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Author: Zampini, Samuele
Title: VMTKGui: an innovative tool for anatomical three-dimensional reconstruction
Date: Wednesday 20th July 2011
Advisor: Quarteroni, A.
Advisor II: Deparis, S.
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Abstract: Lo scopo di questa tesi è quello di presentare lo sviluppo dell'interfaccia grafica VMTKGui da affiancare ad un software preesistente, the Vascular Modeling Toolkit (VMTK), per poter creare un tool in grado di processare un'immagine medica di tipo DICOM (DIgital COmmunication in Medicine) in modo da passare da essa a una ricostruzione tridimensionale della stessa che permetta di effettuare simulazioni numeriche su quello che è il flusso nei vasi, come è spiegato dettagliatamente in [5]. A questo scopo si sfruttano alcune funzioni offerte da un software open-source per l'analisi e visualizzazione di immagini (Visualization ToolKit, VTK). Lo scopo del tool che si intende realizzare è quello di poter ricostruire la geometria di una parte anatomica non banale (nello specifico il fine ultimo è quello di ricostruire la zona a cavallo della valvola mitrale, vale a dire ventricolo sinistro, valvola mitrale stessa e ultimo tratto di aorta ascendente) per poter successivamente fare un'analisi numerica del flusso in quell'area. Per la realizzazione dell'interfaccia grafica si utilizza il linguaggio Python: si è preferito andare in questa direzione dal momento che la totalità delle librerie VMTK ha un'interfaccia evoluta proprio in questo linguaggio. Il presente lavoro è così suddiviso: nel primo capitolo viene presentato il progetto nelle sue linee generali. Viene dunque dedicato ampio spazio a quello che è lo stato dell'arte di VMTK per quel che concerne la visualizzazione di immagini in campo medico; di seguito sono presentati gli obbiettivi che ci si è posti all'inizio del lavoro; nell'ultima sezione, invece, si dà ampio spazio alle applicazioni pratiche che potrebbero prendere piede a partire dal tool sviluppato per poi sottolineare l'importanza del lavoro svolto. Nel secondo capitolo si tratta della ricostruzione geometrica da un punto di vista teorico: si presentano, nella prima sezione, le possibili tecniche per ricostruire una certa geometria partendo da un'immagine in formato DICOM; nella seconda sezione sono presentati i dettagli del metodo di ricostruzione utilizzato in questo lavoro di tesi, vale a dire il Level Set Segmentation (LSS), individuando i vantaggi che questa tecnica presenta rispetto alle altre, mettendo in evidenza quali sono i motivi che ci hanno portato a una tale scelta. Nel terzo capitolo, invece, si è redatto un manuale per l'utente del software VMTKGui. Si presentano i vari passi per arrivare ad una ricostuzione della geometria desiderata su cui verrà poi eventualmente costruita una mesh. Per ogni step sono presentate le varie problematiche, il metodo di utilizzo del comando e, infine, l'applicazione dello stesso in un esempio pratico. Nel quarto ed ultimo capitolo c'è una prima sezione in cui si discute un'attenta analisi di quelli che sono stati i risultati ottenuti in rapporto agli obbiettivi che ci si era posti in partenza. Inoltre, nella sezione finale si offre una discussione relativa a possibili sviluppi futuri, al fine di migliorare e ultimare il tool realizzato rendendolo disponibile a tutti gli utilizzatori del software VMTK, sicuri del fatto che un tool con queste potenzialità possa suscitare interesse nell'ambito di simulazioni in campo medico.