Name: 4-מימדי ניתוח CT באמצעות 3D סדרתית-3D הרישום (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 5 s
Description: למדו שיטה לשחזור תנועת עצם נעדה מול עצם קבוע באמצעות נתוני CT תלת-ממדי. השיטה מאפשרת ניתוח קינמטיקה מפרקית מפורטת בתהליך חצי אוטומטי לשיפור הדיוק והיעילות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה אושר על ידי מועצת הסקירה המוסדית של המוסד שלנו (מספר אישור: 20150128).

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי מועצת הסקירה המוסדית של בית הספר לרפואה של אוניברסיטת Keio.
הערה: מפרק הקינמטיקה נמדד על ידי שחזור התנועה של עצם נעה סביב עצם קבוע. עבור מפרק ברכיים, עצם הירך מוגדרת כעצם קבוע והשוקה מוגדרת כעצם הנעה.
1. פרוטוקול הדמיה CT
<ol><li>. הגדר את מכונת הסי. טי לרכוש בדיקות CT עם 320-גלאי שורה מערכת CT כדי לאפשר שלבים מרובים של נתוני נפח תלת-ממד עם כיסוי הגולגולת 160 מ"מ. לדוגמה, בניתוח של הברך הברכיים, רכישת התמונה מורכב 51 סריקות נפח עם זמן סיבוב של 0.275 s, וכל התמונות משוחזרים באמצעות שחזור חצי, כך הרזולוציה הטמפורלית היא כ 0.16 s.</li>
	<li>השתמש בפרמטרי הסריקה הבאים: מתח שפופרת שיא = 100 kVp; זרם צינור = 40 mA; כיסוי סריקה = 160 מ"מ; מטריצה גודל = 512 x 512 פיקסלים; ועובי סעיף שחזור ומרווח מקטע = 0.5 מ"מ.</li>
	<li>מניחים את מפרק היעד של הנושא בתוך ה-CT גנטרי במיקום ההתחלתי של המבחן 4dct (איור 1).</li>
	<li>לפני הבחינה CT, תרגול תנועות של המפרק מהמיקום ההתחלה ועד הסוף בתוך זמן הבדיקה הנדרשת. בקש מהנושא להעביר את המפרק במהלך זמן הסריקה של 10.275 ולקבל סדרה של נתוני נפח. אחסן את נתוני אמצעי האחסון הרציפים בתבנית DICOM.</li>
	<li>לבצע 3DCT סטטי של כל עצמות היעד ולאחסן את הנתונים בפורמט DICOM.</li>
</ol>2. שחזור פני השטח
<ol><li>בצעו חצי אוטומטי פילוח של נתוני 3DCT (איור 2א).<ol>
<li>טעינת נתוני CT DICOM על-ידי בחירת כל קבצי DICOM של נתוני 3DCT סטטי.</li>
		<li>פתח את שדה התווית על-ידי לחיצה על ערוך שדה תווית חדש ובדוק איזה ערך הנחת CT של הסף מתאים לחילוץ עצם בקליפת הגולגולת מעצם המקור. בחרו חומרים עם ערכי הנחת CT מעל לסף. לדוגמה, סף קליפת העצם עבור נושא צעיר מוגדר כ- 250. בדוק את התווית עבור בחירת קליפת העצם ולשנות באופן ידני את התיחום באמצעות כלי עריכה לעקביות עם צורת העצם.</li>
		<li>צור את נתוני פני השטח (רשתות שינוי משולש) מתוך מיקום קליפת העצם המסומנת בתווית (ענן נקודות בתוכנה). אחסן את נתוני פני השטח על-ידי ייצוא נתונים בתבנית של השפה הרגילה (STL).</li>
		<li>לחץ על צור משטח | . למרוח על התווית של עצם הקליפת הגולגולת לחץ על קובץ | יצא נתונים כ | STL בינארי קטן Endian לשמור את נתוני פני השטח בפורמט STL.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ביצוע פילוח אוטומטי של נתוני עוצמת הקול של 4DCT (איור 2B). הערה: כל מסגרת של נתוני DICOM כוללת את התפלגות ערכי ה-CT הנחלש בבדיקת CT.<ol>
<li>הגדר את הסף של קליפת העצם כמו CT סטטי, ולחלץ נתונים גיאומטריים המראים ערכי הנחת CT מעל הסף מכל 51 מסגרות של נתונים 4DCT באמצעות מודול הקריאה DICOM בתוכנת התיכנות. התאימו את הסף בהתאם לצפיפות העצם של עצם המקור. לדוגמה, עבור עצם הosteoporotic, הגדר את הסף נמוך יותר.</li>
		<li>תרגם את כל הנתונים מיקומיים שהתקבלו כבר בשלב הקודם לתוך פורמט שניתן לפרש על ידי תוכנת עיבוד תמונה (למשל, Avizo). בתוכנה עיבוד תמונה, לשחזר את כל הנתונים פני השטח של ענן הנקודה עם ערכי הנחת CT גבוה יותר מסף עבור כל מסגרות 4DCT באמצעות קובץ script עיבוד אצווה. תוכנת עיבוד התמונה מכילה את הפונקציה לקרוא את ה-script ולייצא את נתוני פני השטח מנתוני סדרת DICOM באופן אוטומטי. סקריפט האצווה מוצג בקובץ הקידוד המשלים.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. רישום תמונה
הערה: בשלב זה, לשחזר את התנועות של העצם נע ביחס עצם קבוע מן הנתונים הגולמיים 4DCT DICOM.
<ol><li>בצע רישום פני השטח מ 3DCT סטטי למסגרת הראשונה של 4DCT.<ol>
<li>לקצץ את העצמות 3DCT סטטי לתוך נתונים חלקיים הכלולים בכל המסגרות של 4DCT לשימוש עם הנקודה הקרובה איטראטיבית (הקאמרי הנייח) אלגוריתם11 בתוכנת עריכת שינוי רשת תלת-ממד באמצעות בחירת הפונקציה Face (איור 3א) על ידי הפניית נתוני הסרט 4dct. נתוני פני השטח מ-4DCT הם רק מקטעים חלקיים הנכללים בכל דפוס של אמצעי אחסון, משום שרישום פני שטח מחייב שנקודת נתונים אחת של פני השטח תיכלל במשטח אחר.</li>
		<li>בחר שלושה ציוני דרך בעצמות קבוע ונעים כי ניתן לזהות בקלות מן המשטח 3DCT גזוז ואת הנתונים פני השטח של המסגרת הראשונה של 4DCT ב שינוי הצורה 3D התוכנה לעריכת באמצעות הפונקציה בדיקת נקודות (איור 3B).</li>
		<li>התאם את העצמות הקבועות והנעות בערך על המסגרת הראשונה של נתוני פני השטח של 4dct (איור 3ג) לפי ציוני הדרך ה3.1.2. לאחר מכן, בצע רישום משטח באמצעות האלגוריתם הקאמרי11 באמצעות תוכנת קוד פתוח (לדוגמה, vtk). הערה: תהליך זה מספק שינוי הומוגנית מטריצות של העצמות קבוע ונעים מ 3DCT סטטי למסגרת הראשונה של 4DCT (איור 3ד). מטריצות אלה הן 4 x 4 מטריצות המורכב סיבוב ותרגום, כפי שמוצג באיור 4. ניתן לחשב גם את מטריצת השינוי הגורמת לפעולה הפוכה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בצע רישום משטח רציף (איור 5).<ol>
