تحليل صور التصوير المقطعي المحوسب الدقيق الطولي للمنطقة التي يحددها المستخدم في عيوب العظام ذات الحجم الحرج

Anthony  J. Yosick; Bei Liu; Victor Z. Zhang; Ming Yan; Hani A. Awad

doi:10.3791/67904

Method Article

تحليل صور التصوير المقطعي المحوسب الدقيق الطولي للمنطقة التي يحددها المستخدم في عيوب العظام ذات الحجم الحرج

DOI:

10.3791/67904

⸱

June 24th, 2025

Anthony J. Yosick¹^,² , Bei Liu²^,³ , Victor Z. Zhang¹^,² , Ming Yan¹^,² , Hani A. Awad¹^,²^,⁴

¹Department of Biomedical Engineering, University of Rochester, ²Center for Musculoskeletal Research, Department of Orthopaedics, University of Rochester Medical Center, ³Department of Translational Biomedical Science, University of Rochester Medical Center, ⁴Department of Orthopaedics, University of Rochester Medical Center

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم طريقة لتحليل منطقة الاهتمام المحددة من قبل المستخدم (ROI) في نموذج عيب شعاعي طولي في الجسم الحي . تتيح هذه الطريقة التحليل المقارن بين السقالات المختلفة التي كانت محدودة سابقا بسبب الاختلافات في مجال رؤية التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (μCT) ، واتجاه العينة ، ووجود خط الأساس للسقالة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد تحليل التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (μCT) لحجم العظام أداة كمية ضرورية للتحقيق في إمكانات تجديد العظام ونتائجها ضمن الدراسات الطولية في الجسم الحي . تستخدم الطرق المعمول بها لتجزئة العظام برنامج التصور لتجزئة μCT للعظام بالكامل ومحاذاة الهياكل التشريحية المعقدة. توفر بروتوكولات التجزئة هذه طريقة قوية وعالية الدقة للتجزئة والمحاذاة والتحليل ولكنها محدودة في قدرات تحليل منطقة الاهتمام المحددة من قبل المستخدم (ROI). نقدم بروتوكولا يتوسع في هذه الطرق للسماح بتحليل حجم عظام عائد الاستثمار المحدد من قبل المستخدم حول عيب عظمي حرج الحجم. يمكن تحليل عائد الاستثمار المحدد من قبل المستخدم المحيط بالخلل بمرور الوقت للدراسات الطولية في الجسم الحي . هنا ، نحقق في صور μCT لثلاث عينات فريدة من الفئران كل منها مزروعة بسقالة تحكم بولي كابرولاكتون (PCL). يتم تحليل النماذج من قبل ثلاثة مستخدمين (2 من ذوي الخبرة و 1 مبتدئ) في نقاط زمنية من 0 و 6 أسابيع لتوضيح القدرة على قياس عائد الاستثمار المحيط بعيب بالحجم الحرج خلال دراسة طولية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تشكل عيوب العظام ذات الحجم الحرج تحديات سريرية كبيرة في إدارة علاج العظام. وفقا ل ASTM F2721 ، يتميز العيب بالحجم الحرج بأنه عيب بطول 1.5 إلى 2 ضعف قطر عظم الاهتمام¹. تم إصلاح هذه العيوب تقليديا من خلال استخدام عمليات الزرع الذاتية والخيفية المقيدة بالنفقات الإجرائية ، والمخاطر المرتبطة بالعمليات الجراحية الثانوية ، وحجم ترقيع العظام المطلوب². تركز تقنيات تجديد العظام الحالية على استخدام السقالات الخيفية والغريبة المصممة لإنتاج تأثيرات موصلة للعظم وحثي العظم من خلال تحسين خصائصها الميكانيكية ، والتوافق الحيوي ، والنشاط الحيوي ، وإمكانات توليد الأوعية الدموية ، وملامح التحلل³^،⁴^،⁵. تتراوح المواد الحيوية التي تم فحصها على نطاق واسع من السيراميك الحيوي والبوليمرات الحيوية إلى المعادن والمواد المركبة^{الأخرى 6}. يتم اختبار الاختلافات في هذه المواد الحيوية في المختبر وفي الجسم الحي للاستجواب من إمكاناتها كسقالات تجديد العظام.

μCT هو المعيار الذهبي للتصوير غير الجراحي وعالي الدقة لتقييم مورفولوجيا العظام وهيكلها وبنيتها المجهرية في نماذج القوارض⁷^،⁸^،⁹. تم وصف طريقة التصوير هذه لتقييم التقدم الطولي في الجسم الحي لتجديد العظام في نماذج التئام الكسور¹⁰. تم تطوير طرق لتوحيد القياس الكمي للعظام القشرية والتربيقية من فحوصات التصوير المقطعي المحوسب⁹. تم تطوير تدفقات عمل التجزئة شبه الآلية باستخدام برنامج التصور المتاح تجاريا لتجزئة العظام بالكامل مع الهياكل التشريحية المعقدة¹¹. تسمح هذه الطرق بطرق مبسطة وسهلة الوصول للمستخدمين عبر مستويات خبرة مختلفة لإنتاج نتائج موحدة وقابلة للتكرار. ومع ذلك، تظل هذه الأساليب محدودة في القدرات على التحقيق في عائد الاستثمار المعرف من قبل المستخدم.

