Development and clinical validation of a deep learning‐based knee CT image segmentation method for robotic‐assisted total knee arthroplasty

分割 人工智能 计算机科学 深度学习 膝关节 豪斯多夫距离 卷积神经网络 计算机视觉 医学 外科
作者
Xingyu Liu,Songlin Li,Xiongfei Zou,Xi Chen,Hongjun Xu,Yang Yu,Zhao Gu,Dong Liu,Runchao Li,Yaojiong Wu,Guangzhi Wang,Hongen Liao,Wenwei Qian,Yiling Zhang
出处
期刊:International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery [Wiley]
卷期号:20 (4): e2664-e2664 被引量:7
标识
DOI:10.1002/rcs.2664
摘要

BACKGROUND: This study aimed to develop a novel deep convolutional neural network called Dual-path Double Attention Transformer (DDA-Transformer) designed to achieve precise and fast knee joint CT image segmentation and to validate it in robotic-assisted total knee arthroplasty (TKA). METHODS: The femoral, tibial, patellar, and fibular segmentation performance and speed were evaluated and the accuracy of component sizing, bone resection and alignment of the robotic-assisted TKA system constructed using this deep learning network was clinically validated. RESULTS: Overall, DDA-Transformer outperformed six other networks in terms of the Dice coefficient, intersection over union, average surface distance, and Hausdorff distance. DDA-Transformer exhibited significantly faster segmentation speeds than nnUnet, TransUnet and 3D-Unet (p < 0.01). Furthermore, the robotic-assisted TKA system outperforms the manual group in surgical accuracy. CONCLUSIONS: DDA-Transformer exhibited significantly improved accuracy and robustness in knee joint segmentation, and this convenient and stable knee joint CT image segmentation network significantly improved the accuracy of the TKA procedure.
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