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La medición del movimiento de los huesos pequeños del pie es fundamental para comprender la pérdida patológica de la función. Sin embargo, la medición dinámica del movimiento óseo del pie es un desafío debido al pequeño tamaño y la configuración densamente empaquetada de los huesos y las articulaciones 1,2. La tecnología de videorradiografía biplanar (BVR) es muy adecuada para medir el movimiento tridimensional (3D) in vivo de los pequeños huesos del pie y el tobillo durante actividades dinámicas. BVR proporciona información sobre la artrocinemática mediante el uso de dos fuentes de rayos X acopladas a intensificadores de imagen, que convierten los rayos X de movimiento dinámico en luz visible. A medida que el pie se mueve a través del volumen de captura, las cámaras de alta velocidad capturan las imágenes. Las imágenes no se distorsionan y se proyectan en el volumen de captura utilizando las posiciones de cámara calibradas 3,4. A continuación, se estiman los seis grados de libertad (6 d. o. f.) de la postura ósea (3 d.o.f. para la posición y 3 d.o.f. para la orientación) utilizando métodos basados en marcadores o en modelos3.
Los métodos de estimación de la posición basados en marcadores o modelos varían según los laboratorios y las disciplinas. El estándar de oro de la medición dinámica de la postura BVR es la implantación de pequeños marcadores de tantalio en el hueso de interés 4,5. Se requiere un mínimo de tres marcadores por hueso para estimar la postura, con marcadores adicionales que conducen a una mayor precisión 5,6. Este método es menos frecuente in vivo debido a su carácter invasivo, ya que requiere implantación quirúrgica y los marcadores se incrustan de forma permanente en el hueso7. Alternativamente, el seguimiento basado en modelos utiliza información volumétrica de otras modalidades de imagen, como la tomografía computarizada (TC) o la resonancia magnética, para recrear el modelo en las imágenes BVR 2,3,8,9,10,11,12,13,14,15 . A continuación, el modelo se manipula semimanualmente para que coincida mejor con las imágenes (rotoscopia), normalmente utilizando una combinación de entradas del usuario como estimación inicial y optimización correlativa cruzada 3,8,9,10,15. La estimación de la posición basada en modelos es menos invasiva y, por lo tanto, más común, pero tiene un mayor tiempo de procesamiento y requiere la participación del usuario. Dado que el proceso de rotoscopia es actualmente semimanual, sigue siendo necesario formar de forma fiable a los operarios en el software específico del laboratorio, ya que los errores de raíz cuadrada media (RMS) entre operadores pueden oscilar entre 0,83 mm y 4,96 mm, y entre 0,58° y 10,29° a lo largo de un solo eje o alrededorde él 1. Además, los algoritmos de coincidencia de modelos están mejorando, pero requieren validación utilizando paradigmas experimentales que estén lo más cerca posible de las condiciones in vivo.
La precisión de las estimaciones de pose basadas en modelos a menudo se evalúa en función de métricas basadas en marcadores. Por ejemplo, los pies cadavéricos humanos implantados con marcadores se han movido a través de posiciones locomotoras simuladas 13,14,16. A continuación, las imágenes BVR capturadas se introducen en el método de rotoscopia basado en modelos y se comparan con las métricas basadas en marcadores para determinar su exactitud (sesgo y precisión). Si bien el uso de un pie de cadáver estático es un enfoque valioso, tiene limitaciones para evaluar la verdadera precisión de la postura ósea in vivo. Por ejemplo, las posiciones articulares son relativamente constantes en un pie de cadáver con ausencia de actividad muscular y cargas in vivo. Por lo tanto, puede que no represente los límites del movimiento articular en diversas tareas locomotoras. Las variaciones en la postura articular modifican la oclusión en las imágenes BVR, lo que es una fuente de error de medición cuando se estiman posturas óseas del pie pequeñas y densamente compactas13. Además, cuando se utilizan algoritmos de coincidencia de imágenes, la presencia de marcadores en las imágenes BVR probablemente sesgaría los resultados. Si bien los grupos han eliminado los marcadores de las imágenes de tomografía computarizada (TC) digital y comunicaciones en medicina (DICOM) 9,14,16, solo ocasionalmente también se eliminan de las imágenes de videorradiografía biplanar16.
Este trabajo presenta un conjunto de datos BVR de código abierto de un participante saltando y corriendo in vivo, que tiene marcadores implantados en los huesos del pie y el tobillo (Figura 1). Se proporciona una estimación de la postura basada en marcadores para el movimiento óseo in vivo de la tibia, el astrágalo y el calcáneo. Los marcadores se eliminaron de las imágenes de rayos X y TC para limitar cualquier sesgo introducido durante la evaluación de la precisión del seguimiento basado en modelos. Este conjunto de datos está destinado a evaluar la precisión de cualquier software de estimación de poses basado en modelos y a mejorar la selección de estimaciones de poses iniciales para procesos semimanuales. Es más apropiado para las personas que tienen como objetivo mejorar la velocidad y la precisión de la línea de procesamiento de imágenes BVR, y para los laboratorios que desean una baja variabilidad entre operadores en la estimación inicial de la pose.

Figura 1: Descripción general del conjunto de datos de videorradiografía biplanar (BVR) proporcionado. Los marcadores implantados se rastrean in vivo como el estándar de oro para la estimación de la posición ósea. Los marcadores se eliminaron digitalmente de las imágenes BVR y de las tomografías computarizadas para evitar sesgos en el seguimiento basado en modelos. Las poses estimadas a partir de cualquier software de seguimiento basado en modelos se pueden comparar con el estándar de oro del seguimiento basado en marcadores. La estimación de la posición basada en marcadores también se puede utilizar para entrenar a nuevos operadores para mejorar su estimación inicial de la posición ósea para el seguimiento basado en modelos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.