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.
