Method Article

Analisi delle immagini con tomografia computerizzata longitudinale per regioni di interesse definite dall'utente in difetti ossei di dimensioni critiche

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

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

Presentiamo un metodo per analizzare una regione di interesse (ROI) definita dall'utente in un modello longitudinale in vivo di difetto radiale di ratto. Questo metodo consente l'analisi comparativa tra diversi scaffold precedentemente limitati da variazioni nel campo visivo della scansione con tomografia microcomputerizzata (μCT), nell'orientamento del campione e nella presenza basale di scaffold.

Abstract

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

L'analisi del volume osseo con tomografia microcomputerizzata (μCT) è uno strumento quantitativo necessario per studiare il potenziale e gli esiti della rigenerazione ossea nell'ambito di studi longitudinali in vivo . I metodi consolidati per la segmentazione ossea utilizzano software di visualizzazione per la segmentazione μCT dell'intero osso e l'allineamento di strutture anatomiche complesse. Questi protocolli di segmentazione forniscono un metodo robusto e ad alta precisione per la segmentazione, l'allineamento e l'analisi, ma sono limitati nelle capacità di analisi delle regioni di interesse (ROI) definite dall'utente. Presentiamo un protocollo che amplia questi metodi per consentire l'analisi del volume osseo ROI definita dall'utente che circonda un difetto osseo di dimensioni critiche. Il ROI definito dall'utente che circonda il difetto può essere analizzato nel tempo per studi longitudinali in vivo . In questo articolo, esaminiamo le immagini μCT di tre esemplari unici di ratto, ciascuno impiantato con uno scaffold di controllo in policaprolattone (PCL). I modelli vengono analizzati da tre utenti (2 esperti e 1 principiante) in punti temporali di 0 e 6 settimane per illustrare la capacità di misurare un ROI che circonda un difetto di dimensioni critiche durante uno studio longitudinale.

Introduction

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

I difetti ossei di dimensioni critiche pongono sfide cliniche significative nella gestione del trattamento ortopedico. Secondo ASTM F2721, un difetto di dimensioni critiche è caratterizzato come un difetto con una lunghezza da 1,5 a 2 volte il diametro dell'osso di interesse1. La riparazione di questi difetti è stata tradizionalmente attraverso l'uso di trapianti autologhi e allogenici limitati dalle spese procedurali, dai rischi associati di interventi chirurgici secondari e dal volume dell'innesto osseo richiesto2. Le attuali tecniche di rigenerazione ossea si concentrano sull'uso di scaffold allogenici e xenogenici progettati per produrre effetti sia osteoconduttivi che osteoinduttivi attraverso l'ottimizzazione delle loro proprietà meccaniche, biocompatibilità, bioattività, potenziale angiogenico e profili di degradazione 3,4,5. I biomateriali studiati spaziano dalle bioceramiche e biopolimeri ai metalli e ad altri materiali compositi6. Variazioni di questi biomateriali sono testate sia in vitro che in vivo per interrogare il loro potenziale come scaffold per la rigenerazione ossea.

La μCT è il gold standard per l'imaging non invasivo e ad alta precisione per la valutazione della morfologia, della struttura e della microstruttura ossea nei modelli di roditori 7,8,9. Questa modalità di imaging è stata descritta per valutare la progressione longitudinale in vivo della rigenerazione ossea nei modelli di guarigione delle fratture10. Sono stati sviluppati metodi per standardizzare la quantificazione dell'osso corticale e trabecolare dalle scansioni μCT9. I flussi di lavoro di segmentazione semi-automatizzati sono stati sviluppati utilizzando un software di visualizzazione disponibile in commercio per la segmentazione dell'intero osso con strutture anatomiche complesse11. Questi metodi consentono agli utenti di avere diversi livelli di esperienza di produrre risultati standardizzati e riproducibili. Tuttavia, questi metodi rimangono limitati nelle capacità di indagare il ROI definito dall'utente.

