Äußere Begrenzung unterstützt Segmentierung und Quantifizierung der trabekulären Knochen durch eine Imagej-Plugin

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, strukturelle Messungen von Trabekelknochen automatisch und genau und effizient zu quantifizieren. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der Bildanalyse zu beantworten, z. B. wie unregelmäßige Strukturen genau und effizient gemessen werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass strukturelle Messungen von zweidimensionalen oder dreidimensionalen Objekten mit einer solchen Technik genauer und effizienter sind als die derzeit verfügbaren Quantifizierungsansätze.

Um mit diesem Verfahren zu beginnen, installieren Sie zunächst die ImageJ-Software und die Plugins für die Trabekulanalyse, wie im Textprotokoll beschrieben. Öffnen Sie die ImageJ-Software. Klicken Sie unter Plugins, BoMomics, Simulate Objects auf die Schaltfläche Circle.

Geben Sie im daraufhin angezeigten Popup-Fenster 200 als Durchmesser ein, und klicken Sie dann auf OK, um einen simulierten Kreis mit einem Durchmesser von 200 Pixeln zu generieren. Speichern Sie den generierten Kreis im TIFF-Format. Klicken Sie anschließend in Plugins, BoMomics, Simulate Objects auf die Schaltfläche Quadrat.

Geben Sie im Popup-Fenster 200 und die Seitenlänge ein und klicken Sie auf OK, um ein simuliertes Quadrat mit einer Seitenlänge von 200 Pixeln zu generieren. Speichern Sie es im TIFF-Format. Klicken Sie dann im selben Menü auf die Schaltfläche Kugel.

Geben Sie 30 als Durchmesser ein, und klicken Sie auf OK, um die simulierte Kugel zu generieren. Klicken Sie auf Plugins, 3D, Volume Viewer, um die Kugel anzuzeigen und im TIFF-Format zu speichern. Klicken Sie abschließend in Plugins, BoMomics, Objekte simulieren auf die Schaltfläche Zylinder.

Geben Sie 30 als Durchmesser und 100 als Höhe ein, und klicken Sie dann auf OK, um den simulierten Zylinder zu generieren. Klicken Sie anschließend auf Plugins, 3D, Volume Viewer, um den Zylinder anzuzeigen und im TIFF-Format zu speichern. Öffnen Sie zunächst die ImageJ-Software und öffnen oder importieren Sie ein gescanntes Bild.

Schieben Sie die untere Bildlaufleiste, um ein Segment auszuwählen, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Bild, Anpassen, Schwellenwert. Passen Sie im Popup-Fenster "Schwellenwert" die minimalen und maximalen Schwellenwerte an, um sicherzustellen, dass die Bones gut vom Hintergrund getrennt sind. Notieren Sie den minimalen Schwellenwert als Schwellenwert für den kortikalen Knochen.

Klicken Sie anschließend auf die Schaltfläche Plugins, BoMomics, Trabecular Parameter Profiling. Legen Sie im Popup-Fenster den Slice-Index auf die Position des repräsentativen Slices fest. Legen Sie die Werte für Cortical Bone, Range und Step fest, um einen Satz kortikaler Schwellenwerte für die Profilerstellung von Segmentierungsparametern zu berechnen.

Legen Sie anschließend die Werte für Rauschdurchmesser, Schritt und Bereich fest, um einen Satz von Rauschwerten für die Analyse anzugeben. Legen Sie die Werte für Bohrungsdurchmesser, Schritt und Bereich für die Berechnung eines Satzes von Bohrungswerten fest. Klicken Sie auf OK, um die Parameterprofilerstellung durchzuführen.

Überprüfen Sie im Fenster Ergebnisse der Parameterprofilerstellung die Segmentierungsergebnisse visuell, und wählen Sie eine Segmentebene aus, bei der die äußere Begrenzung des Bones genau umrandet wird. Rufen Sie dann die Profilerstellungsparameter aus dem entsprechenden Eintrag in der Tabelle Ergebnisse der Parameterprofilerstellung ab. Um mit der Analyse der Trabekelknochen zu beginnen, öffnen Sie die ImageJ-Software und öffnen oder importieren Sie ein gescanntes Bild.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Plugins, BoMomics, Trabecular Segmentation. Geben Sie die entsprechenden Analyseparameter ein, wie hier gezeigt. Klicken Sie anschließend auf OK, um die Trabekelsegmentierung durchzuführen.

