Announcement

Collapse
No announcement yet.

Summary:3D detection of the spine

Collapse
This topic is closed.
X
X
 
  • Filter
  • Time
  • Show
Clear All
new posts

  • Summary:3D detection of the spine

    My message :

    As a graduate student of the University K.U.Leuven (Belgium), I am
    working on a project to detect the human spine. The spine of a person
    lying on a bed on his side should be recorded in 3D (translation and
    torsion). The measurement should be performed in a non-invasive way and
    quickly. Radiography is excluded because of the damaging effect on
    human health and because it is slow.
    Maybe the spine can be imaged by ultrasound. The problem here is to
    know the position of the spine in a world coördinate system. If you
    know a solution of this problem by ultrasoud, I would appreciate to hear
    more from you.
    A visual technique which can determine the position of the spinous
    processes and part of the trunk could also be a way to get this 3D
    image. If
    you think this problem can be solved by Moiré topography, laser,... , I
    would love to hear from you again.
    All other measurement techniques able to image the spine (for example :
    external fixation with goniometers) are also very welcome.
    Hoping you will respond soon,
    greetings,

    Marlies Reynders
    e-mail : marlies.reynders@student.kuleuven.ac.be
    tel : 0032 (0)16 32.70.96
    fax : 0032 (0)16 32.79.94

    P.S. : you may also respond in Dutch, French or German.

    Off course you may still respond to this message.

    The articles I received :

    Anyway, if you are interested in 3D ultrasound have a look at my page:
    http://www.cs.uwa.edu.au/~bernard/us3d.html
    This resource lists a number of groups doing research in 3D ultrasound.
    What you are looking for is a system using an ordinary ultrasound probe
    attached to a
    3D position/orientation tracker. This will give you a series of 2D
    images in space with which you can image known easily locatable
    landmarks (like bony ridges on the hips, shoulders, whatever gives you a
    good coordinate frame and is reasonably rigid to be repeatable for
    future experiments) together with a stream of images of the spine that
    you are interested in.
    There are a number of techniques for further combination of the data to
    3D data: you can either visualise the 3D data directly or extract
    features from the 2D images and then fit surfaces to this data to give
    you 3D models (probably the way you'd want to go).
    I presume you have tested the notion of imaging the spine with
    conventional ultrasound already ?
    I have reservations as to the success as you would need to use low
    frequency probes to be able to penetrate far enough to get decent
    results. In addition you would need to use significant buffering (gel
    padding between transducer and skin) to be able to image the spine
    directly as it's so close to the skin and you need a focus zone for most
    ultrasound probes...
    The closest group to you with that kind of technology would be the
    Fraunhofer Institute in Darmstadt, Germany headed by Dr. Georgios Sakas
    (see my page for details - I visited them for 6 months last year). They
    have a system that can attach to any conventional ultrasound probe with
    a Polhemus electromagnetic 3D tracker giving you a workspace of about 1
    meter cubed (about right for you).
    The accuracy of the tracker is about 2-3 mm which would match the
    resolution of the ultrasound if you used a 3-5 MHz probe well.

    Bernard Cena (PhD student - Med Vis) _--_|\ tel: +61 8 9380 3778
    Department of Computer Science / \ fax: +61 8 9380 1089
    The University of Western Australia *_.--._/ home: +61 8 9337 8389
    Nedlands, 6907, WA, Australia v mob: +61 417 923 534
    http://www.cs.uwa.edu.au/~bernard mailto:bernard@cs.uwa.edu.au
    ************************************************** *************************************
    Several Motion Analysis users are using our passive marker 3D system to
    study
    spinal activities. They are placing passive marker triads (3 markers on
    a stem
    approximately 3 to 4 mm per marker per process) via pins to the spinal
    process
    and measuring the patient's movement in 3D. I can contact these
    investigators
    to further inquire if they can share there data or information with you.

    Please contact me at Dan.India@motionanalysis.com if you want me to
    seek out
    additional info.

