机器人辅助脊椎造形的3D路径规划来自任意的双平面X射线,通过可微分染
Blanca Inigo1, Benjamin D Killeen1, Rebecca Choi2
1Johns Hopkins Whiting School of Engineering, Baltimore, MD, United States.
Frontiers in robotics and AI
|March 16, 2026
概括
这项研究提出了一种新的3D路径规划框架,用于只使用2DX射线的机器人脊椎造形术,从而消除了昂贵的CT扫描的需要. 该系统在手术规划中实现了高精度,提高了图像引导干预的安全性和效率.
科学领域:
- 医疗机器人 医疗机器人
- 以图像为指导的干预措施
- 计算机辅助手术 计算机辅助手术
背景情况:
- 机器人系统提高了图像引导干预的准确性,并减少了辐射.
- 手术路径规划通常需要3DCT扫描,这些扫描并不总是可用或成本效益高的手术,如脊椎造形术.
- 目前用于将2D手术内图像与3D手术前数据集成的方法是繁的.
研究的目的:
- 开发使用双平面2DX射线进行机器人辅助脊椎造形的无CT3D跨脚形路径规划框架.
- 将可微分染与统计形状模型 (SSM) 集成在一起,以动态地改进脊椎形状和姿势.
- 为了使灵活而准确的外科规划独立于手术前的CT扫描和固定成像几何形状.
主要方法:
- 为3D路径规划开发了一个基于染的可差分框架.
- 使用统计形状模型 (SSM) 生成脊椎地图.
- 采用学习的相似性损失来动态改进SSM的形状和姿势,使用双平面2DX射线.
主要成果:
- 与正常化交叉相关性基线相比,该框架实现了优异的重建指标 (DICE:0.75与0.65).
- 性能与最先进的ReVerteR模型 (DICE:0.77) 相似,并将其推广到任意X射线视图.
- 双径规划的成功率达到82% (合成) 和75% (尸体),显著超过2D到3D基线 (66%和31%).
结论:
- 拟议的框架使机器人辅助脊椎造形术的多功能,无CT的3D路径规划成为可能.
- 该方法可以适应不同的手术内成像条件,而无需手术前CT扫描.
- 这种方法提高了脊柱手术中图像引导干预的可行性和效率.
