CORSETURI - PROCESAREA AUTOMATA A DATELOR PRELEVATE CU ECHIPAMENTUL INSPECK

1 Parametri geometrici de evaluare a coloanei vertebrale, pe baza datelor furnizate de echipamentul Inspeck

Pentru evaluarea parametrilor geometrici caracteristici coloanei vertebrale, echipamentul Inspeck este utilizat in scopul reconstructiei 3D a torsului pacientului.

Fixarea marcherelor individuale pe apofizele vertebrelor permit identificarea acestora in procesarea datelor si prelevarea corecta a coordonatelor 3D ale apofizelor.

Determinarea parametrilor posturali, a deformatiilor, unghiurilor si lungimilor caracteristice coloanei vertebrale necesita cunoasterea coordonatelor vertebrelor pe o zona cat mai extinsa. In demersul descriptiv si de calcul care urmeaza sa fie prezentat s-a considerat necesara cunoasterea coordonatelor vertebrelor pe un tronson care incepe de la capatul zonei cervicale (C7) pana la mijlocul zonei sacrale (S3).

Simbolurile utilizate pentru vertebre contin majuscula aferenta zonei (C pentru cervicala, T pentru toracica, L pentru lombara si S pentru sacrala) si numarul de ordine al vertebrei in zona (1.12 pentru zona toracica, 1.5 pentru zona lombara si 1.3 pentru zona sacrala). In figura 1 sunt prezentate trei vederi ale coloanei (in plan frontal anterior, in plan sagital si in plan frontal posterior), cu figurarea simbolica a vertebrelor de la limitele zonelor cervicala, toracica, lombara si sacrala.

Fig. 1. Coloana vertebrala in plan frontal si sagital si simbolizarea vertebrelor

Pentru caracterizarea mai detaliata a posturii si deformatiilor sistemului osos, s-au prelevat date pentru sase puncte suplimentare: doua pentru umeri (U1 si U2), doua pentru omoplati (O1 si O2) si doua pentru zona pelviana, respectiv apofizele superioare ale oaselor iliace (P1 si P2),

Toti parametrii definiti sunt marimi referitoare la unul dintre cele trei plane de proiectie, a caror corespondenta cu planele anatomice a fost stabilita dupa cum urmeaza:

• xy - planul frontal
• zy - planul sagital
• xz - planul transversal.

In figura 2 sunt ilustrate cele trei plane anatomice si sistemul ortogonal drept xyz atasat structurii anatomice.

Fig. 2 Pozitia planelor anatomice (frontal - xy, sagital - zy si transversal - xz)

Cu ajutorul a 27 de triplete de coordonate (x,y,z) corespunzatoare celor 24 de vertebre nominalizate mai sus, punctelor caracteristice pelviene si ale umerilor, respectiv omoplatilor, se pot defini o serie larga de parametri posturali si indicatori de deformatie, dintre care se detaliaza urmatorii:

Parametri masurati in plan sagital (zy)

• Inclinatia trunchiului (unghiul dintre linia vertebrelor C7 - L5 si axa verticala care trece prin C7 - fig. 3)

Fig. 3 Inclinatia trunchiului

• Cifoza toracica (unghiul dintre linia vertebrelor C7 - T1 si linia vertebrelor T12 - L1 - fig. 4)

Fig. 4 Cifoza toracica

• Lordoza lombara (unghiul dintre linia vertebrelor L1 -L2 si linia vertebrelor L5 - S1 - fig. 5)

Fig. 5 Lordoza lombara

• Unghiul sacru (unghiul dintre linia vertebrelor S1 - S3 si verticala care trece prin C7 - fig. 6)

Fig. 6 Unghiul sacru

Parametri masurati in plan frontal (xy)

• Oblicitatea pelvica (unghiul dintre linia apofizelor oaselor iliace si o dreapta orizontala - fig. 7)

Fig. 7 Oblicitatea pelvica

• Oblicitatea umerilor (unghiul dintre linia umerilor si o dreapta orizontala - fig. 8)

