Method Article

Analisi CT quadridimensionale mediante registrazione sequenziale 3D-3D

DOI:

10.3791/59857

⸱

November 23rd, 2019

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

In This Article

Summary

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Abbiamo analizzato la cinematica congiunta da dati di tomografia computerizzata quadridimensionali. Il metodo di registrazione 3D-3D sequenziale fornisce semiautomatica la cinematica dell'osso in movimento rispetto all'osso del soggetto dai dati di tomografia calcolata quadridimensionali.

Abstract

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La tomografia computerizzata quadridimensionale (4DCT) fornisce una serie di dati di volume e visualizza i movimenti articolari. Tuttavia, l'analisi numerica dei dati 4DCT rimane difficile perché la segmentazione in tutti i fotogrammi volumetrici richiede molto tempo. Abbiamo cercato di analizzare la cinematica articolare utilizzando una tecnica di registrazione 3D-3D sequenziale per fornire la cinematica dell'osso in movimento rispetto all'osso fisso in modo semiautomatico utilizzando i dati DICOM 4DCT e il software esistente. I dati di superficie degli ossi di origine vengono ricostruiti da 3DCT. I dati di superficie tagliati vengono rispettivamente abbinati ai dati di superficie del primo fotogramma in 4DCT. Queste superfici tagliate vengono abbinate in sequenza fino all'ultimo fotogramma. Questi processi forniscono informazioni di posizione per le ossa bersaglio in tutti i frame del 4DCT. Una volta decisi i sistemi di coordinate delle ossa di destinazione, è possibile calcolare gli angoli di traslazione e rotazione tra due ossa qualsiasi. Questa analisi di 4DCT offre vantaggi nelle analisi cinematiche di strutture complesse come le ossa carpale o tarsale. Tuttavia, i movimenti veloci o su larga scala non possono essere tracciati a causa di artefatti di movimento.

Introduction

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La cinematica congiunta è stata descritta utilizzando una serie di metodologie, come sensori di motion capture, registrazione 2D-3D e studi cadaverici. Ogni metodo presenta vantaggi e svantaggi specifici. Ad esempio, i sensori di motion capture possono misurare movimenti veloci su larga scala utilizzando telecamere a infrarossi con o senza sensori sul soggetto1,2. Tuttavia, questi metodi misurano il movimento della pelle per dedurre la cinematica articolare e quindi contengono errori di movimento cutaneo3.

Studi Cadaverici sono stati utilizzati per valutare i....

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Protocol

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Tutti i metodi qui descritti sono stati approvati dall'Institutional Review Board della Keio University School of Medicine.

NOTA: la cinematica congiunta viene misurata ricostruendo il movimento di un osso in movimento intorno a un osso fisso. Per la cinematica articolare del ginocchio, il femore è definito come l'osso fisso e la tibia è definita come l'osso in movimento.

1. Protocollo di imaging CT

  1. Impostare la macchina TAC. Acquisire esami TC con un sistema CT a 320-rivelatore-fila per consentire più fasi di dati di volume 3D con copertura craniocaudale 160 mm. Ad esempio, nell'analisi della cinematic....

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Results

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Descriviamo il movimento della tibia durante l'estensione del ginocchio. L'articolazione del ginocchio era posizionata nel gantry CT. Un cuscino a triangolo è stato utilizzato per sostenere il femore nella posizione di partenza. Il ginocchio è stato esteso in una posizione dritta nel corso di 10 s. È stata misurata l'esposizione alle radiazioni. Oltre al 4DCT, è stato eseguito statico 3DCT dell'intero femore, tibia e rotula. Sono stati ricostruiti i dati di superficie dell'intero femore e.......

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Discussion

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Il nostro metodo consente la visualizzazione e la quantificazione dei movimenti di ossa intere e fornisce dati numerici di posizione dell'osso in movimento rispetto all'osso fisso dai dati 4DCT. Sono stati suggeriti molti strumenti per misurare la cinematica articolare. I marcatori della pelle di movimento possono analizzare i movimenti totali del corpo per un lungo periodo di tempo. Tuttavia, questo metodo contiene gli errori di movimento della pelle3. La cinematica articolare deve essere stimata.......

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Disclosures

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Gli autori non hanno interessi finanziari concorrenti.

Acknowledgements

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

Questo studio è stato approvato dall'Institutional Review Board del nostro istituto (numero di approvazione: 20150128).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Scanner 4DCTCanon medical systems (Tochigi, Giappone)N/AScansione 4DCT, Scansione statica 3DCT
AVIZO (9.3.0)*Thermo Fisher Scientific (OR, USA)Software di elaborazione delle immagini.
Ricostruzione della superficie da dati CT DICOM e dati nuvola di punti.
* Ryan, T. M. & Walker, A. Struttura ossea trabecolare nelle teste omerale e femorale dei primati antropoidi. Anat Rec (Hoboken). 293 (4), 719-729, doi:10.1002/ar.21139, (2010).
Meshlab**ISTI (Pisa, Italia)N/ARifilatura di superfici e picking di punti di riferimento
** MeshLab: uno strumento di elaborazione mesh open source. Sesta Conferenza Eurografica del Capitolo Italiano, pagina 129-136, 2008.
P. Cignoni, M. Callieri, M. Corsini, M. Dellepiane, F. Ganovelli, G. Ranzuglia
VTK(6.3.0)***Kitware (New York, USA)N/AIterative Closest Points algorithm. Utilizzato nel linguaggio python programming.
*** https://vtk.org
Python(3.6.1)Python Software FoundationN/Aelaborazione di file DICOM per estrarre la nuvola di punti dalla corteccia ossea (modulo 'dicom.py).
Calcolo delle matrici di rotazione. (Modulo Numpy)
Ripetizione sequenziale dell'immagine utilizzando l'algoritmo ICP

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Corazza, S., et al.

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Four Dimensional CTSequential 3D 3D RegistrationJoint Kinematics AnalysisSurface Registration TechniqueIterative Closest Point AlgorithmBone Surface Reconstruction4DCT DICOM DataTranslation Rotation CalculationCarpal Tarsal AnalysisMotion Artifact Limitation

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