هنا ، نقدم بروتوكولا يتوسع في الأساليب الحالية للسماح بتحليل حجم عظام عائد الاستثمار المحدد من قبل المستخدم حول عيب عظمي حرج الحجم لنماذج الفئران الطولية في الجسم الحي باستخدام برنامج التصور. كان إنشاء طريقة مواءمة متسقة واختيار عائد الاستثمار بين أسابيع الدراسة الطولية أمرا ضروريا لتطوير بروتوكول قوي. يتم استخدام نقطة زمنية أولية كخط أساس لمحاذاة الأسابيع اللاحقة لضمان التوجيه المتسق للنماذج الصلبة. شريطة هذه المحاذاة ، يمكن تحديد شرائح صورة μCT المقابلة من النماذج الصلبة المتراكبة ، بما في ذلك العيب بالحجم الحرج. يتم التحقق من عائد الاستثمار المتسق ليس فقط من خلال موقع الشريحة ولكن أيضا من خلال مقارنة عدد الشرائح داخل المنطقة. يمكن بعد ذلك تكرار عائد الاستثمار المحدد من نموذج خط الأساس في الأسابيع اللاحقة ، مما يسمح بالتحليل الكمي المقارن.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم جمع صور μCT الطولية لهذه الدراسة في الأسبوعين 0 و 6 من عيوب شعاعية حرجة 3 مم في إناث الفئران البالغة من نهر تشارلز ساسكو-SD المعالجة بسقالة أساسها بولي كابرولاكتون (PCL). تم تنفيذ جميع الاستخدامات للحيوانات وفقا للبروتوكولات المعتمدة من قبل لجنة الموارد الحيوانية بجامعة روتشستر (UCAR). تم جمع صور μCT باستخدام Scanco Medical VivaCT 40.

ملاحظة: تنقسم الخطوات الأساسية في هذا البروتوكول إلى تجزئة صورة μCT ، والمحاذاة ، واختيار عائد الاستثمار واقتصاصه ، والتحليل والتصور (الشكل 1). تم اقتباس بروتوكول تجزئة الصور μCT من Kenney et al. (2022) ¹¹.

figure-protocol-1
الشكل 1: مخطط سير العمل الملخص. تنقسم خطوات البروتوكول بشكل أساسي إلى تجزئة الصورة ومحاذاة النموذج واختيار عائد الاستثمار وتحليل الحجم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

