透视立体影像分析技术在假体无菌性松动中的实验研究

摘要

人工关节的无菌性松动是人工关节置换术后假体失效和翻修的最主要原因之一。目前临床上针对无菌性松动只能通过翻修手术来重建稳定性。翻修在生理上和经济上会对患者造成极大的负担。为保障患者安全，人工关节假体质量和安全的评估十分重要。目前已经确定关节置换术后假体的早期迁移可以预测晚期的无菌性松动趋势。假体无菌性松动的早期诊断是评估假体长期植入性能的有效手段，可以有效的避免劣质假体造成更大的危害。 本文采用基于 2D-3D 配准的透视立体影像分析技术（FSA）来分析人工关节假体的早期迁移，主要原理为使用CT数据重建的三维模型与二维透视图像进行2D-3D配准，从而获取假体与骨之间在关节置换术后两年内不同时间段下的相对位移变化。针对目前FSA分析存在的软件不匹配、精度低等问题，本文采用数字影像重建技术，以梯度相关为相似性度量函数，结合Levenberg–Marquardt算法，设计了一款2D-3D配准软件，并衡量了以物体为中心和以光源为中心的两种方式及不同的配准初始条件对配准结果的影响。 本课题设计的2D-3D 分析软件，经图像合成实验及三维松动模型验证完全符合现有临床要求，且简单便捷、精度高，便于临床使用。仅基于目前医院现有设备即可采集数据进行分析，有助于该技术的临床应用和在国内的推广。本课题建立的分析系统，有助于建立人工关节假体的临床实验分级审查原则，筛查安全性和有效性不达标的劣质假体，保障患者的安全。 此外，本文还提出了一种模拟的双平面 FSA 分析方法。双平面透视分析精度高，但是目前流行的双平面透视分析方法对设备要求较高，不利于临床应用。本课题针对人工关节假体早期迁移分析初步设计了一种模拟双平面透视分析技术，提高精度的同时对设备要求低。

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