<li>התאם את המשטחים החלקיים של העצם הקבועה והזזה במסגרת 4DCT הראשונה אל פני השטח של המסגרת השניה. לאחר מכן, התאם את המשטחים החלקיים של המסגרת הראשונה אלמסגרת ה -i + 1 של 4DCT ברצף. חזור על תהליך זה עד למסגרת האחרונה של 4DCT על-ידי תכנות בשימוש במודול הקאמרי החופשי בתוכנת הקוד הפתוח.</li>
	</ol>
</li>
	<li>חישוב מטריצות המרה מן 3DCT סטטי לכל המסגרות 4DCT על פי התוצאות של 3.1 ו 3.2.</li>
	<li>בנייה מחודש נע תנועה העצם ביחס עצם קבוע (איור 6).<ol>
<li>לשחזר את הקינמטיקה של העצם נע ביחס עצם קבוע מן המטריצות המייצגים את הטרנספורמציה של 3DCT סטטי לכל מסגרת 4DCT. הגדירו את מערכות הקואורדינטות של העצמות הקבועות והזזות כאשר פרמטרי הסיבוב נמדדים (לדוגמה, בגמישות זווית או זווית סיבוב שחושבו על-ידי זווית אוילר/cardan)12,13,14.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Andriacchi, T. P., Alexander, E. J., Toney, M. K., Dyrby, C., Sum, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+point+cluster+method+for+in+vivo+motion+analysis%3A+applied+to+a+study+of+knee+kinematics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A point cluster method for in vivo motion analysis: applied to a study of knee kinematics.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 120 (6), 743-749 (1998).</li>
<li>Corazza, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+markerless+motion+capture+system+to+study+musculoskeletal+biomechanics%3A+visual+hull+and+simulated+annealing+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A markerless motion capture system to study musculoskeletal biomechanics: visual hull and simulated annealing approach.</a> Annals of Biomedical Engineering. 34 (6), 1019-1029 (2006).</li>
<li>Reinschmidt, C., van den Bogert, A. J., Nigg, B. M., Lundberg, A., Murphy, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+skin+movement+on+the+analysis+of+skeletal+knee+joint+motion+during+running%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Effect of skin movement on the analysis of skeletal knee joint motion during running.</a> Journal of Biomechanics. 30 (7), 729-732 (1997).</li>
<li>Burgess, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+a+simulated+scaphoid+malunion+on+wrist+motion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hand+Surgery%22%5BJournal%5D)">The effect of a simulated scaphoid malunion on wrist motion.</a> Journal of Hand Surgery. 12 (5 Pt 1), 774-776 (1987).</li>
<li>Shoemaker, S. C., Markolf, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+joint+load+on+the+stiffness+and+laxity+of+ligament-deficient+knees.+An+in+vitro+study+of+the+anterior+cruciate+and+medial+collateral+ligaments%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Joint+Surgery+%28American+Volume%29%22%5BJournal%5D)">Effects of joint load on the stiffness and laxity of ligament-deficient knees. An in vitro study of the anterior cruciate and medial collateral ligaments.</a> Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 67 (1), 136-146 (1985).</li>
<li>Eckstein, F., Lohe, F., Muller-Gerbl, M., Steinlechner, M., Putz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress+distribution+in+the+trochlear+notch.+A+model+of+bicentric+load+transmission+through+joints%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Joint+Surgery+%28British+Volume%29%22%5BJournal%5D)">Stress distribution in the trochlear notch. A model of bicentric load transmission through joints.</a> Journal of Bone and Joint Surgery (British Volume). 76 (4), 647-653 (1994).</li>
<li>Omid, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanical+analysis+of+latissimus+dorsi+tendon+transfer+with+and+without+superior+capsule+reconstruction+using+dermal+allograft%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Shoulder+and+Elbow+Surgery%22%5BJournal%5D)">Biomechanical analysis of latissimus dorsi tendon transfer with and without superior capsule reconstruction using dermal allograft.</a> Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 28 (8), 1523-1530 (2019).</li>
<li>Tsai, T. Y., Lu, T. W., Chen, C. M., Kuo, M. Y., Hsu, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+volumetric+model-based+2D+to+3D+registration+method+for+measuring+kinematics+of+natural+knees+with+single-plane+fluoroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">A volumetric model-based 2D to 3D registration method for measuring kinematics of natural knees with single-plane fluoroscopy.</a> Medical Physics. 37 (3), 1273-1284 (2010).</li>
<li>Ohnishi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+motion+study+of+femur%2C+tibia%2C+and+patella+at+the+knee+joint+from+bi-plane+fluoroscopy+and+CT+images%5BTitle%5D)+AND+%22Radiological+Physics+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional motion study of femur, tibia, and patella at the knee joint from bi-plane fluoroscopy and CT images.</a> Radiological Physics and Technology. 3 (2), 151-158 (2010).</li>
