Realizzazione di modelli statistici di forma e densità della mandibola umana = Development of statistical shape and density models for the human mandible

Nel corso degli ultimi anni si è assistito ad uno sviluppo nell’applicazione dei modelli statistici di forma (SSM) e densità (SDM) per la generazione di rappresentazioni 3D parametrizzate di strutture anatomiche, con particolare enfasi nell’ambito della modellazione ossea. Questa metodologia consente di generare dei modelli personalizzabili in base alle caratteristiche specifiche del paziente, aprendo nuove prospettive di ricerca nei settori della progettazione di dispositivi ortopedici, della chirurgia assistita da computer e della diagnosi e prevenzione delle patologie ossee, offrendo un’alternativa a tecniche di acquisizione della geometria consolidate, ma più invasive e costose (ad es., TAC). Lo scopo di questo lavoro di tesi è lo sviluppo di una metodologia completa per la creazione di un modello statistico della mandibola umana, basato sull’applicazione dell’analisi delle componenti principali (PCA). Nello specifico, l’analisi è finalizzata non solo alla ricostruzione della geometria della superficie esterna della mandibola, ma alla ricostruzione dell’intero volume di osso corticale. Nella prima fase, ci si è concentrati sulla realizzazione di un modello statistico di forma, in grado di catturare le principali variazioni geometriche della mandibola. La seconda fase si è invece focalizzata sulla creazione di un modello statistico di densità, con l'obiettivo di valutare le variazioni nella distribuzione della densità ossea all'interno della mandibola, in particolare della porzione di osso corticale. L’analisi è stata effettuata su un database di 35 mandibole, ottenute attraverso la segmentazione di immagini TAC. Prima di procedere con l'analisi statistica, è stata eseguita una fase di mesh morphing, al fine di rendere iso-topologiche le mesh facenti parte del training set. Questo processo, che ha coinvolto sia le mesh superficiali che quelle volumetriche, è stato fondamentale per garantire che tutte le geometrie avessero lo stesso numero di nodi e una corrispondenza tra nodi riferiti al medesimo punto anatomico. Successivamente, i modelli sono stati allineati e una geometria media è stata calcolata mediante l’analisi di Procrustes. Per la creazione del modello statistico di densità, si è proceduto con l'estrazione delle proprietà del materiale (osso corticale) a partire dalle immagini TAC, utilizzando una relazione empirica tra l'intensità dei valori di grigio e i parametri di densità e modulo di Young. Anche in questo caso, è stata impiegata l'analisi delle componenti principali per identificare le principali variazioni nelle proprietà del materiale. Ulteriori sviluppi del lavoro coinvolgeranno il perfezionamento del modello attraverso l’ampliamento del database e l’estensione dell’analisi delle proprietà del materiale anche all’osso spongioso.