Un método simple y eficiente para un ajuste automático de la alineación de la curvatura lumbar en un modelo MBS de la columna vertebral
Autores: Kramer, Ivanna; Bauer, Sabine; Keppler, Valentin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un método simple y eficiente para un ajuste automático de la alineación de la curvatura lumbar en un modelo MBS de la columna vertebral
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Campos
Atención de salud espinal
Modelos de simulación específicos para pacientes
Alineación de la columna
Curvatura lumbar
Simulación multibody
Curva de lordosis
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
En muchos campos de la atención de la salud de la columna vertebral, se han realizado esfuerzos para ofrecer productos y terapias individualizadas adaptadas al paciente. Por lo tanto, se debe considerar la alineación prevalente de la columna, que varía de persona a persona y depende de la situación de movimiento y carga. Con la ayuda de modelos de simulación específicos para el paciente de la columna vertebral, se pueden analizar los parámetros geométricos en una posición corporal específica y evaluar la situación de carga de las estructuras espinales durante procesos dinámicos. Sin embargo, para permitir la futura usabilidad de tales modelos de simulación en la realidad médica, se deben considerar tantas condiciones específicas del paciente como sea posible. Otro requisito crítico es que los modelos de simulación deben ser creados de manera rápida y sencilla para su uso en la rutina clínica. Construir nuevos modelos de simulación multibody (MBS) de la columna o adaptar los existentes consume mucho tiempo debido a su estructura compleja. Para superar esta limitación, desarrollamos un método simple y eficiente para ajustar automáticamente la orientación de la curvatura lumbar del modelo de columna. El método extrae una nueva curva de lordosis 3D a partir de datos específicos del paciente en la etapa de preprocesamiento. Luego, las vértebras y todas las estructuras espinales vinculadas de un modelo de simulación espinal existente se transforman de manera que la lordosis lumbar siga la curva obtenida en la primera parte del método. Para validar el enfoque propuesto, tres expertos independientes midieron el ángulo de Cobb en las alineaciones de columna fuente y generadas. Calculamos un error absoluto medio de 1.29 grados entre las muestras generadas y la verdad de base correspondiente. Además, la menor desviación en el error cuadrático medio (RMSE) de 0.0012 m entre las áreas bajo las curvas de alineación en las curvaturas de lordosis original y objetivo indicó la precisión del método propuesto. El método propuesto demostró que se puede generar un nuevo modelo de simulación específico para el paciente en poco tiempo a partir de cualquier fuente de datos adecuada.
Descripción
En muchos campos de la atención de la salud de la columna vertebral, se han realizado esfuerzos para ofrecer productos y terapias individualizadas adaptadas al paciente. Por lo tanto, se debe considerar la alineación prevalente de la columna, que varía de persona a persona y depende de la situación de movimiento y carga. Con la ayuda de modelos de simulación específicos para el paciente de la columna vertebral, se pueden analizar los parámetros geométricos en una posición corporal específica y evaluar la situación de carga de las estructuras espinales durante procesos dinámicos. Sin embargo, para permitir la futura usabilidad de tales modelos de simulación en la realidad médica, se deben considerar tantas condiciones específicas del paciente como sea posible. Otro requisito crítico es que los modelos de simulación deben ser creados de manera rápida y sencilla para su uso en la rutina clínica. Construir nuevos modelos de simulación multibody (MBS) de la columna o adaptar los existentes consume mucho tiempo debido a su estructura compleja. Para superar esta limitación, desarrollamos un método simple y eficiente para ajustar automáticamente la orientación de la curvatura lumbar del modelo de columna. El método extrae una nueva curva de lordosis 3D a partir de datos específicos del paciente en la etapa de preprocesamiento. Luego, las vértebras y todas las estructuras espinales vinculadas de un modelo de simulación espinal existente se transforman de manera que la lordosis lumbar siga la curva obtenida en la primera parte del método. Para validar el enfoque propuesto, tres expertos independientes midieron el ángulo de Cobb en las alineaciones de columna fuente y generadas. Calculamos un error absoluto medio de 1.29 grados entre las muestras generadas y la verdad de base correspondiente. Además, la menor desviación en el error cuadrático medio (RMSE) de 0.0012 m entre las áreas bajo las curvas de alineación en las curvaturas de lordosis original y objetivo indicó la precisión del método propuesto. El método propuesto demostró que se puede generar un nuevo modelo de simulación específico para el paciente en poco tiempo a partir de cualquier fuente de datos adecuada.