Method Article

Análisis de imágenes de tomografía microcomputarizada longitudinal para la región de interés definida por el usuario en defectos óseos de tamaño crítico

DOI:

10.3791/67904

⸱

June 24th, 2025

 ,  ,  ,  , 
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

In This Article

Summary

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

Presentamos un método para analizar una región de interés (ROI) definida por el usuario en un modelo longitudinal de defecto radial in vivo en rata. Este método permite el análisis comparativo entre diferentes andamios previamente limitados por las variaciones en el campo de visión de la tomografía microcomputarizada (μCT), la orientación de la muestra y la presencia basal del andamio.

Abstract

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

El análisis del volumen óseo por imágenes de microtomografía computarizada (μCT) es una herramienta cuantitativa necesaria para investigar el potencial de regeneración ósea y los resultados dentro de los estudios longitudinales in vivo . Los métodos establecidos para la segmentación ósea utilizan software de visualización para la segmentación de μCT de hueso completo y la alineación de estructuras anatómicas complejas. Estos protocolos de segmentación proporcionan un método sólido y de alta precisión para la segmentación, la alineación y el análisis, pero tienen capacidades limitadas de análisis de región de interés (ROI) definida por el usuario. Presentamos un protocolo que amplía estos métodos para permitir el análisis del volumen óseo de ROI definido por el usuario en torno a un defecto óseo de tamaño crítico. El ROI definido por el usuario en torno al defecto se puede analizar a lo largo del tiempo para estudios longitudinales in vivo . En este trabajo, investigamos imágenes μCT de tres especímenes de rata únicos, cada uno implantado con un andamio de control de policaprolactona (PCL). Los modelos son analizados por tres usuarios (2 experimentados y 1 novato) en puntos de tiempo de 0 y 6 semanas para ilustrar la capacidad de medir un retorno de la inversión en torno a un defecto de tamaño crítico a lo largo de un estudio longitudinal.

Introduction

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

Los defectos óseos de tamaño crítico plantean desafíos clínicos significativos en el manejo del tratamiento ortopédico. Según ASTM F2721, un defecto de tamaño crítico se caracteriza como un defecto con una longitud de 1,5 a 2 veces el diámetro del hueso de interés1. La reparación de estos defectos se ha realizado tradicionalmente mediante el uso de trasplantes autólogos y alogénicos, limitados por los gastos del procedimiento, los riesgos asociados a las cirugías secundarias y el volumen de injerto óseo requerido2. Las técnicas actuales de regeneración ósea se centran en el uso de andamios alogénicos y xenogénicos diseñados para producir efectos osteoconductores y osteoinductivos mediante la optimización de sus propiedades mecánicas, biocompatibilidad, bioactividad, potencial angiogénico y perfiles de degradación 3,4,5. Los biomateriales investigados abarcan desde biocerámicas y biopolímeros hasta metales y otros materiales compuestos6. Las variaciones de estos biomateriales se prueban tanto in vitro como in vivo para examinar su potencial como andamios de regeneración ósea.

μCT es el estándar de oro para imágenes no invasivas y de alta precisión para la evaluación de la morfología, estructura y microestructura ósea en modelos de roedores 7,8,9. Esta modalidad de imagen ha sido descrita para evaluar la progresión longitudinal in vivo de la regeneración ósea en modelos de cicatrización de fracturas10. Se han desarrollado métodos para estandarizar la cuantificación del hueso cortical y trabecular a partir de tomografías computarizadas9. Se han desarrollado flujos de trabajo de segmentación semiautomatizados utilizando software de visualización disponible en el mercado para la segmentación de hueso completo con estructuras anatómicas complejas11. Estos métodos permiten métodos simplificados y accesibles para que los usuarios de diferentes niveles de experiencia produzcan resultados estandarizados y reproducibles. Sin embargo, estos métodos siguen teniendo una capacidad limitada para investigar el ROI definido por el usuario.