Qui, presentiamo un protocollo che espande i metodi attuali per consentire l'analisi del volume osseo ROI definita dall'utente che circonda un difetto osseo di dimensioni critiche per modelli longitudinali di ratto in vivo utilizzando un software di visualizzazione. Stabilire un metodo coerente di allineamento e selezione del ROI tra le settimane dello studio longitudinale è stato essenziale per lo sviluppo di un protocollo robusto. Un punto temporale iniziale viene utilizzato come base per l'allineamento delle settimane successive per garantire un orientamento coerente dei modelli solidi. A condizione di questo allineamento, è possibile selezionare le sezioni di immagine μCT corrispondenti dai modelli solidi sovrapposti, comprendendo il difetto di dimensioni critiche. Il ROI costante viene verificato non solo attraverso la posizione della sezione, ma anche attraverso il confronto del numero di sezioni all'interno della regione. Il ROI selezionato dal modello di base può quindi essere replicato nelle settimane successive, consentendo un'analisi comparativa e quantitativa.

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Protocol

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

Le immagini μCT longitudinali per questo studio sono state raccolte alle settimane 0 e 6 da difetti radiali critici di 3 mm in ratti adulti Charles River SASCO-SD trattati con uno scaffold a base di policaprolattone (PCL). Tutto l'uso degli animali è stato eseguito in conformità con i protocolli approvati dal Comitato per le risorse animali (UCAR) dell'Università di Rochester. La raccolta delle immagini μCT è stata eseguita utilizzando Scanco Medical VivaCT 40.

NOTA: Le fasi principali di questo protocollo sono suddivise in segmentazione dell'immagine μCT, allineamento, selezione e ritaglio del ROI, analisi e visualizzazione (Figura 1). Il protocollo per la segmentazione delle immagini μCT è adattato da Kenney et al. (2022)11.

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Figura 1: Diagramma riassuntivo del flusso di lavoro. Le fasi del protocollo sono principalmente suddivise in segmentazione delle immagini, allineamento del modello, selezione del ROI e analisi del volume. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

