Rihard Trebše   povezava na SICRIS ]
 
 
Faze projekta in njihova realizacija
 
>>
 Prvo leto
  Implementacija 3D modela vretenčnega telesa   [ zaključena ]
  Uporaba 3D modela vretenčnega telesa na CT slikah normalnih in bolezenskih vretenc   [ zaključena ]
  Zbiranje rezultatov modeliranja vretenčnega telesa v skladu s predlagano validacijsko metodologijo   [ zaključena ]
  Raziskovanje možnosti za izboljšanje/nadgradnjo 3D modela vretenčnega telesa in procesa njegove uporabe   [ zaključena ]
  Načrtovanje in razvoj 3D modela pedikla   [ zaključena ]
  Implementacija 3D modela pedikla   [ zaključena ]
  Uporaba 3D modela pedikla na CT slikah normalnih in bolezenskih vretenc   [ zaključena ]
  Zbiranje rezultatov modeliranja pedikla v skladu s predlagano validacijsko metodologijo   [ zaključena ]
  Raziskovanje možnosti za izboljšanje/nadgradnjo 3D modela pedikla in procesa njegove uporabe   [ zaključena ]
  Razširjanje rezultatov - objavljanje v revijah z visokim faktorjem vpliva   [ v teku ]
 
>>
 Drugo leto
  Končna natančna definicija validacijske metodologije za vrednotenje rezultatov modeliranja vretenčnih teles in pediklov   [ zaključena ]
  Uporaba 3D modela vretenčnega telesa in 3D modela pedikla na CT slikah normalnih in bolezenskih vretenc   [ zaključena ]
  Zbiranje končnih rezultatov, pridobljenih s parametričnim modeliranjem vretenčnih teles in pediklov v 3D, v skladu z definirano validacijsko metodologijo   [ zaključena ]
  Vrednotenje morfologije vretenca v 3D (vretenčno telo in pedikli)   [ zaključena ]
  Primerjava obstoječih in na novo razvitih postopkov za kvantitativno vrednotenje morfologije vretenca   [ zaključena ]
  Načrtovanje in razvoj 3D modela pedikularnega vijaka   [ zaključena ]
  Uporaba avtomatskega načrtovanja pedikularnih vijakov z razvitim 3D modelom pedikularnega vijaka na CT slikah normalnih in bolezenskih vretenc   [ zaključena ]
  Zbiranje rezultatov avtomatskega načrtovanja pedikularnih vijakov v skladu s predlagano validacijsko metodologijo   [ zaključena ]
  Raziskovanje možnosti za izboljšanje/nadgradnjo 3D modela pedikularnega vijaka in procesa avtomatskega načrtovanja pedikularnih vijakov   [ zaključena ]
  Končna natančna definicija validacijske metodologije za vrednotenje rezultatov modeliranja pedikularnih vijakov in avtomatskega načrtovanja pedikularnih vijakov   [ zaključena ]
  Razširjanje rezultatov - objavljanje v revijah z visokim faktorjem vpliva   [ zaključena ]
 
>>
 Tretje leto
  Zbiranje predoperativnih CT slik hrbtenice bolnikov, ki so prestali operativni poseg s postopkom pritrditve s pedikularnimi vijaki, ter pripadajočih ročno določenih predoperativnih načrtov operativnih posegov   [ zaključena ]
  Uporaba avtomatskega načrtovanja pedikularnih vijakov z razvitim 3D modelom pedikularnega vijaka na izbrane CT slike hrbtenice bolnikov, ki so prestali operativni poseg s postopkom pritrditve s pedikularnimi vijaki   [ zaključena ]
  Zbiranje končnih rezultatov avtomatskega načrtovanja pedikularnih vijakov v skladu z definirano validacijsko metodologijo   [ zaključena ]
  Primerjava predoperativnih načrtov za pritrditev s pedikularnimi vijaki, ki so bili pridobljeni ročno in s predlaganim postopkom za avtomatsko načrtovanje pedikularnih vijakov   [ zaključena ]
  Primerjava obstoječih in na novo razvitih postopkov za avtomatsko načrtovanje pedikularnih vijakov   [ zaključena ]
  Raziskovanje možnosti za izboljšanje/nadgradnjo razvitih postopkov za vrednotenje morfologije vretenca v 3D in avtomatskega načrtovanja pedikularnih vijakov   [ zaključena ]
  Razširjanje rezultatov - objavljanje v revijah z visokim faktorjem vpliva   [ v teku ]
 
