Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hệ thống tái tạo 3D đa năng của cột sống và xương chậu để đánh giá lâm sàng các biến dạng cột sống
Tóm tắt
Bài báo này trình bày một hệ thống tái tạo ba chiều (3D) của cột sống con người nhằm đánh giá thường quy các bệnh lý cơ xương khớp như vẹo cột sống tự phát. Mục tiêu chính của hệ thống tái tạo 3D này là cung cấp một công cụ linh hoạt và mạnh mẽ cho việc phân tích 3D của các cột sống tại bất kỳ trung tâm y tế nào với thiết lập lâm sàng tiêu chuẩn sử dụng hình ảnh X-quang chưa hiệu chuẩn. Hệ thống mới sử dụng thuật toán tự hiệu chuẩn và phương pháp phối cảnh yếu để tái tạo các tọa độ 3D của các điểm giải phẫu từ hình ảnh X-quang bi-điện của thân thể bệnh nhân. Ngoài ra, một vật thể phẳng nhỏ có kích thước xác định được đề xuất để đảm bảo một mô hình cột sống được quy mô chính xác. Để đánh giá độ tin cậy của các tái tạo 3D do hệ thống đề xuất cung cấp, một nghiên cứu lâm sàng sử dụng 60 cặp X-quang số hóa của thanh thiếu niên đã được tiến hành. Nhóm đối tượng trong nghiên cứu gồm 51 bệnh nhân bị vẹo cột sống và 9 bệnh nhân không bị vẹo cột sống, với góc Cobb trung bình trên mặt phẳng ph frontal là 25°. Đối với mỗi trường hợp, một tái tạo 3D của cột sống và xương chậu đã được thu nhận với hệ thống trước đó được sử dụng tại bệnh viện của chúng tôi (cần một thiết bị định vị và áo hiệu chuẩn), và với phương pháp đề xuất. Kết quả cho thấy rằng các tái tạo 3D thu được với hệ thống mới sử dụng hình ảnh X-quang chưa hiệu chuẩn tạo ra các mô hình chính xác về mặt hình học với sự khác biệt không đáng kể cho các chỉ số lâm sàng 2D và 3D thường được sử dụng trong việc đánh giá các biến dạng cột sống. Điều này chứng minh rằng hệ thống là một công cụ khả thi và chính xác cho các nghiên cứu lâm sàng và mục đích phân tích sinh cơ học, với lợi thế bổ sung về sự linh hoạt cho bất kỳ thiết lập lâm sàng nào để theo dõi thường quy và lập kế hoạch phẫu thuật.
Từ khóa
#cột sống #tái tạo 3D #vẹo cột sống #nghiên cứu lâm sàng #phân tích sinh cơ họcTài liệu tham khảo
André B, Dansereau J, Labelle H (1992) Effect of radiographic landmark identification errors on the accuracy of three-dimensional reconstruction of the human spine. Med Biol Eng Comput 30:569–575
Aubin CE, Dansereau J et al (1998) Three-dimensional measurement of wedged scoliotic vertebrae and intervertebral disks. Eur Spine J 7:59–65
Aubin CE, Descrimes JL et al (1995) Geometrical modeling of the spine and the thorax for the biomechanical analysis of scoliotic deformities using the finite element method. Ann Chir 49:749–761
Brown RH, Burstein AH, Nash CL, Schock CC (1976) Spinal analysis using a three-dimensional radiographic technique. J Biomech 9:355–365
Cheriet F, Dansereau J, Petit Y, Aubin CE, De Guise JA, Labelle H (1999) Towards the self-calibration of a multiview radiographic imaging system for the 3D reconstruction of the human spine and rib cage. Intern J Pattern Recognit Artif Intell 13:761–779
Cheriet F, Laporte C, Kadoury S, Labelle H, Dansereau J (2007) Novel system for the 3D reconstruction of the human spine and rib cage from biplanar X-Ray images. IEEE Trans Biomed Eng (in press)
Cheriet F, Meunier J (1999) Self-calibration of a biplane X-ray imaging system for an optimal 3D reconstruction. Comput Med Imaging Graph 23:133–141
Cobb JR (1948) Outline for the study of scoliosis. Amer Acad Orthop Surg Instruct Lect 5:261–275
Dansereau J, Beauchamp A, De Guise J, Labelle H (1990) Three-dimensional reconstruction of the spine and the rib cage from stereoradiographic and imaging techniques. 16th Conf Can Soc Mech Eng 2:61–64
