基于2D-3D配准的术中腓骨旋转不良检测方法

• 作者: 丁云鹤 孙振辉 李言 杨博鑫 杨智 武王将 王巨鹏
• 来源期刊: 北京生物医学工程
• 学科: 医学
• 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
• 年，卷（期）: 2019,（1）
• 所属期刊栏目: 论著
• 页码范围: 52-58
• 页数: 7页
• 分类号: R318.04
• 字数: 4167字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1002-3208.2019.01.008

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.