    Daniel India
    Vice President
    Motion Analysis Corp.
    ************************************************** *************************************
    I few years ago I had worked on a similar project at Queen's University
    (Kingston, Ontario, Canada). We used the ultrasound transducer in
    conjunction with a electromagnetic sensor (ISOTRAK) so as to permit
    alignment of the ultrasound images in real space. We found this method
    to work well. Unfortunately, our limiting factor at the time was the
    ultrasound resolution so the project did not proceed. If one could
    combine both then theoretically one could create composite images
    similar to CT or MRI reconstruction techniques. This would be exciting!
    I have collected some literature on ultrasound tomography if your
    interested.

    David Pearsall, PhD
    Assistant Professor
    Dept of Physical Education
    McGill University
    Montreal, Quebec, Canada
    H2W 1S4
    e-mail: PEARSALL@education.McGill.Ca
    ************************************************** *************************************There
    are a lot of modalities available to help you, ranging from X-ray,
    MRI, goniometer measurement of surface landmarks, Polhemus telemetry
    devices, reflective markers that are placed on surface landmarks, even
    light holography techniques. I'm sure that you will find lots of
    different studies and techniques.
    Once the technique is implemented, you will end up with kinematic
    data to analyze. I worked on one such study to see what kinds of errors
    are associated with x-ray determination of spinal motion. Although this
    is not immediately of interest to you, it might provide some background.

    1. Panjabi M; Chang D; Dvorak J.
    An analysis of errors in kinematic parameters associated with in
    vivo
    functional radiographs.
    Spine, 1992 Feb, 17(2):200-5.

    e-mail: Douglas Chang
    ************************************************** *************************************Er
    zijn verschillende methoden, maar degene die ik ken zijn eigenlijk geen
    van alle echt goed. Wij hebben wel eens iets geprobeerd met 'palpatie',
    aanbrengen van markers ook geloof ik, en eigenlijk de beste resultaten
    hebben we gekregen met een systeem dat bij de univ. van Muenster is
    ontwikkeld. Het principe is dat evenwijdige lichtstrepen op de rug van
    een
    staande persoon worden geprojekteerd, door een projektor welke zich
    achter
    en boven de persoon bevindt. Met een recht achter de persoon geplaatste
    camera wordt dan een opname gemaakt, waarop de op de rug geprojekteerde
    strepen dus als gekromde lijnen te zien zijn. Met behulp van de
    positie-gegevens van projektor en camera kun je vervolgens uit de 2-D
    krommen 3-D krommen reconstrueren. De Duitsers hebben hier een
    rekenprogramma bij ontwikkeld dat ten eerste berekend waar de toppen van
    de
    processi-spinosus zich hebben bevonden. Vervolgens schatten ze hieruit
    waar
    de wervellichamen zich hebben bevonden (dit is nogal een natte-vinger
    stap,
    gebruikmakend van een soort vuistregels). Vervolgens geven ze een
    benadering van de scoliotische kromme welke de patient heeft. De
    betreffende onderzoekers welke e.e.a. ontwikkeld hebben zijn Dr.
    Burkhard
    Drerup en Dr. Eberhard Hierholzer. Ze hebben er geloof ik wel wat over
    gepubliceerd, en het totale systeem is commercieel verkrijgbaar. Het
    meetprincipe lijkt me voor een liggende patient wel toepasbaar, alleen
    zal
    het niet meevallen uit de meetgegevens een goede schatting avn de stand
    en
    positie van de wervels te reconstrueren.
    Betreffende het ultrasound meten is er natuurlijk het probleem van de
    harde
    reflectie welke van de huid terugkomt. Als het om proefpersonen gaat en
    niet om patienten zou je misschien de persoon in een iets schuin
    geplaatste
    perspex bak met water kunnen leggen (schuin in die zin dat het hoofd
    iets
    hoger is dan de romp). De wervels zouden dan onder water moeten zijn.
    Dit
    beinvloedt ongetwijfeld de stand van de wervelkolom, maar ja, iets is
    beter
    dan niets?. De transducer kan dan buiten langs de perspex wand worden
    bewogen (pasta ertussen), en als de snelle reflecties van de wand worden
    weggefilterd (gewoonlijk worden deze sowieso weggefilterd omdat anders
    huid-reflecties het signaal verstoren) moet je de omtrek van het onder
    water liggende deel van de romp kunnen zien. Het testen van
    transducer-koppen met een fantoom bestaande uit een perspex bak met
    water
    met voorwerpen (bv. draden) is in ieder geval een bekende methode.
    Misschien wordt er zelfs wel iets van het bot zelf zichtbaar? Je zou de
    transducer langs een geleiding kunnen laten lopen zodat je gelijk een
    positie-referentie hebt.

