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论文编号 201204-293
论文题目 利用2D-3D自动注册技术研究TKA术后胫股关节运动
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作者之间用逗号“,”分隔,最后为实心圆点“.”,

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利用2D-3D自动注册技术研究TKA术后胫股关节运动

首发时间:2012-04-20

朱忠林 1   

朱忠林(1985),男,清华大学生物医学工程博士生,关注骨关节领域,采用2D-3D自动注册技术、统计模型和CT、MRI技术研究活体骨关节和人工置换术后关节三维运动学。

杨明雷 1    丁辉 1    及松洁 2    王广志 1   

王广志(1959),男,教授,博士生导师,主要研究方向:基于医学影像的计算机诊断、治疗与评估,人体运动分析与运动神经康复,医疗仪器研发

  • 1、清华大学生物医学工程系,北京100084
  • 2、北京积水潭医院,北京第四临床医院,北京,100035

摘要:本文利用2D-3D注册技术对TKA术后膝关节进行三维运动测量,研究后稳定型全膝置换(PS-TKA)股骨假体和胫骨垫片之间的相对运动和接触位置。首先介绍TKA膝关节三维运动测量的流程,包括获取动态X线透视图像、TKA假体三维建模、2D-3D自动注册和运动学测量四个部分。本文建立了2D-3D自动注册算法,以提高注册精度和效率。其次,以16例行TKA术的膝关节为研究对象(高屈垫片组和普通垫片组各8例),利用2D-3D自动注册技术重建膝关节的三维运动,计算运动学参数,测量股骨假体与胫骨垫片表面及稳定柱后方的接触。研究结果表明,术后膝关节平均屈曲活动度分别为108.0 和111.4 ,胫骨内外旋活动度分别为12.6 和10.6 ,两组之间无显著差异。随着膝关节屈曲,股骨假体在胫骨垫片上的接触点后移,外侧移动范围大于内侧。股骨假体与稳定柱后方接触发生在屈膝约30 以后,在稳定柱后方的接触范围7.1±1.2mm(非高屈垫片组)和8.9±1.9mm(高屈垫片组)。结论,本文利用2D-3D自动注册技术重建了TKA膝关节的在体运动,测量结果对TKA膝关节生物力学研究和改进假体设计有参考意义。

关键词: 生物力学 运动学;三维;膝关节;全膝置换

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A kinematic study of the tibiofemoral joint after TKA using a 2D-3D automatic registration technique

ZHU Zhonglin 1   

朱忠林(1985),男,清华大学生物医学工程博士生,关注骨关节领域,采用2D-3D自动注册技术、统计模型和CT、MRI技术研究活体骨关节和人工置换术后关节三维运动学。

YANG Minglei 1    DING Hui 1    JI Songjie 2    WANG Guangzhi 1   

王广志(1959),男,教授,博士生导师,主要研究方向:基于医学影像的计算机诊断、治疗与评估,人体运动分析与运动神经康复,医疗仪器研发

  • 1、Department of Biomedical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084
  • 2、Beijing Ji Shui Tan hospital, the 4th Medical College of Peiking University, Beijing,100035

Abstract:The purpose of this study was to apply a 2D-3D registration technique to measure the 3D kinematics and articular contact of the knee joint after the posterior-stabilized total knee arthroplasty (PS-TKA). The measuring method included four steps: acquirement of the dynamic X-ray images, reconstruction of TKA models, 2D-3D registration and 3D kinemtiac measurement. An algorithm of automatic 2D-3D registration was developed to improve the accuracy and efficiency. 16 knees underwent TKAs (Gp1: 8 PS-TKA, Gp2: 8 high-flexion PS-TKA) were applied in this study to measure the 3D kinematics. The articular and posterior contact of the tibiofemoral joint was investigated. The result shew that the average range of the flexion was 108.0 degrees (Gp1) and 111.4 degrees (Gp2), and the range of the internal/external tibial rotation was 12.6 degrees and 10.6 degrees, respectively. No significant difference was observed in two groups. In tibiofemoral joint, the contact point on the lateral side moved more posteriorly during flexion than the medial side. The contact between the post-cam and the femoral prosthesis happened after about 30 degrees of flexion. The translation of the contact point along the post cam was 7.1±1.2mm and 8.9±1.9mm, respectively. In conclusion, the 3D kinematics of the in vivo TKA knee joint was measured using 2D-3D registration technique. The result will be helpful to the biomechanical study of the TKA knees and the design of the TKA prosthesis.

Keywords: biomechanics kinematics 3-dimensional knee joint total knee arthroplasty

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朱忠林,杨明雷,丁辉,等. 利用2D-3D自动注册技术研究TKA术后胫股关节运动[EB/OL]. 北京:中国科技论文在线 [2012-04-20]. http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201204-293.

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