تقييم التئام كسور العظام باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق

Micro-CT هو نهج شائع جدا لقياس مورفولوجيا 3D وجودة العظام. على الرغم من أن بروتوكولات التحليل تم تأسيسها إلى حد ما لتوصيف العظام القشرية والتربيقية السليمة ، إلا أن هناك إجماعا أقل على بروتوكول تحليل التئام الكسور. تتضمن هذه التقنية التصوير غير الجراحي والتحليل الدقيق والمعاير 3D باستخدام توازن جيد بين التقنيات اليدوية والآلية.

كما يستخدم بيئة برمجية متطورة ومرنة. سيوضح الإجراء هوابوك وي ، وهو باحث مشارك من مختبري. للبدء ، خذ تركيبات المسح الضوئي المطبوعة 3D المطورة خصيصا أو ما شابه ذلك والتي تتضمن شبح هيدروكسيباتيت مصغر لمعايرة كثافة المعادن في العظام.

ضع ما يصل إلى ست عينات عظام طويلة في التركيبات للمسح المتزامن لعينات متعددة. ضع التركيبات المعدة في حقنة أو أنبوب مخروطي مشابه لقطر مجال رؤية المسح. املأ المحقنة بمادة حافظة ، مثل المحلول الملحي ، لمنع العينات من الجفاف أثناء عملية المسح.

بعد التأكد من معايرة جهاز التصوير المقطعي المحوسب الدقيق ، قم بمحاذاة الخط المركزي لتركيبات العينة مع خط الوسط التقريبي للتصوير المقطعي المحوسب الدقيق للتأكد من أن العينات ضمن مجال الرؤية وأن محاورها الطويلة لها اتجاه يتزامن تقريبا مع الاتجاه المحوري للصور الناتجة. بعد ذلك ، اضبط معلمات المسح لنظام micro-CT عن طريق ضبط الطاقة أو الشدة على ذروة الجهد 55 كيلو فولت ، والتيار إلى 145 ميكرو أمبير ، وحجم فوكسل الخواص إلى 10.5 ميكرومتر ، ووقت التكامل إلى 300 مللي ثانية. ثم افحص بصريا الصور الكشفية في طرق عرض مختلفة لتغطية الحجم الكامل لجميع عينات الكالس.

ابدأ عملية الاستحواذ على المسح الضوئي ، وبمجرد اكتمالها ، قم بتحويل الصور إلى مكدس DICOM لاستيرادها إلى برنامج التحليل. للبدء باقتصاص الصور، اختر عينة واحدة في كل مرة، وقم بقص كل حزمة صور، مع التأكد من تضمين العينة بأكملها في وحدة التخزين التي تم اقتصاصها. احفظ الصورة التي تم اقتصاصها بالنقر فوق علامة التبويب ملف في الجانب العلوي الأيمن من الشاشة، وتحديد حفظ المشروع باسم، ثم تحديد تصغير حجم المشروع.

لإزالة تشويش الصورة، انقر فوق علامة التبويب ملف واختر الصورة المراد معالجتها باستخدام Open Data، مما يفتح الصورة في نافذة عرض المشروع في الزاوية العلوية اليسرى من الشاشة. انقر بزر الماوس الأيمن لتحديد معالجة الصور ، متبوعا ب Filter Sandbox ، ثم انقر فوق إنشاء. في نافذة الخصائص في الزاوية السفلية اليسرى من الشاشة، اختر البيانات كنوع المعاينة.

حدد نوع الفلتر من القائمة المنسدلة بجوار تصفية واختر 3D للتفسير. الاحتفاظ ب "قابل للفصل" كنوع kernel في القائمة المنسدلة ، املأ قيم الانحراف المعياري وعامل حجم kernel في المربع الفارغ المتاح. ثم حدد نفس الإدخال من القائمة المنسدلة بجوار الإخراج.

