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Medir o movimento dos pequenos ossos do pé é fundamental para entender a perda patológica de função. No entanto, a medição dinâmica do movimento ósseo do pé é desafiadora devido ao pequeno tamanho e à configuração densamente compactada dos ossos e articulações 1,2. A tecnologia de videoradiografia biplanar (BVR) é adequada para medir o movimento tridimensional (3D) in vivo dos pequenos ossos do pé e tornozelo durante atividades dinâmicas. O BVR fornece informações sobre a artrocinemática usando duas fontes de raios-x acopladas a intensificadores de imagem, que convertem raios-x de movimento dinâmico em luz visível. À medida que o pé se move pelo volume de captura, as câmeras de alta velocidade capturam as imagens. As imagens não são distorcidas e projetadas no volume de captura usando posições de câmera calibradas 3,4. Os seis graus de liberdade (6 d.o.f.) postura óssea (3 d.o.f. para posição e 3 d.o.f. para orientação) são então estimados usando métodos baseados em marcadores ou baseados em modelo3.
Os métodos de estimativa de pose baseados em marcadores ou modelos variam entre laboratórios e disciplinas. O padrão-ouro da medição dinâmica da postura da BVR é a implantação de pequenos marcadores de tântalo no osso de interesse 4,5. Um mínimo de três marcadores por osso é necessário para estimar a postura, com marcadores adicionais levando a uma maior precisão 5,6. Este método é menos comum in vivo devido ao seu caráter invasivo, pois requer implante cirúrgico, e os marcadores são então incorporados permanentemente no osso7. Alternativamente, o rastreamento baseado em modelo usa informações volumétricas de outras modalidades de imagem, como tomografia computadorizada (TC) ou ressonância magnética, para recriar o modelo nas imagens BVR 2,3,8,9,10,11,12,13,14,15 . O modelo é então manipulado semimanualmente para melhor corresponder às imagens (rotoscopia), normalmente usando uma combinação de entrada do usuário como estimativa inicial e otimização correlativa cruzada 3,8,9,10,15. A estimativa de pose baseada em modelo é menos invasiva e, portanto, mais comum, mas tem um tempo de processamento maior e requer entrada do usuário. Como o processo de rotoscopia é atualmente semimanual, ainda é necessário treinar de forma confiável os operadores no software específico do laboratório, pois os erros quadráticos médios (RMS) entre operadores podem variar de 0,83 mm a 4,96 mm e de 0,58° a 10,29° ao longo ou em torno de um único eixo1. Além disso, os algoritmos de correspondência de modelos estão melhorando, mas requerem validação usando paradigmas experimentais que são o mais próximo possível das condições in vivo.
A precisão das estimativas de pose baseadas em modelo é frequentemente avaliada em relação a métricas baseadas em marcadores. Por exemplo, pés de cadáveres humanos implantados com marcadores foram movidos através de posições locomotoras simuladas 13,14,16. As imagens BVR capturadas são então alimentadas para o método de rotoscopia baseado em modelo e comparadas com as métricas baseadas em marcadores para exatidão (viés e precisão). Embora o uso de um pé de cadáver estático seja uma abordagem valiosa, ele tem limitações na avaliação da verdadeira precisão da pose óssea in vivo. Por exemplo, as posições articulares são relativamente constantes em um pé de cadáver com ausência de atividade muscular e cargas in vivo. Assim, pode não representar os limites do movimento articular em diversas tarefas locomotoras. Variações na postura articular alteram a oclusão nas imagens BVR, o que é uma fonte de erro de medição ao estimar poses de osso do pé pequenas e densamente compactadas13. Além disso, ao usar algoritmos de correspondência de imagens, a presença de marcadores nas imagens BVR provavelmente influenciaria os resultados. Embora os grupos tenham removido os marcadores das imagens de tomografia computadorizada (TC) digital imaging and communications in medicine (DICOM) 9,14,16, eles também são removidos ocasionalmente das imagens de videoradiografia biplanar16.
Este trabalho apresenta um conjunto de dados BVR de código aberto de um participante pulando e correndo in vivo, que tem marcadores implantados nos ossos do pé e tornozelo (Figura 1). A estimativa de pose baseada em marcadores para o movimento ósseo in vivo da tíbia, tálus e calcâneo é fornecida. Os marcadores foram removidos das imagens de raio-x e tomografia computadorizada para limitar qualquer viés introduzido durante a avaliação da precisão do rastreamento baseado em modelo. Este conjunto de dados destina-se a avaliar a precisão de qualquer software de estimativa de pose baseado em modelo e a melhorar a seleção de estimativas de pose iniciais para processos semimanuais. É mais apropriado para indivíduos que visam melhorar a velocidade e a precisão do pipeline de processamento de imagens BVR e para laboratórios que desejam baixa variabilidade entre operadores na estimativa inicial da pose.

Figura 1: Visão geral do conjunto de dados de videoradiografia biplanar (BVR) fornecido. Os marcadores implantados são rastreados in vivo como o padrão-ouro para estimativa da pose óssea. Os marcadores foram removidos digitalmente das imagens BVR e das tomografias computadorizadas para evitar vieses no rastreamento baseado em modelo. As poses estimadas a partir de qualquer software de rastreamento baseado em modelo podem ser comparadas ao padrão-ouro de rastreamento baseado em marcadores. A estimativa de pose baseada em marcadores também pode ser usada para treinar novos operadores para melhorar sua estimativa inicial de pose óssea para rastreamento baseado em modelo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.