Softwaregestützte quantitative Messung der osteoarthritischen subchondralen Knochendicke

Subchondrale Knochenverdickung oder Sklerose ist eines der Kennzeichen der Osteoarthritis, sowohl im Tiermodell als auch beim Menschen. Derzeit wird der Schweregrad der histologischen subchondralen Knochenverdickung hauptsächlich durch visuelle Schätzung auf der Grundlage semiquantitativer Grading-Systeme bestimmt. Diese Studie zielt darauf ab, ein reproduzierbares und leicht auszuführendes Protokoll zur quantitativen Messung der subchondralen Knochendicke in einem Mausmodell der Knie-OA zu entwickeln, das durch Destabilisierung des medialen Meniskus induziert wird.

Wir haben ein Mausmodell für Kniearthrose durch chirurgische Destabilisierung des medialen Meniskus erstellt, die unter dem Operationsmikroskop und dem sterilen Zustand durchgeführt wird. Der histologische Prozess der Kniegelenke der Maus umfasst Gewebefixierung, Entkalkung, Trimmen, Verarbeiten, Einbetten, Schneiden und Färben, gefolgt von mikroskopischer Bildgebung. Das Bild auf dem Bildschirm zeigt die Kniearthrose der Maus mit Gelenkknorpelläsionen, Osteophytenbildung und subchondraler Knochenverdickung Quantitative Messung des osteoarthritischen subchondralen Knochens mit der ImageJ-Software.

Laden Sie ImageJ von imagej.nih.gov/ij herunter. Öffnen Sie ImageJ. Klicken Sie auf die Registerkarte Datei und dann auf die Option Öffnen, um das histologische Bild zu öffnen.

Suchen Sie die Adresse des Dateiverzeichnisses, wählen Sie die Bilddatei aus, und klicken Sie auf Öffnen. Verwenden Sie das Geradelinien-Werkzeug, um eine Längeneinheit(einen Mikrometer) zu skizzieren, und klicken Sie auf Analysieren (Analyze) und dann auf Skalierung festlegen (Set Scale). Stellen Sie den bekannten Abstand und das Pixel-Seitenverhältnis auf eins und klicken Sie auf Ok.ImageJ kann die Pixellänge in die Einheitslänge eines Mikrometers umwandeln.

Legen Sie den gemessenen Faktor auf Fläche fest. Klicken Sie auf Analysieren, dann auf Messung festlegen und aktivieren Sie im neuen Fenster das Kontrollkästchen Fläche und Grenzwert auf Schwellenwert. In diesem Schritt wird ImageJ so eingestellt, dass der Parameterbereich innerhalb des ausgewählten Schwellenwerts gemessen wird.

Definierter subchondraler Knochenbereich von Interesse, wie im Radio gezeigt, der die subchondrale kortikale Platte und einen Teil des darunter liegenden trabekulären Knochens neben der kortikalen Platte abdeckt. Skizzieren Sie den Umriss des gesamten subchondralen Knochenbereichs mit dem Auswahlwerkzeug unter dem Hauptfenster des Bildes. Die Auswahlwerkzeuge geben dem System einen Schwellenwert, um die Messung nach der Auswahl des Schwellenwerts zu begrenzen.

Klicken Sie auf Analysieren und dann auf Messen. Es öffnet sich ein Ergebnisfenster mit Flächenmessung. Klicken Sie auf Bearbeiten und dann auf Außen löschen, um den Bereich außerhalb des gesamten subchondralen Knochenbereichs auszuschließen.

Nachdem Sie auf die Option "Außen löschen" geklickt haben, ist nur der gesamte subchondrale Knochenbereich sichtbar. Klicken Sie auf Bild, dann auf Anpassen und dann auf Farbwert, um das Farbfenster für den Schwellenwert zu öffnen. Klicken Sie unten im Schwellenwert-Farbfenster auf Original, um den ursprünglichen Status des Bilds wiederherzustellen.

