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