<li>Dobbe, J. G. G., de Roo, M. G. A., Visschers, J. C., Strackee, S. D., Streekstra, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+a+Quantitative+Method+for+Carpal+Motion+Analysis+Using+Clinical+3-D+and+4-D+CT+Protocols%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Evaluation of a Quantitative Method for Carpal Motion Analysis Using Clinical 3-D and 4-D CT Protocols.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 38 (4), 1048-1057 (2019).</li>
<li>Besl, P. J., McKay, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+registration+of+3-D+shapes%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Pattern+Analysis+and+Machine+Intelligence%22%5BJournal%5D)">A method for registration of 3-D shapes.</a> IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 14 (2), 239-256 (1992).</li>
<li>Wu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ISB+recommendation+on+definitions+of+joint+coordinate+system+of+various+joints+for+the+reporting+of+human+joint+motion--part+I%3A+ankle%2C+hip%2C+and+spine%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">ISB recommendation on definitions of joint coordinate system of various joints for the reporting of human joint motion--part I: ankle, hip, and spine.</a> Journal of Biomechanics. 35 (4), 543-548 (2002).</li>
<li>Wu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ISB+recommendation+on+definitions+of+joint+coordinate+systems+of+various+joints+for+the+reporting+of+human+joint+motion--Part+II%3A+shoulder%2C+elbow%2C+wrist+and+hand%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various joints for the reporting of human joint motion--Part II: shoulder, elbow, wrist and hand.</a> Journal of Biomechanics. 38 (5), 981-992 (2005).</li>
<li>Crawford, N. R., Yamaguchi, G. T., Dickman, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+technique+for+determining+3-D+joint+angles%3A+the+tilt%2Ftwist+method%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Biomechanics+%28Bristol%2C+Avon%29%22%5BJournal%5D)">A new technique for determining 3-D joint angles: the tilt/twist method.</a> Clinical Biomechanics (Bristol, Avon). 14 (3), 153-165 (1999).</li>
<li>Sato, T., Koga, Y., Omori, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+lower+extremity+alignment+assessment+system%3A+application+to+evaluation+of+component+position+after+total+knee+arthroplasty%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Arthroplasty%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional lower extremity alignment assessment system: application to evaluation of component position after total knee arthroplasty.</a> Journal of Arthroplasty. 19 (5), 620-628 (2004).</li>
<li>Ishii, Y., Terajima, K., Terashima, S., Koga, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+kinematics+of+the+human+knee+with+intracortical+pin+fixation%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Orthopaedics+and+Related+Research%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional kinematics of the human knee with intracortical pin fixation.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. (343), 144-150 (1997).</li>
<li>Asano, T., Akagi, M., Tanaka, K., Tamura, J., Nakamura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+three-dimensional+knee+kinematics+using+a+biplanar+image-matching+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Orthopaedics+and+Related+Research%22%5BJournal%5D)">In vivo three-dimensional knee kinematics using a biplanar image-matching technique.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. (388), 157-166 (2001).</li>
<li>Saltybaeva, N., Jafari, M. E., Hupfer, M., Kalender, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimates+of+effective+dose+for+CT+scans+of+the+lower+extremities%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Estimates of effective dose for CT scans of the lower extremities.</a> Radiology. 273 (1), 153-159 (2014).</li>
<li>Mat Jais, I. S., Tay, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinematic+analysis+of+the+scaphoid+using+gated+four-dimensional+CT%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Radiology%22%5BJournal%5D)">Kinematic analysis of the scaphoid using gated four-dimensional CT.</a> Clinical Radiology. 72 (9), e791-e799 (2017).</li>
