Automatic modeling of pectus excavatum corrective prosthesis using artificial neural networks

Pectus excavatum is the most common deformity of the thorax. Pre-operative diagnosis usually includes Computed Tomography (CT) to successfully employ a thoracic prosthesis for anterior chest wall remodeling. Aiming at the elimination of radiation exposure, this paper presents a novel methodology for the replacement of CT by a 3D laser scanner (radiation-free) for prosthesis modeling. The complete elimination of CT is based on an accurate determination of ribs position and prosthesis placement region through skin surface points. The developed solution resorts to a normalized and combined outcome of an artificial neural network (ANN) set. Each ANN model was trained with data vectors from 165 male patients and using soft tissue thicknesses (STT) comprising information from the skin and rib cage (automatically determined by image processing algorithms). Tests revealed that ribs position for prosthesis placement and modeling can be estimated with an average error of 5.0 ± 3.6 mm. One also showed that the ANN performance can be improved by introducing a manually determined initial STT value in the ANN normalization procedure (average error of 2.82 ± 0.76 mm). Such error range is well below current prosthesis manual modeling (approximately 11 mm), which can provide a valuable and radiation-free procedure for prosthesis personalization.

Automatic prebent customized prosthesis for pectus excavatum minimally invasive surgery correction

Pectus excavatum is the most common deformity of the thorax. A minimally invasive surgical correction is commonly carried out to remodel the anterior chest wall by using an intrathoracic convex prosthesis in the substernal position. The process of prosthesis modeling and bending still remains an area of improvement. The authors developed a new system, i3DExcavatum, which can automatically model and bend the bar preoperatively based on a thoracic CT scan. This article presents a comparison between automatic and manual bending. The i3DExcavatum was used to personalize prostheses for 41 patients who underwent pectus excavatum surgical correction between 2007 and 2012. Regarding the anatomical variations, the soft-tissue thicknesses external to the ribs show that both symmetric and asymmetric patients always have asymmetric variations, by comparing the patients’ sides. It highlighted that the prosthesis bar should be modeled according to each patient’s rib positions and dimensions. The average differences between the skin and costal line curvature lengths were 84 ± 4 mm and 96 ± 11 mm, for male and female patients, respectively. On the other hand, the i3DExcavatum ensured a smooth curvature of the surgical prosthesis and was capable of predicting and simulating a virtual shape and size of the bar for asymmetric and symmetric patients. In conclusion, the i3DExcavatum allows preoperative personalization according to the thoracic morphology of each patient. It reduces surgery time and minimizes the margin error introduced by the manually bent bar, which only uses a template that copies the chest wall curvature.

Assessment of 3D scanners for modeling pectus carinatum corrective bar

Pectus Carinatum (PC) is a chest deformity consisting on the anterior protrusion of the sternum and adjacent costal cartilages. Non-operative corrections, such as the orthotic compression brace, require previous information of the patient chest surface, to improve the overall brace fit. This paper focuses on the validation of the Kinect scanner for the modelling of an orthotic compression brace for the correction of Pectus Carinatum. To this extent, a phantom chest wall surface was acquired using two scanner systems – Kinect and Polhemus FastSCAN – and compared through CT. The results show a RMS error of 3.25mm between the CT data and the surface mesh from the Kinect sensor and 1.5mm from the FastSCAN sensor.

Automatic modeling of an orthotic bracing for nonoperative correction of pectus carinatum

Pectus Carinatum is a deformity of the chest wall, characterized by an anterior protrusion of the sternum, often corrected surgically due to cosmetic motivation. This work presents an alternative approach to the current open surgery option, proposing a novel technique based on a personalized orthosis. Two different processes for the orthosis’ personalization are presented. One based on a 3D laser scan of the patient chest, followed by the reconstruction of the thoracic wall mesh using a radial basis function, and a second one, based on a computer tomography scan followed by a neighbouring cells algorithm. The axial position where the orthosis is to be located is automatically calculated using a Ray-Triangle intersection method, whose outcome is input to a pseudo Kochenek interpolating spline method to define the orthosis curvature. Results show that no significant differences exist between the patient chest physiognomy and the curvature angle and size of the orthosis, allowing a better cosmetic outcome and less initial discomfort.