1. Segmentazione dell'immagine μCT

  1. Apertura di immagini all'interno del software
    1. Avvia il software Amira (di seguito denominato software di visualizzazione) e seleziona Open Data. All'interno della finestra pop-up, vai alla directory della cartella desiderata per selezionare il punto temporale iniziale .dcm file. Premere CTRL+A per selezionare tutte le immagini e fare clic su Apri immagini.
    2. Una finestra pop-up mostrerà le informazioni sul set di dati dell'immagine aperto; fare clic su OK per procedere.
    3. Apparirà un avviso sul ridimensionamento. Fare clic su Converti in float (l'opzione predefinita) per procedere.
    4. L'icona del set di dati apparirà all'interno della sezione Vista progetto . Per modificare il nome del set di dati, fare clic una volta sull'icona del set di dati e premere F2; una volta inserito il nome desiderato, fare clic su OK. Stabilire un modello di denominazione per identificare la scansione (ad esempio, 'Materiale dell'impalcatura ossea' - 'WKX').
  2. Filtraggio e soglia dell'immagine μCT
    1. Con le immagini caricate nella sezione Vista progetto , fare clic sul visualizzatore 2D predefinito Ortofetta per visualizzare gli orientamenti e le sezioni 2D. Una visualizzazione 2D apparirà nella finestra di visualizzazione a destra.
    2. Per visualizzare le immagini in 3D, fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati, cercare Rendering volume e selezionare. All'interno della sezione Proprietà per il rendering del volume, regolare la soglia inferiore della mappa dei colori su 2500 e premere Invio.
      NOTA: 2D e 3D possono essere attivati e disattivati facendo clic sul quadrato blu accanto a Ortogonale o Rendering volume, rispettivamente. Per la finestra di visualizzazione a destra, sono disponibili più opzioni di visualizzazione lungo la parte superiore della barra. Questi includono diversi strumenti per spostare, ruotare o ingrandire/rimpicciolire l'immagine; strumenti per modificare l'orientamento dell'immagine in viste XY, XZ e YZ e strumenti per misurazioni semplici.
    3. Se necessario, alcuni set di dati potrebbero richiedere la rimozione di artefatti o dati esterni all'area di interesse utilizzando una modifica del volume. Per aggiungere una modifica del volume, fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati, cercare Modifica volume e selezionare.
    4. Fare clic su Modifica volume nella sezione Visualizzazione progetto . Nella sezione Proprietà , seleziona TabBox dalla prima finestra a discesa a destra di Strumento.
    5. Quando si selezionano le regioni da mantenere, regolare la TabBox facendo clic e trascinando gli angoli verdi utilizzando il cursore Interagisci (l'icona del cursore appuntita lungo la barra superiore della finestra di visualizzazione). La regolazione di TabBox potrebbe richiedere l'utilizzo di visualizzazioni alternative (XY, XZ o YZ) per identificare le aree da rimuovere.
    6. Una volta che la TabBox circonda l'area da mantenere, selezionare Taglia all'esterno per rimuovere l'artefatto o i dati all'esterno della TabBox. Nella vista del progetto verrà generato un nuovo set di dati modificato.
    7. Fare clic e trascinare la stringa di rendering del volume dal set di dati originale al set di dati modificato. In questo modo l'immagine visualizzata nella finestra di visualizzazione verrà sostituita con il set di dati modificato. All'interno della sezione Proprietà per il rendering del volume, regolare la soglia inferiore della mappa dei colori su 2500 e premere Invio.
    8. Fare clic con il pulsante destro del mouse sui dati modificati, cercare Filtro mediano e selezionare. Nella sezione Proprietà per il filtro mediano, selezionare 3D per l'interpretazione e fare clic su Applica. In questo modo verrà creato un nuovo set di dati filtrato (.filtered) nella sezione Visualizzazione progetto .
    9. Fare clic con il pulsante destro del mouse sui dati filtrati, cercare Soglia interattiva e selezionare. Nella sezione Proprietà per la soglia interattiva, selezionare 3D per Tipo di anteprima, regolare il valore inferiore per l'intervallo di intensità su 2500 e fare clic su Applica. In questo modo verrà creato un nuovo set di dati con soglia (.thresholded) nella sezione Visualizzazione progetto .
    10. Fare clic e trascinare la stringa di rendering del volume dal set di dati modificato al set di dati con soglia. Disattiva la soglia interattiva e attiva il lacerazione del volume (se disattivata).
  3. Segmentazione dell'immagine μCT
    1. Fare clic sul set di dati filtrato, quindi passare alla scheda Segmentazione facendo clic su Segmentazione sotto la barra dei menu. All'interno della scheda Segmentazione , i controlli sono simili a quelli della scheda Progetto .
      NOTA: Ci sono alcuni strumenti aggiuntivi rilevanti per la finestra di visualizzazione all'interno della scheda Segmentazione . C'è un pulsante di zoom +/- nell'angolo superiore della finestra di visualizzazione che può essere utilizzato in modo che l'immagine riempia la finestra di visualizzazione. L'immagine può essere centrata nella finestra di visualizzazione utilizzando la barra di scorrimento sinistra/destra lungo la parte inferiore della finestra di visualizzazione. Sopra questa barra di scorrimento, è presente una seconda barra di scorrimento per spostarsi tra le fette di dati μCT.