<li>Tanaka, M. J., Elias, J. J., Williams, A. A., Demehri, S., Cosgarea, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+patellar+maltracking+using+dynamic+kinematic+CT+imaging+in+patients+with+patellar+instability%5BTitle%5D)+AND+%22Knee+Surgery%2C+Sports+Traumatology%2C+Arthroscopy%22%5BJournal%5D)">Characterization of patellar maltracking using dynamic kinematic CT imaging in patients with patellar instability.</a> Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 24 (11), 3634-3641 (2016).</li>
<li>Troupis, J. M., Amis, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Four-dimensional+computed+tomography+and+trigger+lunate+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Computer+Assisted+Tomography%22%5BJournal%5D)">Four-dimensional computed tomography and trigger lunate syndrome.</a> Journal of Computer Assisted Tomography. 37 (4), 639-643 (2013).</li>
<li>Kakar, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Role+of+Dynamic+%284D%29+CT+in+the+Detection+of+Scapholunate+Ligament+Injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Wrist+Surgery%22%5BJournal%5D)">The Role of Dynamic (4D) CT in the Detection of Scapholunate Ligament Injury.</a> Journal of Wrist Surgery. 5 (4), 306-310 (2016).</li>
<li>Zhao, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+technique+for+quantifying+wrist+motion+using+four-dimensional+computed+tomography%3A+approach+and+validation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A technique for quantifying wrist motion using four-dimensional computed tomography: approach and validation.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 137 (7), (2015).</li>
<li>Breighner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relative+accuracy+of+spin-image-based+registration+of+partial+capitate+bones%5BTitle%5D)+AND+%22in+4DCT+of+the+wrist.+Computer+Methods+in+Biomechanics+and+Biomedical+Engineering%3A+Imaging+%26+Visualization%22%5BJournal%5D)">Relative accuracy of spin-image-based registration of partial capitate bones.</a> in 4DCT of the wrist. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging & Visualization. 4 (6), 360-367 (2016).</li>
<li>Goto, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+pilot+study+evaluating+the+thumb+carpometacarpal+joint+during+circumduction%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Orthopaedics+and+Related+Research%22%5BJournal%5D)">In vivo pilot study evaluating the thumb carpometacarpal joint during circumduction.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (4), 1106-1113 (2014).</li>
<li>Zhang, X., Jian, L., Xu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+3D+point+cloud+registration+based+on+bidirectional+Maximum+Correntropy+Criterion%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Robust 3D point cloud registration based on bidirectional Maximum Correntropy Criterion.</a> PloS One. 13 (5), e0197542(2018).</li>
<li>Baker, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ISB+recommendation+on+definition+of+joint+coordinate+systems+for+the+reporting+of+human+joint+motion-part+I%3A+ankle%2C+hip+and+spine%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">ISB recommendation on definition of joint coordinate systems for the reporting of human joint motion-part I: ankle, hip and spine.</a> Journal of Biomechanics. 36 (2), 300-302 (2003).</li>
<li>Qiu, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+segmentation+of+the+mandible+from+computed+tomography+scans+for+3D+virtual+surgical+planning+using+the+convolutional+neural+network%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Automatic segmentation of the mandible from computed tomography scans for 3D virtual surgical planning using the convolutional neural network.</a> Physics in Medicine and Biology. , (2019).</li>
<li>Hemke, R., Buckless, C. G., Tsao, A., Wang, B., Torriani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+learning+for+automated+segmentation+of+pelvic+muscles%2C+fat%2C+and+bone+from+CT+studies+for+body+composition+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Skeletal+Radiology%22%5BJournal%5D)">Deep learning for automated segmentation of pelvic muscles, fat, and bone from CT studies for body composition assessment.</a> Skeletal Radiology. , (2019).</li>
<li>Lee, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+scanning+parameters+and+breathing+patterns+on+image+quality+and+accuracy+of+tumor+motion+reconstruction+in+4D+CBCT%3A+a+phantom+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Clinical+Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Impact of scanning parameters and breathing patterns on image quality and accuracy of tumor motion reconstruction in 4D CBCT: a phantom study.</a> Journal of Applied Clinical Medical Physics. 16 (6), 195-212 (2015).</li>
</ol>

