The structure of the ankle joint complex creates an ideal balance between mobility and stability, which enables gait. If a lesion emerges in the ankle joint complex, the anatomical structure is altered, which may disturb mobility and stability and cause intense pain. A lesion in the articular cartilage on the talus bone, or a lesion in the subchondral bone of the talar dome, is referred to as an Osteochondral Lesion of the Talus (OLT). Replacing the damaged cartilage or bone with an implant is one of the methods that can be applied to treat OLTs. Episurf Medical develops and produces patient-specific implants (Episealers) along with the necessary associated surgical instruments by, inter alia, creating a corresponding 3D model of the ankle (talus, tibial, and fibula bones) based on either a Magnetic Resonance Imaging (MRI) scan or a Computed Tomography (CT) scan. Presently, the3D models based on MRI scans can be created automatically, but the 3Dmodels based on CT scans must be created manually, which can be very time-demanding. In this thesis project, a U-net based Convolutional Neural Network (CNN) was trained to automatically segment 3D models of ankles based on CT images. Furthermore, in order to optimize the quality of the incoming CT images, this thesis project also consisted of an evaluation of the specified parameters in the Episurf CT talus protocol that is being sent out to the clinics. The performance of the CNN was evaluated using the Dice Coefficient (DC) with five-fold cross-validation. The CNN achieved a mean DC of 0.978±0.009 for the talus bone, 0.779±0.174 for the tibial bone, and 0.938±0.091 for the fibula bone. The values for the talus and fibula bones were satisfactory and comparable to results presented in previous researches; however, due to background artefacts in the images, the DC achieved by the network for the segmentation of the tibial bone was lower than the results presented in previous researches. To correct this, a noise-reducing filter will be implemented. / Fotledens komplexa anatomi ger upphov till en ideal balans mellan rörlighetoch stabilitet, vilket i sin tur möjliggör gång. Fotledens anatomi förändras när en skada uppstår, vilket kan påverka rörligheten och stabiliteten samt orsaka intensiv smärta. En skada i talusbenets ledbrosk eller i det subkondrala benet på talusdomen benämns som en Osteochondral Lesion of the Talus(OLT). En metod att behandla OLTs är att ersätta den del brosk eller bensom är skadat med ett implantat. Episurf Medical utvecklar och producerar individanpassade implantat (Episealers) och tillhörande nödvändiga kirurgiska instrument genom att, bland annat, skapa en motsvarande 3D-modell av fotleden (talus-, tibia- och fibula-benen) baserat på en skanning med antingen magnetisk resonanstomografi (MRI) eller datortomografi (CT). I dagsläget kan de 3D-modeller som baseras på MRI-skanningar skapas automatiskt, medan de 3D-modeller som baseras på CT-skanningar måste skapas manuellt - det senare ofta tidskrävande. I detta examensarbete har ett U-net-baserat Convolutional Neuralt Nätverk (CNN) tränats för att automatiskt kunna segmentera 3D-modeller av fotleder baserat på CT-bilder. Vidare har de speciferade parametrarna i Episurfs CT-protokoll för fotleden som skickas ut till klinikerna utvärderats, detta för att optimera bildkvaliteten på de CT-bilder som används för implantatspositionering och design. Det tränade nätverkets prestanda utvärderades med hjälp av Dicekoefficienten (DC) med en fem-delad korsvalidering. Nätverket åstadkom engenomsnittlig DC på 0.978±0.009 för talusbenet, 0.779±0.174 för tibiabenet, och 0.938±0.091 för fibulabenet. Värdena för talus och fibula var adekvata och jämförbara med resultaten presenterade i tidigare forskning. På grund av bakgrundsartefakter i bilderna blev den DC som nätverket åstadkom för sin segmentering av tibiabenet lägre än tidigiare forskningsresultat. För att korrigera för bakgrundsartefakterna kommer ett brusreduceringsfilter implementeras
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-297674 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Engström Messén, Matilda, Moser, Elvira |
| Publisher | KTH, Fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2021:125 |
Page generated in 0.0359 seconds