The Accuracy of the Reproduction of the Lumbar Spine Elements Following CT and MRI Projections

Open access

Abstract

The paper presents an analysis of factors influencing the accuracy of reproduction of geometry of the vertebrae and the intervertebral disc of the lumbar motion segment for the purpose of designing of an intervertebral disc endoprosthesis. In order to increase the functionality of the new type of endoprostheses by a better adjustment of their structure to the patient’s anatomical features, specialist software was used allowing the processing of the projections of the diagnosed structures. Recommended minimum values of projection features were determined in order to ensure an effective processing of the scanned structures as well as other factors affecting the quality of the reproduction of 3D model geometries. Also, there were generated 3D models of the L4-L5 section. For the final development of geometric models for disc and vertebrae L4 and L5 there has been used smoothing procedure by cubic free curves with the NURBS technique.

This allows accurate reproduction of the geometry for the purposes of identification of a spatial shape of the surface of the vertebrae and the vertebral disc and use of the model for designing of a new endoprosthesis, as well as conducting strength tests with the use of finite elements method.

[1] Farin G.E.: Curves and Surfaces for Computer Aided Geometric Design, Academic Press, 1995.

[2] Piegl L., Tiller W.: The NURBS Book, Springer, Berlin, 1995.

[3] Siczek M.: Tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny dla studentów kierunku informatyka, Wydawnictwo Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, Lublin 2011.

[4] Skalski K., Grygoruk R., Werner A.: Grafika Komputerowa- Modelowanie geometrycznelaboratorium, Wpływ metod opisu krzywych i powierzchni na dokładnosc modelowania geometrycznego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2006, pp. 70-91.

[5] Bagley L.J.: Imaging of Spinal Trauma, Radiol Clin N Am 44 (2006), pp. 1-12.

[6] Lu Y.M., Hutton W.C., Gharpuray V.M.: Can variations in intervertebral disc height affect the mechanical function of the disc?, Spine, vol. 21, No. 19, 1996, pp. 2208-2217.

[7] Olszewska M., Gaska A.: Porównanie róznych urzadzen metrologicznych wykorzystywanych w zastosowaniach biomedycznych, Postepy Nauki i Techniki, Nr 6, 2011, pp. 155-163.

[8] Radziszewski K.R.: Analiza porównawcza aktywnosci zawodowej pacjentów z dyskopatia ledzwiowa leczonych wyłacznie zachowawczo badz operowanych, Wiadomosci Lekarskie, 2007, LX, Nr 1-2, pp. 15-21.

[9] Rho J., Hobatho M., Ashman B.: Relation of mechanical properties to density and CT number on human bone, Med. Eng. Phys. Vol. 17, No. 5, 1995, pp. 347-355.

[10] Ryniewicz A.: Accuracy assessment of shape mapping using computer tomography, Metrology and Measurement Systems, Vol XVII (2010), Nr 3, pp. 481-492.

[11] Skoworodko J., Skalski K., Kedzior K., Zagrajek T., Borkowski P.: Implant krazka miedzykregowego kregosłupa ledzwiowego, Przeglad Lekarski, 2004/61, pp.147-150.

[12] Skalski A.: Segmentacja 3D danych medycznych pochodzacych z tomografii komputerowej oraz endoskopowych zapisów wideo, Rozprawa doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków 2009.

[13] Brzeski P., Cwiek D., Kedzior K., Skalski K., Smolik W., Szabatin R., Swieszkowski W.: Application of X - ray Computer Tomography to an Anthropometric Study of Elbow Joint bones, Proceed. 8th IMEKO BMI’98, Dubrownik, Croatia, September 1998, pp. 10-10÷10-13.

[14] Swieszkowski W., Skalski K., Kedzior K., Werner A.: Przetwarzanie obrazów tomograficznych oraz modelowanie geometryczne kosci stawów w systemie CAD, Mater. X. Konf. Naukowa Biocybernetyki i Inzynieria Biomedyczna, grudzien 1997, Warszawa, pp. 622-625.

[15] Werner A., Skalski K., Kedzior K., Swieszkowski W.: Modelowanie geometryczne elementów układu kostnego człowieka z wykorzystaniem tomografii komputerowej i systemów CAD, Mater. I Sympozjum Inz. Ortopedyczna i Protetyczna, Białystok, czerwiec 1997, pp. 217-226.

Archive of Mechanical Engineering

The Journal of Committee on Machine Building of Polish Academy of Sciences

Journal Information


CiteScore 2016: 0.44

SCImago Journal Rank (SJR) 2016: 0.162
Source Normalized Impact per Paper (SNIP) 2016: 0.459

Metrics

All Time Past Year Past 30 Days
Abstract Views 0 0 0
Full Text Views 79 79 17
PDF Downloads 37 37 9