Intensity-Based Nonoverlapping Area Registration Supporting "drop-Outs" in Terms of Model-Based Radiostereometric Analysis
Loading...
Date
2018-03-28
Authors
Klíma, Ondřej
Novobilský, Petr
Madeja, Roman
Bařina, David
Chromý, Adam
Španěl, Michal
Zemčík, Pavel
0000-0001-9295-065XAdvisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Altmetrics
Abstract
A model-based radiostereometric analysis (MBRSA) is a method for precisemeasurement of prosthesis migration, which does not require marking the implantwith tantalum beads. Instead, the prosthesis pose is typically recoveredusing a feature-based 2D-3D registration of its virtual model into a stereo pairof radiographs. In this study, we evaluate a novel intensity-based formulation ofpreviously published non-overlapping area (NOA) approach. The registrationis capable to perform with both binary radiographic segmentations or non segmentedX-ray images. In contrast with the feature-based version, it is capableto deal with unreliable parts of prosthesis. As the straightforward formulationallows efficient acceleration using modern graphics adapters, it is possible toinvolve precise high-poly virtual models. Moreover, in case of binary segmentations,the non-overlapping area is simply interpretable, useful for indicating theaccuracy of the registration outcome. In silico and phantom evaluations wereperformed using a cementless Zweymüller femoral stem and its reverse engineered(RE) model. For initial pose estimates with difference from the ground-truth limited to 4 mm and 4° respectively, the mean absolute translationalerror was not higher than 0.042+-0.035 mm. The error in rotation around theproximodistal axis was 0.181+-0.265°, error for remaining axes was not higherthan 0.035+-0.037°.
Modelová radiostereometrická analýza (MBRSA) je metoda pro přesné měření migrace protézy, která nevyžaduje značení implantátu pomocí tantalových markerů. Místo toho je poloha a rotace protézy určena pomocí 2D-3D registrace jejího virtuálního modelu do rentgenových stereo snímků. Typicky jde o registraci založenou na siluetách virtuálního modelu a hranách detekovaných v rentgenových snímcích. V této studii provádíme evaluaci nové intenzitní formulace dříve zveřejněného přístupu založeného na nepřekrývajících se oblastech (NOA). Registrace je schopna pracovat jak s binárními segmentacemi, tak s původními rentgenovými snímky. Na rozdíl formulace založené na siluetách je schopna vypořádat se s "nespolehlivými" částmi protézy. Vzhledem k přímočaré formulaci je metoda snadno akcelerovatelná za pomoci moderních grafických karet a umožňuje tak použití virtuálních modelů s vysokým počtem polygonů. Kromě toho, v případě využití binárních segmentací, je nepřekrývající se oblast jednoduše interpretovatelná a užitečná pro predikci přesnosti registrace. S využitím bezcementového implantátu Zweymüllerova typu a jeho naskenovaného virtuálního modelu byly provedeny in silico a fantomové evaluace přesnosti registrace. Pro iniciální odhad polohy s rozdílem oproti skutečné poloze omezeném na maximálně 4mm a 4° nebyla průměrná absolutní translační chyba vyšší než 0.042+-0.035 mm. Rotační chyba okolo proximodistální osy byla 0.181+-0.265°, chyba pro zbývající osy nebyla vyšší než 0.035+-0.037°.
Modelová radiostereometrická analýza (MBRSA) je metoda pro přesné měření migrace protézy, která nevyžaduje značení implantátu pomocí tantalových markerů. Místo toho je poloha a rotace protézy určena pomocí 2D-3D registrace jejího virtuálního modelu do rentgenových stereo snímků. Typicky jde o registraci založenou na siluetách virtuálního modelu a hranách detekovaných v rentgenových snímcích. V této studii provádíme evaluaci nové intenzitní formulace dříve zveřejněného přístupu založeného na nepřekrývajících se oblastech (NOA). Registrace je schopna pracovat jak s binárními segmentacemi, tak s původními rentgenovými snímky. Na rozdíl formulace založené na siluetách je schopna vypořádat se s "nespolehlivými" částmi protézy. Vzhledem k přímočaré formulaci je metoda snadno akcelerovatelná za pomoci moderních grafických karet a umožňuje tak použití virtuálních modelů s vysokým počtem polygonů. Kromě toho, v případě využití binárních segmentací, je nepřekrývající se oblast jednoduše interpretovatelná a užitečná pro predikci přesnosti registrace. S využitím bezcementového implantátu Zweymüllerova typu a jeho naskenovaného virtuálního modelu byly provedeny in silico a fantomové evaluace přesnosti registrace. Pro iniciální odhad polohy s rozdílem oproti skutečné poloze omezeném na maximálně 4mm a 4° nebyla průměrná absolutní translační chyba vyšší než 0.042+-0.035 mm. Rotační chyba okolo proximodistální osy byla 0.181+-0.265°, chyba pro zbývající osy nebyla vyšší než 0.035+-0.037°.
Description
Citation
multi science- Journal of Healthcare Engineering. 2018, vol. 2018, issue 1, p. 1-10.
https://www.fit.vut.cz/research/publication/11688/
https://www.fit.vut.cz/research/publication/11688/
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en