Segmentação e reconstrução 3D de vértebra única por tomografia computadorizada: um protocolo reprodutível utilizando o método Growcut no 3D Slicer

Abstract

Fraturas vertebrais e alterações degenerativas da coluna lombar estão associadas a dor crônica, perda de mobilidade e aumento de risco de incapacidade, especialmente em po pulações envelhecidas e com osteoporose. A tomografia computadorizada (TC) permite visualizar com alta resolução a morfologia vertebral, viabilizando medições quantitativas e reconstruções tridimensionais. No entanto, em contexto acadêmico e didático, ainda são escassas descrições passo a passo de pipelines reprodutíveis que partam de um exame de TC rotulado e alcancem uma malha 3D tecnicamente válida de uma vértebra específica utilizando ferramentas abertas. Este trabalho tem como objetivo construir e documen tar um fluxo reprodutível de segmentação e reconstrução 3D da vértebra lombar L3 não transicional em TC, utilizando o conjunto de dados VerSe 2020 e a plataforma 3D Slicer. A reconstrução tridimensional de uma vértebra específica, entretanto, acrescenta valor diagnóstico e didático ao permitir a visualização volumétrica completa, a extração de mé tricas geométricas reprodutíveis e a geração de modelos físicos para ensino e prototipagem. Esses usos não são possíveis a partir da simples observação bidimensional dos cortes da TC, justificando a relevância da reconstrução 3D da L3. O pipeline proposto envolve: (i) pré-processamento com seleção da vértebra-alvo a partir dos rótulos do VerSe, definição de uma região de interesse lombar e reamostragem isotrópica do volume; (ii) segmentação semi-automática com o algoritmo GrowCut, baseada em sementes de osso e de fundo em uma região restrita; (iii) pós-processamento da máscara segmentada com suavização vo lumétrica; e (iv) exportação da malha em formato STL. A malha obtida foi avaliada por meio de métricas geométricas e densitométricas no módulo Segment Statistics do 3D Slicer e por medidas geométricas e topológicas no MeshLab. Os resultados mostram boa concor dância entre os volumes estimados a partir do labelmap, da superfície fechada e da malha STL, além de uma malha composta por um único componente conectado, sem arestas de fronteira, classificada como two-manifold e com gênero topológico �� = 1, compatível com a presença do forame vertebral. Em conjunto, esses achados indicam que o pipeline implementado é capaz de produzir uma reconstrução tridimensional da L3 com integridade geométrica e topológica adequada para visualização e prototipagem, servindo como referência didática e ponto de partida para estudos futuros de segmentação vertebral.