    2. Per garantire che la scheda Segmentazione sia impostata correttamente, nella sezione Editor di segmentazione , l'immagine è impostata sul set di dati filtrato e il campo Etichetta è impostato sul set di dati con soglia. Nella sezione Materiali , fai doppio clic sul materiale denominato Materiale e rinominalo in Osso.
    3. Fai clic su Nuovo sotto l'Editor di segmentazione per creare un nuovo campo etichetta. Nella finestra pop-up, rinominarlo utilizzando una convenzione di denominazione simile (ad esempio, 'Materiale dell'impalcatura ossea' - 'WKX' - Marker) come prima e come Marker e fare clic su OK.
    4. Regolare la finestra di visualizzazione 2D utilizzando viste alternative (XY, XZ o YZ) per visualizzare una vista del piano sagittale o coronale dell'immagine.
    5. Usa pennello, lazo, bacchetta e soglia all'interno della sezione Selezione per identificare le aree di interesse. Per questo protocollo, selezionare lo strumento pennello . Regola le dimensioni dello strumento pennello ; In genere, un puntatore di medie dimensioni funziona bene.
    6. Regola la pila di immagini fino alla prima sezione in cui l'osso del radio inizia a essere visibile. Ciò potrebbe richiedere di spostarsi più volte tra le sezioni per determinare quali volumi appartengono al radio e all'ulna e quando iniziano.
    7. Una volta identificata la fetta, usa il cursore del pennello per disegnare facendo clic e trascinando il cursore attorno a questo segmento di osso. Apparirà una linea rossa nel punto in cui il cursore è stato disegnato. Disegna all'interno della sezione dell'osso, non all'esterno dell'osso; Questo aiuterà il software di visualizzazione a differenziare tra le due ossa.
    8. Continuate a spostarvi tra le fette e a disegnare attorno al raggio. Generalmente, attraverso la sezione centrale della pila di immagini, i disegni possono essere realizzati ogni 20-30 sezioni di immagine. Lungo l'estremità della pila di immagini o intorno al difetto di dimensioni critiche, crea disegni ogni 5-10 sezioni di immagine per aiutare il software di visualizzazione mentre l'osso svanisce in entrata o in uscita.
    9. Una volta completata l'intera lunghezza del raggio, fare clic su Selezione, Riempimento, quindi su Tutte le sezioni nel menu a discesa della barra dei menu. Questo riempirà tutti i disegni realizzati con lo strumento pennello. Questi appariranno ora ombreggiati con il rosso anziché con i contorni.
    10. Fare clic su Selezione e Interpolazione nel menu a discesa della barra dei menu. In questo modo verranno riempite le regioni ombreggiate del raggio osseo in tutte le sezioni in base ai disegni realizzati.
      NOTA: A volte mancheranno alcune sezioni di osso. Prima di procedere scorrendo tutte le fette per assicurarsi di aver generalmente identificato l'osso. Se una sezione di osso è stata mancante, utilizzare lo strumento pennello per girare intorno a questa regione su alcune fette che circondano la sezione mancante e ripetere i due passaggi precedenti (1.3.9 e 1.3.10).
    11. Una volta che il raggio è stato completamente identificato, nella sezione Materiali , fai doppio clic sul materiale denominato Interno e rinominalo in Raggio.
    12. Fare clic sul simbolo Aggiungi (+) situato sotto la sezione Selezione per aggiungerlo come materiale. Il raggio è ora delineato nella finestra di visualizzazione. Fare clic sull'icona Blocca per il materiale Raggio nella sezione Materiali prima di procedere; Ciò garantirà che non vengano apportate modifiche a questo materiale.
    13. Completa lo stesso processo per l'osso dell'ulna. Nella sezione Materiali , fare clic su Aggiungi per creare un nuovo materiale. Fai doppio clic sul nuovo materiale e rinominalo Ulna.
    14. Ripetere i passaggi da 1.3.6 a 1.3.12 per l'osso dell'ulna.
    15. Una volta completati i passaggi per le ossa del raggio e dell'ulna, sblocca il raggio facendo clic sull'icona del lucchetto per il materiale del raggio nella sezione Materiali . Passa alla scheda Progetto facendo clic su Progetto sotto la barra dei menu. A questo punto è presente un set di dati denominato Marcatori applicato al set di dati filtrato nella sezione Visualizzazione progetto.
    16. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati filtrato e cercare Marker Based Watershed Inside Mark (Image Segmentation) e selezionare. All'interno della sezione Proprietà , facendo clic sui menu a discesa, impostare i dati Dati come set di dati filtrati, i marcatori come set di dati marcatori e la maschera binaria come set di dati con soglia e fare clic su Applica.
    17. Verrà generato un file .grown all'interno della sezione Project View . Fare clic e trascinare la stringa di rendering del volume dal set di dati con soglia al set di dati .grown per visualizzare la segmentazione del radio e dell'osso dell'ulna all'interno della finestra di visualizzazione.
    18. Per convertire il file .grown in 8-bit, fai clic sul set di dati .grown e cerca Converti tipo immagine e seleziona. Il file .grown verrà convertito da 16 bit a 8 bit.