Fig. 8 Oblicitatea umerilor

• Distanta scapulara dreapta (distanta dintre varful omoplatului drept si intersectia liniei omoplatilor, proiectata pe axa y - fig. 9)
• Distanta scapulara stanga (distanta dintre varful omoplatului stang si intersectia liniei omoplatilor, proiectata pe axa y - fig. 9)

Fig. 9 Distanta scapulara dreapta, respectiv stanga

• Deformatia scoliotica dreapta (unghiul dintre linia vertebrelor C7 - T1 si linia vertebrelor T11 - T12 - fig. 10)

Fig. 10 Deformatia scoliotica dreapta

• Deformatia scoliotica stanga (unghiul dintre linia vertebrelor T11 - T12 si linia vertebrelor S1 - S3 - fig. 11)

Fig. 11 Deformatia scoliotica stanga

• Inclinarea laterala (unghiul dintre linia vertebrelor C7 - S1 si verticala care trece prin C7 - fig. 12)

Fig. 12 Inclinarea laterala

• Unghiul Cobb (unghiul dintre normalele la linia vertebrelor C7 - T1, respectiv L4 - L5 - fig. 13)

Fig. 13 Unghiul Cobb

Parametri  masurati in plan transversal (xz)

• Rotatia pelvica (unghiul dintre linia apofizelor iliace P1 - P2 si linia omoplatilor O1 - O2 - fig. 14)

Fig. 14 Rotatia pelvica

Lungimi reale (masurate in 3D)

• Lungime totala (intre vertebrele C7 - S3)
• Lungime toracica intre vertebrele (C7 - L1)
• Lungime lombara (intre vertebrele L1 -L5)

Din punct de vedere matematic, pentru determinarea unghiurilor, se apeleaza la geometria analitica a dreptei in plan.

In cazul cel mai general, se considera doua drepte care contin punctele A(x_A,y_A) si B(x_B,y_B), respectiv C(x_c,y_C) si D(x_D,y_D). Panta dreptelor este de forma:

pentru dreapta , (1)

respectiv

pentru dreapta . (2)

Tangenta unghiului dintre cele doua drepte rezulta din relatia (fig. 15):

. (3)

Fig. 15 Unghiul a doua drepte in plan

Se disting doua cazuri particulare:

• unghiul dintre o dreapta oarecare si o orizontala (paralela cu axa Ox). Unghiul dintre o dreapta oarecare AB si o orizontala rezulta direct din coeficientul unghiular m_AB
• unghiul dintre o dreapta oarecare si o verticala (paralela cu axa Oy). In acest caz unghiul cautat este complementul unghiului determinat de coeficientul unghiular al dreptei oarecare:

. (4)

Unghiurile pot rezulta pozitive sau negative. Pentru unii parametri sunt semnificative valorile algebrice ale unghiurilor. Pentru altii este relevanta valoarea absoluta cu specificarea unor atribute de tipul stanga/dreapta sau inainte/inapoi.

Lungimile segmentelor de coloana rezulta prin insumarea distantelor dintre vertebrele consecutive:

, (5)

unde

, (6)

cu (x_i,y_i,z_i) si (x_i+1,y_i+1,z_i+1) - coordonatele a doua vertebre consecutive.

2 Software de prelucrare avansata a datelor achizitionate cu echipamentul Inspeck

Echipamentul de reconstructie 3D prin scanare optica permite, pe langa vizualizarea imaginilor, o serie de operatii care include determinarea coordonatelor unor puncte selectate de catre operator, masurarea unor distante direct pe imagine etc. Pentru procesarea datelor in scopul obtinerii informatiilor de interes pentru investigarea coloanei vertebrale, este facilitatea de creare a unui fisier ASCII, in format *.txt, care poate fi preluat de alte aplicatii soft pentru prelucrare avansata.

Pentru calculul parametrilor definiti mai sus este necesara prelevarea coordonatelor a 27 de puncte, a caror pozitie este stabilita de catre medic prin plasarea de marchere (fig. 16).