Artificial neural networks for automatic modelling of the pectus excavatum corrective prosthesis

Pectus excavatum is the most common deformity of the thorax and usually comprises Computed Tomography (CT) examination for pre-operative diagnosis. Aiming at the elimination of the high amounts of CT radiation exposure, this work presents a new methodology for the replacement of CT by a laser scanner (radiation-free) in the treatment of pectus excavatum using personally modeled prosthesis. The complete elimination of CT involves the determination of ribs external outline, at the maximum sternum depression point for prosthesis placement, based on chest wall skin surface information, acquired by a laser scanner. The developed solution resorts to artificial neural networks trained with data vectors from 165 patients. Scaled Conjugate Gradient, Levenberg-Marquardt, Resilient Back propagation and One Step Secant gradient learning algorithms were used. The training procedure was performed using the soft tissue thicknesses, determined using image processing techniques that automatically segment the skin and rib cage. The developed solution was then used to determine the ribs outline in data from 20 patient scanners. Tests revealed that ribs position can be estimated with an average error of about 6.82±5.7 mm for the left and right side of the patient. Such an error range is well below current prosthesis manual modeling (11.7±4.01 mm) even without CT imagiology, indicating a considerable step forward towards CT replacement by a 3D scanner for prosthesis personalization.

Influência do tipo de chuteira em variáveis preditoras do risco de entorse lateral do tornozelo

Introdução: No futebol, a entorse lateral do tornozelo (ELT) destaca-se como sendo a lesão mais prevalente. Potenciada pela variedade de chuteiras disponíveis no mercado e pela crescente utilização de relvados sintéticos, a interação entre o terreno e o calçado tem assumido elevada relevância como fator de risco para a ELT. A maior incidência de lesões na 2ª parte do jogo traduz a necessidade do estudo dessa interação durante tarefas que envolvam fadiga. Objetivo: Estudar a influência das chuteiras em variáveis preditoras do risco de ELT em relvado sintético sob duas condições: sem e com fadiga dos músculos eversores do tornozelo Métodos: Foi utilizada uma amostra de atletas saudáveis. Todos os indivíduos realizaram 3 séries de 5 saltos médio-laterais uni-podálicos, cada uma com 1 de 3 modelos de chuteiras (Turf, Hard e Firm ground) em duas condições: sem e com fadiga induzida pelo dinamómetro isocinético. Durante a tarefa, a atividade eletromiográfica do longo e curto peroniais, o valor das forças de reação do solo e o movimento do retro-pé (plano frontal), foram recolhidos e usados para calcular variáveis cinemáticas (eversão/inversão do tornozelo, o deslocamento e velocidade do centro de pressão), cinéticas (taxa de crescimento das forças de reação do solo) e neuromusculares (tempo de ativação muscular dos peroniais). Resultados: À exceção do tempo de ativação do curto peronial com o modelo Hard ground (sem fadiga vs com fadiga (p=0,050), não foram identificadas diferenças estatisticamente significativas nas variáveis preditoras de lesão, entre chuteiras, nem entre as duas condições avaliadas. Conclusão: Para o teste funcional escolhido e executado por atletas saudáveis em sintético de 3ª geração, nenhuma das chuteiras apresenta maior risco de lesão (com e sem fadiga), tendo em conta as variáveis em estudo.

Modelo geométrico de correcção da medição de fluxo sanguíneo na angiografia PC por RM em MAV’s cerebrais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Neuroartropatia de Charcot do pé diabético: identificação, tratamento conservador e prevenção das suas complicações

Mestrado em Gestão e Avaliação de Tecnologias em Saúde

O impacto de um programa de exercícios com o Inspirómetro de Incentivo na função pulmonar em doentes com Escoliose Idiopática