למחברים אין אינטרסים פיננסיים מתחרים.

השיטה שלנו מאפשרת הדמיה וכימות של תנועות של עצמות שלמות ומספק נתונים מספרית של העצם נע ביחס העצם קבוע מנתונים 4DCT. כלים רבים הוצעו עבור מדידת הקינמטיקה משותפת. העור סמנים בתנועה יכול לנתח תנועות הגוף הכולל על פני זמן רב. עם זאת, שיטה זו מכילה שגיאות בתנועת העור3. יש להעריך את הקינמטיקה המשותפת מתנועת עצמות סמוכות. השיטה 2D-3D הרישום משתמש fluoroscopy ולסיק 3D kinאמאם מתוך תמונות דו מימדית סדרתית. שגיאות טרנסלtional עדיין קיימות, למרות שתוכנת הניתוח התפתחה כדי להסביר זאת. מחקרים מחזור רבים מדדו הק...

משותף הקינמטיקה תוארה באמצעות מספר מתודולוגיות, כגון חיישני תנועה ללכוד, 2d-3d הרישום, ומחקרים מחזור. לכל שיטה יש יתרונות וחסרונות ספציפיים. לדוגמה, חיישני תנועה ללכוד יכול למדוד מהר, בקנה מידה גדול תנועות באמצעות מצלמות אינפרא אדום עם או בלי חיישנים בנושא1,2. עם זאת, שיטות אלה למדוד תנועה העור כדי להסיק kinאמאם משותף, ולכן להכיל שגיאות תנועה בעור3.
מחקרים cadaveric שימשו כדי להעריך טווחים של תנועה, חוסר יציבות, והקשר אזורים4,5,6. גישה זו יכולה למדוד שינויים קטנים במפרקים קטנים באמצעות CT או חיישנים אופטיים המחוברים ישירות לעצם באמצעות פינים או ברגים. מודלים cadaveric בעיקר להעריך תנועות פסיבי, למרות מספר מפעילים שימשו כדי להחיל כוחות חיצוניים הגידים כדי לדמות תנועה דינמית7. תנועה משותפת פעילה ניתן למדוד על ידי שיטות הרישום 2D-3D, התאמת תמונות 3DCT לתמונות 2D fluoroscopy. למרות שרמת הדיוק של תהליך ההרשמה נותרת במחלוקת, רמת הדיוק המדווחת גבוהה מספיק בדרך כלל לקינמטיקה משותפת גדולה8,9. עם זאת, לא ניתן להחיל שיטה זו על עצמות קטנות או על עצמות מרובות בחללים צרים.
לעומת זאת, 4DCT היא שיטת CT דינמית המשיג סדרה של נתונים נפחי. ניתן לנתח תנועות משותפות פעילות באמצעות גישה זו10. טכנולוגיה זו מספקת נתונים מדויקים תלת-ממדיים של כל החומרים בתוך ה-CT gantry. התנועות המשותפת בתלת מימד מראות בבירור את הצופה. עם זאת, המתאר הקינמטיקה משותפת מסדרה כזו של נתוני נפח עדיין קשה, כי כל העצמות נעות ואין ציוני דרך ניתן לעקוב במהלך התנועות הפעילות ב vivo.
פיתחנו שיטה עבור ניתוח 4DCT המספק את vivo משותף משותפת של כל העצמות סביב המפרק במהלך תנועות פעיל. מטרת מאמר זה היא להציג את השיטה שלנו, את הטכניקה הרציפה 3D תלת-ממד הרישום עבור ניתוח 4DCT, ולהציג תוצאות הנציג המתקבל באמצעות שיטה זו.