وأخيرا ، انقر فوق تطبيق. بالنسبة للعينات غير المحاذية، يمكن للمستخدم إجراء إعادة محاذاة للصورة عن طريق إنشاء صورة معروضة 3D للعينة عن طريق تحديد الصورة التي تمت تصفيتها واقتصاصها من نافذة طريقة عرض المشروع. انقر بزر الماوس الأيمن لتحديد العرض ثم عرض وحدة التخزين من القائمة المنسدلة.

ثم انقر فوق إنشاء للتحقق بصريا من الصورة المقدمة 3D في المستويات السهمية والأمامية. ثم قم بتدوير مستوى الصوت المعروض يدويا للحصول على محاذاة جيدة في المحور الطولي. لتطبيق التحويل في الصور التي تم تدويرها، في نافذة الخصائص، انقر محرر التحويل.

ثم انتقل إلى محول محرر التحويل وحدد محول من القائمة المنسدلة. إذا لزم الأمر، قم بالتدوير، إعادة المحاذاة، ثم انقر فوق محرر التحويل مرة أخرى لقفل الصورة. بعد ذلك، لإنشاء شرائح صورة مستوية عرضية جديدة، أعد تشكيل الصورة المصفاة بتحديد الصورة من نافذة عرض المشروع.

انقر بزر الماوس الأيمن لتحديد تحويل الهندسة، متبوعا بإعادة تشكيل الصورة المحولة من القائمة المنسدلة ، ثم انقر فوق إنشاء. في نافذة الخصائص ، انتقل إلى البيانات ، ومن القائمة المنسدلة ، حدد قياسي للاستيفاء ، واختر ممتد للوضع وحجم Voxel للاحتفاظ. أدخل صفرا في المربع الفارغ المتاح لقيمة الحشو، وأخيرا، انقر فوق تطبيق.

لتحديد حجم الاهتمام ، انتقل من خلال شرائح الصورة المستعرضة ، وحدد المستوى المركزي للكسر الكالس ، وحدده بناء على العدسة القريبة والبعيدة للكالس. إذا كان من الصعب تحديد نهايات الكالس ، فحدد الحجم بناء على مسافة قياسية بعيدا عن مستوى مركز الكالس. لتقسيم الحد الخارجي للكالس بعد إعادة تجميع الصور المحولة، انقر فوق علامة التبويب تجزئة في صف علامة التبويب الثاني من أعلى الشاشة.

في نافذة محرر التجزئة ، حدد الصورة المحولة من القائمة المنسدلة بجوار الصورة. في نافذة المواد، انقر نقرا مزدوجا فوق إضافة. من خلال القيام بذلك ، ستظهر علامتا تبويب باسم Material3 و Material4.

انقر بزر الماوس الأيمن لإعادة تسمية Material3 إلى الكالس و Material4 إلى العظم القشري. بعد ذلك ، في نافذة التحديد ، انقر فوق رمز lasso. من الخيارات التي تظهر، حدد Freehand لوضع 2D، و Inside لوضع 3D، وكل من حواف التتبع التلقائي و Trace للخيارات.

ثم استخدم اللاسو لتمييز الحدود الخارجية للكالس. كرر خطوات الكنتوري مع أخذ عينات من الشرائح عبر حجم الاهتمام ، ويمكن تباعد الشرائح ، على سبيل المثال ، بمقدار 20 شريحة. لإنشاء تسمية الكالس كاملة ، في نافذة المواد ، اختر ملف الكالس ، وانقر فوق علامة التبويب تحديد في الجزء العلوي من الشاشة ، وحدد استيفاء من القائمة المنسدلة.

ثم ، في نافذة التحديد ، انقر فوق علامة الجمع. بعد ذلك ، قم بتقسيم العظم القشري ، بما في ذلك التجويف النخاعي. ثم قم باستيفاء سطح قشرة السمحاق المحيطي لإنشاء ملصق عظمي قشري كما تم إجراؤه سابقا للكالس.

لحساب حجم الكالس المحيطي ومتوسط القيمة الرمادية ، انقر فوق علامة التبويب تجزئة في الصف العلوي من الشاشة وحدد إحصائيات المواد من القائمة المنسدلة لإنشاء جدول للقيم المحسوبة. لاحظ أن قيم العظم القشري والكالس يتم توفيرها بشكل منفصل بعد طرح العظم القشري. تصدير الجدول الذي تم إنشاؤه وحفظ البيانات بالنقر فوق تصدير إلى مساحة العمل.