1. تجزئة الصورة μCT

فتح الصور داخل البرنامج
1. قم بتشغيل برنامج أميرة (المشار إليه فيما يلي باسم برنامج التصور) وحدد البيانات المفتوحة. داخل النافذة المنبثقة ، انتقل إلى دليل المجلد المطلوب لتحديد النقطة الزمنية الأولية .dcm الملفات. اضغط على CTRL+A لتحديد كل الصور وانقر فوق Open Images.
2. ستعرض نافذة منبثقة معلومات حول مجموعة بيانات الصورة المفتوحة. انقر فوق موافق للمتابعة.
3. سيظهر تحذير حول التحجيم. انقر فوق تحويل إلى تعويم (الخيار الافتراضي) للمتابعة.
4. ستظهر أيقونة مجموعة البيانات داخل قسم عرض المشروع . لتغيير اسم مجموعة البيانات ، انقر مرة واحدة على أيقونة مجموعة البيانات واضغط على F2 ؛ بمجرد إدخال الاسم المطلوب ، انقر فوق موافق. قم بإنشاء نمط تسمية لتحديد الفحص (على سبيل المثال ، "مادة سقالة العظام" - "WKX").
تصفية وعتبة صورة μCT
1. مع تحميل الصور في قسم عرض المشروع ، انقر فوق عارض Ortho Slice الافتراضي 2D لعرض اتجاهات وشرائح ثنائية الأبعاد. سيظهر تصور ثنائي الأبعاد في نافذة العرض على اليمين.
2. لتصور الصور في 3D ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات ، وابحث عن عرض وحدة التخزين ، وحدد. ضمن قسم الخصائص لعرض وحدة التخزين، اضبط الحد السفلي لخريطة الألوان إلى 2500 واضغط على Enter.
  ملاحظة: يمكن تشغيل 2D و 3D وإيقاف تشغيلهما بالنقر فوق المربع الأزرق بجوار Ortho Slice أو Volume Rendering ، على التوالي. بالنسبة لنافذة العرض الموجودة على اليمين، تتوفر خيارات عرض متعددة على طول الجزء العلوي من الشريط. وتشمل هذه الأدوات المختلفة لتحريك الصورة أو تدويرها أو تصغيرها ؛ أدوات لتغيير اتجاه الصورة إلى طرق عرض XY و XZ و YZ ، وأدوات للقياسات البسيطة.
3. حسب الحاجة، قد تتطلب بعض مجموعات البيانات إزالة عناصر أو بيانات خارج منطقة الاهتمام باستخدام تحرير وحدة التخزين. لإضافة تحرير وحدة التخزين ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات ، وابحث عن تحرير وحدة التخزين ، وحدد.
4. انقر فوق تحرير وحدة التخزين في قسم عرض المشروع . ضمن قسم الخصائص ، حدد TabBox من النافذة المنسدلة الأولى على يمين الأداة.
5. عند تحديد المناطق المراد الاحتفاظ بها، اضبط TabBox بالنقر فوق الزوايا الخضراء وسحبها باستخدام مؤشر التفاعل (أيقونة المؤشر المدبب على طول الشريط العلوي لنافذة العرض). قد يتطلب ضبط TabBox استخدام طرق عرض بديلة (XY أو XZ أو YZ) لتحديد المناطق المراد إزالتها.
6. بمجرد أن يحيط TabBox بالمنطقة المراد الاحتفاظ بها، حدد Cut Outside لإزالة البيانات الاصطناعية أو البيانات خارج TabBox. سيتم إنشاء مجموعة بيانات جديدة معدلة في عرض المشروع.
7. انقر فوق سلسلة عرض وحدة التخزين واسحبها من مجموعة البيانات الأصلية إلى مجموعة البيانات المعدلة. سيؤدي هذا إلى تغيير الصورة المعروضة في نافذة العرض إلى مجموعة البيانات المعدلة. ضمن قسم الخصائص لعرض وحدة التخزين، اضبط الحد السفلي لخريطة الألوان إلى 2500 واضغط على Enter.
8. انقر بزر الماوس الأيمن فوق البيانات المعدلة ، وابحث عن عامل التصفية المتوسط ، وحدد. ضمن قسم الخصائص لعامل التصفية المتوسط، حدد 3D للتفسير وانقر فوق تطبيق. سيؤدي هذا إلى إنشاء مجموعة بيانات جديدة تمت تصفيتها (.filtered) في قسم طريقة عرض المشروع .
9. انقر بزر الماوس الأيمن فوق البيانات التي تمت تصفيتها ، وابحث عن العتبة التفاعلية ، وحدد. ضمن قسم Properties الخاص ب Interactive Thresholding، حدد 3D ل Preview Type، واضبط القيمة الأقل ل Intensity Range إلى 2500، ثم انقر فوق Apply. سيؤدي هذا إلى إنشاء مجموعة بيانات جديدة ذات عتبة (.thresholded) في قسم طريقة عرض المشروع .
10. انقر فوق سلسلة عرض وحدة التخزين واسحبها من مجموعة البيانات المعدلة إلى مجموعة البيانات ذات العتبة. قم بإيقاف تشغيل العتبة التفاعلية وتشغيل تمزيق مستوى الصوت (إذا تم إيقاف تشغيله).
تجزئة صورة μCT
1. انقر فوق مجموعة البيانات التي تمت تصفيتها ثم قم بالتغيير إلى علامة التبويب التجزئة بالنقر فوق التجزئة أسفل شريط القائمة. ضمن علامة التبويب التجزئة ، تتشابه عناصر التحكم مع تلك الموجودة في علامة التبويب المشروع .
  ملاحظة: هناك بعض الأدوات الإضافية ذات الصلة بنافذة العرض داخل علامة التبويب تجزئة . يوجد زر تكبير +/- في الزاوية العلوية من نافذة العرض يمكن استخدامه بحيث تملأ الصورة نافذة العرض. يمكن توسيط الصورة في نافذة العرض باستخدام شريط التمرير الأيسر / الأيمن على طول الجزء السفلي من نافذة العرض. فوق شريط التمرير هذا ، يوجد شريط تمرير ثان للتنقل عبر شرائح بيانات μCT.