Überprüfen Sie die Ergebnisse visuell im Fenster Ergebnisse der trabekulären Segmentierung. Speichern Sie dann die extrahierten Trabekelknochen, die im Fenster Segmentierte Trabekelknochen angezeigt werden, im TIFF-Format für die weitere Analyse. Klicken Sie anschließend auf die Schaltfläche Plugins, BoMomics, Trabecular Analysis und geben Sie die entsprechenden Analyseparameter ein, wie im Textprotokoll beschrieben.

Wählen Sie im Abschnitt Ergebnisberichterstattung einen oder mehrere Parameter aus, die gemessen werden sollen, wobei die Optionen trabekuläres Knochenvolumen, Gesamtvolumen und Dicke sind, die entweder zweidimensional oder dreidimensional gemessen werden. Um eine Trabekulanalyse durchzuführen, aktivieren Sie die Kontrollkästchen für 2D und 3D und klicken Sie dann auf OK.To mit der Quantifizierung von Objekten beginnen und ein simuliertes Bild in der ImageJ-Software öffnen. Wählen Sie die Schaltfläche Plugins, BoMomics, Trabecular Analysis aus, und geben Sie die entsprechenden Analyseparameter ein, wobei Sie die Standardwerte für Start, Ende, Umrissgrenze und Trabecular Bones beibehalten, während Sie Rauschunterdrückungsdurchmesser, Lochfülldurchmesser und Kortikaler Dickendurchmesser auf Null setzen.

Wählen Sie im Abschnitt Ergebnisberichterstattung sowohl 2D als auch 3D als Parameter aus, die gemessen werden sollen. Klicken Sie dann auf OK, um eine Trabekulanalyse für das simulierte Objekt durchzuführen. Berechnen Sie anschließend das kalibrierte Knochenvolumen, das Gesamtvolumen, den Knochenmineralgehalt, den Knochenvolumenanteil und die Knochenmineraldichte in Tabellenspalten und analysieren Sie die Daten, wie im Textprotokoll beschrieben.

In dieser Studie wird ein ImageJ-Plugin verwendet, um trabekuläre Knochen automatisch zu segmentieren und zu quantifizieren. Eine repräsentative Parameterprofilierungsanalyse mit verschiedenen Parameterbedingungen zeigt, dass einige Kombinationen bei der Abgrenzung der äußeren Grenzen eines Bones genauer sind als andere. Als nächstes wird eine Segmentierung und Analyse durchgeführt, um die Messungen der Trabekelknochen zu quantifizieren.

Die Ergebnisse dieser Segmentierung können Slice für Slice visuell überprüft werden. Die Rohquantifizierungen des Knochenvolumens, des Gesamtvolumens, der Summe der Grauwerte und der Dicke, entweder in zwei oder drei Dimensionen, können je nach den während der Analyse ausgewählten Optionen angegeben werden. Die Kalibrierungsinformationen werden aus dem gescannten Mikro-CT-Datensatz extrahiert und kalibrierte Messungen des Knochenvolumens, des Gesamtvolumens, des Knochenmineralgehalts, des Knochenvolumenanteils und der Knochenmineraldichte werden dann berechnet.

Ihre Verteilungen können dann im ausgewählten Analysebereich Schicht für Schicht gegen die Schichtpositionen profiliert werden. Einmal gemeistert, kann diese Technik trabekuläre Knochen von 500 Bildschichten in 10 bis 20 Minuten quantifizieren, wenn sie richtig durchgeführt wird. Wir hatten die Idee zu dieser Methode, als wir feststellten, dass die von der Micro-CT-Herstellersoftware gemeldeten Ergebnisse nicht reproduzierbar waren, wenn derselbe Datensatz von demselben erfahrenen Bediener analysiert wurde.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie geeignete Knochensegmentierungsparameter auswählen und die Analyse langer Knochen mit minimalen Benutzerinteraktionen durchführen.