Introdução: A escoliose é uma deformidade vertebral muito comum e de grande importância social. A etiologia da escoliose idiopática da adolescência é desconhecida e descrita como multifatorial. Segundo a literatura existe uma forte correlação entre a função pulmonar anormal e a gravidade da deformidade da coluna vertebral. Tem sido proposto como abordagem terapêutica o uso de Inspirómetro de Incentivo, contudo, ainda se encontra incerto a sua eficácia nesta patologia. Objetivo: Analisar o impacto de um programa de exercícios domiciliários com o Inspirómetro de Incentivo em doentes com Escoliose Idiopática nos volumes pulmonares e na força muscular dos músculos respiratórios. Metodologia: Foram avaliados, por meio de um estudo experimental, 12 indivíduos do sexo feminino (com média e desvio padrão correspondentes a 15,1 e 1,6 respetivamente) com diagnóstico de Escoliose Idiopática antes e 3meses após a cirurgia corretiva e 12 indivíduos saudáveis também do sexo feminino (com média e desvio padrão correspondentes a 15,2 e 1,4 respetivamente). A função pulmonar foi avaliada através do espirómetro computorizado Spinolab®, a força dos músculos respiratórios avaliou-se através da mensuração da PImáx e PEmáx com o Microrpm®. Para finalizar a avaliação o participante foi sujeito a aplicação do THRESHOLD® com 30% da PImáx obtida. O protocolo domiciliário, referente à parte experimental, baseou-se no uso bi-diário do Inspirómetro de Incentivo Respiflo FS®, que foi fornecido aos participantes no dia da alta hospitalar. Resultados: Foram encontrados valores menores da função respiratória e força muscular (p<0,05) no grupo de doentes com Escoliose em relação ao grupo dos Saudáveis, excepto em relação ao Índice de Tiffeneau (p=0,17). No entanto, quando se comparou o grupo Controlo e o Grupo Experimental não severificaram diferenças estatisticamente significativas em relação às variáveis estudadas. Por fim, na análise dos parâmetros nos dois momentos de avaliação (inicial e final) entre o grupo dos Saudáveis e grupo Experimental verificou-se que existiam diferenças estatisticamente significativas ao nível da CFV (pi=0,02; pf=0,00), FEV1 (pi=0,01; pf=0,00) e PImáx inicial (p=0,02) e PImáx th inicial (p=0,03). Conclusão: A função pulmonar e a força dos músculos respiratórios em indivíduos com diagnóstico de Escoliose Idiopática encontra-se diminuída quando comparada com uma população saudável. Dentro das condições propostas no presente estudo, verificou-se que a aplicação de um programa de exercícios com o Inspirómetro de Incentivo com duração de 3 meses não revela resultados significativos ao nível da função pulmonar e da força dos músculos respiratórios.

Hand Involvement in Ollier Disease and Maffucci Syndrome: a Case Series

Ollier Disease and Maffucci Syndrome are two rare diseases that can cause tumors in several organs, having a special predilection for the hand. However, there have been very few reports in the literature focusing on hand manifestations of these diseases. We report the cases of three female patients: one with Ollier Disease, and two other with Maffucci Syndrome. All patients had hand involvement as their initial primary complaint. The Ollier Disease patient developed chondrosarcomas of two digits and had to have these fingers amputated. One of the Maffucci patients died one year after presentation from a brain glioblastoma. These cases emphasize the importance of early diagnosis of Ollier Disease and Maffucci Syndrome, as these two conditions are associated not only to crippling hand deformity, but also to a significant risk of chondrosarcoma, and other malignant tumors.

Temporomandibular Joint Ankylosis in an Infant: A Rare Cause of Difficult Airway

1.Pre-assessment data of the patient A 2-year-old boy, weighing 15 kg was admitted with a history of limited mouth opening(inter-incisor distance of 6 mm), hypoplastic and retrognathic mandible (bird face deformity) and facial asymmetry from left temporomandibular joint ankylosis (TMJA). He was born at term, after an uneventful pregnancy, and there was no report of trauma during caesarean section. No other possible aetiologies were identified. He was scheduled for mandibular osteotomy. Preoperative ENT examination revealed adenotonsillar hypertrophy. 2. Anaesthetic Plan A fiberoptic nasal intubation was performed under deep inhalation anaesthesia with sevoflurane, with the patient breathing spontaneously. Midazolam (0.05 mg.kg-1) and alfentanil (0.03 mg.kg-1) were given and anaesthesia was maintained with O2/air and sevoflurane. No neuromuscular blocking agent was administered since the surgical team needed facial nerve monitoring. 3. Description of incident During surgery an accidental extubation occurred and an attempt was made to reintubate the trachea by direct laryngoscopy. Although the osteotomy was nearly completed, the vocal cords could not be visualized (Cormack-Lehane grade IV laryngoscopic view). 4. Solving the problem Re-intubation was finally accomplished with the flexible fiberscope and the procedure was concluded without any more incidents. Extubation was performed 24 hours postoperatively with the patient fully awake. After surgery mouth opening improved to inter-incisor gap of 15 mm. 5. Lessons learned and take home message Two airways issues present in this case can lead to difficultventilation and intubation: TMJA and adenotonsillar hypertrophy. These difficulties were anticipated and managed accordingly. The accidental extubation brought to our attention the fact that, even after surgical correction, this airway remains challenging. Even with intensive jaw stretchingexercises there is a high incidence of re-ankylosis, especially in younger patients. One should bear that in mind when anaesthetizing patients with TMJA.

