異方性誤差楕円体を使用した非リギド2D-3D登録は、大動脈手術中の予測不確実性を説明する

術前画像のオーバーレイは、複雑な血管大動脈修復を支援するためにますます使用されており、3D術前（CT）および2D術中（X線）データの剛体2D-3D登録によって得られます。ただし、曲がりくねった大動脈の場合、正確なオーバーレイを有効にするために、大規模な非剛性変形が発生するため、非剛性のない登録を実行する必要があります。この記事では、薄いプレートスプライン（TPS）の使用を提案して、非硬質2D-3D登録を実行します。術中X線データには、X線投影方向に沿った空間情報が含まれていません。私たちのアプローチは、主要な楕円体軸がX線投影方向に整合されている非等方性誤差楕円体で近似TPを使用することにより、この空間情報の欠如を説明しています。実験は、1D-2Dおよび2D-3Dシミュレーションデータと2D-3D介入データを使用して実行されます。シミュレートされた結果は、提案された方法がTPSベースの登録補間の1.5倍正確であることを示しています。介入データの結果は、提案された方法を使用して、9mmの剛性登録エラーを4mmに減らすことができることを示しています。

Overlay of preoperative images is increasingly being used to aid complex endovascular aortic repair and is obtained by rigid 2D-3D registration of 3D preoperative (CT) and 2D intraoperative (X-ray) data. However, for tortuous aortas large non-rigid deformations occur, thus a non-rigid registration must be performed to enable an accurate overlay. This article proposes the use of Thin-Plate Splines (TPS) to perform non-rigid 2D-3D registration. Intraoperative X-ray data contain no spatial information along the X-ray projection direction. Our approach accounts for this lack of spatial information by the use of an approximating TPS with non-isotropic error ellipsoids, where the major ellipsoid axis is aligned with the X-ray projection direction. Experiments are carried out using 1D-2D and 2D-3D simulated data and 2D-3D interventional data. Simulated results show that our proposed method is 1.5 times more accurate than interpolating TPS based registration. Interventional data results show how large rigid registration errors of 9mm can be reduced to 4mm using our proposed method.