2. لضمان إعداد علامة التبويب التجزئة بشكل مناسب، ضمن قسم محرر التجزئة ، يتم تعيين الصورة إلى مجموعة البيانات التي تمت تصفيتها ويتم تعيين حقل التسمية إلى مجموعة البيانات ذات العتبة. ضمن قسم المواد ، انقر نقرا مزدوجا فوق المادة المسماة Material وأعد تسميتها إلى Bone.
3. انقر فوق جديد ضمن محرر التجزئة لإنشاء حقل تسمية جديد. في النافذة المنبثقة، أعد تسمية هذا باستخدام اصطلاح تسمية مماثل (على سبيل المثال، "مادة سقالة العظام" - "WKX" - علامات) كما كان من قبل وكعلامات وانقر فوق موافق.
4. اضبط نافذة العرض ثنائية الأبعاد باستخدام طرق عرض بديلة (XY أو XZ أو YZ) لعرض عرض المستوى السهمي أو الإكليلي للصورة.
5. استخدم الفرشاة واللاسو والعصا والعتبة داخل قسم التحديد لتحديد مجالات الاهتمام. بالنسبة لهذا البروتوكول، حدد أداة الفرشاة. اضبط حجم أداة الفرشاة ؛ بشكل عام ، يعمل المؤشر متوسط الحجم بشكل جيد.
6. اضبط مكدس الصور على الشريحة الأولى حيث يبدأ عظم نصف القطر في الظهور. قد يتطلب ذلك التحرك عبر الشرائح عدة مرات لتحديد الأحجام التي تنتمي إلى نصف القطر والزند ومتى تبدأ.
7. بمجرد تحديد الشريحة ، استخدم مؤشر الفرشاة للرسم بالنقر فوق المؤشر وسحبه حول هذا الجزء من العظم. سيظهر خط أحمر حيث رسم المؤشر. ارسم داخل قسم العظم وليس خارج العظم. سيساعد هذا برنامج التصور في التمييز بين العظمتين.
8. استمر في التحرك عبر الشرائح والرسم حول نصف القطر. بشكل عام ، من خلال القسم الأوسط من مجموعة الصور ، يمكن عمل الرسومات كل 20-30 شريحة صورة. على طول نهاية مكدس الصور أو المحيط بالعيب ذو الحجم الحرج ، قم بعمل رسومات كل 5-10 شرائح صورة لمساعدة برنامج التصور حيث يتلاشى العظام للداخل أو الخارج.
9. بمجرد اكتمال الطول الكامل لنصف القطر ، انقر فوق تحديد ، تعبئة ، ثم جميع الشرائح في القائمة المنسدلة شريط القائمة. سيؤدي ذلك إلى ملء جميع الرسومات التي تم إجراؤها باستخدام أداة الفرشاة. ستظهر هذه الآن مظللة باللون الأحمر بدلا من الخطوط العريضة.
10. انقر فوق تحديد واستيفاء في القائمة المنسدلة شريط القائمة. سيؤدي ذلك إلى ملء المناطق المظللة من عظم نصف القطر عبر جميع الشرائح بناء على الرسومات التي تم إجراؤها.
  ملاحظة: سيؤدي ذلك أحيانا إلى فقدان بعض أقسام العظام. قبل الشروع في التمرير عبر جميع الشرائح للتأكد من أنها حددت العظم بشكل عام. إذا تم تفويت جزء من العظام ، فاستخدم أداة الفرشاة للدوران حول هذه المنطقة على بضع شرائح تحيط بالقسم المفقود ، وكرر الخطوتين أعلاه (1.3.9 و 1.3.10).
11. بمجرد تحديد نصف القطر بالكامل، ضمن قسم المواد ، انقر نقرا مزدوجا فوق المادة المسماة Inside وأعد تسميتها إلى Radius.
12. انقر فوق رمز Add (+) الموجود أسفل قسم Selection لإضافة هذا كمادة. يتم الآن تحديد نصف القطر في نافذة العرض. انقر فوق رمز القفل لمادة Radius في قسم المواد قبل المتابعة. سيضمن ذلك عدم إجراء أي تغييرات على هذه المواد.
13. أكمل نفس العملية لعظم الزند. ضمن قسم المواد ، انقر فوق إضافة لإنشاء مادة جديدة. انقر نقرا مزدوجا فوق المادة الجديدة وأعد تسميتها إلى Ulna.
14. كرر الخطوات من 1.3.6 إلى 1.3.12 لعظم الزند.
15. بمجرد الانتهاء من الخطوات لكل من عظام نصف القطر والزند ، افتح نصف القطر بالنقر فوق قفل رمز لمادة نصف القطر في قسم المواد . قم بالتغيير إلى علامة التبويب "مشروع" بالنقر فوق "مشروع" أسفل شريط القائمة. توجد الآن مجموعة بيانات تسمى العلامات مطبقة على مجموعة البيانات التي تمت تصفيتها في قسم طريقة عرض المشروع.
16. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات التي تمت تصفيتها وابحث عن علامة مستجمعات المياه المستندة إلى العلامة (تجزئة الصور) وحدد. ضمن قسم الخصائص ، بالنقر فوق القوائم المنسدلة، قم بتعيين البيانات كمجموعة بيانات تمت تصفيتها ومجموعة بيانات العلامات كعلامات والقناع الثنائي كمجموعة بيانات ذات عتبة وانقر فوق تطبيق.
17. سيتم إنشاء ملف .grown داخل قسم عرض المشروع . انقر فوق سلسلة عرض وحدة التخزين واسحبها من مجموعة البيانات ذات العتبة إلى مجموعة البيانات .grown لتصور تجزئة نصف القطر وعظم الزند داخل نافذة العرض.
18. لتحويل ملف .grown إلى 8 بت ، انقر فوق مجموعة البيانات .grown وابحث عن تحويل نوع الصورة وحدد. سيتم تحويل ملف .grown من 16 بت إلى 8 بت.

