基于X线图像的全膝关节置换术在体运动学研究

基于X线图像的全膝关节置换术在体运动学研究

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中国骨科临床与基础研究杂志 2 1年 6 00月第 2第 2卷期 ( JCi a7 r o l B￣"O t pRe Jn 2 1 o 2 No n c h s u e 0 0 V1, ., 2

基于 X线图像的全膝关节置换术在体运动学研究张海森综述吕龙审校【键词】关节成形术，换，;体运动学；关置膝人图像处理，算机辅助计

中图分类号： 6 74, 1 .文献标识码： 文章编号： 646 6 2 1 )20 3 .7 R 8 . R843 2 A 17 .6 X(0 0 .1 00 o

目前对于严重的膝关节炎患者而言，全膝关节置换术 ( tl n ea ho l t, KA)成为一 t a k e r rpa y T o t s己

基本思想是：过 x线透视或摄片可以获得实施通T KA治疗患者的膝关节图像。X线由一个点源发出，以射线的形式向四周发散，成对象的实际阴生

种常规的手术治疗方式…。合适假体的选择对保证 T A手术效果、高预后质量具有重要意义。 K提 研究发现， K T A术后的膝关节假体越是能够对股骨相对胫骨前后移动进行适当的控制进而接近正

影中心或透视投影。将投照距离及图像的像素间距等参数输入计算机，用特定的图像处理程序应即可在计算机上重现相同的光学现象。通过逆向

常的运动模式，则越有可能改善患者的运动功能并延长假体的使用寿命，因此 T A运动学研究也 K显得尤为重要。近年来众多学者对 T A运动 K学进行了深入研究和报道，究方法包括干尸离研

工程软件获得膝关节假体计算机辅助设计(o ue—ie ein C D) c mp tr d dd s, A的三维模型 (由假 a g或

体制造商提供 )应用一定的图像匹配算法对其三，坐标位置不断进行修饰，至与病人的二维图像直匹配为止，一旦匹配成功，型的位置和方向就而模

体研究口、态试验运动分析、 T重建分析[]步 C 6、 l 7动态磁共振测试㈣以及基于 x线图像的运动测量方法州。值得注意的是，尸研究不能模拟活等干体膝关节在体负重状态下的动态情况，态试验步因皮肤标志物与骨之间的移动而使评估误差过

能够真实反

映患者体内假体的实际位置和方向。一

一

些学者通过不同的算法及配准方法进行了

T A运动学评估研究。B n s D n i等[0早 K ak、 e ns 9,较 1将基于模板的单平面图像匹配方法用于评估 T A K后膝关节的在体运动学，之后的相关报道亦多为

大， T和动态磁共振测试往往在非负重状态下进 C行，基于 x线图像的在体运动测量可以在完全而

对其的补充和发展。该匹配方法大致分为以下几步： 1应用 X线透视成像技术获得 T A病人术 () K后膝关节不同屈曲角度下的侧位图像；2通过假 ()体C AD模型建立一个股胫假体在侧位不同屈曲角度、同旋转角度的图像集 ( 1; 3应用计不图 A) ( )

负重、动态状态下进行，克服了上述方法存在的弊端，目前应用较多的方法。此外，维一三维是二

图像匹配技术的发展大大提高了此项技术的准确性。本文在复习相关文献的基础上，述基于 x综线图像的 T A在体运动学研究方法及其对假体 K设计和手术策略的指导意义。

◆

1基于 x线图像的 T A运动测量方法 K 2世纪 8年代末， 0 O国外基于放射线成像和形状匹配技术的膝关节置换运动学在体定量研究开

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始见诸报道。由于有助于更好地理解 T A术 K后的关节运动功能，因此该项技术不断得到发展

并被实践证明是一种行之有效的方法。该方法的DO:03 6/i n17—6X.0 00 .1 I 1.9 9 .s . 46 6 2 1.20 0 js 6作者单位： 1 10呼和浩特市， 001内蒙古医学院 (张海森 ) 0 0 1; 10 7呼和浩特市，蒙古自治区医院关节外科 内通讯作者：吕龙，— i lln 15@y h ou Emal uo g 9 1 a o .: k

