透视立体影像分析技术在假体无菌性松动检测中的应用研究

目的·验证基于2D‒3D配准的透视立体影像分析(fluoroscopic stereophotogrammetric analysis,FSA)技术在关节假体无菌性松动早期迁移检测的精度及临床应用可行性。方法·通过图像合成实验验证以光源为中心和以投影物体为中心的二维(two dimension,2D)‒三维(three dimension,3D)配准算法在不同工况下FSA技术的精度,通过真实模型实验验证临床应用可行性。图像合成实验通过在虚拟环境下建立与真实环境参数相同的透视投影,记录3D模型(骨或假体)在六自由度变换时的2D透视图像,使用不同的2D‒3D配准算法还原3D模型的六自由度变换,计算配准算法的误差。真实模型验证通过骨‒假体高精度迁移模拟器模拟关节置换术后骨与假体之间的迁移,利用计算机断层成像及光学扫描重建骨或假体的3D模型,使用透视设备拍摄假体迁移前后的2D透视图像,再通过基于2D‒3D配准的FSA技术还原假体的迁移,计算FSA技术的误差。结果·以光源为中心的2D‒3D配准算法在不同工况下的精度均高于以投影物体为中心的算法。配准初始条件较好时,以光源为中心的算法与以投影物体为中心的算法相比:旋转误差降低,差异存在统计学意义(P=0.021);位移误差降低,差异存在统计学意义(P=0.000)。并且,以光源为中心的算法满足临床应用要求所需的相似度更低、配准次数更少。结论·基于2D‒3D配准的FSA技术在人工关节假体早期迁移检测中精度满足临床应用要求。该技术可通过检测关节置换术后假体的早期迁移预警假体的晚期无菌性松动,有望通过进一步研究应用于临床。