Sviluppo di processo e implementazione software per l' 'AI-assisted manufacturing' di invasature protesiche su misura

This work is part of the multicentric project “Comparative Effectiveness of Socket Casting Methods: Improving Form and Fit” and was carried out in collaboration with INAIL Prosthesis Centre of Budrio (BO). In order to fix bugs and expand the functionality of the software "SocketFactory", used in the project to compare, from a shape point of view, the hand and hydrostatic casting techniques for the fabrication of transtibial and transfemoral prosthetic sockets, the first goal of this work focused on the modification of the source codes of some functions. The second goal of the work focused on the consolidation of the multicentric database and the subsequent clinical analysis performed, through Bland-Altman graphs, statistical tests and distance maps, on all the data collected in the project to compare the two casting techniques in terms of effectiveness, comfort and consistency. The results showed that, while it is not possible to establish the fastest technique for all the involved sites, the hand technique is better in terms of repeatability between operators. In addition, according to the comfort, transtibial subjects tend to prefer sockets obtained with the hydrostatic casting while transfemoral subjects those made with the hand casting. Finally, since the software is also equipped with an Artificial Intelligence algorithm that allows to learn and replicate the rectifications performed by the orthopaedic technician during the manufacturing of the socket, in the future it could be introduced into production line. For this reason, the last goal of the work was to evaluate the possibility of streamlining and, consequently, speeding up the protocol of landmark identification on the stump without affecting the learning ability of the algorithm integrated in the software. The comparison conducted using distance maps showed that the algorithm, despite being deprived of some guide markers, can still perform the virtual rectification of plaster scans in a clinically repeatable way compared to what is done by technicians on real plasters.

Questo lavoro di tesi si inserisce all’interno del progetto multicentrico “Comparative Effectiveness of Socket Casting Methods: Improving Form and Fit” ed è stato svolto in collaborazione con il Centro Protesi INAIL di Budrio (BO). Al fine di risolvere bug e ampliare le funzionalità del software “SocketFactory”, utilizzato nel progetto per confrontare, dal punto di vista delle forme, le tecniche di casting manuale e idrostatica per la realizzazione di invasature transtibiali e transfemorali, il primo obiettivo del lavoro ha riguardato la modifica dei codici sorgente di alcune funzioni. Il secondo obiettivo del lavoro si è focalizzato sul consolidamento del database multicentrico e sulla successiva analisi clinica eseguita, tramite grafici di Bland-Altman, test statistici e mappe di distanza, su tutti i dati raccolti nel progetto per confrontare le due tecniche di casting in termini di efficienza, comfort e consistenza. Dai risultati è emerso che, mentre non è possibile stabilire una tecnica più veloce per tutti i centri, invece, in termini di ripetibilità tra operatori, risulta preferibile la tecnica manuale. Inoltre, per quanto riguarda il comfort, i pazienti transtibiali tendono a preferire invasature eseguite con la tecnica idrostatica, mentre i pazienti transfemorali quelle con la tecnica manuale. Infine, dato che nel software è anche integrato un algoritmo di Intelligenza Artificiale che permette di apprendere e replicare le rettifiche eseguite dal tecnico ortopedico nella realizzazione dell’invasatura, si vorrebbe, in futuro, introdurlo in produzione. Per questo motivo l’ultimo obiettivo del lavoro è stato quello di valutare la possibilità di snellire e, conseguentemente, velocizzare il protocollo di identificazione dei landmark sul moncone senza che la capacità di apprendimento dell’algoritmo integrato nel software ne risentisse. Dal confronto condotto mediante mappe distanza è risultato che l’algoritmo, pur essendo privato di alcuni marcatori guida, riesce comunque ad eseguire la rettifica virtuale delle scansioni dei gessi in maniera clinicamente ripetibile rispetto a quanto fatto dai tecnici sui gessi reali.