2. Allineamento

  1. Allineamento degli assi ed estrazione del radio e dell'ulna
    NOTA: Se il modello attuale è il punto temporale iniziale, tutti i passaggi devono essere completati. In caso contrario, iniziare questa sezione dal passaggio 2.1.4. Per consentire una sezione trasversale del raggio, il modello del punto temporale iniziale deve essere allineato perpendicolarmente al piano della sezione orto; Questo modello servirà come base per l'allineamento delle settimane successive.
    1. Nella sezione Vista progetto , attivare la sezione Ortogonale (se disattivata) e quindi fare clic sul set di dati .grown. Nella sezione Proprietà , fare clic sull'icona Editor di trasformazioni . Utilizzando il cursore Interagisci, regola l'angolo del raggio e dell'ulna facendo clic sui punti di allineamento dell'asse verde in modo che la sezione ortogonale crei una sezione trasversale attraverso il raggio.
    2. Una volta che questo è stato allineato, è necessario creare un nuovo set di dati per salvare questa trasformazione. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati .grown, cercare Ricampiona immagine trasformata e selezionare.
    3. Fare clic su Ricampiona immagine trasformata e, all'interno della sezione Proprietà, impostare il valore Dati sul set di dati .grown, Interpolazione sul vicino più vicino, Modalità su esteso, Mantieni su Dimensioni Voxel e Padding su 0. Fare clic su Applica per creare un nuovo set di dati .transformed.
    4. Per estrarre il raggio e l'ulna dal modello di segmentazione combinato, fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati .transformed, cercare Estrai etichetta e selezionare.
    5. Fare clic su Estrai etichetta, all'interno della sezione Proprietà , impostare le etichette sul set di dati .transformed , l'ID etichetta su 1 e l'opzione Esporta in binario selezionata. Fare clic su Applica per creare un set di dati Risultato.
    6. Fare clic e trascinare la stringa di rendering del volume dal set di dati .grown al set di dati Result . Fare clic sul set di dati dei risultati e premere F2 per rinominare il file (ad esempio, 'Materiale dell'impalcatura ossea' - 'WKX' - Raggio).
    7. Ripetere i passaggi da 2.1.4 a 2.1.6 per l'ulna impostando l'ID etichetta su 2 e rinominando il file dei risultati per Ulna.
  2. Salvataggio file e apertura immagini longitudinali
    NOTA: Se il modello attuale è il punto temporale iniziale, tutti i passaggi devono essere completati. In caso contrario, iniziare questa sezione dal passaggio 2.2.2.
    1. Per salvare il file del punto temporale iniziale, fare clic su File, Salva progetto con nome e Imposta posizione directory file nel menu a discesa. Impostare il tipo di salvataggio come file Amira Project e file di dati (pack &go) (*.hx) e denominare il file come versione master (ad esempio, 'Bone Scaffold Material'_ 'WKX' MASTER).
    2. Apri il file principale del punto temporale iniziale (se non è già aperto) e salva una copia facendo clic su File, Salva progetto con nome e Imposta posizione directory file nel menu a discesa. Impostare il tipo di salvataggio come file Amira Project e file di dati (pack & go) (*.hx) e denominare il file (ad esempio, 'Bone Scaffold Material'_ 'WK0' e 'WKX'). Questo file verrà utilizzato per confrontare il punto temporale iniziale con le settimane successive senza sovrascrivere il file master.
    3. All'interno del nuovo file di confronto, aprire le immagini per il punto temporale di confronto facendo clic su Apri dati nella sezione Vista progetto . All'interno della finestra pop-up, vai alla directory della cartella desiderata per selezionare il punto temporale iniziale .dcm file. Premere CTRL+A per selezionare tutte le immagini e fare clic su Apri immagini.
    4. Una finestra pop-up fornirà informazioni relative al set di dati dell'immagine aperto; fare clic su OK per procedere.
    5. Apparirà un avviso sul ridimensionamento. Fare clic su Converti in float (l'opzione predefinita) per procedere.
    6. L'icona del set di dati apparirà all'interno della sezione Vista progetto . Per modificare il nome del set di dati, fare clic una volta sull'icona del set di dati e premere F2; una volta inserito il nome desiderato, fare clic su OK. È possibile stabilire un modello di denominazione per identificare la scansione (ad esempio, "Materiale dell'impalcatura ossea" - "WKX").
  3. Allineamento del modello
    NOTA: Questo processo discuterà l'allineamento delle segmentazioni ossee del radio. Lo stesso processo può essere applicato all'ulna, se necessario. Non allineare entrambe le ossa contemporaneamente; Ciò causerà problemi con il corretto allineamento.
    1. Disattiva qualsiasi punto temporale iniziale Rendering volume. Non viene visualizzato nulla all'interno della finestra di visualizzazione.
    2. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati di confronto (settimana successiva), cercare Ortho Slice e selezionare.
    3. Ripetere la sezione 1 (a partire dal passaggio 1.2), la sezione 2 (passaggio 2.1) seguendo eventuali note aggiuntive per i numeri di passaggio forniti. Al termine di queste sezioni, riprendere dal passaggio 2.3.4. Il completamento di queste sezioni produrrà la segmentazione del set di dati della settimana successiva ed estrarrà le ossa del radio e dell'ulna.
    4. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati di confronto (settimana successiva) per l'osso del radio estratto, cercare la procedura guidata di registrazione dell'immagine e selezionare. Nella sezione Proprietà , impostare Dati come set di dati della settimana di confronto per l'osso del radio estratto, Riferimento come set di dati del punto temporale iniziale per l'osso del radio estratto.
    5. Per la sezione Azioni della procedura guidata di registrazione delle immagini , fare clic su Ignora per il passaggio 1 di 4. Per i passaggi 2 e 3 di 4, utilizzando il cursore Interagisci, regolare la TabBox sull'area comune tra il punto temporale iniziale e i set di dati della settimana di confronto facendo clic su Applica in Azione dopo ogni passaggio. Per il passaggio 4 di 4, impostare Metrica come Correlazione, Trasformazione come Rigida e Pre-allineamento come Allinea assi principali e fare clic su Applica in Azione.
    6. Una volta allineati i set di dati, fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati di confronto (settimana successiva) per l'osso del radio estratto, cercare Ricampiona immagine trasformata e selezionare. Nella sezione Proprietà, impostare i dati Dati come set di dati della settimana di confronto per l'osso del radio estratto, l'Interpolazione al vicino più vicino, la Modalità su Estesa, Mantieni su Dimensione Voxel e il Valore di spaziatura interna su 0 e fare clic su Applica. Verrà creato un nuovo set di dati .transformed per il set di dati di confronto.

