14 мая, 2017. Создание 3D модели коленного сустава

Проведение роботизированной артропластики коленного сустава обычно требует создания индивидуальной 3D модели коленного сустава перед операцией. Необходимые для этого измерения проводят с помощью компьютерной томографии (КТ), которая обеспечивает необходимую для планирования проведения операции точность измерений. Перспективной альтернативой КТ является ультразвуковая (УЗ) визуализация, которая позволит уменьшить затраты на проведение исследования и исключить воздействие ионизирующего излучения. В то же время точность воспроизведения 3D модели не должна измениться. Однако традиционно используемые фазированные УЗ датчики имеют недостаточные разрешающую способность и отношение сигнал/шум. Для уменьшения выраженности этих недостатков путем увеличения преломляющей силы был подробно изучен метод формирования синтезированной апертуры путем ультразвукового неразрушающего контроля. Несмотря на это, следует продолжать разрабатывать возможности применения данного метода в медицинской визуализации. В настоящем исследовании изучалась возможность применения метода синтезированной апертуры в ультразвуковой визуализации, сопряженной с роботизированной системой 3D моделирования для реконструкции костных поверхностей. С использованием метода полной фокусировки (Total Focussing Method, TFM) и метода фокусировки на синтезированной апертуре (Synthetic Aperture Focussing Technique, SAFT) были смоделированы два образца костей коленного сустава: дистальный конец бедренной кости человека и дистальный конец бычьей бедренной кости. Данные для моделирования были получены с использованием датчика 1D с частотой  5 МГц, разрешением 128 элементов, передвижение которого по образцу осуществлялось роботизированной системой. Затем создавалась модель трехмерной реконструкции поверхности, которая сравнивалась с эталонной моделью, полученной путем высокоточного лазерного сканирования. Среднее значение ошибки составило 0,82 мм и 0,88 мм для человеческого и бычьего образцов, соответственно, что демонстрирует возможность применения данного подхода для получения модели поверхности кости с субмиллиметровой точностью, как раз и требующейся для проведения артропластики.

Источник: Kerr W, Rowe P, Pierce SG. Accurate 3D reconstruction of bony surfaces using ultrasonic synthetic aperture techniques for robotic knee arthroplasty. Comput Med Imaging Graph. 2017


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямой эфир