Fig, 16 Pozitia celor 27 de marchere pentru prelevarea coordonatelor 3D

Pentru procesarea datelor obtinute prin scanarea cu sistemul Inspeck s-a elaborat o aplicatie Microsoft Visual Basic. Proiectarea acesteia, repectiv a facilitatilor pe care trebuie sa le prezinte, a avut in vedere urmatoarele cerinte:

• existenta unei baze de date continand un set minim de informatii despre pacienti. Informatia din baza de date trebuie sa poata fi accesata selectiv prin introducerea unor filtre si trebuie sa permita introducerea si salvarea unor date noi
• importul de date (coordonate ale vertebrelor) dintr-un fisier *.xls
• prelucrarea automata a datelor
• afisarea rezultatelor numeric si grafic
• tiparirea unui raport de investigatie cu informatii despre pacient, rezultate numerice si grafice si observatii ale medicului relativ la interpretarea parametrilor de caracterizare a coloanei vertebrale.

Modulul Form al programului denumit INBIRE este prezentat in figura 17. Controalele TextBox cu etichetele ID pacient/ID Patient, Nume/Name, Prenume/Surname, Ocupatia/Profession permit identificarea unei linii deja existente in baza de date sau introducerea unei linii noi, pentru un pacient neinregistrat in baza.

Caseta de text Obs. este rezervata inscrierii concluziilor investigarii de catre medic.

In partea mediana a primului Tab se afla controlul Grid, in coloanele caruia sunt vizualizate datele apelate din baza de date sau linia nou introdusa in aceasta.

In partea inferiaora a controlului Form este plasat un control StatusBar , care contine numele programului, data si ora curente.

Controlul Toolbar include butoanele Salveaza/Save si Import pentru salvarea, respectiv importul de informatie in baza de date. Butonul Calculeaza/Compute determina derularea secventei scrise in codul programului pentru calculul parametrilor numerici si reprezentarile grafice aferente. Pentru versiunea in limba engleza a etichetelor a fost prevazut un buton Engleza/Romanian de schimbare a limbii de conversatie in program. Butonul Sterge/Delete goleste controale de interactiune cu operatorul si pregateste programul pentru o noua utilizare. Iesirea din aplicatie se face cu ajutorul butonului Iesire/Exit.

Fig. 17 Modulul Form Tab1 al aplicatiei

Pentru apelarea unui pacient existent in baza de date, filtrul de cautare este numele acestuia. In TextBox- ul aferent se inscrie numele cautat si se declanseaza citirea bazei de date cu butonul alaturat controlului, pentru care s-a introdus Tip - ul Cauta pacient (fig. 18).

Fig. 18

Baza de date (fig. x19) contine doua surse tabelare interconectate: un tabel cu inregistrarile pacientilor (fig. 20) si un tabel cu coordonate atribuite pacientilor functie de numarul de indentificare al acestora din primul tabel (fig. 21).

Fig. 19 Baza de date organizata pe tabele

Fig. 20 Tabelul Pacienti din baza de date

Fig. 21 Esanation aferent pacientului cu numarul de identificare 31 in tabelul

Coordonate din baza de date

Daca pacientul cautat se afla deja in baza de date Grid - ul de pe interfata grafica a programului se populeaza cu datele existente (fig. 22)

Fig. 22 Popularea grid - ului cu date existente in baza de date

Al doilea Tab al Form - ului (fig. 23) contine un control Grid in care sunt afisate coordonatele prelevate pentru pacientul apelat (fig. 24).

Fig. 23 Tab - ul Coordonate/Coordinates al interfetei grafice

Fig. 24 Popularea controlului Grid cu coordonatele prelevate pentru

pacientul apelat din baza de date

Prima coloana afiseaza simbolul vertebrelor, respectiv al celor sase puncte suplimentare de masurare. Urmatoarele trei coloane contin inscrise valorile coordonatelor (x,y,z) ale celor 27 de puncte necesare calculului parametrilor de interes.

Pentru rularea programului este obligatorie existenta datelor numerice nenule pentru liniile C7 - S3. Prezenta datelor pentru cele sase puncte suplimentare de masurare este testata de program si in cazul in care acestea lipsesc, parametrii care implica aceste date nu sunt calculati.