3. Selezione e ritaglio del ROI

NOTA: Completare prima il ritaglio ROI per determinare il numero di fette attorno alla frattura di dimensioni critiche. Una volta determinati questi numeri di fetta, questi possono essere utilizzati nello stesso momento per l'ulna, se necessario. Per questo processo, il ritaglio non può essere annullato una volta applicato al modello.

  1. Regione di interesse coltura
    1. Fare clic su e attivare la sezione ortogonale per il punto temporale iniziale e impostare i dati sul set di dati del punto temporale iniziale per il raggio estratto. Impostate l'orientamento in modo che il piano produca un taglio trasversale attraverso l'osso del radio.
    2. Utilizzando la barra di scorrimento Numero sezione nella sezione Proprietà , modificare il numero della sezione per determinare le posizioni delle sezioni prossimali e distali che circondano il difetto di dimensioni critiche. Per entrambe le fette, determinare la fetta più distale e prossimale dove la frattura incontra la diafisi del radio osseo. Documentare il numero della sezione; Questo numero varia per ogni modello.
    3. Fare clic su e attivare la sezione ortogonale per la settimana di confronto e impostare i dati sul set di dati del punto temporale iniziale per il raggio estratto. Impostare l'orientamento in modo che il piano produca un taglio trasversale attraverso l'osso del radio.
    4. Utilizzando la barra di scorrimento Numero sezione nella sezione Proprietà e con il set di dati del punto temporale iniziale che mostra la sezione ortogonale distale, modificare il numero della sezione della settimana di confronto in modo che si allinei con la sezione distale del punto temporale iniziale. Il software di visualizzazione consente un controllo visivo dell'allineamento; Quando le sezioni sono sovrapposte, appariranno come una singola sezione nella finestra di visualizzazione.
    5. Annotare il numero della sezione distale del set di dati della settimana di confronto. Ripetere il passaggio 3.1.4 per la fetta prossimale.
      NOTA: Come ulteriore controllo, determinare la differenza tra la sezione prossimale e distale sia per il set di dati iniziale che per quello della settimana di confronto. Questi valori devono essere equivalenti, illustrando un ROI di dimensioni coerenti.
    6. Fare clic sul punto temporale iniziale per il raggio estratto. Nella sezione Proprietà , fare clic sullo strumento Editor di ritaglio .
    7. All'interno del pop-up dell'editor di ritaglio , inserisci i valori minimo e massimo nel campo X, Y o Z appropriato (la finestra di visualizzazione modificherà il ROI man mano che vengono inseriti). Una volta inseriti i valori, fare clic su OK. Il set di dati verrà ritagliato in base al ROI di input.
    8. Ripetere il passaggio 3.1.7 per il set di dati della settimana di confronto.

4. Analisi e visualizzazione

  1. Analisi dei volumi
    1. Per determinare il volume del set di dati del punto temporale iniziale, fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati del punto temporale iniziale trasformato per il raggio estratto, cercare Statistiche materiale e selezionare. Nella sezione Proprietà , impostare Dati come punto temporale iniziale trasformato per il raggio estratto, impostare Seleziona come materiali e fare clic su Applica. Un nuovo . Il set di dati MaterialStatistics verrà creato per il set di dati del punto temporale iniziale.
