論文の概要: Ultrasound-Guided Real-Time Spinal Motion Visualization for Spinal Instability Assessment

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.12917v1
• Date: Fri, 13 Feb 2026 13:23:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-16 23:37:53.963839
• Title: Ultrasound-Guided Real-Time Spinal Motion Visualization for Spinal Instability Assessment
• Title（参考訳）: 超音波ガイドを用いた脊髄不安定性評価のためのリアルタイム運動可視化
• Authors: Feng Li, Yuan Bi, Tianyu Song, Zhongliang Jiang, Nassir Navab,
• Abstract要約: 放射線被曝を最小化しつつ、リアルタイムな3次元脊髄運動を可視化できるシステムが必要である。 提案するロボット・超音波・フレームワークは, 脊髄運動のリアルタイムな3次元可視化を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.77326665667697
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Purpose: Spinal instability is a widespread condition that causes pain, fatigue, and restricted mobility, profoundly affecting patients' quality of life. In clinical practice, the gold standard for diagnosis is dynamic X-ray imaging. However, X-ray provides only 2D motion information, while 3D modalities such as computed tomography (CT) or cone beam computed tomography (CBCT) cannot efficiently capture motion. Therefore, there is a need for a system capable of visualizing real-time 3D spinal motion while minimizing radiation exposure. Methods: We propose ultrasound as an auxiliary modality for 3D spine visualization. Due to acoustic limitations, ultrasound captures only the superficial spinal surface. Therefore, the partially compounded ultrasound volume is registered to preoperative 3D imaging. In this study, CBCT provides the neutral spine configuration, while robotic ultrasound acquisition is performed at maximal spinal bending. A kinematic model is applied to the CBCT-derived spine model for coarse registration, followed by ICP for fine registration, with kinematic parameters optimized based on the registration results. Real-time ultrasound motion tracking is then used to estimate continuous 3D spinal motion by interpolating between the neutral and maximally bent states. Results: The pipeline was evaluated on a bendable 3D-printed lumbar spine phantom. The registration error was $1.941 \pm 0.199$ mm and the interpolated spinal motion error was $2.01 \pm 0.309$ mm (median). Conclusion: The proposed robotic ultrasound framework enables radiation-reduced, real-time 3D visualization of spinal motion, offering a promising 3D alternative to conventional dynamic X-ray imaging for assessing spinal instability.
• Abstract（参考訳）: 目的: 脊椎不安定は、痛み、疲労、制限された移動性を引き起こす広範囲な状態であり、患者の生活の質に大きな影響を及ぼす。 臨床では、診断の金の基準はダイナミックX線イメージングである。 しかしながら、X線は2次元の運動情報しか提供しないが、CT(Computerd tomography)やCBCT(cone beam Computeed tomography)のような3次元の変調は、効率的に動きを捉えることができない。 そのため,放射線曝露を最小限に抑えながらリアルタイム3次元脊髄運動を可視化できるシステムが必要である。 方法: 3次元脊椎ビジュアライゼーションのための補助モダリティとして超音波を提案する。 音響的制限により、超音波は表面の脊髄表面のみを捕捉する。 したがって、部分複合超音波ボリュームを術前3Dイメージングに登録する。 本研究は, CBCTが中性脊椎の形状を提供し, 最大屈曲時にロボット超音波の取得を行うものである。 CBCT由来の粗い登録のためのスピンモデルにキネマティックモデルを適用し, 続いてICPを用いて詳細な登録を行い, 登録結果に基づいてキネマティックパラメータを最適化した。 リアルタイム超音波モーショントラッキングは、中性状態と最大屈曲状態の間を補間することにより、連続した3次元脊髄運動を推定するために使用される。 結果: 3Dプリンティングによる腰椎ファントムの屈曲性について検討した。 登録誤差は1.941 \pm 0.199$ mm、補間された脊髄運動誤差は2.01 \pm 0.309$ mm(中間値)であった。 結語: 提案するロボット・ロボティクス・フレームワークは、従来のダイナミックX線イメージングの代替として、脊椎の不安定性を評価するために、放射線を再現したリアルタイムな3D可視化を可能にする。

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