2. المحاذاة

محاذاة المحور واستخراج نصف القطر والزند
ملاحظة: إذا كان النموذج الحالي هو النقطة الزمنية الأولية، فيجب إكمال جميع الخطوات. وإلا، ابدأ هذا القسم في الخطوة 2.1.4. للسماح بشريحة عرضية من نصف القطر ، يجب محاذاة نموذج النقطة الزمنية الأولية بشكل عمودي على مستوى Ortho Slice ؛ سيكون هذا النموذج بمثابة خط الأساس لمحاذاة الأسابيع اللاحقة.
1. ضمن قسم عرض المشروع ، قم بتشغيل شريحة Ortho (إذا تم إيقاف تشغيلها) ثم انقر فوق مجموعة البيانات .growed. في قسم الخصائص ، انقر فوق أيقونة محرر التحويل . باستخدام مؤشر التفاعل ، اضبط زاوية نصف القطر والزند بالنقر فوق نقاط محاذاة المحور الأخضر بحيث تنشئ شريحة Ortho شريحة عرضية عبر نصف القطر.
2. بمجرد محاذاة هذا ، يجب إنشاء مجموعة بيانات جديدة لحفظ هذا التحويل. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات .grown ، وابحث عن إعادة تشكيل الصورة المحولة وحدد.
3. انقر فوق إعادة تشكيل الصورة المحولة ، وضمن قسم الخصائص ، قم بتعيين البيانات إلى مجموعة البيانات .grown ، والاستيفاء إلى أقرب جار ، والوضع إلى تمديد ، والحفاظ على حجم Voxel ، وقيمة الحشو إلى 0. انقر فوق تطبيق، وسيتم إنشاء مجموعة بيانات .transform جديدة.
4. لاستخراج نصف القطر والزند من نموذج التجزئة المدمج ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات .transformed ، وابحث عن Extract Label وحدد.
5. انقر فوق تسمية الاستخراج، ضمن قسم الخصائص ، قم بتعيين التسميات إلى مجموعة البيانات .transform ، ومعرف التسمية إلى 1، وتصدير إلى ثنائي محدد. انقر فوق تطبيق، وسيتم إنشاء مجموعة بيانات النتيجة.
6. انقر فوق سلسلة عرض وحدة التخزين واسحبها من مجموعة البيانات .grown إلى مجموعة بيانات النتيجة . انقر فوق مجموعة بيانات النتيجة واضغط على F2 لإعادة تسمية الملف (على سبيل المثال ، "مادة سقالة العظام" - "WKX" - نصف القطر).
7. كرر الخطوات من 2.1.4 إلى 2.1.6 للزند عن طريق تعيين معرف التسمية إلى 2 وإعادة تسمية ملف النتيجة ل Ulna.
حفظ الملفات وفتح الصور الطولية
ملاحظة: إذا كان النموذج الحالي هو النقطة الزمنية الأولية، فيجب إكمال جميع الخطوات. وإلا، ابدأ هذا القسم في الخطوة 2.2.2.
1. لحفظ ملف النقطة الزمنية الأولي ، انقر فوق ملف ، وحفظ المشروع باسم ، وتعيين موقع دليل الملف في القائمة المنسدلة لشريط القائمة. قم بتعيين نوع الحفظ كملف Améra Project وملفات البيانات (pack & go) (*.hx) وقم بتسمية الملف كإصدار رئيسي (على سبيل المثال ، 'Bone Scaffold Material'_ 'WKX' MASTER).
2. افتح الملف الرئيسي للنقطة الزمنية الأولية (إن لم يكن مفتوحا بالفعل) واحفظ نسخة بالنقر فوق ملف ، وحفظ المشروع باسم ، وتعيين موقع دليل الملف في القائمة المنسدلة لشريط القائمة. قم بتعيين نوع الحفظ كملف Améra Project وملفات البيانات (pack & go) (*.hx) وقم بتسمية الملف (على سبيل المثال ، "Bone Scaffold Material" _ "WK0" و "WKX"). سيتم استخدام هذا الملف لمقارنة النقطة الزمنية الأولية مع الأسابيع اللاحقة دون الكتابة فوق الملف الرئيسي.
3. ضمن ملف المقارنة الجديد، افتح الصور الخاصة بالنقطة الزمنية للمقارنة بالنقر فوق فتح البيانات في المقطع طريقة عرض المشروع . داخل النافذة المنبثقة ، انتقل إلى دليل المجلد المطلوب لتحديد النقطة الزمنية الأولية .dcm الملفات. اضغط على CTRL+A لتحديد كل الصور وانقر فوق Open Images.
4. ستوفر النافذة المنبثقة معلومات تتعلق بمجموعة بيانات الصورة المفتوحة. انقر فوق موافق للمتابعة.
5. سيظهر تحذير حول التحجيم. انقر فوق تحويل إلى تعويم (الخيار الافتراضي) للمتابعة.
6. ستظهر أيقونة مجموعة البيانات داخل قسم عرض المشروع . لتغيير اسم مجموعة البيانات ، انقر مرة واحدة على أيقونة مجموعة البيانات واضغط على F2 ؛ بمجرد إدخال الاسم المطلوب ، انقر فوق موافق. يمكن إنشاء نمط تسمية لتحديد الفحص (على سبيل المثال ، "مادة سقالة العظام" - "WKX").
محاذاة النموذج
ملاحظة: ستناقش هذه العملية محاذاة تجزئة عظم نصف القطر. يمكن تطبيق نفس العملية على الزند ، حسب الحاجة. لا تقم بمحاذاة كلتا العظمتين في نفس الوقت. سيؤدي ذلك إلى حدوث مشكلات في المحاذاة الصحيحة.
1. قم بإيقاف تشغيل أي من عرض وحدة الصوت للنقطة الزمنية الأولية. لا يوجد شيء معروض داخل نافذة العرض.
2. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات المقارنة (الأسبوع التالي) ، وابحث عن Ortho Slice ، وحدد.
3. كرر القسم 1 (بدءا من الخطوة 1.2) ، القسم 2 (الخطوة 2.1) بعد أي ملاحظات إضافية لأرقام الخطوات المقدمة. عند الانتهاء من هذه الأقسام ، يستأنف في الخطوة 2.3.4. سيؤدي الانتهاء من هذه الأقسام إلى تجزئة مجموعة بيانات الأسبوع التالي واستخراج نصف القطر وعظام الزند.
4. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات المقارنة (الأسبوع التالي) لعظم نصف القطر المستخرج ، وابحث عن معالج تسجيل الصور ، وحدد. ضمن قسم الخصائص ، قم بتعيين البيانات كمجموعة بيانات أسبوع المقارنة لعظم نصف القطر المستخرج ، المرجع كمجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية لعظم نصف القطر المستخرج.
5. بالنسبة لقسم إجراءات معالج تسجيل الصور، انقر فوق تخطي للخطوة 1 من 4. بالنسبة للخطوة 2 و3 من 4، باستخدام مؤشر التفاعل، اضبط TabBox إلى المنطقة المشتركة بين كل من النقطة الزمنية الأولية ومجموعات بيانات أسبوع المقارنة بالنقر فوق تطبيق ضمن الإجراء بعد كل خطوة. بالنسبة للخطوة 4 من 4، قم بتعيين المقياس كارتباط، والتحويل كصلب، والمحاذاة المسبقة كمحاذاة للمحاور الرئيسية وانقر فوق تطبيق ضمن الإجراء.
6. بمجرد محاذاة مجموعات البيانات ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات المقارنة (الأسبوع التالي) لعظم نصف القطر المستخرج ، وابحث عن إعادة تشكيل الصورة المحولة وحدد. ضمن قسم الخصائص ، قم بتعيين البيانات كمجموعة بيانات أسبوع المقارنة لعظم نصف القطر المستخرج، والاستيفاء إلى أقرب جار، والوضع إلى الموسع، والحفظ إلى حجم فوكسل، وقيمة الحشو إلى 0 وانقر فوق تطبيق. سيتم إنشاء مجموعة بيانات .transform جديدة لمجموعة بيانات المقارنة.

