Vierdimensionale CT-Analyse mit sequenzieller 3D-3D-Registrierung

Eine Methode, um die Bewegung eines sich bewegenden Knochens in Bezug auf den festen Knochen aus 4D-CT-Daten zu rekonstruieren, was die Beschreibung der detaillierten Gelenkkinematik erleichtert. Sobald der weiche Knochen erstellt wurde und Ihre Referenzpunkte ausgewählt wurden, werden die meisten Rekonstruktionsprozesse automatisch abgeschlossen. Mit dem Zielgelenk des Subjekts im CT-Portal des 4D-CT-Bildes bitten Sie das Subjekt, das Gelenk während der 10-Sekunden-Scanzeit zu bewegen, während eine Reihe von Volumendaten erhalten.

Laden Sie die CT DICOM-Daten für die halbautomatische Oberflächensegmentierung der 3D-CT-Daten in die entsprechende Software, und klicken Sie auf Neues Beschriftungsfeld bearbeiten, um das Beschriftungsfeld zu öffnen. Identifizieren Sie, welcher Schwellenwert für die CT-Dämpfungswert geeignet ist, um kortikale Knochen aus dem Quellknochen zu extrahieren, und wählen Sie Materialien mit CT-Dämpfungswerten oberhalb des Schwellenwerts aus. Überprüfen Sie die Beschriftung auf Die Knochenkortexauswahl, und verwenden Sie ein geeignetes Bearbeitungswerkzeug, um die Demarkation manuell zu ändern.

Um die Oberflächendaten aus den beschrifteten Knochenkortexpositionsdaten zu generieren, klicken Sie auf Oberfläche generieren, und verwenden Sie den Schieberegler, um die Ausdehnung zu glätten. Klicken Sie dann auf Übernehmen. Um die Oberflächendaten im STL-Format zu speichern, klicken Sie auf Datei und Daten exportieren als, und wählen Sie STL-Binär-Little Endian aus.

Um eine automatische Segmentierung der 4D CT-Volumendaten durchzuführen, verwenden Sie das DICOM-Lesemodul in der Programmiersoftware, um die geometrischen Daten, die die CT-Dämpfungswerte über dem Schwellenwert zeigen, aus allen 51 Frames der 4D-CT-Daten zu extrahieren. Verwenden Sie dann ein Batchverarbeitungsskript, um alle Oberflächendaten der Punktwolke mit höheren CT-Dämpfungswerten als dem Schwellenwert für alle 4D-CT-Frames in der Bildverarbeitungssoftware zu rekonstruieren. Um die Oberflächenregistrierung von statischen 3D-CT bis zum ersten Frame des 4D-CT durchzuführen, verwenden Sie die Auswahlphasenfunktion, um die Bones in einer statischen 3D-CT in Teilsegmentdaten zu trimmen, die in allen Frames der 4D-CT-Filmdaten enthalten sind.

Die 4D-CT-Oberflächendaten sind nur Teilsegmente, die in jedes Volumenbild einbezogen werden, da die Oberflächenregistrierung erfordert, dass ein Oberflächendatenpunkt in einer anderen Oberfläche enthalten ist. Verwenden Sie die Funktion Punkte auswählen, um drei Markierungen in den festen und sich bewegenden Knochen auszuwählen, die leicht von der getrimmten 3D-CT-Oberfläche und den Oberflächendaten des ersten Rahmens von 4D CT in der 3D-Netzbearbeitungssoftware identifiziert werden können. Passen Sie dann die teilweise fixierten und sich bewegenden Knochen grob auf dem ersten Frame der 4D-CT-Oberflächendaten entsprechend den ausgewählten Landmarken an, und verwenden Sie den iterativen Engpunktalgorithmus, um die Oberflächenregistrierung in der Open-Source-Software durchzuführen.

Um eine sequenzielle Oberflächenregistrierung durchzuführen, verwenden Sie das iterative Nahpunktmodul in der Open-Source-Software, um zunächst die Teilflächen des festen Knochens im ersten 4D-CT-Rahmen auf die Oberflächendaten des zweiten Frames abzugleichen. Rekonstruieren Sie dann die bewegliche Knochenbewegung in Bezug auf den fixierten Knochen. Wenn die Rotationsparameter gemessen wurden, definieren Sie die Koordinatensysteme der festen und sich bewegenden Knochen.

Die Beispieldaten der Kniekinematik zeigen, dass der Varuswinkel der Tibia allmählich abnimmt, wenn die Tibia verlängert wird. Die tibiale Außenrotation nimmt am Ende der Verlängerung zu, was der Heimbewegung des Knies in früheren Berichten entspricht. Graphen des Fehlers für Übersetzung und Drehung zeigen, dass der Fehler für Oberschenkelknochenlängen von mehr als 9 % der gesamten Länge und Tibialängen von mehr als 7 % der gesamtlangen Länge tolerierbar ist, da die CT-Scheibendicke 0,5 Millimeter beträgt und die Fehlergröße überschreitet.

Darüber hinaus zeigt die Berechnung der Patellarkinematik, dass die seitliche Neigung der Patella dem Knieflexionswinkel entspricht. Die Oberflächenrekonstruktion des Knochenkortex sollte visuell überprüft werden und kann eine manuelle Segmentierung erfordern. In letzter Zeit haben viele Studien über automatische Segmentierungen verwendet Mit diesen Techniken kann die Rekonstruktion automatisch durchgeführt werden.