Estudo dos rácios trapézio inferior/ trapézio superior e grande dentado/ trapézio superior, em exercícios com envolvimento das articulações escapulo-torácica e gleno-umeral : recurso à electromiografia de superfície

RESUMO: Introdução: A estabilidade dinâmica relativa ao complexo articular do ombro depende de uma interacção perfeita entre músculos da coifa dos rotadores e músculos escapulares, como o binómio rotador da escápula – trapézio superior e trapézio inferior e o grande dentado. A compreensão dessas sinergias musculares em sujeitos assintomáticos permite, em última instância, o desenvolvimento de linhas orientadoras de raciocínio na abordagem clínica. Objectivo: Estudar o rácio de activação entre os músculos trapézio inferior e trapézio superior e entre grande dentado e trapézio superior, através de um conjunto de cinco exercícios aplicados a uma amostra de sujeitos assintomáticos, estabelecendo uma hierarquia entre esses rácios. Metodologia: Trata-se de um estudo descritivo, com uma amostra de 15 sujeitos saudáveis (n=9 homens; n=6 mulheres), com idades compreendidas entre os 19 e 27 anos (média=21 anos, dp=2,24), tendo sido avaliados por um sistema de electromiografia de superfície, em dois momentos de recolha diferentes. Os exercícios foram realizados em cadeia cinética aberta, sem qualquer aplicação de resistências externas. Resultados: De entre os exercícios analisados com envolvimento escapulo-torácico e gleno-umeral simultaneamente, destacaram-se com melhor rácio trapézio inferior/trapézio superior e grande dentado/trapézio superior (activação dos músculos trapézio inferior e grande dentado superior à activação do trapézio superior) os movimentos de flexão do ombro até aos 90º no plano sagital e a abdução do ombro até aos 90º no plano da escápula, considerando ambas as recolhas. Nos exercícios apenas com envolvimento escapulotorácico, destacaram-se com melhor rácio os movimentos de adução e depressão das escápulas bilateralmente com os membros superiores em repouso, seguido da abdução da escápula, com o ombro a 90º de flexão e mantendo a escápula em depressão (“murro à frente”), em ambas as recolhas. O exercício de abdução do ombro até aos 90º no plano frontal obteve sempre o pior rácio muscular, nos dois momentos de recolha. Conclusões: O presente trabalho estudou as interacções dos músculos escapulotorácicos em cinco exercícios realizados até aos 90º de elevação do membro superior,em cadeia cinética aberta e sem recurso a resistências externas. Será, eventualmente possível, enquadrar os exercícios propostos nas fases de consciencialização e associação de reaprendizagem motora. Sugerem-se futuros estudos com uso de análise cinemática. --------------------ABSTRACT: Introduction: Stability of the shoulder and scapula depend upon a perfect interaction between rotator cuff of the shoulder and scapular muscles, such as upper and lower trapezius and serratus anterior. A deeper comprehension of these synergies in healthy subjects allows, ultimately, the development of a better reasoning in the clinical approach. Goal: To study the ratios between lower trapezius/ upper trapezius and between serratus anterior/ upper trapezius in five different exercises, applied to healthy subjects, presenting a hierarchy between ratios. Methods: It’s an observational descriptive study including 15 healthy subjects (n= 9 men; n=6 women) with ages between 19 and 27 years (mean of 21 years, SD of 2,24). Surface electromyography was used in two different recording moments. All the exercises were performed in open kinetic chain, without external resistance. Results: Of the exercises studied that involved the shoulder and scapula together, the best ratios between lower trapezius/upper trapezius and serratus anterior/ upper trapezius (greater activity for lower trapezius and serratus anterior and less for upper trapezius) were found in shoulder flexion to 90º and in shoulder abduction to 90º in the plane of the scapula, in both recording moments. Considering the exercises that included only the scapula, the best ratio were found in bilateral adduction and depression of the scapula with the upper limbs resting and in abduction of the scapula, while being in depression, with the shoulder flexed at 90º, considering both recordings. Shoulder abduction to 90º in the coronal plane presented the worse ratio in both recording moments. Conclusions: This present paper studied the interaction of the scapula upward rotator muscles in five exercises performed below 90º of shoulder flexion or abduction, in open kinetic chain, with no external resistance. It may be possible to associate our exercises with the motor learning phases of association and consciousness. Future studies are suggested with kinematic analysis.

