基于2D-3D配准的术中腓骨旋转不良检测方法

摘要：

目的 通常检测腓骨旋转不良的方法是对术中踝关节2D X射线影像做目视评估,但主观判断往往导致结果误差较大;目前公认的准确检测腓骨旋转不良的方法需借助术后3D CT数据,但会为患者引入较大的辐射量.为此,本文提出了一种基于2D-3D配准技术准确识别术中腓骨旋转不良的低剂量、低成本的精准复位腓骨的可行方法,以此验证所提方法的可行性.方法 研究对象为单一腓骨CT数据,初始位置定义为参考位,然后借助Mimics软件对其做不同程度的旋转变换,生成12组腓骨旋转畸形测试位的CT数据,模拟术中腓骨的不同姿态,包括6组腓骨内旋和6组腓骨外旋.测试位腓骨术中C臂图像由投影仿真程序生成.通过将术中C臂图像和参考位CT数据做2D-3D配准来识别这12组测试位相对于参考位的旋转不良程度.得到的结果和金标准比对,从而评估2D-3D配准的准确性;其中,金标准为参考位和12组测试位的3D-3D配准结果.另外,因为与投影轴平行方向检测位移不敏感,故本文用两幅正交位投影的配准结果做补偿.结果 10次测试12组数据配准结果在绕x轴、y轴和z轴旋转的平均角度(及沿3个方向的平均位移)误差分别为1.19°(0.56 mm)、0.72°(0.84 mm)和0.81°(0.65 mm);标准差依次为0.43°(0.38 mm)、0.51°(0.47 mm)和0.58°(0.5 mm);最大误差分别是2.13°(1.76 mm)、2.74°(1.90 mm)和2.10°(2.16 mm).结论2D-3D配准方法可为临床腓骨复位提供精度更高的监控工具,其误差远小于目前10°旋转的目测误差.相比于术前CT做手术规划、术后CT做手术评估,本文方法借助术前CT和术中C臂图像不仅可达到准确评估的目的,而且可实现术中动态评估,故其辐射剂量更低,患者医疗成本更低,治疗更及时、更有效.

关键词：踝关节骨折、腓骨旋转不良、2D-3D配准、优化算法、医学图像手术导航

所属期刊栏目：38

分类号：R318.04(医用一般科学)

资助基金：国家自然科学基金61227802;北京市教育委员会科技发展计划一般项目KM201610025009;首都医科大学基础-临床科研合作基金项目2016-JL-PT-X02

在线出版日期：2019-03-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：52-58