<table><tbody><tr><td>סורק 4DCT</td><td>מערכות רפואיות של Canon (טוצ'יג'י, יפן)</td><td>N/A</td><td>סריקת 4DCT, סריקת 3DCT סטטית</td></tr><tr><td>AVIZO(9.3.0)*</td><td>Thermo Fisher Scientific (OR, ארה"ב)</td><td></td><td>תוכנת עיבוד תמונה. שחזור פני השטח מנתוני CT DICOM ונתוני ענן נקודות. * Ryan, T. M. & ווקר, א. מבנה עצם טרבקולרי בראשי עצם הזרוע והירך של פרימטים אנתרופואידים. ענת רק (הובוקן). 293 (4), 719-729, doi:10.1002/ar.21139, (2010).</td></tr><tr><td>Meshlab**</td><td>ISTI (פיזה, איטליה)</td><td>N/A</td><td>חיתוך משטח ובחירת ציוני דרך ** MeshLab: כלי לעיבוד רשת בקוד פתוח. כנס הפרק האיטלקי השישי של Eurographics, עמוד 129-136, 2008. P. Cignoni, M. Callieri, M. Corsini, M. Dellepiane, F. Ganovelli, G. Ranzuglia</td></tr><tr><td>VTK(6.3.0)***</td><td>Kitware (ניו יורק, ארה"ב)</td><td>N/A</td><td>אלגוריתם איטרטיבי של הנקודות הקרובות ביותר. משמש בתכנות שפת פייתון. *** https://vtk.org</td></tr><tr><td>Python(3.6.1)</td><td>Python Software Foundation</td><td>עיבוד</td><td>קבצי DICOM כדי לחלץ את ענן הנקודות מקליפת העצם (מודול 'dicom.py'). חישוב מטריצות הסיבוב. (מודול Numpy) רגוסטרציה של תמונה רציפה באמצעות אלגוריתם ICP</td></tr></tbody></table>

4-מימדי ניתוח ct באמצעות 3d סדרתית-3d הרישום

Four-Dimensional CT Analysis Using Sequential 3D-3D Registration

טומוגרפיה ממוחשבת בעלת ארבעה מימדים (4DCT) מספקת סדרה של נתוני נפח והצגת תנועות משותפות. עם זאת, אנליזה נומרית של נתונים 4DCT נשאר קשה כי פילוח בכל מסגרות נפחי הוא זמן רב. כיוונו לנתח משותף הקינמטיקה באמצעות שיטה רציפה 3D-3D הרישום כדי לספק את kinאמאם של העצם נע ביחס העצם קבוע למחצה באמצעות נתונים DICOM 4DCT ותוכנה קיימת. נתוני פני השטח של עצמות המקור. משוחזרים מ-3DCT נתוני פני השטח הגזוז מותאמים בהתאמה לנתוני פני השטח מהמסגרת הראשונה ב-4DCT. משטחים מגזומים אלה מותאמים באופן רציף עד למסגרת האחרונה. תהליכים אלה מספקים מידע מיקומי לעצמות היעד בכל המסגרות של 4DCT. לאחר מערכות הקואורדינטות של עצמות היעד הם החליטו, התרגום זוויות סיבוב בין כל שתי עצמות ניתן לחשב. ניתוח 4DCT זה מציע יתרונות בניתוח קימטי של מבנים מורכבים כגון עצמות שורש כף היד או טארסאל. עם זאת, תנועות מהיר או בקנה מידה גדול לא ניתן לאתר בגלל חפצי תנועה.

אנו מתארים את התנועה של השוקה במהלך הארכת הברך. מפרק הברך הוצב בתוך ה-CT. כרית משולש שימש לתמיכה בעצם הירך בתנוחת ההתחלה. הברך הורחבה למצב ישר במהלך 10 ס מ. חשיפה לקרינה נמדדה. בנוסף 4dct, 3dct סטטי של עצם הירך, שוקה, ו צלחית בוצעה. נתוני המשטח של עצם הירך. והשוקה שוחזרו הסף של מספרי HU של קליפת העצם הוגדר כמו 250 HU ואת נתוני פני השטח של כל 51 מסגרות שוחזרו.
עצם הירך והשוקה נחתכו לתוך נתוני משטח חלקי שנכללו כל 4DCT framesby בדי...

ניתחנו מידע משותף. מנתוני טומוגרפיה ממדית שיטת הרישום הרציפה תלת-ממדית למחצה מספקת את הקינמטיקה של העצם הנעה ביחס לעצם הנושא מנתוני טומוגרפיה ממוחשבת בארבעה מימדים.

4-מימדי ניתוח CT באמצעות 3D סדרתית-3D הרישום

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data ...