3. اختيار عائد الاستثمار والمحاصيل

ملاحظة: أكمل محصول عائد الاستثمار أولا لتحديد أرقام الشرائح حول الكسر ذو الحجم الحرج. بمجرد تحديد أرقام الشرائح هذه ، يمكن استخدامها في نفس النقطة الزمنية للزند ، حسب الحاجة. بالنسبة لهذه العملية، لا يمكن عكس الاقتصاص بمجرد تطبيقه على النموذج.

منطقة الاهتمام
1. انقر فوق شريحة Ortho وقم بتشغيلها للنقطة الزمنية الأولية وقم بتعيين البيانات على مجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية لنصف القطر المستخرج. اضبط الاتجاه بحيث ينتج عن المستوى قطعا عرضيا عبر عظم نصف القطر.
2. باستخدام شريط الشريحة الشريحة في قسم الخصائص ، قم بتغيير رقم الشريحة لتحديد مواقع الشريحة القريبة والبعيدة المحيطة بالعيب ذو الحجم الحرج. بالنسبة لكلتا الشريحتين ، حدد الشريحة الأكثر بعدا وقريبا حيث يلتقي الكسر بجهاز الحجاب الحاجز في عظم نصف القطر. توثيق رقم الشريحة. سيختلف هذا الرقم لكل طراز.
3. انقر فوق شريحة تقويم العظام وقم بتشغيلها لأسبوع المقارنة وقم بتعيين البيانات على مجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية لنصف القطر المستخرج. اضبط الاتجاه بحيث ينتج عن المستوى قطعا عرضيا عبر عظم نصف القطر.
4. باستخدام شريط الشريحة الشريحة في قسم الخصائص ومع مجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية التي تعرض شريحة Ortho البعيدة، قم بتغيير رقم شريحة أسبوع المقارنة بحيث تتماشى مع الشريحة البعيدة للنقطة الزمنية الأولية. يسمح برنامج التصور بإجراء فحص بصري للمحاذاة ؛ عندما تتداخل الشرائح ، ستظهر كشريحة واحدة في نافذة العرض.
5. لاحظ رقم الشريحة للشريحة البعيدة لمجموعة بيانات أسبوع المقارنة. كرر الخطوة 3.1.4 للشريحة القريبة.
  ملاحظة: كفحص إضافي ، حدد الفرق بين الشريحة القريبة والبعيدة لكل من مجموعات البيانات الأولية وأسبوع المقارنة. يجب أن تكون هذه القيم متكافئة ، مما يوضح عائد استثمار بحجم متسق.
6. انقر فوق النقطة الزمنية الأولية لنصف القطر المستخرج. في قسم الخصائص ، انقر فوق أداة محرر الاقتصاص .
7. ضمن النافذة المنبثقة محرر المحاصيل ، أدخل الحد الأدنى والأقصى للقيم في حقل X أو Y أو Z المناسب (ستقوم نافذة العرض بتغيير عائد الاستثمار كما هو مدخل). بمجرد إدخال القيم ، انقر فوق موافق. سيتم اقتصاص مجموعة البيانات إلى عائد الاستثمار للإدخال.
8. كرر الخطوة 3.1.7 لمجموعة بيانات أسبوع المقارنة.