لتحويل وحدات التدرج الرمادي إلى كثافة المعادن في العظام ، قم بقص الصورة ثلاثية الأبعاد لشبح HA 4.5 ملم من الصورة بأكملها وانقر فوق تجزئة. لرسم دوائر في الشريحتين الأولى والأخيرة، في نافذة المواد، انقر فوق إضافة أربع مرات. ثم انقر بزر الماوس الأيمن لإعادة تسمية المواد 3 و 4 و 5 و 6 إلى Phantom1 و 2 و 3 و 4 على التوالي.

بعد ذلك ، حدد Phantom1. انقر أيقونة الفرشاة في نافذة التحديد واستخدم المنزلق لضبط حجم الفرشاة بحيث يكون حجم الدائرة أصغر من حجم الشبح. لإنشاء وحدة تخزين لكل أسطوانة HA، قم بتطبيق الاستيفاء عن طريق تحديد Phantom1 في نافذة المواد، والنقر فوق علامة التبويب تحديد في الصف العلوي من الشاشة، وتحديد استيفاء من القائمة المنسدلة.

ثم ، في نافذة التحديد ، انقر فوق علامة الجمع. كرر هذه العملية مع أسطوانات HA المتبقية. استخدم ملصقات 3D التي تم إنشاؤها لحساب متوسط القيم الرمادية لأسطوانات HA الأربعة التي تم تحليلها.

ارسم متوسط القيم الرمادية وكثافة المعادن في العظام المقابلة ، أو BMD ، القيم التي توفرها الشركة المصنعة الوهمية. قم بإنشاء معادلة ارتباط بين BMD والقيم الرمادية باستخدام الانحدار الخطي. لتقسيم الكالس المعدني ، انقر فوق إضافة في نافذة المواد.

ثم انقر بزر الماوس الأيمن لإعادة تسمية المادة الجديدة إلى الكالس المعدني. بعد ذلك ، حدد الكالس في نافذة المواد ، متبوعا بالنقر فوق تحديد. ثم انقر فوق عتبة في نافذة التحديد.

حدد القيمة الأقل وقم بتطبيق الحد المحسوب من HA الوهمي في إخفاء العتبة. ثم انقر فوق تحديد المواد الحالية فقط في نافذة التحديد ، متبوعة بالنقر فوق تحديد Voxels. ثم حدد الكالس المعدني في نافذة المواد وانقر فوق علامة الجمع في نافذة التحديد.

أخيرا ، انقر فوق 3D من الكالس المعدني في نافذة المواد. أظهرت صور التصوير المقطعي المحوسب الدقيقة التي تم تحليلها في ثلاث نقاط زمنية التكوين الكبير للالكالس المعدني في اليوم 14. شوهدت الزيادات التدريجية في حجم كسر العظام وكثافة المعادن في العظام مع استمرار الشفاء من اليوم 14 إلى اليومين 21 و 28 ، بما يتفق مع سد فجوة الكسر العظمي.

كما هو متوقع ، خضع الكالس للارتشاف أو إعادة البناء بين اليومين 21 و 28 ، كما يتضح من انخفاض حجم الكالس الكلي. كان الجسور القشرية للكالس أكثر وضوحا في اليوم 28 أكثر من أي نقطة زمنية سابقة. بالنسبة للكسور المعقدة ، نوصي بمراجعة التجزئة شبه الآلية الناتجة بعناية عن طريق التمرير عبر جميع شرائح الصورة ، وأحيانا في مستويات مختلفة ، وضبط الخطوط إذا لزم الأمر.

بمجرد تقسيم الكالس المكسور بدقة ، يمكن حساب معلمات النتائج ، بالإضافة إلى تلك المبلغ عنها في هذا البروتوكول ، باستخدام نصوص إضافية. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، لحظات القصور الذاتي وكثافة الاتصال.