    ENGLISH SUMMARY:
    - A system has been developed at the university of Muenster. A grid is
    projected onto a person’s back. A camera takes an image of these
    projected lines that are seen as curves on someone’s back. You can
    reconstruct the 3D curves from the 2D curves by knowing the position of
    camera and projector. They also have a program that calculates the
    positions of the spinous processes. Knowing these positions you can
    estimate the locations of the vertebral bodies. The researcher’s names
    are Dr. Burkhard Drerup and Dr. Eberhard Hierholzer (Unfortunately, we
    were not able to find their e-mail addresses. We do not think they still
    work at that institution. Please let us know if you can find them.)
    - The problem with ultrasound is the hard skin-reflection. You can put
    the person in a perspex casing filled with water. You can then simply
    move the transducer along the casing with an XY positioner.

    Edsko Hekman
    Vakgroep Biomedische Werktuigbouw
    Universiteit Twente
    Postbus 217 tel. 053-4893173
    7500AE Enschede fax. 053-4893471

    e-mail e.e.g.hekman@wb.utwente.nl
    ************************************************** *************************************
    Check the work of Drerup and Hierzholzer. They have published a
    series of papers:
    J Biomechanics 20(10), pp961-970
    J Biomechanics 15(5), 379-390
    J Biomechanics 25(11), 1357-1362
    Clinical Biomechanics 9, 28-36

    and follow their references.

    Also you may want to send a mail to Dr Peter Dangerfield
    (spine92liv.ac.uk) University of Liverpool, as we have done some work
    on that in the past with scoliotic patients.

    Giannis
    e-mail :sctgg1@staffs.ac.uk
    ************************************************** **************************************
    Je zou de beweging van de wervelkolom kunnen registreren met 2
    video-camera's, dan framegrabben en dan digitaliseren; dit (met 1
    camera) deden wij onlangs bij 750 proefpersonen die een reikenvelop op
    een whiteboard tekenden. Het is niet zo bewerkelijk of duur bij weinig
    proefpersonen en weinig punten.
    Je zou ook een bewegingsregistratiesysteem als de OPTOTRAK kunnen
    gebruiken, waarbij IRED's (Infrared emitting diodes) op het lichaam
    geplakt zijn en twee camera's zorgen voor x,y en z coordinaten bij een
    gekozen samplefrequentie. Bij ons is de OPTOTRAK bij de promotie van
    Guus van Vaart en bij Jozina de Graaf gebruikt.
    Dit vergt veel voorbereiding, wat programmeerwerk en is bij weinig
    proefpersonen een heel mooi systeem.
    Je zou ook het Noldus-systeem wellicht kunnen gebruiken; kijk eens op
    http://www.noldus.com/
    Wist je dat sommige antropometrische maten van mensen liggend tot 9%
    langer kunnen zijn dan staand; dat staat in mijn boek 'Op maat gemaakt'
    Delftse Universitaire Pers 1994
    met groet
    Johan Molenbroek

    ENGLISH SUMMARY:
    You can image the movement of the spine with 2 cameras, framegrabbing
    and digitizing the images.
    You can also use a movement registration system, called the OPTOTRAK,
    where infrared emitting diodes are taped on the body and 2 cameras
    determining the x,y and z coordinates by a chosen sample frequency.
    You can also use the noldus system, have a look at www.noldus.com .

