Refine
Year of publication
- 2017 (5) (remove)
Document Type
- In Proceedings (2)
- ZIB-Report (2)
- Article (1)
Is part of the Bibliography
- no (5)
Keywords
- Kniegelenk (2)
- Medizinische Planung (2)
- Osteoarthrose (2)
- Sparse Geometry Reconstruction (2)
- Statistical Shape Models (2)
- Visualisierung (2)
- Knee Arthroplasty (1)
- Total Knee Arthoplasty (1)
Institute
Degenerative Gelenkerkrankungen, wie die Osteoarthrose, sind ein häufiges Krankheitsbild unter älteren Erwachsenen. Hierbei verringert sich u.a. der Gelenkspalt aufgrund degenerierten Knorpels oder geschädigter Menisci. Ein in den Gelenkspalt eingebrachter interpositionaler Spacer soll die mit der Osteoarthrose einhergehende verringerte Gelenkkontaktfläche erhöhen und so der teilweise oder vollständige Gelenkersatz hinausgezögert oder vermieden werden.
In dieser Arbeit präsentieren wir eine Planungssoftware für die Auswahl und Positionierung eines interpositionalen Spacers am Patientenmodell.
Auf einer MRT-basierten Bildsegmentierung aufbauend erfolgt eine geometrische Rekonstruktion der 3D-Anatomie des Kniegelenks. Anhand dieser wird der Gelenkspalt bestimmt, sowie ein Spacer ausgewählt und algorithmisch vorpositioniert. Die Positionierung des Spacers ist durch den Benutzer jederzeit interaktiv anpassbar.
Für jede Positionierung eines Spacers wird ein Fitness-Wert zur Knieanatomie des jeweiligen Patienten berechnet und den Nutzern Rückmeldung hinsichtlich Passgenauigkeit gegeben. Die Software unterstützt somit als Entscheidungshilfe die behandelnden Ärzte bei der patientenspezifischen Spacerauswahl.
In this study we investigate methods for fitting a Statistical Shape Model (SSM) to intraoperatively acquired point cloud data from a surgical navigation system. We validate the fitted models against the pre-operatively acquired Magnetic Resonance Imaging (MRI) data from the same patients.
We consider a cohort of 10 patients who underwent navigated total knee arthroplasty. As part of the surgical protocol the patients’ distal femurs were partially digitized. All patients had an MRI scan two months pre-operatively. The MRI data were manually segmented and the reconstructed bone surfaces used as ground truth against which the fit was compared. Two methods were used to fit the SSM to the data, based on (1) Iterative Closest Points (ICP) and (2) Gaussian Mixture Models (GMM).
For both approaches, the difference between model fit and ground truth surface averaged less than 1.7 mm and excellent correspondence with the distal femoral morphology can be demonstrated.
In this study we investigate methods for fitting a Statistical Shape Model (SSM) to intraoperatively acquired point cloud data from a surgical navigation system. We validate the fitted models against the pre-operatively acquired Magnetic Resonance Imaging (MRI) data from the same patients.
We consider a cohort of 10 patients who underwent navigated total knee arthroplasty. As part of the surgical protocol the patients’ distal femurs were partially digitized. All patients had an MRI scan two months pre-operatively. The MRI data were manually segmented and the reconstructed bone surfaces used as ground truth against which the fit was compared. Two methods were used to fit the SSM to the data, based on (1) Iterative Closest Points (ICP) and (2) Gaussian Mixture Models (GMM).
For both approaches, the difference between model fit and ground truth surface averaged less than 1.7 mm and excellent correspondence with the distal femoral morphology can be demonstrated.
Degenerative Gelenkerkrankungen, wie die Osteoarthrose, sind ein häufiges Krankheitsbild unter älteren Erwachsenen. Hierbei verringert sich u.a. der Gelenkspalt aufgrund degenerierten Knorpels oder geschädigter Menisci. Ein in den Gelenkspalt eingebrachter interpositionaler Spacer soll die mit der Osteoarthrose einhergehende verringerte Gelenkkontaktfläche erhöhen und so der teilweise oder vollständige Gelenkersatz hinausgezögert oder vermieden werden.
In dieser Arbeit präsentieren wir eine Planungssoftware für die Auswahl und Positionierung eines interpositionalen Spacers am Patientenmodell. Auf einer MRT-basierten Bildsegmentierung aufbauend erfolgt eine geometrische Rekonstruktion der 3D-Anatomie des Kniegelenks. Anhand dieser wird der Gelenkspalt bestimmt, sowie ein Spacer ausgewählt und algorithmisch vorpositioniert. Die Positionierung des Spacers ist durch den Benutzer jederzeit interaktiv anpassbar.
Für jede Positionierung eines Spacers wird ein Fitness-Wert zur Knieanatomie des jeweiligen Patienten berechnet und den Nutzern Rückmeldung hinsichtlich Passgenauigkeit gegeben. Die Software unterstützt somit als Entscheidungshilfe die behandelnden Ärzte bei der patientenspezifischen Spacerauswahl.
Purpose: Despite the success of total knee arthroplasty there continues to be a significant proportion of patients who are dissatisfied. One explanation may be a shape mismatch between pre and post-operative distal femurs. The purpose of this study was to investigate a method to match a statistical shape model (SSM) to intra-operatively acquired point cloud data from a surgical navigation system, and to validate it against the pre-operative magnetic resonance imaging (MRI) data from the same patients.
Methods: A total of 10 patients who underwent navigated total knee arthroplasty also had an MRI scan less than 2 months pre-operatively. The standard surgical protocol was followed which included partial digitization of the distal femur. Two different methods were employed to fit the SSM to the digitized point cloud data, based on (1) Iterative Closest Points (ICP) and (2) Gaussian Mixture Models (GMM). The available MRI data were manually segmented and the reconstructed three-dimensional surfaces used as ground truth against which the statistical shape model fit was compared.
Results: For both approaches, the difference between the statistical shape model-generated femur and the surface generated from MRI segmentation averaged less than 1.7 mm, with maximum errors occurring in less clinically important areas.
Conclusion: The results demonstrated good correspondence with the distal femoral morphology even in cases of sparse data sets. Application of this technique will allow for measurement of mismatch between pre and post-operative femurs retrospectively on any case done using the surgical navigation system and could be integrated into the surgical navigation unit to provide real-time feedback.