雙平面動態X光量測膝關節運動所使用不同模型之2D/3D影像對位方法之開發與評估：機器手臂輔助單髁與全人工膝關節置換術之比較研究

Abstract

精確量測人工置換膝關節之剛體運動與關節表面相對運動將有助於許多臨床醫療與研究。單髁人工膝關節相較於全膝人工關節其幾何較為對稱且體積較小，造成藉由醫學影像技術之量測精度不佳，其中以出平面位移與出平面旋轉影響尤具。然而，現存的關節運動量測方法不論在精度上或實驗驗證上皆有其限制。因此，本研究之目的在於：發展基於實體模型之2D/3D兩階段影像對位方法，以雙平面動態X光非侵入式測量功能性動作時，單髁人工膝關節之精確三維運動; 應用該方法以比較接受機器手臂輔助單髁膝關節置換與全膝人工關節置換，以評估人工關節設計對於退化性膝關節炎患者執行功能性動作時，所量測之膝關節運動學與表面運動學之影響; 結合統計形狀方法與雙平面影像重建個人化三維膝關節模型技術，並驗證此技術於重建接受單髁膝關節患者其膝關節模型之精度; 並進一步將藉由此重建模型以量測單髁膝關節運動學資訊。研究結果顯示實體模型之2D/3D兩階段影像對位方法量測單髁膝關節三維運動之精確度，均方根的平均值於膝關節角度誤差小於0.5°，膝關節移動誤差小於0.8 mm。以統計形狀模型重建模型搭配2D/3D兩階段影像對位方法量測單髁膝關節三維運動之精確度，均方根的平均值於膝關節角度誤差約在1.24-1.88°，膝關節移動誤差約在1.2-1.83 mm。本研究結果確認實體模型之2D/3D兩階段影像對位方法可精準量測單髁膝關節運動學資訊，此結論可有助於人體動作分析領域於三維動態X光之臨床應用，且搭配統計形狀模型方法將有助於減少人體輻射劑量。