שיטה לשחזור התנועה של עצם נעה ביחס לעצם הקבועה מנתוני CT 4D, המקלה על התיאור של קינמטיקה משותפת מפורטת. לאחר שנוצר הרך של העצם כולה, ונקודות הייחוס שלך נבחרו, רוב תהליכי השחזור יושלמו באופן אוטומטי. עם מפרק היעד של הנושא בתוך GANTRY CT של תמונת CT 4D, לבקש מהנושא להזיז את המפרק במהלך זמן הסריקה 10 שניות, תוך קבלת סדרה של נתוני נפח.לפילוח חצי אוטומטי של נתוני ה- CT תלת-מימדי, טען את נתוני ה- CT DICOM לתוכנה המתאימה ולחץ על ערוך שדה תווית חדש כדי לפתוח את שדה התווית. זהה איזה ערך סף של בדיקת CT מתאים כדי לחלץ עצם קליפת המוח מעצם המקור, ובחר חומרים עם ערכי ההטלה CT מעל הסף. בדוק את התווית לבחירת קליפת העצם ולהשתמש בכלי עריכה מתאים כדי לשנות באופן ידני את הסימון.כדי ליצור את נתוני פני השטח מנתוני מיקום קליפת העצם המסומן, לחץ על צור משטח ולהשתמש במחוון כדי להחליק את המידה. לאחר מכן לחץ על החל. כדי לשמור את נתוני פני השטח בתבנית STL, לחץ על קובץ וייצא נתונים בשם ובחר STL בינארי ליטל אנדיאן.כדי לבצע פילוח אוטומטי של נתוני נפח CT 4D, השתמש במודול קריאת DICOM בתוכנת התכנות כדי לחלץ את הנתונים הגיאומטריים המציגים את ערכי ההטשה של CT מעל הסף מכל 51 המסגרות של נתוני CT 4D. לאחר מכן השתמש בקובץ Script לעיבוד אצווה כדי לשחזר את כל נתוני פני השטח של ענן הנקודות עם ערכי ההטמנה הגבוהים יותר של CT מאשר הסף עבור כל מסגרות ה- CT באיכות 4D בתוכנת עיבוד התמונה. כדי לבצע רישום משטח מ- CT תלת-מימדי סטטי למסגרת הראשונה של ה- CT 4D, השתמש בפונקציית שלב הבחירה כדי לחתוך את העצמות ב- CT תלת-מימדי סטטי לנתונים חלקיים של מקטע הכלולים בכל המסגרות של נתוני סרט ה- CT 4D.נתוני פני השטח של CT 4D הם מקטעים חלקיים בלבד שייכללו בכל תמונת אמצעי אחסון, מכיוון שרישום פני השטח דורש שנקודת נתוני משטח אחת תיכלל במשטח אחר. השתמש בפונקציה נקודות בחירה כדי לבחור שלושה ציוני דרך בעצמות הקבועות והמזיזות שניתן לזהות בקלות מפני השטח ה-CT תלת-מימדיים החתוך ומנתוני פני השטח של המסגרת הראשונה של CT 4D בתוכנת עריכת רשת שינוי תלת-מימדית. לאחר מכן התאם את העצמות החלקיות הקבועות והמזיזות בערך במסגרת הראשונה של נתוני פני השטח של CT 4D בהתאם לציוני הדרך שנבחרו, ולהשתמש באלגוריתם הנקודה הקרובה ביותר כדי לבצע רישום פני שטח בתוכנת קוד פתוח.כדי לבצע רישום משטח רציף, השתמש במודול הנקודה הקרובה ביותר בתוכנת קוד פתוח כדי להתאים תחילה את המשטחים החלקיים של העצם הקבועה במסגרת CT 4D הראשונה על פני השטח של המסגרת השנייה. לאחר מכן, לשחזר תנועת עצם נעה ביחס לעצם הקבועה. כאשר נמדדו פרמטרי הסיבוב, הגדר את מערכות הקואורדינטות של העצמות הקבועות והזזות.הנתונים לדוגמה של קינמטיקה בברך מראים כי זווית ורוס של השוקה יורדת בהדרגה ככל שהטיביה מורחבת. הסיבוב החיצוני של הטיביאל עולה בסוף ההארכה, בהתאם לתנועת הבית של הברך בדוחות קודמים. גרפים של השגיאה עבור תרגום וסיבוב מראים כי השגיאה נסבלת עבור אורכי עצם הירך ארוכים מ- 9% מהאורך כולו, ואורך השוקה ארוך יותר מ- 7% מהאורך כולו, מכיוון עובי פרוסת ה- CT הוא 0.5 מילימטרים וחרג מגודל השגיאה.בנוסף, החישוב של patellar kinematics מדגים כי ההטיה לצד השני של פתלה תואמת את זווית כיפוף הברך. שחזור פני השטח של קליפת העצם צריך להיבדק חזותית ועשוי לדרוש פילוח ידני. לאחרונה, מחקרים רבים של פילוחים אוטומטיים השתמשו באמצעות טכניקות אלה, שחזור יכול להתבצע באופן אוטומטי.

four-dimensional-ct-analysis-using-sequential-3d-3d-registration

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אנו מתארים את השלבים כדי להשתמש בתוכנה האישית המעוצבת שלנו לשילוב תמונה, ויזואליזציה ותכנון ניתוחי אפילפסיה.

צינור אינטגרצית תמונת 3D Multimodality ותכנון בסיוע מחשב בכירורגיה אפילפסיה

מטרת מחקר זה הייתה לשפר את הרישום שיתוף עבור התמונה פיוז'ן (אם) של נתונים מראש התערבותית CT עם fluoroscopy רנטגן בזמן אמת (XR) במהלך אאורטלי transfemoral שסתום אבי-העורקים (טבי) ההשתלה.