 
Bibliografske reference projekta
 
>>
 Dejan Knez, Janez Mohar, Robert Cirman, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Variability analysis of manual and computer-assisted preoperative thoracic pedicle screw plaement planning. Spine, 43(21):1487-1495, 2018
[ COBISS-ID: 11993172 ]   [ doi: 10.1097/BRS.0000000000002659 ]
 
>>
 Dejan Knez: Computer-assisted design and analysis of pedicle screw placement based on medical images of the spine. Doktorska disertacija, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko (mentor: T. Vrtovec), 2018
[ COBISS-ID: 12080212 ]
 
>>
 Dejan Knez, Imad S. Nahle, Tomaž Vrtovec, Stefan Parent in Samuel Kadoury: Computer-assisted pedicle screw placement planning: towards clinical practice. 15th IEEE Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro - ISBI 2018, 4. - 7. april, Washington, D.C., ZDA, A. Amini, S. Acton (ur.), 249-252, 2018
[ COBISS-ID: 12005204 ]   [ doi: 10.1109/ISBI.2018.8363566 ]
 
>>
 Imad S. Nahle, Dejan Knez, Tomaž Vrtovec, Stefan Parent in Samuel Kadoury: Computer-assisted pedicle screw planning from pre-operative CT: a quantitative comparison with post-operative 3D resonstructions. 47th Annual Meeting of the Quebec Scoliosis Society, 19. - 21. oktober, Baie-Saint-Paul, Quebec, Kanada, 2017
[ COBISS-ID: 11869268 ]
 
>>
 Dejan Knez, Janez Mohar, Robert Cirman, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Analysis of manual and computer-assisted preoperative pedicle screw placement planning. 17th Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery - CAOS 2017, 14. - 17. junij, Aachen, Nemčija, 2017
[ COBISS-ID: 11811412 ]
 
>>
 Dejan Knez, Imad S. Nahle, Stefan Parent, Samuel Kadoury in Tomaž Vrtovec: Quantitative comparison of computer-assisted pedicle screw placement plans with actually inserted pedicle screws. Annual Spine Experts Group Meeting and Slovenia 2017 Spine Symposium, 24. - 25. november, Ljubljana, Slovenija, 2017
[ COBISS-ID: 11907412 ]
 
>>
 Janez Mohar, Dejan Knez, Robert Cirman, Rihard Trebše, Rene Mihalič in Tomaž Vrtovec: Comparison of automatically and manually obtained pedicle screw plans in deformities of the thoracic spine. Orthopaedic Proceedings, 99-B(Supp 5):11, 2017
[ COBISS-ID: 1539322564 ]
 
>>
 Dejan Knez, Janez Mohar, Robert Cirman, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Analysis of manual and computer-assisted pre-operative pedicle screw placement planning. Orthopaedic Proceedings, 99-B(Supp 20):17, 2017
[ COBISS-ID: 11908180 ]
 
>>
 Dejan Knez, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Computer-assisted screw size and insertion trajectory planning for pedicle screw placement surgery. IEEE Transactions on Medical Imaging, 35(6):1420-1430, 2016
[ COBISS-ID: 11250260 ]   [ doi: 10.1109/TMI.2016.2514530 ]
 