Aquí, presentamos un protocolo que amplía los métodos actuales para permitir el análisis del volumen óseo ROI definido por el usuario en torno a un defecto óseo de tamaño crítico para modelos longitudinales in vivo de ratas utilizando software de visualización. Establecer un método consistente de selección de alineamiento y ROI entre semanas del estudio longitudinal fue esencial para el desarrollo de un protocolo sólido. Un punto de tiempo inicial se utiliza como línea de base para la alineación de las semanas posteriores para garantizar una orientación coherente de los modelos sólidos. Siempre que se produzca esta alineación, se pueden seleccionar los cortes de imagen μCT correspondientes de los modelos sólidos superpuestos, que abarcan el defecto de tamaño crítico. El retorno de la inversión consistente se verifica no solo a través de la ubicación de los sectores, sino también mediante la comparación del número de segmentos dentro de la región. El ROI seleccionado del modelo de referencia se puede replicar en las semanas siguientes, lo que permite un análisis comparativo y cuantitativo.

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Protocol

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

Se recolectaron imágenes longitudinales de μCT para este estudio en las semanas 0 y 6 de defectos radiales críticos de 3 mm en ratas hembras adultas Charles River SASCO-SD tratadas con un andamio a base de policaprolactona (PCL). Todo el uso de animales se realizó de acuerdo con los protocolos aprobados por el Comité de Recursos Animales (UCAR) de la Universidad de Rochester. La recolección de imágenes μCT se realizó con Scanco Medical VivaCT 40.

NOTA: Los pasos principales de este protocolo se dividen en segmentación de imágenes μCT, alineación, selección y recorte de ROI, y análisis y visualización (Figura 1). El protocolo para la segmentación de imágenes μCT es una adaptación de Kenney et al. (2022)11.

figure-protocol-1
Figura 1: Diagrama de flujo de trabajo resumido. Los pasos del protocolo se dividen principalmente en segmentación de imágenes, alineación de modelos, selección de ROI y análisis de volumen. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