שיפור רישום של תלת-ממד CT Angiography עם הרנטגן Fluoroscopy פיוזן התמונה במהלך ההשתלה שסתום אבי העורקים Transcatheter

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לשימוש שלושה דגמים מודפסים תלת-ממדי עבור שטרם-נותחו תכנון וארגון אינטרה-פעיל של מיקומים וסקולרית מסובך בעת טיפול אנומליה מולדת של אבי העורקים.

הדפסה תלת-ממדית של סטייה אבי העורקים מורכבים

הפרוטוקול מתאר את הייצור של הדפסים תלת מימדיים בצבע מלא של המטופל ספציפי, הגולגולת מודלים אנטומיים לשמש לסימולציה כירורגית. השלבים הקריטיים של שילוב שיטות דימות שונות, פילוח תמונה, הפקת מודל תלת מימדי, וייצור הדפסים מוסברים.

Multicolor 3D הדפסה של גידולים בתוך-גולגולתי מורכב בנוירוכירורגיה

וידאו-רדיוגרפיה דו-כנפית יכולה לכמת קינמטיקה של הכתף ברמת דיוק גבוהה. הפרוטוקול המתואר כאן תוכנן במיוחד כדי לעקוב אחר השכם, ההמרוס והצלעות במהלך העלאת ההאמרל המתכנן, ומתאר את ההליכים לאיסוף נתונים, עיבוד וניתוח. שיקולים ייחודיים לאיסוף נתונים מתוארים גם הם.

מדידת 3D In-vivo כתף Kinematics באמצעות Videoradiography Biplanar

מחקר זה נועד ליצור מודל מודפס בתלת-ממד של חוליה מותנית ספציפית למטופל, המכיל הן את החוליות והן את המודלים של עצבי עמוד השדרה המאוחים מטומוגרפיה ממוחשבת ברזולוציה גבוהה (HRCT) ומנתוני MRI-Dixon.

מודל הדפסה תלת מימדית של החוליה המותנית הספציפית של המטופל

מוצג כאן פרוטוקול מפורט לביצוע ניתוח צפלומטרי תלת מימדי עם שימוש בסריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט אנושית.

הדגמת ביאור ציון דרך צפלומטרית תלת מימדית על סריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט אנושית

השילוב של שיטות הדמיה מרובות נחוץ לעתים קרובות כדי להשיג הבנה מקיפה של פתופיזיולוגיה. גישה זו משתמשת בפנטום כדי ליצור טרנספורמציה דיפרנציאלית בין מערכות הקואורדינטות של שני אופנים, אשר מוחלת לאחר מכן לרישום משותף. שיטה זו מבטלת את הצורך fiducials בסריקות הייצור.

רישום משותף רב-מודאלי חוצה מכשירים וללא סמנים של שיטות הדמיה פרה-קלינית

תהליך של רישום סריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט ותמונות שיניים דיגיטליות הוצג באמצעות בינה מלאכותית (AI) - זיהוי בעזרת ציוני דרך ומיזוג. השוואה עם רישום מבוסס פני שטח מראה כי דיגיטציה ואינטגרציה מבוססות בינה מלאכותית הן אמינות וניתנות לשחזור.

אמינות שילוב טומוגרפיה ממוחשבת מבוססת בינה מלאכותית של קרן חרוט עם תמונות שיניים דיגיטליות

CT ו- 129Xe MRI מספקים מידע משלים על מבנה הריאות שניתן לנצל לניתוח אזורי באמצעות רישום תמונה. כאן, אנו מספקים פרוטוקול הבונה מהספרות הקיימת עבור רישום תמונה 129Xe MR ל- CT באמצעות פלטפורמות קוד פתוח.

דימות ריאתי רב-מודאלי: שימוש במידע משלים מ-CT ו-MRI 129Xe היפרפולרי להערכת מבנה הריאות

אנו מציגים שיטה לניתוח אזור עניין המוגדר על ידי המשתמש (ROI) במודל פגם רדיאלי של חולדה אורכית in vivo . שיטה זו מאפשרת ניתוח השוואתי בין פיגומים שונים שבעבר הוגבלו על ידי וריאציות בשדה הראייה של סריקת טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (μCT), כיוון הדגימה ונוכחות בסיסית של פיגום.

ניתוח תמונת טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת אורכית לאזור עניין המוגדר על ידי המשתמש בפגמים בעצם בגודל קריטי

למדו שיטה לשחזור תנועת עצם נעדה מול עצם קבוע באמצעות נתוני CT תלת-ממדי. השיטה מאפשרת ניתוח קינמטיקה מפרקית מפורטת בתהליך חצי אוטומטי לשיפור הדיוק והיעילות.

4-מימדי ניתוח CT באמצעות 3D סדרתית-3D הרישום

גלה סרטונים נוספים