التصوير الشعاعي بالفيديو ثنائي المستوى لدراسة الرسغ والمفاصل الزندية الراديوية البعيدة

ملخص

التصوير الشعاعي بالفيديو ثنائي المستوى (BVR) هو تقنية تصوير متقدمة لفهم الحركة ثلاثية الأبعاد لعظام الهيكل العظمي والغرسات. من خلال الجمع بين أحجام الصور القائمة على الكثافة والصور الشعاعية بالفيديو للطرف العلوي البعيد ، يتم استخدام BVR لدراسة الحركة في الجسم الحي للمعصم والمفصل الزندي الراديوي البعيد ، بالإضافة إلى تقويم مفصل المفاصل.

الملخص

يعد القياس الدقيق لحركية الهيكل العظمي في الجسم الحي أمرا ضروريا لفهم وظيفة المفصل الطبيعية ، وتأثير علم الأمراض ، وتطور المرض ، وآثار العلاجات. قدمت أنظمة القياس التي تستخدم علامات سطح الجلد لاستنتاج حركة الهيكل العظمي نظرة ثاقبة مهمة للحركية الطبيعية والمرضية ، ومع ذلك ، لا يمكن تحقيق مفصل دقيق باستخدام هذه الأنظمة ، خاصة أثناء الأنشطة الديناميكية. في العقدين الماضيين ، مكنت أنظمة التصوير الشعاعي بالفيديو ثنائية المستوى (BVR) العديد من الباحثين من دراسة حركية الهيكل العظمي للمفاصل بشكل مباشر أثناء أنشطة الحياة اليومية. لتنفيذ أنظمة BVR للطرف العلوي البعيد ، يتم الحصول على الصور الشعاعية بالفيديو لنصف القطر البعيد واليد من مصدرين معايرين للأشعة السينية بينما يقوم الشخص بمهمة معينة. يتم حساب مواضع الجسم الصلب ثلاثية الأبعاد (3D) من الصور الشعاعية بالفيديو عبر تسجيلات أفضل ملاءمة لإسقاطات النموذج ثلاثي الأبعاد إلى كل عرض BVR. النماذج ثلاثية الأبعاد عبارة عن أحجام صور قائمة على الكثافة للعظم المحدد المستمدة من بيانات التصوير المقطعي المحوسب المكتسبة بشكل مستقل. باستخدام وحدات معالج الرسومات وأنظمة الحوسبة عالية الأداء ، يظهر نهج التتبع القائم على النموذج هذا سريعا ودقيقا في تقييم الميكانيكا الحيوية للمعصم والمفاصل الزندية الراديوية البعيدة. في هذه الدراسة ، قمنا أولا بتلخيص الدراسات السابقة التي أثبتت اتفاق BVR دون المليمتري والدرجة الفرعية مع نظام التقاط الحركة البصرية في المختبر في تقييم حركية المعصم والمفصل الزندي الإشعاعي البعيد. علاوة على ذلك ، استخدمنا BVR لحساب سلوك مركز دوران مفصل الرسغ ، لتقييم نمط المفصل لمكونات الغرسة على بعضها البعض ، ولتقييم التغيير الديناميكي للتباين الزندي أثناء ضخ الساعد. في المستقبل ، يمكن التقاط عظام الرسغ بمزيد من التفصيل مع إضافة أجهزة الكشف عن الأشعة السينية ذات اللوحة المسطحة ، أو المزيد من مصادر الأشعة السينية (أي التصوير الشعاعي بالفيديو متعدد المستويات) ، أو خوارزميات الرؤية الحاسوبية المتقدمة.

المقدمة

يعد القياس الدقيق لحركية الهيكل العظمي في الجسم الحي ضروريا لفهم وظيفة المفاصل السليمة والبديلة ، وتأثير علم الأمراض ، وتطور المرض ، وآثار العلاجات. يعد تحديد حركية الهيكل العظمي بشكل غير جراحي على سطح المفصل (التهاب المفاصل) أمرا بالغ الأهمية لفهم أمراض المفاصل وأمراضها ، مثل هشاشة العظام ، ولكنه يمثل تحديا تقنيا. في السابق ، قدمت التقنيات التي تستخدم علامات سطح الجلد لاستنتاج حركة الهيكل العظمي نظرة ثاقبة مهمة حول الحركية الصحية والمرضية. ومع ذلك ، لا يمكن تحقيق علم المفاصل الدقيق باستخدام هذه التقنيات ، خاصة أثناء الأنشطة الديناميكية مثل أنشطة الحياة اليومية. هذه الأنظمة البصرية محدودة بطبيعتها في الدقة بسبب حركة الجلد بال....

البروتوكول

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) لمستشفى Lifespan - Rhode Island ، وهو IRB معتمد من AAHRPP. قدم ما مجموعه 16 مريضا موافقة مستنيرة موقعة وفقا للإرشادات المؤسسية.