基假体图像匹配

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图 I基于模板的单平面图像匹配方法 1建立膝假体在三坐标 A系各位置的二维放射图像集 1应用计算机算法实现二维 -维的

B三

基于X线图像的全膝关节置换术在体运动学研究

中国骨科临床与基础研究杂志 2 1年 6第 2第 2 00月卷期 C i b h nJC hBai r o e, u e 0 0 I1 . scO t pR s Jn 2 1 o. No￣: 2 2

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算机算法实现二维一三维假体图像匹配 (图 1;4计算出运动过程中股胫假体的相对位移 B) ( )和旋转。 对于这种技术测量的准确性， a k等旨， B ns出每种运动测量误差平行运动一般是 05 1n旋 .~ m, l转上是 05~1。 .。 .。为了提高测量的准确性，些 0一

fr ad,不是生理性“滚” rlb c ), 0 ow r )而后 (ol ak[91— 3,。 1 2而 G ma a”期所进行的一项前瞻性随机双 a d等近盲对照研究却得出了不尽相同的结论。他们将研究对象分为两组：统屈曲间隙平衡试垫组和弹传

性平衡装置组，采用旋转平台后交叉韧带均 ( otr r rc t l a n, C )留型假体， p s i u i e i me tP L保 e o c a g观察两组术后的膝关节运动学。结果显示，负重在弓步和被动跪坐活动中，组膝关节运动学之间两无统计学差异；在爬楼活动中，组均有更多的内两

学者在单平面图像配准的基础上实现了同位双平面配准，即在同一体位下进行两角度的 X线投照， 进而获得同体位两角度的 x线图像，后进行一然种体位下图像的两次匹配。H n i i a es等的同位 h双平面配准研究表明，图像变形引起的平均误差为 04 .像素，大不超过 11素。应用何种 .405最 .像形状进行配准亦是影响结果准确性的重要因素，

侧旋转中心，骨假体多表现为后移，股提示良好的韧带平衡能提供更接近于正常的膝关节运动模式；同时他们也强调，只是近期研究的结果，这远

期观察还有待进一步的随访研究。T A术中是否保留交叉韧带，直是颇受争 K一议的话题。多数学者认为交叉韧带应尽量保留， 不予切除。Has a等研究表明，移动平台型在 T A中 P L切除与 P L替代 (有支柱一 K C C带凸轮装置 )相似的运动模式，

是 P L替代型 T A在有但 C K深屈膝活动中表现出更多的股骨假体“滚”后， P L切除 T A在屈曲至 9。程中表现出更多的 C K 0过

通常应用的匹配形状有边缘形状检测模式、坦平阴影模式和三维边缘混合模式等。F e l rgy等”研 究证实，于边缘形状检测的图像配准是影响单基平面图像配准准确性的限制因素，平坦阴影模与式相比，边缘形状检测具有更好的准确性。

基于模板 (即股胫假体在侧位不同屈曲角度、 不同旋转角度的图像集 )图像匹配技术在进行的 x线成像时涉及到的两个重要参数是：距离主 ( r c a ds n e从 x光光源到成像平面的垂直 pi i l i a c, np t距离 )主点 ( r c a p it从 x光光源向成像和 pi i l on, n p平面作垂线，足点即为主点 )垂。在进行前瞻性研究时，距离和主点可人为确定或在投照时得以主准确评估，在一些回顾性研究或运用患者术前但 x线图像时往往是不得而知的。C o t u[发 h ue等 1 a 7 1现，距离以及主点分别发生土1 m、 m的主 5c士5 c变化 (主点与投照中心的距离，常是上下距指通离 )所测得的 T A运动学变化在平移运动上<时 K 1 n在旋转上< 1,借助高质量的 x线图像进 , mi。而行基于图像匹配的 T KA运动学评估时，点和主主距离在一定范围内的变化对于运动学分析结果的影响非常有限。

矛盾性股骨假体“滑”而附加的支柱一前，凸轮装置有利于促进屈膝中股骨假体“滚”提高膝关节后，屈曲度。Mooo a r—k t通过一项对 …… 此处隐藏：22648字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……