4. التحليل والتصور

تحليل الحجم
1. لتحديد حجم مجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية المحولة لنصف القطر المستخرج ، وابحث عن إحصائيات المواد ، وحدد. ضمن قسم الخصائص، قم بتعيين البيانات كنقطة زمنية أولية تم تحويلها لنصف القطر المستخرج، وقم بتعيين تحديد كمواد وانقر فوق تطبيق. جديد . سيتم إنشاء مجموعة بيانات MaterialStatistics لمجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية.
2. انقر فوق الزر . مجموعة بيانات MaterialStatistics للنقطة الزمنية الأولية لنصف القطر المستخرج وداخل نافذة الخصائص ، انقر فوق عرض جدول البيانات. انقر فوق علامة التبويب الجداول أعلى نافذة الخصائص . ضمن علامة التبويب هذه، يتم عرض وحدة التخزين لمجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية التي تم اقتصاصها لنصف القطر المستخرج.
3. كرر الخطوتين 4.1.1 و 4.1.2 لمجموعة بيانات أسبوع المقارنة لنصف القطر المستخرج. ضمن علامة التبويب الجدول ، ستحتوي النقطة الزمنية الأولية وأسبوع المقارنة على علامات تبويب منفصلة يمكن النقر عليها.
تصور مجموعات البيانات
1. لتصور التغيير في حجم العظام ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات المحولة لأسبوع المقارنة لنصف القطر المستخرج ، وابحث عن الحساب ، وحدد. انقر فوق الحساب وداخل نافذة الخصائص ، قم بتعيين الإدخال A كمجموعة بيانات محولة لأسبوع المقارنة لنصف القطر المستخرج ، وتعيين الإدخال B كمجموعة بيانات النقطة الزمنية الأولية لنصف القطر المستخرج ، وتعيين الإدخال C على أنه بدون مصدر ، وتعيين نوع النتيجة كمدخل A ، وترك الخيار غير محدد ، وتعيين قنوات النتائج مثل الإدخال A ، وتعيين التعبير على أنه A-B.
2. انقر فوق مجموعة بيانات النتائج واضغط على F2 لإعادة تسمية الملف (على سبيل المثال ، "مادة سقالة العظام" - "WKX" - تغيير العظام). انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات النتائج هذه ، وابحث عن إنشاء Surface ، وحدد. انقر فوق إنشاء Surface وداخل نافذة الخصائص ، انقر فوق تطبيق ، وفي النافذة المنبثقة ، انقر فوق متابعة. سيتم إنشاء مجموعة بيانات .surf جديدة.
3. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات .surf ، وابحث عن Surface View ، وحدد. سيتم عرض عرض Surface للنتيجة الحسابية في نافذة العرض.
4. لتغيير لون عرض Surface ، انقر فوق طريقة عرض Surface في نافذة عرض المشروع ، ثم داخل نافذة الخصائص ، انقر فوق القائمة المنسدلة للألوان وحدد ثابت. انقر فوق خريطة الألوان وقم بتعيين اللون المفضل.
5. لعرض تغيير حجم العظام في مجموعة بيانات الأسبوع الأولي ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات .transform ، وابحث عن Extract Label ، وحدد. انقر فوق تسمية الاستخراج، وضمن قسم الخصائص ، قم بتعيين التسميات إلى مجموعة البيانات .transform ، ومعرف التسمية إلى 1، وتصدير إلى ثنائي محدد. انقر فوق تطبيق، وسيتم إنشاء مجموعة بيانات النتيجة . انقر فوق مجموعة بيانات النتائج واضغط على F2 لإعادة تسمية الملف (على سبيل المثال ، "مادة سقالة العظام" - "WKX" - Full - Radius).
6. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات النتائج هذه ، وابحث عن إنشاء Surface ، وحدد. انقر فوق إنشاء جهاز Surface ، وداخل نافذة الخصائص ، انقر فوق تطبيق وفي النافذة المنبثقة ، انقر فوق متابعة. سيتم إنشاء مجموعة بيانات .surf جديدة.
7. انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات .surf ، وابحث عن Surface View ، وحدد. سيتم عرض عرض Surface للنتيجة الحسابية في نافذة العرض.
8. لتغيير لون عرض Surface ، انقر فوق طريقة عرض Surface في نافذة عرض المشروع ، ثم داخل نافذة الخصائص ، انقر فوق القائمة المنسدلة للألوان وحدد ثابت. انقر فوق خريطة الألوان وقم بتعيين اللون المفضل.
