Nilkkanivelen tietokonetomografia-liikemallinnus potilaskohtaisen ulkoisen tuen suunnittelua varten

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Date
2011
Major/Subject
Lääketieteellinen tekniikka
Mcode
Tfy-99
Degree programme
Language
en
Pages
[8] + 50 + [2]
Series
Abstract
Pilon-murtumat ovat vaikeita, välitöntä ortopedistä hoitoa vaativia nilkan traumoja. Trauman jälkeen nilkka on tuettava, mutta ravintoaineiden ja veren virtauksen parantamiseksi nilkan olisi suotavaa saada liikkua kontrolloidusti, esimerkiksi yhden akselin ympäri. Tätä varten on kehitetty kääntyviä, ulkoisia nilkkatukia. Ainetta lisäävän valmistuksen keinoin on mahdollista luoda jokaiselle potilaalle yksilöllinen tuki, joka seuraa potilaan nilkan luonnollista liikerataa. Tätä varten on selvitettävä potilaan ylemmän nilkkanivelen kääntöakselin paikka sekä suunta eri vaiheissa nilkan koukistusta ja ojennusta. Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin tietokonetomografiaan perustuva mittausmenetelmä. Koehenkilöitä oli kaksi: ensimmäisen nilkka kuvattiin kartiokeila-TT-laitteella kolmessa asennossa (äärikoukistus, neutraali, ääriojennus), ja toisen viidessä (edellä mainitut asennot, sekä puolittainen koukistus ja puolittainen ojennus). Tämän jälkeen kuvista segmentoitiin sääriluu sekä telaluu. Kahden peräkkäisen asennon (ääriojennus-puolittainen ojennus, puolittainen ojennus-neutraali, jne.) luut kohdennettiin toistensa suhteen. Nämä kohdennukset tuottivat kaksi muunnosmatriisia, joiden avulla laskettiin liikkeen kunkin vaiheen kääntöakselin (finite helical axis, FHA) paikka sekä suunta. Menetelmä tuotti järkeviä tuloksia, joten lisäkehitystä suositellaan. Tekniikan oikea tarkkuus on selvitettävä esimerkiksi toistokokein, mutta näitä rajoittaa tietokonetomografiakuvaukseen liittyvä säderasitus.

Pilon fracture is a severe ankle trauma, which demands instant orthopedic treatment. After the trauma, the ankle needs to be shielded from load, but to maximize the flows of blood and nutrients, ankle should also be allowed to move in a controlled fashion, e.g. around one axis. External, rotating fixators exist for this purpose. Utilizing additive manufacturing techniques, a patient-specific fixator can be designed. It aims to mimic the natural range of motion, and thus minimize the motion resistance. Prior to the fixator fabrication, the location and orientation of the talocrural joint axis in different phases of the motion needs to be determined. In this thesis, a computed tomography based measurement method was developed and piloted. Two subjects were scanned with a cone-beam CT device: the first subject in three stances (full dorsiflexion, neutral, full plantarflexion), and the second one in five stances (aforementioned three, and in addition, half plantarflexion and half dorsiflexion). After this, the tibia and talus bones were segmented. The corresponding bones in two consecutive poses (full dorsiflexion-half dorsiflexion, half dorsiflexion-neutral, etc.) were registered in respect to each other. These registrations produced two transform matrices, which were used to calculate the finite helical axis (location and orientation) of each phase of the motion. The technique yielded sensible results, thus further development is recommended. The actual accuracy remains unknown, and needs to be determined e.g. by larger patient pool. This is complicated by the radiation burden involved with CT imaging.
Description
Supervisor
Koskelainen, Ari
Thesis advisor
Tuomi, Jukka
Keywords
talocrural joint, ankle fracture, rapid prototyping, additive manufacturing, computed tomography (CT), nilkkanivel, murtuma, pikavalmistus, ainetta lisäävä valmistus, tietokonetomografia (TT)
Other note
Citation