1. الحصول على البيانات

1. التصوير المقطعي المحوسب (CT)
   1. تحضير العينات أو الموضوعات للتصوير المقطعي المحوسب.
      ملاحظة: لتقييم الدقة^{، تم استخدام 14،15} ، 6 ساعدين سليمين من أربع عينات من الجثث السليمة (70.5 ± 12.3 سنة ، 4 حقوق ، 2 أنثى) و 1 ساعد (49 عاما ، يمين ، أنثى) مع تقويم مفصل الرسغ الكلي. بالنسبة للدراسة في الجسم الحي ¹⁶

النتائج

يعتمد اختيار برنامج تسجيل الصور من 2D إلى 3D للتتبع المستند إلى النموذج جزئيا على الوصول إلى وحدة معالج الرسومات (GPU) وأنظمة الحوسبة عالية الأداء (HPC). هذه البرامج لها خطوط أنابيب مختلفة ، وحتى الآن ، لا توجد منهجية مشتركة بين البرامج. في هذه الدراسة ، نستخدم Autoscoper ، وهو برنامج مفتوح المصدر لتسجيل الصور من 2D إلى 3D تم تطويره في جامعة براون²⁵. يتيح اختيار المصدر المفتوح للمحققين تعديل وأتمتة خط الأنابيب الخاص بهم. في هذا البرنامج ، يتم تسمية الصور الشعاعية باسم "Rad Renderer

المناقشة

التصوير الشعاعي بالفيديو ثنائي المستوى (BVR) هو طريقة قائمة على الصور يمكن استخدامها لقياس حركة العظام والزرع في المعصم والمفصل الزندي الإشعاعي البعيد بدقة دون المليمتر والدرجة الفرعية. في الدراسات التي وصفناها هنا ، تم استخدام BVR لتحديد نمط دقيق من COR المتوقع للمعصم السليم بالإضافة إلى أنماط تلامس TWA. قد تفيد هذه النتائج في تصميم الجيل التالي من استبدال المعصم الكلي ويمكن أن توفر بيانات في الجسم الحي للتحقق من صحة النماذج الحسابية. باستخدام BVR ، لوحظت أيضا العلاقة غير الخطية للتغيير في التباين الزندي مع ضخ .......

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
3D الماسح الضوئي السطحي	Artec 3D	Artec Space SpiderTM< / sup>	Luxembourg
Autoscoper	جامعة براون	https://simtk.org/projects/autoscoper	https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2019.05.040
CT Scanner	جنرال إلكتريك (GE)	Lightspeed 16	ميلووكي ، ويسكونسن ، الولايات المتحدة الأمريكية
Geomagic Wrap 3D	3DSystems	الإصدار 2017	روك هيل ، ساوث كارولينا ، الولايات المتحدة
الأمريكية وحدة معالجة الرسومات (GPU)	Nvidia	GeForce GTX 1080	CUDA
GPU كاميرات فيديو عالية	Phantom	الإصدار 10	Vision Research ، واين ، نيوجيرسي ، الولايات المتحدة الأمريكية
مكثف الصور	Dunlee	قطر 40 سم	أورورا ، إلينوي ، الولايات المتحدة الأمريكية
ImageJ	مفتوح المصدر (جامعة براون)	https://imagej.net/Fiji	https://doi.org/10.1038/nmeth.2019
Matlab	The MathWorks، Inc.	R2017a إلى R2020a	Natick, MA, USA
تحاكي		الإصدار 19.0 إلى 22.0	لوفين, كاميرات التقاط الحركة بلجيكا
	Qualisys	Oqus 5+	جوتنبرغ، السويد
مولدات الأشعة السينية النبضية EMD	Technologies	EPS 45 & ndash ؛ 80	سانت يوستاش ، كيبيك ، كيو سي ، كندا
Undistortion Grid	McMaster-Carr	9255T641	صفائح فولاذية مثقبة ثقوب متداخلة ، 0.048 بوصة Thk ، 0.125 بوصة ثقب ضياء ، 36 × 40 بوصة
غرسة معصم (دراسة في المختبر)	Integra LifeSciences	Universal 2	Plainsboro ، نيوجيرسي ، الولايات المتحدة
الأمريكية (دراسة في الجسم الحي)	Integra LifeSciences	Freedom	Plainsboro ، نيوجيرسي ، الولايات المتحدة الأمريكية
WristViz	مفتوح المصدر (جامعة براون)	https://github.com/DavidLaidlaw/WristVisualizer/tree/master	برنامج مفتوح المصدر
أنابيب الأشعة السينية	Varian Medical Systems	Model G-1086	Palo Alto ، CA ، الولايات المتحدة الأمريكية
XMALab	مفتوح المصدر (جامعة براون)	https://www.xromm.org/xmalab/	https://doi.org/10.1242/jeb.145383

تدعم السرعة