    2. Fare clic sul pulsante . Set di dati MaterialStatistics per il punto temporale iniziale per il raggio estratto e all'interno della finestra Proprietà , fare clic su Mostra foglio di calcolo. Fare clic sulla scheda Tabelle sopra la finestra Proprietà . All'interno di questa scheda, viene visualizzato il volume per il set di dati del punto temporale iniziale ritagliato per il raggio estratto.
    3. Ripetere i passaggi 4.1.1 e 4.1.2 per il set di dati della settimana di confronto per il raggio estratto. All'interno della scheda Tabella , il punto temporale iniziale e la settimana di confronto avranno schede separate in cui è possibile fare clic.
  2. Visualizzazione di set di dati
    1. Per visualizzare la variazione del volume osseo, fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati trasformato della settimana di confronto per il raggio estratto, cercare Aritmetica e selezionare. Fare clic su Aritmetica e all'interno della finestra Proprietà , impostare l'input A come set di dati trasformato nella settimana di confronto per il raggio estratto, impostare l'input B come set di dati del punto temporale iniziale per il raggio estratto, impostare l'input C come NESSUNA ORIGINE, impostare il tipo di risultato come input A, lasciare l'opzione deselezionata, impostare i canali dei risultati come l'input A, e impostare Expression su A-B.
    2. Fare clic sul set di dati dei risultati e premere F2 per rinominare il file (ad esempio, 'Bone Scaffold Material' - 'WKX' - Bone Change). Fare clic con il pulsante destro del mouse su questo set di dati dei risultati, cercare Genera superficie e selezionare. Fare clic su Genera superficie e all'interno della finestra Proprietà , fare clic su Applica e, nella finestra pop-up, fare clic su Continua. Verrà creato un nuovo set di dati .surf.
    3. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati .surf, cercare Vista superficie e selezionare. Una vista di superficie del risultato aritmetico verrà mostrata nella finestra di visualizzazione.
    4. Per modificare il colore della vista Superficie, fare clic sulla vista Superficie nella finestra Vista progetto , quindi all'interno della finestra Proprietà , fare clic sul menu a discesa per Colori e selezionare Costante. Fare clic sulla mappa dei colori e assegnare il colore preferito.
    5. Per visualizzare la variazione del volume osseo nel set di dati della settimana iniziale, fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati .transformed, cercare Estrai etichetta e selezionare. Fai clic su Estrai etichetta e, nella sezione Proprietà , imposta le etichette sul set di dati .transformed , l'ID etichetta su 1 e l'opzione Esporta in binario selezionata. Fare clic su Applica per creare un set di dati Risultato . Fare clic sul set di dati dei risultati e premere F2 per rinominare il file (ad esempio, 'Materiale dell'impalcatura ossea' - 'WKX' - Completo - Raggio).
    6. Fare clic con il pulsante destro del mouse su questo set di dati dei risultati, cercare Genera superficie e selezionare. Fare clic su Genera superficie e, all'interno della finestra Proprietà , fare clic su Applica e nella finestra pop-up, fare clic su Continua. Verrà creato un nuovo set di dati .surf.
    7. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati .surf, cercare Vista superficie e selezionare. Una vista di superficie del risultato aritmetico verrà mostrata nella finestra di visualizzazione.
    8. Per modificare il colore della vista Superficie, fare clic sulla vista Superficie nella finestra Vista progetto , quindi all'interno della finestra Proprietà, fare clic sul menu a discesa per Colori e selezionare Costante. Fare clic sulla mappa dei colori e assegnare il colore preferito.
    9. Per continuare con altre settimane, tornare al passaggio 2.2.2.