Avaliação da resistência à fadiga de instrumentos endodônticos sujeitos a polimento electrolítico e a tratamento térmico específico

Esta dissertação teve como principais objectivos determinar a resistência à fadiga de instrumentos endodônticos de Níquel-Titânio sujeitos a polimento electrolítico e tratamento térmicopor autoclave, assim como estudar o comportamento estrutural dos instrumentos, através de análise numérica pelo método dos elementos finitos, quando sujeitos à curvatura em três regiões distintas. Vinte e dois instrumentos Hyflex (Coltene, Switzerland), com dois tamanhos diferentes (.04/20 e .06/20), foram divididos em 3 grupos: Grupo I, 4 instrumentos (dois de cada tamanho) sem qualquer tipo de tratamento térmico ou superficial; Grupo II, 12 instrumentos (seis de cada tamanho) submetidos a polimento electrolítico; Grupo III, 6 instrumentos (três de cada tamanho) submetidos a polimento electrolítico e tratamento térmico por autoclave. Todos os instrumentos foram sujeitos a testes de fadiga por flexão rotativa. Os instrumentos foram polidos, aplicando uma potência de 30 V, durante 3 segundos, a uma taxa de escoamento da solução electrolítica igual a 1. O tratamento térmico em autoclave foi realizado a uma temperatura e pressão de 134ºC e 2,16 bar, respectivamente, durante 30 minutos. O raio e ângulo de curvatura impostos durante os ensaios experimentais foram de 4,7 mm e 45º, respectivamente. A velocidade de rotação utilizada para testar os instrumentos foi de 500 rpm. O tempo até à fractura foi registado e o número de ciclos à fractura foi calculado. Calculou-se a área circular equivalente do instrumento Hyflex .06/20, em 3 regiões diferentes do mesmo (apical, central e coronal), na secção do instrumento correspondente a metade do comprimento do arco imposto pela curvatura do canal. Os valores de extensão teóricos foram calculados com o objectivo de comparar com a distribuição de tensão e extensão obtida pelo método dos elementos finitos. Os valores calculados analiticamente estão coerentes com os valores obtidos pelo método dos elementos finitos. Existe um grande risco de fractura do instrumento durante o tratamento endodôntico de canais radiculares que imponham curvaturas coronais aos instrumentos. Analisando os resultados obtidos experimentalmente, verifica-se que existem diferenças significativas, na duração e no número de ciclos à fadiga, entre os instrumentos polidos e não polidos e entre os instrumentos com e sem tratamento térmico por autoclave. Conclui-se que o polimento electrolítico tem uma influência significativa na vida à fadiga dos instrumentos Hyflex .04/20 e .06/20. O tratamento térmico por autoclave tem uma influência negativa nos instrumentos Hyflex .04/20 e uma influência positiva nos instrumentos Hyflex .06/20.

Bone tuberculosis: a case report on child

The authors report a case of a 12-year-old child with a complaint of pain and deformity in the lower thoracic region that had lasted for two years. Clinical, epidemiological and laboratory characteristics associated with images of apparent damage in the T9-T10 and T11-T12 vertebrae taken by radiography of the thoracic spine and nuclear magnetic resonance in addition to the positivity of the molecular test based on the polymerase chain reaction, led to tuberculous spondylitis being diagnosed and specific therapy was started. Culture of vertebral biopsy was positive for Mycobacterium tuberculosis after thirty days.

Friedreich's ataxia: clinical and molecular study of 25 Brazilian cases

INTRODUCTION: Friedreich's ataxia is a neurodegenerative disorder whose clinical diagnostic criteria for typical cases basically include: a) early age of onset (< 20 or 25 years), b) autosomal recessive inheritance, c) progressive ataxia of limbs and gait, and d) absence of lower limb tendon reflexes. METHODS: We studied the frequency and the size of expanded GAA and their influence on neurologic findings, age at onset, and disease progression in 25 Brazilian patients with clinical diagnosis of Friedreich's ataxia - 19 typical and 6 atypical - using a long-range PCR test. RESULTS: Abnormalities in cerebellar signs, in electrocardiography, and pes cavus occurred more frequently in typical cases; however, plantar response and speech were more frequently normal in this group when the both typical and atypical cases were compared. Homozygous GAA expansion repeats were detected in 17 cases (68%) - all typical cases. In 8 patients (32%) (6 atypical and 2 typical), no expansion was observed, ruling out the diagnosis of Friedreich's ataxia. In cases with GAA expansions, foot deformity, cardiac abnormalities, and some neurologic findings occurred more frequently; however, abnormalities in cranial nerves and in tomographic findings were detected less frequently than in patients without GAA expansions. DISCUSSION: Molecular analysis was imperative for the diagnosis of Friedreich's ataxia, not only for typical cases but also for atypical ones. There was no genotype-phenotype correlation. Diagnosis based only on clinical findings is limited; however, it aids in better screening for suspected cases that should be tested. Evaluation for vitamin E deficiency is recommended, especially in cases without GAA expansion.