>>
 Dejan Knez, Janez Mohar, Robert J. Cirman, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Določanje velikosti in vstavitvene trajektorije pedikularnih vijakov v računalniškotomografskih (CT) slikah deformacij prsne hrbtenice: primerjava ročnega in računalniško podprtega predoperacijskega načrtovanja. Zdravniški vestnik, 85(11-12):619-631, 2016
[ COBISS-ID: 11678804 ]
 
>>
 Dejan Knez, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Automated determination of pedicle morphometry in the thoracic spine. 13th IEEE Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro - ISBI 2016, 12. - 16. april, Praga, Češka, J. Kybic, M. Sonka (ur.), 664-667, 2016
[ COBISS-ID: 11351124 ]   [ doi: 10.1109/ISBI.2016.7493354 ]
 
>>
 Dejan Knez, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Automated pedicle screw size and trajectory planning by maximization of fastening strength. Computational Methods and Clinical Applications for Spine Imaging, Third International Workshop and Challenge, CSI 2015, held in conjunction with the 18th International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention - MICCAI 2015, Lecture Notes in Computer Science 9402:3-13, 2016
[ COBISS-ID: 11453012 ]   [ doi: 10.1007/978-3-319-41827-8_1 ]
 
>>
 Dejan Knez, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Avtomatska metoda načrtovanja velikosti in trajektorije pedikularnih vijakov. Računalniška obdelava slik in njena uporaba v Sloveniji - 11. strokovna konferenca - ROSUS 2016, 17. marec, Maribor, Slovenija, B. Potočnik (ur.), 55-68, 2016
[ COBISS-ID: 11308372 ]
 
>>
 Dejan Knez, Janez Mohar, Robert J. Cirman, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Manual and computer-assisted pedicle screw placement plans: a quantitative comparison. Proceedings of the 4th MICCAI Workshop & Challenge on Computational Methods and Clinical Applications for Spine Imaging - MICCAI-CSI2016, J. Yao in sod. (ur.), 17. oktober, Atene, Grčija, 78-88, 2016
[ COBISS-ID: 11578452 ]
 
>>
 Dejan Knez, Janez Mohar, Robert J. Cirman, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Manual and computer-assisted pedicle screw placement plans: a quantitative comparison. Computational Methods and Clinical Applications for Spine Imaging, Fourth International Workshop and Challenge, CSI 2016, held in conjunction with the 19th International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention - MICCAI 2016, Lecture Notes in Computer Science 10182:105-115, 2016
[ COBISS-ID: 11708244 ]   [ doi: 10.1007/978-3-319-55050-3_10 ]
 
>>
 Dejan Knez, Janez Mohar, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Quantitative comparison between the straight-forward and anatomical insertion technique for pedicle screw placement. SPIE Medical Imaging 2016, Image Processing, 27. februar - 3. marec, San Diego, ZDA, M.A. Styner, E.D. Angelini (ur.), 9784:978439, 2016
[ COBISS-ID: 11316820 ]   [ doi: 10.1117/12.2216028 ]
 
>>
 Janez Mohar, Dejan Knez, Robert J. Cirman, Rihard Trebše, Rene Mihalič in Tomaž Vrtovec: Comparison of automatically and manually obtained pedicle screw plans in deformities of the thoracic spine. 29th Annual Congress of the International Society for Technology in Arthoplasty - ISTA 2016, 5. - 8. oktober, Boston, ZDA, S.B. Murphy (ur.), #4334, 2016
[ COBISS-ID: 11690836 ]
 
>>
 Dejan Knez, Boštjan Likar, Franjo Pernuš in Tomaž Vrtovec: Automated pedicle screw size and trajectory planning by maximization of fastening strength. Proceedings of the 3rd MICCAI Workshop & Challenge on Computational Methods and Clinical Applications for Spine Imaging - MICCAI-CSI2015, T. Vrtovec in sod. (ur.), 5. oktober, München, Nemčija, 3-13, 2015
[ COBISS-ID: 11182676 ]
 
 
 
//-----------------------------------------------------------------------