基于自动化1.5T磁共振图像分割的膝关节三维重建:一个可行性研究

科学领域:

• 整形外科手术 整形外科手术
• 医疗成像医学成像
• 生物医学工程 生物医学工程

背景情况:

• 准确的3D骨和软骨重建对于膝关节带手术规划至关重要.
• 目前用于3D建模的方法通常涉及耗时的手动细分或不那么精确的自动化技术.
• 磁共振成像 (MRI) 为生成这些模型提供了一个无辐射的替代方案.

研究的目的:

• 用1.5特斯拉MRI验证远距离股骨和近距离骨的3D重建的准确性.
• 为了比较全自动和半自动细分方法与手动细分和激光扫描 (LS) 作为参考.
• 评估用于3D膝盖建模的不同细分技术的时间效率.

主要方法:

• 使用1.5T磁力共振成像扫描了11个新鲜冷的尸体膝盖.
• 使用手动细分 (MS),全自动 (A) 细分 (UNet-R深度学习模型) 和半自动 (SA) 细分来生成3D模型.
• 激光表面扫描 (LS) 提供了高分辨率的地面真实模型,通过点到表面距离计算进行准确性评估.

主要成果:

• 半自动 (SA) 和手动 (MS) 的MRI细分实现了腿骨和骨重建的亚毫米精度 (例如,骨SA: 1.03 ± 0.17毫米,MS: 0.93 ± 0.14毫米).
• 完全自动化的 (A) MRI 分段显示出更高的可变性,需要手动校正 (例如,小腿骨A:1.54 ± 1.02毫米).
• 分段时间有显著差异:MRI A (27s),MRI SA (1520s) 和MRI MS (14,191s),其中SA比MS提供了相当大的时间节省.

结论:

• 半自动细分1.5TMRI数据提供准确的,亚毫米3D膝盖重建,与手动细分相比.
• 人工智能辅助的半自动细分可以大大减少处理时间,提高临床工作流程的效率.
• 这些发现支持使用基于MRI的半自动化3D建模作为膝关节带手术中手术前规划的可靠,无辐射的替代方案.