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Results

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

Le immagini μCT di tre modelli unici di ratto, ciascuno trattato con uno scaffold di policaprolattone (PCL), sono state studiate per illustrare i risultati positivi. L'analisi di uno studio longitudinale attraverso punti temporali richiede che i modelli solidi raccolti siano allineati prima della selezione e del ritaglio a un ROI. Per illustrare questa capacità su più settimane, i modelli solidi raccolti alle settimane 0 e 6 sono stati allineati utilizzando regioni comuni (Figura 2).

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Discussion

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

La quantificazione della variazione del volume osseo è essenziale per studiare il potenziale di rigenerazione ossea e gli esiti negli studi longitudinali in vivo . Questo protocollo si basa su metodi di segmentazione delle immagini μCT consolidati11, fornendo un approccio sistematico per specificare una regione di interesse (ROI) definita dall'utente. Questa tecnica è stata fondamentale nell'analisi dell'efficacia dell'impianto di scaffold osseo per studi...

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Disclosures

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Gli autori non hanno alcun conflitto di interessi da rivelare.

Acknowledgements

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Vogliamo ringraziare Mark Kenney per la formazione sui processi attuali e la discussione nello sviluppo di questo processo, nonché Lindsay Schnur del Biomechanics and Multimodal Tissue Imaging Core presso l'Università di Rochester. Questo studio è stato supportato da sovvenzioni NIH/NIAMS: H.A.A. (R01AR07061, P50AR072000 e P30AR069655) e V.Z.Z (T32GM007356, T32GM152318 e T32AR076950).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Amira 3DFEI SAS, parte di Thermo Fisher Scientificv2024.1Programma utilizzato per la segmentazione di immagini microCT.
Prisma del pad graficoGraphPad Software LLCv10.0.3 (217)Programma utilizzato per lo sviluppo di grafi.
Software statistico RLa Fondazione R per il calcolo statisticov4.4.0 (2024-04-24)Programma utilizzato per eseguire l'analisi ICC.
Scanco Medical VivaCT 40Scanco MedicaleNAscanner microCT utilizzato per la raccolta di immagini microCT.

References

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