Modellazione statistica di forma del femore: confronto tra due diverse tecniche = Statistical shape modeling of the femur: comparative analysis of two different techniques

L'analisi della forma di specifici distretti anatomici è fondamentale per lo studio della variabilità morfologica tra individui con applicazioni in ambito medico, biomeccanico e ingegneristico. In particolare, la modellazione statistica della forma del femore consente di comprendere le variazioni anatomiche presenti nella popolazione e sviluppare strumenti utili per la diagnosi precoce di patologie ossee, la pianificazione chirurgica e la progettazione di protesi personalizzate. Questa tesi si propone di sviluppare un modello statistico della forma del femore a partire da 101 immagini tomografiche appartenenti a donne di età superiore a 55 anni. Il processo inizia con la costruzione di un template medio del femore tramite il software Deformetrica, che sfrutta una modellazione basata su vettori momento associati a punti di controllo distribuiti sulla geometria dell’osso. Il template ottenuto rappresenta una forma di riferimento su cui vengono applicate le deformazioni per ottenere la ricostruzione delle forme individuali. L’analisi della variabilità morfologica viene condotta attraverso due tecniche di riduzione della dimensionalità: la Principal Component Analysis (PCA), che estrae i modi principali della variazione strutturale massimizzando la varianza spiegata e fornendo una rappresentazione globale delle deformazioni, e la Non-Negative Matrix Factorization (NNMF), che impone la non negatività delle componenti, producendo una decomposizione più interpretabile e localizzata delle caratteristiche anatomiche. La PCA ha prodotto componenti caratterizzate da un contributo diffuso, con i primi 17 modi che spiegano circa il 90% della varianza totale. Contrariamente, la NNMF mostra un andamento lineare nella distribuzione dei pesi associati ai modi, per arrivare al 90 % di varianza spiegata sono necessari 89 modi con una maggiore uniformità nel contributo di ciascuna componente e una rappresentazione più frammentata e localizzata delle deformazioni. Sulla base di quanto sino ad ora preso in analisi, è stato possibile identificare le principali caratteristiche morfometriche del femore mediante due tecniche differenti.