Tab - ul Rezultate/Results contine controalele necesare afisarii numerice si grafice a parametrilor de caracterizare a coloanei vertebrale. Calculul si popularea controalelor sunt comandate prin butonul Calcul/Compute.

In figura 25 este prezentata o imagine a interfetei inainte de derularea secventei de calcul. Este alocat spatiu pentru trei controale PictureBox, in care vor fi proiectate vederile coloanei in plan frontal, sagital si trensversal.

In subsolul acestora sunt prevazute etichete cu denumirea parametrilor si casete de text pentru valorile acestora.

Pentru Inclinatia trunchiului/Trunk inclination, Cifoza toracica/Thoracic Kyphosis, Lordoza lombara/Lumbar lordosis si Unghiul sacru/Sacral angle s-au introdus scale cromatice, pe care figureaza intervalul valorilor normale si linia corespunzatoare valorii parametrului pentru pacientul investigat. Etichetele exterioare scalelor marcheza valoric extensia acestora si indica tendinta de deformatie spre extremitatile scalelor.

In mod similar sunt descrise si grafic Deformatia scoliotica dreaptaScoliotic deformation right, Deformatia scoliotica stanga/Scoliotic deformation left si Inclinarea laterala/Lateral inclination.

Fig. 25 Imagine a interfetei grafice de afisare a rezultatelor

In figurile 26 si 27 sunt redate capturi de ecran ale interfetei grafice cu rezultatele procesarii datelor din tab - ul Coordonate/Coordinates in limba romana, respectiv engleza.

Butonul Tipareste/Print comanda o secventa de tiparire a unui raport al investigatiei (fig. 28). Acesta contine numele si prenumele pacientului, data investigarii, imaginile in cele trei plane ale coloanei, parametrii caracteristici ai acesteia in forma numerica si grafica, precum si concluziile investigarii, completate de catre medic in caseta de text Obs.

Fig. 26 Imagine a interfetei grafice de afisare a rezultatelor in limba romana

Fig. 27 Imagine a interfetei grafice de afisare a rezultatelor in limba engleza

Fig. 28 Imagine a raportului tiparit al investigatiei

Pentru verificarea existentei unui pacient in baza de date se scrie numele acestuia in TextBox - ul alaturat etichetei Nume/Name. Evenimentul Click() atribuit butonului de comanda Cauta nume initiaza cautarea in baza de date. Daca numele este gasit, se completeaza grid - ul aferent si se pot urma procedurile descrise anterior. Daca numele nu se afla in baza de date, programul afiseaza o fereastra cu mesajul Pacientul nu este inscris in baza de date! (fig. 29).

Fig. 29 Fereastra de mesaj in cazul in care pacientul nu este inscris in baza de date

Pentru introducerea unui pacient nou in baza de date se scriu informatiile referitoare la acesta in campurile corespunzatoare si se apeleaza butonul de comanda Salveaza/Save (fig. 30).

Fig. 30 Introducerea datelor unui pacient nou

Cu butonul Cauta pacient se populeaza grid - ul din Tab - ul Date pacienti (fig. 31)

Fig. 31 Popularea grid - ului cu datele unui pacient nou

Intentia de initiere a calculului returneaza mesajul de avertizare Nu exista date despre coloana! (fig. 32).

Fig. 32 Mesaj de avertizare in cazul in care nu exista date numerice

atasate numelui pacientului

Aducerea datelor in baza de date se realizeaza prin butonul de comanda Import, care deschide o fereastra de dialog (fig. 33) prin care cere indicarea unui fisier cu extensia *.xls. Acest fisier este importat in tabelul Coordonate din baza de date.

Fig. 33 Deschiderea ferestrei de dialog pentru realizarea importului

coordonatelor in baza de date

Datele obtinute prin masurare si prelucrare primara cu softurile echipamentului Inspeck sunt stocate sub forma unor fisiere *.txt. Pentru importul in INBIRE este necesara crearea unor fisiere *.xls cu un format fi Popularea cu date numerice trebuie sa inceapa cu celula B3 si sa contina pe coloana A simbolurile punctelor de masurare (fig. 34).

Fig.x 34 Formatul fisierului *.xls compatibil cu INBIRE