基于2D-3D配准的术中腓骨旋转不良检测方法

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。