Verwenden Sie Auswahlwerkzeuge, um eine kleine Box im Knochensubstanzbereich zu zeichnen. Klicken Sie unten im Fenster auf Sample Option (Sample Option), um den Knochensubstanzbereich zu definieren. Der ausgewählte Knochensubstanzbereich wird rot.

Klicken Sie unten im Farbfenster des Schwellenwerts auf Auswählen, um einen Schwellenwert für die Flächenmessung zu erstellen. Klicken Sie im Hauptmenü von ImageJ auf Analysieren und dann auf Messen. Das Ergebnis der Messung des Knochensubstanzbereichs wird im Ergebnisfenster angezeigt.

Speichern Sie die Daten der gesamten subchondralen Knochenfläche und der Knochensubstanzfläche. Die Inter- und Intraobservervariabilität sowie die Reproduzierbarkeit wurden durch pearsons Korrelationskoeffizientenanalyse bestimmt. Die Signifikanz des Unterschieds zwischen den Studiengruppen wurde mit Hilfe des Student t-Tests oder der Einweg-ANOVA bestimmt, gefolgt von einem Post-hoc-Test.

Diese Abbildung zeigt die oberen und unteren Paneele. Das obere Feld zeigt Mikrofotografien histologischer Bilder aus Sham- und DMM-Gruppen für eine auf visueller Schätzung basierende subchondrale Knochenbewertung. Die unteren Panels zeigen Mikrofotografien histologischer Bilder aus Sham- und DMM-Gruppen für die ImageJ-gestützte, quantitative subchondrale Knochenmessung.

Die mit einer gepunkteten gelben Linie umrandeten Felder, die mit Adobe Illustrator erstellt wurden, definieren den gesamten subchondralen Knochenbereich von Interesse. Der Bereich der Knochensubstanz innerhalb der Boxen ist orange hervorgehoben. Bemerkenswerte subchondrale Knochenverdickungen im medialen Femurkondylus und im medialen Tibiaplateau können mit der ImageJ-Software quantifiziert werden.

In dieser Abbildung zeigen Interobserver-Variationstests eine hohe Reproduzierbarkeit zwischen Beobachtern sowohl für die erste als auch für die zweite Messung der subchondralen Knochendicke im medialen Tibiaplateau und den medialen femmoralen Kondylenregionen von Interesse. In dieser Abbildung zeigen Intraobserver-Variationstests eine hohe Reproduzierbarkeit zwischen den ersten und zweiten subchondralen Knochendickenmessungen im medialen Tibiaplateau und den medialen femmoralen Kondylenregionen von Interesse. Tabelle 1 zeigt eine vergleichende Analyse der Reproduzierbarkeit zwischen der visuellen Gradierung und der ImageJ-gestützten quantitativen Messung der subchondralen Knochendicke.

Der Korrelationskoeffiziententest legt nahe, dass die quantitative Messung relativ reproduzierbarer war als das visuelle Bewertungssystem. Diese Abbildung zeigt eine vergleichende Sensitivitätsanalyse der visuellen Gradierung und die ImageJ-gestützte quantitative Messung der subchondralen Knochendicke im medialen Femurkondylus und im medialen Tibiaplateau. Die histologischen Bilder für die visuelle Schätzungsbewertung wurden in drei Gruppen unterteilt.

Der quantitative subchondrale Knochendickenwert aller drei Beobachter für die DMM-Bilder mit einem visuellen Null-Score war signifikant höher als der der Sham-Bilder mit einem visuellen Null-Score, was darauf hindeutet, dass die quantitative Messung empfindlicher ist als die visuelle Einstufung auf eine leichte subchondrale Knochenverdickung. Das neu entwickelte Protokoll zur quantitativen Messung der osteoarthritischen subchondralen Knochendicke ist empfindlicher gegenüber leichten subchondralen Knochenveränderungen als die weit verbreiteten visuellen Grading-Systeme. Und dieses Protokoll kann zur Erkennung früher osteoarthritischer subchondraler Knochenveränderungen und zur Beurteilung der In-vivo-Wirksamkeit von Osteoarthritis-Behandlungen in Verbindung mit osteoarthritis knorpelgrading verwendet werden.