Dansereau J, Stokes IA (1988) Measurements of the three-dimensional shape of the rib cage. J Biomech 21:893–901
De Giorgi G, Gentile A, Mantriota G (1992) Three-dimensional study of the spine: our 10-year experience, International symposium on 3D scoliotic deformities, pp 71–80
Delorme S, Labelle H, Aubin CE, De Guise JA, Dansereau J (1999) Comparison between clinical Cobb angles and measurements performed on vertebral bodies, pedicle centroids and spinous processes. Ann Chir 53:792–797
Delorme S, Petit Y, De Guise JA, Labelle H, Aubin CE, Dansereau J (2003) Assessment of the 3D reconstruction and high-resolution geometrical modeling of the human skeletal trunk from 2D radiographic images. IEEE Trans Biomed Eng 50:989–998
Delorme S, Violas P, Dansereau J, De Guise JA, Aubin CE, Labelle H (2000) Preoperative and early postoperative changes of the rib cage after posterior instrumentation in adolescent idiopathic scoliosis. Eur Spine J 10:101–106
Gauvin C, Dansereau J, Petit Y, De Guise JA, Labelle H (1998) Customized 3D radiographic reconstruction of the human pelvis. Ann Chir 52:744–751
Hierholzer E, Luxmann G (1982) Three-dimensional shape analysis of the scoliotic spine using invariant shape parameters. J Biomech 15:583–598
Hindmarsh J, Larsson J, Mattsson O (1980) Analysis of changes in the scoliotic spine using a three-dimensional radiographic technique. J Biomech 13:279–290
Labelle H, Dansereau J, Bellefleur C, Jequier JC (1995) Variability of geometric measurements from three-dimensional reconstructions of scoliotic spines and rib cages. Eur Spine J 4:88–94
Labelle H, Dansereau J, Bellefleur C, Poitras B (1996) Three-dimensional effect of the Boston brace on the thoracic spine and rib cage. Spine 21:59–64
Labelle H, Dansereau J, Bellefleur C, Poitras B, Rivard CH, Stokes IA, De Guise J (1995) Comparison between preoperative and postoperative three-dimensional reconstructions of idiopathic scoliosis with the Cotrel-Dubousset procedure. Spine 20:2487–2492
Legaye J, Duval-Beaupere G, Hecquet J, Marty C (1998) Pelvic incidence: a fundamental pelvic parameter for three-dimensional regulation of spinal sagittal curves. Eur Spine J 7:99–103
Marquardt DW (1963) An algorithm for least-squares estimation of non-linear parameters. J Soc Indust Appl Math 11:431–441
Novosad J, Cheriet F, Labelle H (2002) 3D reconstruction of the spine from uncalibrated biplanr intraoperative X-ray images. Can Med Biol Eng Soc
Papin P, Labelle H, Delorme S, Aubin CE, De Guise JA, Dansereau J (1999) Long-term three-dimensional changes of the spine after posterior spinal instrumentation and fusion in adolescent idiopathic scoliosis. Eur Spine J 8:16–21
Pearcy MJ, Whittle MW (1982) Movements of the lumbar spine measured by three-dimensional X-ray analysis. J Biomed Eng 4:107–112
Remaki L, Cheriet F, Bellefleur C, Labelle H, Dansereau J (2000) A robustness study of self-calibration technique for the radiographic 3D reconstruction of human spine. Arch Physiol Biochem 108
Stokes IA, Bigalow LC, Moreland MS (1986) Measurement of axial rotation of vertebrae in scoliosis. Spine 11:213–218
Stokes IA, Bigalow LC, Moreland MS (1987) Three-dimensional spinal curvature in idiopathic scoliosis. J Orthop Res 5:102–113
Trucco E, Verri A (1998) Introductory techniques for 3D computer vision. Prentice Hall, Upper Saddle River
Villemure I, Aubin CE, Grimard G, Dansereau J, Labelle H (2001) Progression of vertebral and spinal three-dimensional deformities in adolescent idiopathic scoliosis: a longitudinal study. Spine 26:2244–2250
Walker A, Dickson RA (1984) School screening and pelvic tilt scoliosis. Lancet 2:152–153