    Johan Molenbroek, PhD
    Associate Professor Engineering Anthropometry
    Acting Chair Subdepartment Physical Ergonomics
    Faculty Design Engineering and Production
    Delft University of Technology
    Jaffalaan 9 2628 BX Delft The Netherlands
    tel +31 15 278 3086 fax +31 15 278 7179/7316
    e-mail j.f.m.molenbroek@io.tudelft.nl
    http://www.io.tudelft.nl/~hans/vakgroep_p/paremion/a_molenbroek.html
    ************************************************** *************************************
    Avant d'utilisé les Moirés, vous devriez vous intéresser à une technique
    basée sur l'acquisition d'image par système vidéo. Il y a une technique
    exposée dans un mémoire à l'École polytechnique de Montréal qui vous
    permettra d'obtenir une sorte d'hologramme numérique de la surface
    externe
    du dos. Le mémoire explique la procédure pour obtenir un hologramme
    ainsi
    que la mathématique pour effectuer le développement de cet hologramme en
    coordonnées tridimensionnelles. Le titre de ce mémoire est : Méthode
    optique
    de numérisation tridimensionnelle d'objet. Ce mémoire a été accepté en
    juillet 1989 par l'école et fut écrit par moi Pierre Desjardins.

    Les instruments requis consiste en un simple projecteur à diapositive et
    une
    caméra vidéo. Les problème limitatif était du niveau du calibrage, il
    est
    toutefois possible de calibrer le montage par une technique similaire à
    celle utilisée pour le DLT.

    L'adresse de l'école est:
    École Polytechnique
    C.P. 6079 Succursale Centre-Ville
    Montréal, Québec
    H3C 3A7

    Vous pouvez référer à l'une des personnes suivantes:
    André Bazergui
    Roman Baldur
    Robert Guardo
    Luc Baron

    L'adresse électronique est :
    WWW.POLYMTL.CA

    Pierre Desjardins Msc.A. Ing. (Engineer)
    Adresse postale (postal address):
    Laboratoire 6206 CEPSUM
    Département Éducation Physique
    Université de Montréal
    Case postale 6128 Succursale Centre-ville
    Montréal, Québec
    Canada, H3C 3J7
    Adresse civique (civic address):
    Laboratoire 6206 CEPSUM
    Département Éducation Physique
    Université de Montréal
    2100 Édouard-Monpetit
    Montréal, Québec
    Canada, H3T 1J4
    Téléphonne (phone)514)343-6111 x4159
    Télécopieur (fax)514)343-2181
    Adresse électronique (e-mail):desjpier@ere.umontreal.ca
    ************************************************** **************************************
    Dr. Nicodemus of UTexas Medicine Branch at Galveston has done several
    studies on the 3D kinematics of the spine and movements of the
    vertebral bodies in vivo. His techniques are invasive - pins are put
    into vertebral processes and three dimensional models used to find
    the position of the vertebral body.

    FOr a world (body cood system), ultrasound is a good bet. You can
    have a three-dimensional locator system on your hand-held transducer
    with which you are imaging the spine. You could use C-scan ultrasound
    the same way, with an external locating system and modeling the
    location and position of the bodies from knowledge of their lateral
    processes.

    Haven't done it myself, but it should be feasible....

    Shreefal Mehta, Ph.D.
    Assistant Professor,

    Dept of Radiology -9071,
    Univ of Texas Southwestern Medical Center
    5323 Harry Hines Blvd.,
    Dallas, TX 75235-9071

    Phone: (214)-648-2397
    Fax: (214)-648-7513
    Email: smehta@mednet.swmed.edu

    Check it out:
    http://www.swmed.edu/home_pages/ucrlab/
    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Working...
X