1. Segmentación de imágenes μCT

  1. Apertura de imágenes dentro del software
    1. Inicie el software Amira (en lo sucesivo, software de visualización) y seleccione Open Data. Dentro de la ventana emergente, navegue hasta el directorio de carpetas deseado para seleccionar el punto de tiempo inicial .dcm archivos. Presione CTRL+A para seleccionar todas las imágenes y haga clic en Abrir imágenes.
    2. Una ventana emergente mostrará información sobre el conjunto de datos de imagen abierto; haga clic en Aceptar para continuar.
    3. Aparecerá una advertencia sobre el escalado. Haga clic en Convertir en flotante (la opción predeterminada) para continuar.
    4. El icono del conjunto de datos aparecerá en la sección Vista del proyecto . Para cambiar el nombre del conjunto de datos, haga clic en el icono del conjunto de datos y presione F2; una vez que se ingresa el nombre deseado, haga clic en Aceptar. Establezca un patrón de nomenclatura para identificar el escaneo (por ejemplo, 'Material de andamio óseo' - 'WKX').
  2. Filtrado y umbral de la imagen μCT
    1. Con las imágenes cargadas en la sección Vista del proyecto , haga clic en el visor 2D predeterminado de Ortho Slice para ver las orientaciones y cortes 2D. Aparecerá una visualización 2D en la ventana de visualización de la derecha.
    2. Para visualizar las imágenes en 3D, haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos, busque Representación de volumen y seleccione. Dentro de la sección Propiedades de la Representación de volúmenes, ajuste el umbral inferior del mapa de colores a 2500 y pulse Intro.
      NOTA: 2D y 3D se pueden activar y desactivar haciendo clic en el cuadrado azul junto a Ortho Slice o Volume Rendering, respectivamente. Para la ventana de visualización de la derecha, hay varias opciones de visualización disponibles en la parte superior de la barra. Estos incluyen diferentes herramientas para mover, rotar o acercar/alejar la imagen; herramientas para cambiar la orientación de la imagen a las vistas XY, XZ e YZ, y herramientas para mediciones sencillas.
    3. Según sea necesario, algunos conjuntos de datos pueden requerir que se eliminen artefactos o datos fuera de la región de interés mediante una edición de volumen. Para agregar una edición de volumen, haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos, busque Edición de volumen y seleccione.
    4. Haga clic en Editar volumen en la sección Vista del proyecto . Dentro de la sección Propiedades , seleccione TabBox en la primera ventana desplegable a la derecha de Herramienta.
    5. Al seleccionar las regiones que desea conservar, ajuste el cuadro de pestañas haciendo clic y arrastrando las esquinas verdes con el cursor de Interact (el icono del cursor apuntado a lo largo de la barra superior de la ventana de visualización). El ajuste de TabBox puede requerir el uso de vistas alternativas (XY, XZ o YZ) para identificar las regiones que se van a eliminar.
    6. Una vez que el TabBox rodea la región que se va a conservar, seleccione Cortar fuera para quitar el artefacto o los datos fuera del TabBox. Se generará un nuevo conjunto de datos modificado en la vista del proyecto.
    7. Haga clic y arrastre la cadena de representación de volumen del conjunto de datos original al conjunto de datos modificado. Esto cambiará la imagen que se muestra en la ventana de visualización al conjunto de datos modificado. Dentro de la sección Propiedades de la Representación de volúmenes, ajuste el umbral inferior del mapa de colores a 2500 y pulse Intro.
    8. Haga clic con el botón derecho en los datos modificados, busque Filtro de mediana y seleccione. En la sección Propiedades del filtro Mediana, seleccione 3D para Interpretación y haga clic en Aplicar. Esto creará un nuevo conjunto de datos filtrados (.filtered) en la sección Vista del proyecto .
    9. Haga clic con el botón derecho en los datos filtrados, busque Umbral interactivo y seleccione. En la sección Propiedades de Umbral interactivo, seleccione 3D para Tipo de vista previa, ajuste el valor inferior del Rango de intensidad a 2500 y haga clic en Aplicar. Esto creará un nuevo conjunto de datos con umbral (.thresholded) en la sección Vista del proyecto .
    10. Haga clic y arrastre la cadena de representación de volumen del conjunto de datos modificado al conjunto de datos con umbral. Desactive el umbral interactivo y active el aumento de volumen (si está desactivado).
  3. Segmentación de la imagen μCT
    1. Haga clic en el conjunto de datos filtrados y luego cambie a la pestaña Segmentación haciendo clic en Segmentación debajo de la barra de menú. Dentro de la pestaña Segmentación , los controles son similares a los de la pestaña Proyecto .
      NOTA: Hay algunas herramientas adicionales relevantes para la ventana de visualización dentro de la pestaña Segmentación . Hay un botón de zoom +/- en la esquina superior de la ventana de visualización que se puede usar para que la imagen llene la ventana de visualización. La imagen se puede centrar en la ventana de visualización utilizando la barra de desplazamiento izquierda/derecha a lo largo de la parte inferior de la ventana de visualización. Encima de esta barra de desplazamiento, hay una segunda barra de desplazamiento para moverse a través de los segmentos de datos μCT.
    2. Para asegurarse de que la pestaña Segmentación esté configurada correctamente, en la sección Editor de segmentación , la imagen se establece en el conjunto de datos filtrados y el campo Etiqueta se establece en el conjunto de datos con umbral. En la sección Materiales , haga doble clic en el Material llamado Material y cámbiele el nombre a Hueso.
    3. Haga clic en Nuevo en el Editor de segmentación para crear un nuevo campo de etiqueta. En la ventana emergente, cambie el nombre utilizando una convención de nomenclatura similar (por ejemplo, 'Material de andamio óseo' - 'WKX' - Marcadores) como antes y como Marcadores y haga clic en Aceptar.
    4. Ajuste la ventana de visualización 2D utilizando vistas alternativas (XY, XZ o YZ) para mostrar una vista de plano sagital o coronal de la imagen.
    5. Utilice el pincel, el lazo, la varita y el umbral dentro de la sección Selección para identificar las áreas de interés. Para este protocolo, seleccione la herramienta pincel . Ajuste el tamaño de la herramienta de pincel ; Por lo general, un puntero de tamaño mediano funciona bien.
    6. Ajuste la pila de imágenes al primer corte en el que el hueso del radio comienza a ser visible. Esto puede requerir moverse a través de las rebanadas varias veces para determinar qué volúmenes pertenecen al radio y al cúbito y cuándo comienzan.
    7. Una vez identificado el corte, use el cursor del pincel para dibujar haciendo clic y arrastrando el cursor alrededor de este segmento de hueso. Aparecerá una línea roja donde se ha dibujado el cursor. Dibuje dentro de la sección del hueso, no fuera del hueso; Esto ayudará al software de visualización a diferenciar entre los dos huesos.
    8. Continúa moviéndote a través de las divisiones y dibujando alrededor del radio. Generalmente, a través de la sección media de la pila de imágenes, se pueden hacer dibujos cada 20-30 cortes de imagen. A lo largo del extremo de la pila de imágenes o alrededor del defecto de tamaño crítico, haga dibujos cada 5-10 cortes de imagen para ayudar al software de visualización a medida que el hueso se desvanece o se desvanece.
    9. Una vez que se haya completado la longitud completa del radio, haga clic en Selección, Relleno y luego en Todos los sectores en el menú desplegable de la barra de menú. Esto llenará todos los dibujos hechos con la herramienta pincel. Ahora aparecerán sombreados con rojo en lugar de contornos.
    10. Haga clic en Seleccionar e interpolar en el menú desplegable de la barra de menús. Esto rellenará las regiones sombreadas del hueso del radio en todas las rebanadas en función de los dibujos realizados.
      NOTA: De vez en cuando se le escapan algunas secciones del hueso. Antes de continuar, desplácese por todas las rodajas para asegurarse de que generalmente haya identificado el hueso. Si se ha omitido una sección de hueso, use la herramienta de pincel para rodear esta región en algunas rodajas alrededor de la sección faltante y repita los dos pasos anteriores (1.3.9 y 1.3.10).
    11. Una vez que se haya identificado completamente el radio, en la sección Materiales , haga doble clic en el material llamado Interior y cámbiele el nombre a Radio.
    12. Haga clic en el símbolo Agregar (+) ubicado debajo de la sección Selección para agregar esto como un material. El radio ahora se delinea en la ventana de visualización. Haga clic en el icono de bloqueo para el material Radio en la sección Materiales antes de continuar; Esto asegurará que no se realicen cambios en este material.
    13. Completa el mismo proceso para el hueso cúbito. En la sección Materiales , haga clic en Agregar para crear un nuevo material. Haga doble clic en el nuevo material y cámbiele el nombre a Ulna.
    14. Repita los pasos 1.3.6 a 1.3.12 para el hueso cúbito.
    15. Una vez completados los pasos para los huesos Radio y Cúbito, desbloquee el Radio haciendo clic en el icono de Bloqueo para el material de Radio en la sección Materiales . Cambie a la pestaña Proyecto haciendo clic en Proyecto debajo de la barra de menú. Ahora hay un conjunto de datos denominado Marcadores aplicados al conjunto de datos filtrados en la sección Vista del proyecto.
    16. Haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos filtrados y busque Cuenca hidrográfica basada en marcadores dentro de la marca (Segmentación de imagen) y seleccione . En la sección Propiedades , haciendo clic en los menús desplegables, establezca los Datos como el conjunto de datos filtrados, los Marcadores como conjuntos de datos de marcadores y la máscara binaria como el conjunto de datos con umbral y haga clic en aplicar.
    17. Se generará un archivo .grown dentro de la sección Vista del proyecto . Haga clic y arrastre la cadena de representación de volumen desde el conjunto de datos con umbrales hasta el conjunto de datos .grown para visualizar la segmentación del radio y el cúbito dentro de la ventana de visualización.
    18. Para convertir el archivo .grown a 8 bits, haga clic en el conjunto de datos .grown y busque Convertir tipo de imagen y seleccione. El archivo .grown se convertirá de 16 bits a 8 bits.

2. Alineación

  1. Alineación de ejes y extracción de radio y cúbito
    NOTA: Si el modelo actual es el punto de tiempo inicial, se deben completar todos los pasos. De lo contrario, comience esta sección en el paso 2.1.4. Para permitir un corte transversal del radio, el modelo de punto de tiempo inicial debe alinearse perpendicularmente al plano de Ortho Slice; Este modelo servirá como línea de base para la alineación de las semanas siguientes.
    1. Dentro de la sección Vista de proyecto , active el Ortho Slice (si está desactivado) y, a continuación, haga clic en el conjunto de datos .grown. En la sección Propiedades , haga clic en el icono Editor de transformación . Con el cursor Interact, ajuste el ángulo del radio y el cúbito haciendo clic en los puntos de alineación del eje verde para que el corte ortogonal cree un corte transversal a través del radio.
    2. Una vez que se ha alineado, se debe crear un nuevo conjunto de datos para guardar esta transformación. Haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos .grown, busque Resample Transformed Image y seleccione.
    3. Haga clic en Volver a muestrear imagen transformada y, dentro de la sección Propiedades , establezca los datos en el conjunto de datos .grown, la interpolación en el vecino más cercano, el modo en extendido, la opción conservar en el tamaño del vóxel y el valor de relleno en 0. Haga clic en Aplicar y se creará un nuevo conjunto de datos .transformado.
    4. Para extraer el radio y el cúbito del modelo de segmentación combinado, haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos .transformed, busque Extraer etiqueta y seleccione.
    5. Haga clic en Extraer etiqueta, dentro de la sección Propiedades , establezca las etiquetas en el conjunto de datos .transformado , el ID de etiqueta en 1 y la opción Exportar a binario marcada. Haga clic en Aplicar y se creará un conjunto de datos de resultados.
    6. Haga clic y arrastre la cadena de representación de volumen desde el conjunto de datos .grown hasta el conjunto de datos Resultado . Haga clic en el conjunto de datos de resultados y presione F2 para cambiar el nombre del archivo (por ejemplo, 'Material de andamio óseo' - 'WKX' - Radio).
    7. Repita los pasos 2.1.4 a 2.1.6 para el cúbito estableciendo el ID de etiqueta en 2 y cambiando el nombre del archivo de resultados a Ulna.
  2. Guardado de archivos y apertura de imágenes longitudinales
    NOTA: Si el modelo actual es el punto de tiempo inicial, se deben completar todos los pasos. De lo contrario, comience esta sección en el paso 2.2.2.
    1. Para guardar el archivo de punto de tiempo inicial, haga clic en Archivo, Guardar proyecto como y Establecer ubicación del directorio de archivos en el menú desplegable de la barra de menú. Establezca el tipo de guardado como un archivo de proyecto y archivos de datos (pack >) (*.hx) y asigne al archivo el nombre como la versión maestra (por ejemplo, 'Bone Scaffold Material'_ 'WKX' MASTER).
    2. Abra el archivo maestro de punto de tiempo inicial (si aún no está abierto) y guarde una copia haciendo clic en Archivo, Guardar proyecto como y Establecer ubicación del directorio de archivos en el menú desplegable de la barra de menú. Establezca el tipo de guardado como un archivo de proyecto y archivos de datos Amira (pack >) (*.hx) y asigne un nombre al archivo (por ejemplo, 'Material de andamio óseo'_ 'WK0' y 'WKX'). Este archivo se utilizará para comparar el punto de tiempo inicial con las semanas posteriores sin sobrescribir el archivo maestro.
    3. Dentro del nuevo archivo de comparación, abra las imágenes para el punto de tiempo de comparación haciendo clic en Abrir datos en la sección Vista del proyecto . Dentro de la ventana emergente, navegue hasta el directorio de carpetas deseado para seleccionar el punto de tiempo inicial .dcm archivos. Presione CTRL+A para seleccionar todas las imágenes y haga clic en Abrir imágenes.
    4. Una ventana emergente proporcionará información sobre el conjunto de datos de imagen abierto; haga clic en Aceptar para continuar.
    5. Aparecerá una advertencia sobre el escalado. Haga clic en Convertir en flotante (la opción predeterminada) para continuar.
    6. El icono del conjunto de datos aparecerá en la sección Vista del proyecto . Para cambiar el nombre del conjunto de datos, haga clic en el icono del conjunto de datos y presione F2; una vez que se ingresa el nombre deseado, haga clic en Aceptar. Se puede establecer un patrón de nomenclatura para identificar el escaneo (por ejemplo, 'Material de andamio óseo' - 'WKX').
  3. Alineación de modelos
    NOTA: Este proceso discutirá la alineación de las segmentaciones óseas del radio. El mismo proceso se puede aplicar al cúbito, según sea necesario. No alinee ambos huesos al mismo tiempo; Esto causará problemas con la alineación adecuada.
    1. Desactive cualquiera de los puntos de tiempo iniciales Renderizado de volumen. No se muestra nada dentro de la ventana de visualización.
    2. Haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos de comparación (semana siguiente), busque Ortho Slice y seleccione.
    3. Repita la sección 1 (comenzando en el paso 1.2), la sección 2 (paso 2.1) después de las notas adicionales para los números de paso proporcionados. Una vez finalizadas estas secciones, reanude en el paso 2.3.4. La finalización de estas secciones producirá la segmentación del conjunto de datos de la semana siguiente y extraerá los huesos del radio y el cúbito.
    4. Haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos de comparación (semana siguiente) para el hueso de radio extraído, busque Asistente de registro de imágenes y seleccione. En la sección Propiedades , establezca Datos como el conjunto de datos de la semana de comparación para el hueso de radio extraído, Referencia como el conjunto de datos de punto de tiempo inicial para el hueso de radio extraído.
    5. En la sección Acciones del Asistente para registro de imágenes , haga clic en Omitir para el paso 1 de 4. Para los pasos 2 y 3 de 4, con el cursor de Interact, ajuste TabBox a la región común entre el punto de tiempo inicial y los conjuntos de datos de la semana de comparación haciendo clic en Aplicar en Acción después de cada paso. Para el paso 4 de 4, establezca Métrica como Correlación, Transformación como Rígida y Prealineación como Alinear ejes principales y haga clic en Aplicar en Acción.
    6. Una vez alineados los conjuntos de datos, haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos de comparación (semana posterior) para el hueso de radio extraído y busque Remuestrear imagen transformada y seleccione. En la sección Propiedades , establezca los Datos como el conjunto de datos de la semana de comparación para el hueso de radio extraído, Interpolación al vecino más cercano, Modo en Extendido, Conservar en Tamaño de vóxel y Valor de relleno en 0 y haga clic en Aplicar. Se creará un nuevo conjunto de datos .transformed para el conjunto de datos de comparación.

3. Selección del ROI y cultivo

NOTA: Complete primero el recorte de ROI para determinar los números de corte alrededor de la fractura de tamaño crítico. Una vez que se determinan estos números de corte, estos se pueden usar en el mismo punto de tiempo para el cúbito, según sea necesario. Para este proceso, el recorte no se puede revertir una vez aplicado al modelo.

  1. Región de interés cultivo
    1. Haga clic en y active la división de ortofotos para el punto de tiempo inicial y establezca los datos en el conjunto de datos de punto de tiempo inicial para el radio extraído. Establezca la Orientación de modo que el plano produzca un corte transversal a través del hueso del radio.
    2. Con la barra deslizante Número de corte de la sección Propiedades , cambie el número de corte para determinar las ubicaciones de corte proximal y distal que rodean el defecto de tamaño crítico. Para ambos cortes, determine el corte más distal y proximal donde la fractura se encuentra con la diáfisis del hueso del radio. Documente el número de rebanada; Este número variará para cada modelo.
    3. Haga clic en y active el Ortho Slice para la semana de comparación y establezca los Datos en el conjunto de datos de punto de tiempo inicial para el radio extraído. Establezca la Orientación para que el plano produzca un corte transversal a través del hueso del radio.
    4. Con la barra deslizante Número de corte de la sección Propiedades y con el conjunto de datos de punto de tiempo inicial que muestra el corte ortodoxo distal, cambie el número de corte de la semana de comparación para que se alinee con el segmento distal del punto de tiempo inicial. El software de visualización permite una comprobación visual de la alineación; Cuando los sectores se superponen, aparecerán como un solo sector en la ventana de visualización.
    5. Anote el número de corte para el corte distal del conjunto de datos de la semana de comparación. Repita el paso 3.1.4 para el corte proximal.
      NOTA: Como comprobación adicional, determine la diferencia entre el corte proximal y distal para los conjuntos de datos de la semana inicial y de comparación. Estos valores deben ser equivalentes, lo que ilustra un ROI de tamaño constante.
    6. Haga clic en el punto de tiempo inicial para el radio extraído. En la sección Propiedades , haga clic en la herramienta Editor de recortes .
    7. Dentro de la ventana emergente Editor de recortes , ingrese los valores mínimo y máximo en el campo X, Y o Z apropiado (la ventana de visualización alterará el ROI a medida que se ingresen). Una vez introducidos los valores, haga clic en Aceptar. El conjunto de datos se recortará al ROI de entrada.
    8. Repita el paso 3.1.7 para el conjunto de datos de la semana de comparación.

4. Análisis y visualización

  1. Análisis de volumen
    1. Para determinar el volumen del conjunto de datos de punto de tiempo inicial, haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos de punto de tiempo inicial transformado para el radio extraído, busque Estadísticas de materiales y seleccione. Dentro de la sección Propiedades , establezca Datos como el punto de tiempo inicial transformado para el radio extraído y, defina Seleccionar como Materiales y haga clic en Aplicar. Un nuevo archivo . Se creará un conjunto de datos MaterialStatistics para el conjunto de datos de punto de tiempo inicial.
    2. Haga clic en el archivo . MaterialStatistics para el punto de tiempo inicial para el radio extraído y dentro de la ventana Propiedades , haga clic en Mostrar hoja de cálculo. Haga clic en la pestaña Tablas encima de la ventana Propiedades . Dentro de esta pestaña, se muestra el volumen del conjunto de datos de punto de tiempo inicial recortado para el radio extraído.
    3. Repita los pasos 4.1.1 y 4.1.2 para el conjunto de datos de la semana de comparación para el radio extraído. Dentro de la pestaña Tabla , el punto de tiempo inicial y la semana de comparación tendrán pestañas separadas en las que se puede hacer clic.
  2. Visualización de conjuntos de datos
    1. Para visualizar el cambio en el volumen óseo, haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos transformados de la semana de comparación para el radio extraído, busque Aritmética y seleccione. Haga clic en Aritmética y dentro de la ventana Propiedades , establezca la Entrada A como el conjunto de datos transformados de la semana de comparación para el radio extraído, establezca la Entrada B como el conjunto de datos de punto de tiempo inicial para el radio extraído, establezca la Entrada C como SIN FUENTE, establezca el Tipo de resultado como Entrada A, deje la opción sin marcar, establezca los canales de resultado como como la entrada A, y establezca Expresión como A-B.
    2. Haga clic en el conjunto de datos de resultados y presione F2 para cambiar el nombre del archivo (por ejemplo, 'Material de andamio óseo' - 'WKX' - Cambio de hueso). Haga clic con el botón derecho en este conjunto de datos de resultados, busque Generar superficie y seleccione. Haga clic en Generar superficie y, dentro de la ventana Propiedades , haga clic en Aplicar y, en la ventana emergente, haga clic en Continuar. Se creará un nuevo conjunto de datos .surf.
    3. Haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos .surf , busque Vista de superficie y seleccione. Se mostrará una vista de superficie del resultado aritmético en la ventana de visualización.
    4. Para cambiar el color de la vista de superficie, haga clic en la vista de superficie en la ventana Vista de proyecto y, a continuación, en la ventana de Propiedades , haga clic en el menú desplegable de Colores y seleccione Constante. Haga clic en el mapa de colores y asigne el color preferido.
    5. Para ver el cambio de volumen óseo en el conjunto de datos de la semana inicial, haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos .transformado, busque Extraer etiqueta y seleccione. Haga clic en Extraer etiqueta y, dentro de la sección Propiedades , establezca las etiquetas en el conjunto de datos .transformado , el ID de etiqueta en 1 y la opción Exportar a binario activada. Haga clic en Aplicar y se creará un conjunto de datos de resultados . Haga clic en el conjunto de datos de resultados y presione F2 para cambiar el nombre del archivo (por ejemplo, 'Material de andamio óseo' - 'WKX' - Completo - Radio).
    6. Haga clic con el botón derecho en este conjunto de datos de resultados, busque Generar superficie y seleccione. Haga clic en Generar superficie y, dentro de la ventana Propiedades , haga clic en Aplicar y en la ventana emergente, haga clic en Continuar. Se creará un nuevo conjunto de datos .surf.
    7. Haga clic con el botón derecho en el conjunto de datos .surf, busque Vista de superficie y seleccione. Se mostrará una vista de superficie del resultado aritmético en la ventana de visualización.
    8. Para cambiar el color de la vista de superficie, haga clic en la vista de superficie en la ventana Vista de proyecto y, a continuación, en la ventana de Propiedades, haga clic en el menú desplegable de Colores y seleccione Constante. Haga clic en el mapa de colores y asigne el color preferido.
    9. Para continuar con semanas adicionales, vuelva al paso 2.2.2.

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Results

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

Se investigaron imágenes de μCT de tres modelos únicos de rata, cada uno tratado con un andamio de policaprolactona (PCL), para ilustrar resultados positivos. El análisis de un estudio longitudinal a través de puntos de tiempo requiere que los modelos sólidos recopilados se alineen antes de seleccionar y recortar un ROI. Para ilustrar esta capacidad durante varias semanas, los modelos sólidos recopilados en las semanas 0 y 6 se alinearon utilizando regiones comunes (Figura 2).

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Discussion

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

Cuantificar el cambio en el volumen óseo es esencial para investigar el potencial de regeneración ósea y los resultados en estudios longitudinales in vivo . Este protocolo se basa en los métodos de segmentación de imágenes μCT establecidos11, proporcionando un enfoque sistemático para especificar una región de interés (ROI) definida por el usuario. Esta técnica ha sido crítica en el análisis de la efectividad de los implantes de andamio óseo para estudios...

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Disclosures

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

Los autores no tienen ningún conflicto de intereses que revelar.

Acknowledgements

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

Queremos agradecer a Mark Kenney por la capacitación sobre los procesos actuales y la discusión en el desarrollo de este proceso, así como a Lindsay Schnur del Núcleo de Biomecánica e Imágenes de Tejidos Multimodales de la Universidad de Rochester. Este estudio fue financiado por subvenciones de NIH/NIAMS: H.A.A. (R01AR07061, P50AR072000 y P30AR069655) y V.Z.Z (T32GM007356, T32GM152318 y T32AR076950).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Amira 3DFEI SAS, parte de Thermo Fisher Scientificv2024.1Programa utilizado para la segmentación de imágenes de microCT.
Prisma de almohadilla gráficaGraphPad Software LLCv10.0.3 (217)Programa utilizado para el desarrollo de gráficos.
R Software estadísticoLa Fundación R para la Computación Estadísticav4.4.0 (2024-04-24)Programa utilizado para realizar análisis ICC.
Scanco Medical VivaCT 40Scanco MedicalNAEscáner microCT utilizado para la recopilación de imágenes microCT.

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