Analysis of Computed Tomography image stacks to evaluate the performances in time of xeno-hybrid bone substitute implants

L’obiettivo principale di questa tesi di laurea magistrale è stato costruire un metodo di analisi rigoroso e riproducibile tramite il quale, a partire dalle acquisizioni TC di pazienti a cui è stato impiantato il sostituto osseo SmartBone®, sia possibile esaminare le prestazioni del materiale nel tempo. Il suddetto lavoro di tesi si presenta come una continuazione ed estensione di una tesi precedente, realizzata in collaborazione con la medesima azienda (Industrie Biomediche Insubri SA) e volta a sviluppare un metodo di analisi radiologico non invasivo per l'analisi di SmartBone®. Il metodo proposto consente di ottenere dei modelli tridimensionali di SmartBone® partendo da dataset tomografici del paziente, acquisiti in diversi istanti temporali successivi all’operazione di impianto. Dai modelli 3D ottenuti è stato possibile estrarre due parametri: volume dell'innesto e corrispondente valore medio di HU. Il primo consente di capire quanto materiale si è preservato a distanza di mesi dalla procedura chirurgica di impianto, il secondo rappresenta un indice del grado di osteointegrazione dell'innesto. Nell'analisi sono stati utilizzati due software in grado di effettuare una segmentazione semi-automatica di strutture desiderate: ITK-SNAP e Inobitec Dicom Viewer. Entrambi i software quali consentono di ottenere dei modelli 3D della struttura di interesse partendo dalle immagini TC del paziente e applicando degli algoritmi di region-growing su una maschera definita dall’operatore. Costruendo dei modelli tridimensionali di SmartBone® per ogni esame di follow-up del paziente è possibile monitorare non solo i cambiamenti strutturali cui l’impianto va incontro nel corso del tempo, ma anche variazioni nel livelli di radiopacità. Un'ulteriore analisi bidimensionale viene proposta per ovviare alle limitazioni che insorgono in tutti quei casi in cui non è possibile ottenere un modello 3D di SmartBone da un dataset tomografico (a causa di artefatti, bassa risoluzione spaziale o, più comunemente, elevato stadio di riassorbimento dell'impianto che lo rende indistinguibile dai tessuti circostanti). Questo approccio alternativo prevede la registrazione di due stack tomografici (uno precedente in cui SmartBone è stato identificato correttamente ed uno successivo in cui non è possibile segmentare l'impianto) al fine di allineare accuratamente le fette tomografiche corrispondenti ed essere in grado di sovrapporre una segmentazione precedente ad un'acquisizione successiva. Tale metodo permette di ottenere informazioni sui cambiamenti in termini di HU medio del sito di impianto nel corso del tempo. Il metodo proposto è stato testato su quattro casi clinici (due ortopedici, due dentali). Dall'analisi dei casi è emerso come la combinazione delle procedure di analisi tridimensionale e bidimensionale rappresenta un valido e soddisfacente supporto per valutare in maniera esaustiva le performance di un impianto SmartBone nel corso del tempo.