Analyse de la ToT quadridimensionnelle à l'aide de l'enregistrement 3D-3D séquentiel

Satoshi Oki; Kazuya Kaneda; Yoshitake Yamada; Minoru Yamada; Yutaro Morishige; Kengo Harato; Noboru Matsumura; Takeo Nagura; Masahiro Jinzaki

doi:10.3791/59857

Method Article

Analyse de la ToT quadridimensionnelle à l'aide de l'enregistrement 3D-3D séquentiel

DOI:

10.3791/59857

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November 23rd, 2019

Satoshi Oki¹^,² , Kazuya Kaneda¹ , Yoshitake Yamada³ , Minoru Yamada³ , Yutaro Morishige¹ , Kengo Harato¹ , Noboru Matsumura¹ , Takeo Nagura¹ , Masahiro Jinzaki³

¹Department of Orthopedic Surgery, Keio University School of Medicine, ²Department of Orthopedic Surgery, Saiseikai Utsunomiya Hospital, ³Department of Radiology, Keio University School of Medicine

Summary

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

Nous avons analysé la cinématique commune à partir de données de tomographie calculées en quatre dimensions. La méthode d'enregistrement 3D-3D séquentielle fournit semi-automatiquement la cinématique de l'os en mouvement par rapport à l'os en question à partir de données de tomographie calculées en quatre dimensions.

Abstract

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La tomographie calculée en quatre dimensions (4DCT) fournit une série de données de volume et visualise les mouvements articulaires. Cependant, l'analyse numérique des données 4DCT reste difficile car la segmentation dans tous les cadres volumétriques prend du temps. Nous avons cherché à analyser la cinématique articulaire à l'aide d'une technique d'enregistrement 3D-3D séquentielle pour fournir la cinématique de l'os en mouvement en ce qui concerne l'os fixe semi-automatiquement en utilisant les données 4DCT DICOM et les logiciels existants. Les données de surface des os sources sont reconstruites à partir de 3DCT. Les données de surface taillées sont respectivement appariées avec les données de surface de la première image en 4DCT. Ces surfaces taillées sont assorties séquentiellement jusqu'au dernier cadre. Ces processus fournissent des informations de position pour les os cibles dans tous les cadres de la 4DCT. Une fois que les systèmes de coordonnées des os cibles sont déterminés, les angles de traduction et de rotation entre deux os peuvent être calculés. Cette analyse 4DCT offre des avantages dans les analyses cinématiques de structures complexes telles que les os carpiens ou tarsaux. Cependant, les mouvements rapides ou à grande échelle ne peuvent pas être tracés en raison d'artefacts de mouvement.

Introduction

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La cinématique conjointe a été décrite à l'aide d'un certain nombre de méthodologies, telles que des capteurs de capture de mouvement, l'enregistrement 2D-3D et des études cadavériques. Chaque méthode présente des avantages et des inconvénients spécifiques. Par exemple, les capteurs de capture de mouvement peuvent mesurer des mouvements rapides et à grande échelle à l'aide de caméras infrarouges avec ou sans capteurs sur le sujet¹^,². Cependant, ces méthodes mesurent le mouvement de la peau pour inférer la cinématique articulaire, et contiennent donc des erreurs de mouvement de la peau³.....

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Protocol

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Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par le Conseil d'examen institutionnel de l'École de médecine de l'Université Keio.

REMARQUE : La cinématique articulaire est mesurée en reconstituant le mouvement d'un os en mouvement autour d'un os fixe. Pour la cinématique articulaire du genou, le fémur est défini comme l'os fixe et le tibia est défini comme l'os en mouvement.

1. Protocole d'imagerie Par tocti

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Results

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Nous décrivons le mouvement du tibia pendant l'extension de genou. L'articulation du genou a été positionnée dans le portique CT. Un oreiller triangle a été utilisé pour soutenir le fémur à la position de départ. Le genou a été étendu à une position droite au cours de 10 s. L'exposition au rayonnement a été mesurée. En plus du 4DCT, le 3DCT statique du fémur entier, du tibia, et de la rotule a été exécuté. Les données de surface de l'ensemble du fémur et du tibia ont été reconstruites. Le.......

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Discussion

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Notre méthode permet la visualisation et la quantification des mouvements des os entiers et fournit des données de position numérique de l'os en mouvement par rapport à l'os fixe à partir de données 4DCT. De nombreux outils ont été suggérés pour mesurer la cinématique commune. Les marqueurs de peau de mouvement peuvent analyser les mouvements totaux de corps sur une longue période. Cependant, cette méthode contient des erreurs de mouvement de la peau³. La cinématique articulaire doit être estimée .......

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Disclosures

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Les auteurs n'ont pas d'intérêts financiers concurrents.

Acknowledgements

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Cette étude a été approuvée par la Commission d'examen institutionnel de notre institution (numéro d'approbation : 20150128).

....

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Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Scanner 4DCT	Systèmes médicaux Canon (Tochigi, Japon)	N/A	Balayage 4DCT, Balayage statique 3DCT
AVIZO(9.3.0)*	Thermo Fisher Scientific (OR, USA)		Logiciel de traitement d’images. Reconstruction de surface à partir de données CT DICOM et de données de nuages de points. * Ryan, T. M. & Walker, A. Structure osseuse trabéculaire dans les têtes humérale et fémorale des primates anthropoïdes. Anat Rec (Hoboken). 293 (4), 719-729, doi :10.1002/ar.21139, (2010).
Meshlab**	ISTI (Pise, Italie)	N/A	Découpage de surface et sélection de repères ** MeshLab : un outil de traitement de maillage open-source. Sixth Eurographics Italian Chapter Conference, page 129-136, 2008. P. Cignoni, M. Callieri, M. Corsini, M. Dellepiane, F. Ganovelli, G. Ranzuglia
VTK(6.3.0)***	Kitware (New York, USA)	N/A	Iterative Closest Points algorithm. Utilisé en programmation en langage python. *** https://vtk.org
Python(3.6.1)	Python Software Foundation	N/A	Traitement de fichiers DICOM pour extraire le nuage de points du cortex osseux (module 'dicom.py'). Calcul des matrices de rotation. (Module Numpy) Régression séquentielle d’images à l’aide de l’algorithme ICP

References

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

Andriacchi, T. P., Alexander, E. J., Toney, M. K., Dyrby, C., Sum, J. A point cluster method for in vivo motion analysis: applied to a study of knee kinematics. Journal of Biomechanical Engineering. 120 (6), 743-749 (1998).
Corazza, S., et al.

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