9. للمتابعة مع أسابيع إضافية، ارجع إلى الخطوة 2.2.2.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم التحقيق في صور μCT لثلاثة نماذج فريدة من نوعها للفئران ، كل منها معالج بسقالة بولي كابرولاكتون (PCL) ، لتوضيح النتائج الإيجابية. يتطلب تحليل الدراسة الطولية عبر النقاط الزمنية محاذاة النماذج الصلبة التي تم جمعها قبل الاختيار والاقتصاص إلى عائد الاستثمار. لتوضيح هذه القدرة على مدى عدة أسابيع ، تمت محاذاة النماذج الصلبة التي تم جمعها في الأسبوعين 0 و 6 باستخدام مناطق مشتركة (الشكل 2).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد تحديد تغير حجم العظام أمرا ضروريا للتحقيق في إمكانات تجديد العظام ونتائجها في الدراسات الطولية في الجسم الحي . يعتمد هذا البروتوكول على طرق تجزئة صور μCT¹¹ ، مما يوفر نهجا منهجيا لتحديد منطقة الاهتمام المحددة من قبل المستخدم (ROI). كانت هذه التقنية حاسمة في تحليل فعالية زراعة سقالة العظام لدراسات الفئران في الجسم الحي . من خلال التوسع في البروتوكولات^{المعمول بها 11} ، تضمن هذه الطريقة المتانة والتكرار في تجزئة الصور ، وت...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين تضارب في المصالح للإفصاح عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نود أن نشكر مارك كيني على التدريب على العمليات الحالية والمناقشة في تطوير هذه العملية وكذلك ليندسي شنور من الميكانيكا الحيوية وقلب تصوير الأنسجة متعدد الوسائط في جامعة روتشستر. تم دعم هذه الدراسة بمنح من المعاهد الوطنية للصحة / NIAMS: H.A.A. (R01AR07061 و P50AR072000 و P30AR069655) و V.Z.Z (T32GM007356 و T32GM152318 و T32AR076950).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
أميرة 3D	FEI SAS ، جزء من Thermo Fisher Scientific	الإصدار 2024.1	البرنامج المستخدم لتجزئة صور microCT.
منشور لوحة الرسم البياني	جراف باد للبرمجيات ذ.م.م	الإصدار 10.0.3 (217)	البرنامج المستخدم لتطوير الرسم البياني.
R البرمجيات الإحصائية	مؤسسة R للحوسبة الإحصائية	الإصدار 4.4.0 (2024-04-24)	البرنامج المستخدم لإجراء تحليل غرفة التجارة الدولية.
سكانكو الطبية فيفا سي تي 40	سكانكو الطبية	NA	ماسح ضوئي microCT يستخدم لجمع صور microCT.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ASTM Standard F-2721-09. Standard Guide for Pre-clinical in vivo Evaluation in Critical Size Segmental Bone Defects. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2023).
Amini, A. R., Laurencin, C. T., Nukavarapu, S. P. Bone tissue engineering: recent advances and challenges. Crit Rev Biomed Eng. 40 (5), 363-408 (2012).
Ghassemi, T., et al. Current concepts in scaffolding for bone tissue engineering. Arch Bone Jt Surg. 6 (2), 90-99 (2018).
Tang, G., et al. Recent trends in the development of bone regenerative biomaterials. Front Cell Dev Biol. 9, 665813(2021).
Battafarano, G., et al. Strategies for bone regeneration: from graft to tissue engineering. Int J Mol Sci. 22 (3), 1128(2021).
Ghelich, P., et al. (Bio)manufactured solutions for treatment of bone defects with emphasis on US-FDA regulatory science perspective. Adv Nanobiomed Res. 2 (4), 2100073(2022).
Kim, Y., Brodt, M. D., Tang, S. Y., Silva, M. J. MicroCT for scanning and analysis of mouse bones. Methods Mol Biol. 2230, 169-198 (2021).
Wang, F., et al. Methods for bone quality assessment in human bone tissue: a systematic review. J Orthop Surg Res. 17, 174(2022).
Bouxsein, M. L., et al. Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography. J Bone Miner Res. 25, 1468-1486 (2010).
Wee, H., Khajuria, D. K., Kamal, F., Lewis, G. S., Elbarbary, R. A. Assessment of bone fracture healing using micro-computed tomography. J Vis Exp. (190), e64262(2022).
Kenney, H. M., et al. A high-throughput semi-automated bone segmentation workflow for murine hindpaw micro-CT datasets. Bone Rep. 16, 101167(2022).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

تحليل صور التصوير المقطعي المحوسب الدقيق الطولي للمنطقة التي يحددها المستخدم في عيوب العظام ذات الحجم الحرج

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles