Name: マイクロCTを用いた骨折治癒の評価 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-09T13:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: 学ぶマイクロCTを用いた骨折治癒評価の標準化プロトコル。非破壊的3Dイメージングと画像解析手法を用いて、骨癒合過程の定量的モニタリングを実現し、前臨床研究の信頼性を向上させる方法を解説する。

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この作業は、国立衛生研究所(NIH)のR01 DK121327からRAEおよびR01 AR071968からF.K.の支援を受けました。

<ol><li>Rüegsegger, P., Koller, B., Müller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microtomographic+system+for+the+nondestructive+evaluation+of+bone+architecture%5BTitle%5D)+AND+%22Calcified+Tissue+International%22%5BJournal%5D)">A microtomographic system for the nondestructive evaluation of bone architecture.</a> Calcified Tissue International. 58 (1), 24-29 (1996).</li>
<li>Müller, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphometric+analysis+of+human+bone+biopsies%3A+a+quantitative+structural+comparison+of+histological+sections+and+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Morphometric analysis of human bone biopsies: a quantitative structural comparison of histological sections and micro-computed tomography.</a> Bone. 23 (1), 59-66 (1998).</li>
<li>Waarsing, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+and+tracking+local+changes+in+the+tibiae+of+individual+rats%3A+a+novel+method+to+analyse+longitudinal+in+vivo+micro-CT+data%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Detecting and tracking local changes in the tibiae of individual rats: a novel method to analyse longitudinal in vivo micro-CT data.</a> Bone. 34 (1), 163-169 (2004).</li>
<li>Boyd, S. K., Davison, P., Müller, R., Gasser, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+individual+morphological+changes+over+time+in+ovariectomized+rats+by+in+vivo+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Monitoring individual morphological changes over time in ovariectomized rats by in vivo micro-computed tomography.</a> Bone. 39 (4), 854-862 (2006).</li>
<li>Christiansen, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+micro-computed+tomography+voxel+size+and+segmentation+method+on+trabecular+bone+microstructure+measures+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Bone+Reports%22%5BJournal%5D)">Effect of micro-computed tomography voxel size and segmentation method on trabecular bone microstructure measures in mice.</a> Bone Reports. 5, 136-140 (2016).</li>
<li>Holdsworth, D. W., Thornton, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-CT+in+small+animal+and+specimen+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Micro-CT in small animal and specimen imaging.</a> Trends in Biotechnology. 20 (8), 34-39 (2002).</li>
<li>Schambach, S. J., Bag, S., Schilling, L., Groden, C., Brockmann, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+micro-CT+in+small+animal+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">Application of micro-CT in small animal imaging.</a> Methods. 50 (1), 2-13 (2010).</li>
<li>Bouxsein, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Guidelines+for+assessment+of+bone+microstructure+in+rodents+using+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 25 (7), 1468-1486 (2010).</li>
<li>Morgan, E. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-computed+tomography+assessment+of+fracture+healing%3A+Relationships+among+callus+structure%2C+composition%2C+and+mechanical+function%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Micro-computed tomography assessment of fracture healing: Relationships among callus structure, composition, and mechanical function.</a> Bone. 44 (2), 335-344 (2009).</li>
<li>O'Neill, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-computed+tomography+assessment+of+the+progression+of+fracture+healing+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Micro-computed tomography assessment of the progression of fracture healing in mice.</a> Bone. 50 (6), 1357-1367 (2012).</li>
<li>Bissinger, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+automated+segmentation+of+callus+by+micro-CT+compared+to+biomechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthopaedic+Surgery+and+Research%22%5BJournal%5D)">Fully automated segmentation of callus by micro-CT compared to biomechanics.</a> Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 12 (1), 108(2017).</li>
<li>Brown, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Delayed+fracture+healing+and+increased+callus+adiposity+in+a+C57BL%2F6J+murine+model+of+obesity-associated+type+2+diabetes+mellitus%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+One%22%5BJournal%5D)">Delayed fracture healing and increased callus adiposity in a C57BL/6J murine model of obesity-associated type 2 diabetes mellitus.</a> PLOS One. 9 (6), 99656(2014).</li>
<li>Khajuria, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aberrant+structure+of+fibrillar+collagen+and+elevated+levels+of+advanced+glycation+end+products+typify+delayed+fracture+healing+in+the+diet-induced+obesity+mouse+model%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Aberrant structure of fibrillar collagen and elevated levels of advanced glycation end products typify delayed fracture healing in the diet-induced obesity mouse model.</a> Bone. 137, 115436(2020).</li>
<li>Sigurdsen, U., Reikeras, O., Hoiseth, A., Utvag, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlations+between+strength+and+quantitative+computed+tomography+measurement+of+callus+mineralization+in+experimental+tibial+fractures%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Correlations between strength and quantitative computed tomography measurement of callus mineralization in experimental tibial fractures.</a> Clinical Biomechanics. 26 (1), 95-100 (2011).</li>
<li>Duvall, C. L., Taylor, W. R., Weiss, D., Wojtowicz, A. M., Guldberg, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+angiogenesis%2C+early+callus+formation%2C+and+late+stage+remodeling+in+fracture+healing+of+osteopontin-deficient+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Impaired angiogenesis, early callus formation, and late stage remodeling in fracture healing of osteopontin-deficient mice.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 22 (2), 286-297 (2007).</li>
<li>Gerstenfeld, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+effects+of+the+bisphosphonate+alendronate+versus+the+RANKL+inhibitor+denosumab+on+murine+fracture+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Comparison of effects of the bisphosphonate alendronate versus the RANKL inhibitor denosumab on murine fracture healing.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 24 (2), 196-208 (2009).</li>
<li>Alentado, V. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+the+modified+radiographic+union+score+for+tibia+fractures+%28mRUST%29+in+murine+femoral+fractures%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Endocrinology%22%5BJournal%5D)">Validation of the modified radiographic union score for tibia fractures (mRUST) in murine femoral fractures.</a> Frontiers in Endocrinology. 13, 911058(2022).</li>
<li>Yu, K. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+impaired+MRSA-infected+fracture+healing+by+combinatorial+antibiotics+and+modulation+of+sustained+inflammation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Enhancement of impaired MRSA-infected fracture healing by combinatorial antibiotics and modulation of sustained inflammation.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 37 (1), 1352-1365 (2022).</li>
<li>Nyman, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+measures+of+femoral+fracture+repair+in+rats+derived+by+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Quantitative measures of femoral fracture repair in rats derived by micro-computed tomography.</a> Journal of Biomechanics. 42 (7), 891-897 (2009).</li>
<li>Fiset, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+the+radiographic+union+score+for+tibial+fractures+%28RUST%29+using+micro-computed+tomography+scanning+and+biomechanical+testing+in+an+in-vivo+rat+model%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Bone+and+Joint+Surgery%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of the radiographic union score for tibial fractures (RUST) using micro-computed tomography scanning and biomechanical testing in an in-vivo rat model.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery. 100 (21), 1871-1878 (2018).</li>
<li>Shefelbine, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prediction+of+fracture+callus+mechanical+properties+using+micro-CT+images+and+voxel-based+finite+element+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Prediction of fracture callus mechanical properties using micro-CT images and voxel-based finite element analysis.</a> Bone. 36 (3), 480-488 (2005).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glucocorticoid-induced+delayed+fracture+healing+and+impaired+bone+biomechanical+properties+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Interventions+in+Aging%22%5BJournal%5D)">Glucocorticoid-induced delayed fracture healing and impaired bone biomechanical properties in mice.</a> Clinical Interventions in Aging. 13, 1465-1474 (2018).</li>
<li>Watson, P. J., Fitton, L. C., Meloro, C., Fagan, M. J., Gröning, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+adaptation+of+trabecular+bone+morphology+in+the+mammalian+mandible%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Mechanical adaptation of trabecular bone morphology in the mammalian mandible.</a> Scientific Reports. 8 (1), 7277(2018).</li>
<li>Nie, C., Wang, Z., Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+depression+on+fracture+healing+and+osteoblast+differentiation+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychiatric+Disease+and+Treatment%22%5BJournal%5D)">The effect of depression on fracture healing and osteoblast differentiation in rats.</a> Neuropsychiatric Disease and Treatment. 14, 1705-1713 (2018).</li>
</ol>

著者は、開示すべき利益相反はありません。

この研究の目的は、骨および骨折治癒研究においてしばしば基本となる3D石灰化カルス構造の正確な定量化を目的としたμCT分析の詳細なプロトコルを説明することです。このプロトコルは、画像の視覚化、セグメンテーション/ラベリング、および単純なものから複雑なものまでの測定を容易にする汎用の最先端の3D画像解析ソフトウェアプラットフォームを利用しています。
プロトコルで最も時間のかかるタスクは、皮質骨と髄管を除外したカルスの半自動セグメンテーションです。この領域は、以前の多くの研究でも除外されています9,16,17,18。いくつかの研究では、天然の皮質骨および管領域を分析に含めているが19,21、他の研究ではアプローチが明確...

マイクロコンピュータ断層撮影(μCT)イメージングは、前臨床骨研究で広く使用されており、骨の微細構造を評価するための非侵襲的で高解像度の画像を提供しています1,2,3,4,5。μCTには、回転するサンプルから、または回転するX線源と検出器を使用して取得された多数のX線画像が含まれます。アルゴリズムは、画像スライスのスタックの形式で3D体積データを再構築するために使用されます。臨床CTは人間の骨の3Dイメージングのゴールドスタンダードであり、μCTは実験動物の骨治癒効率を評価するために一般的に使用される技術です1、2、3、4、6、7。石灰化した骨はX線に対するコントラストが優れていますが、軟部組織は造影剤を使用しない限りコントラストが比較的低くなります。骨折治癒の評価において、μCTは、石灰化カルスの3D構造と密度に関する詳細情報を提供する画像を生成します。in vivo μCTスキャンは、骨折治癒の縦断的、時間経過的評価にも使用できます。
μCTを用いた無傷の皮質骨および骨梁骨の定量化は、一般的に十分に確立され、標準化されています8。前臨床試験では、骨折治癒を分析するためにさまざまな定量化方法論を使用していますが9,10,11、カルス定量のためのμCT画像解析の詳細なプロトコルはまだ公開されていません。したがって、この研究の目的は、マイクロCTイメージングと骨治癒カルスの解析のための詳細なステップバイステップのプロトコルを提供することです。

<table><tbody><tr><td>10%中性緩衝ホルマリン&nbsp;</td><td>フィッシャーケミカル</td><td>SF100-20</td><td>骨組織固定に使用</td></tr><tr><td>Avizo</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>画像処理・解析ソフトウェア</td></tr><tr><td>ハイドロキシアパタイトファントム&nbsp;</td><td>Micro-CT HA D4.5, QRM</td><td>QRM-70128</td><td></td></tr><tr><td>画像処理言語</td><td>Scanco</td><td></td><td>生画像をDICOM画像に変換するために使用</td></tr><tr><td>Micro-Mosquito Straight Hemostatic Hemostatic Forceps</td><td>Medline</td><td></td> 髄<td>内ピンの取り外しに使用&nbsp;</td></tr><tr><td>Microsoft Excel</td><td>Microsoft</td><td></td><td>スプレッドシートソフトウェア</td></tr><tr><td>Scanco mCT システム (vivaCT 40)</td><td>Scanco</td><td></td><td>& micro に使用。CTイメージング&nbsp;</td></tr></tbody></table>

マイクロctを用いた骨折治癒の評価

Assessment of Bone Fracture Healing Using Micro-Computed Tomography

マイクロコンピュータ断層撮影(μCT)は、トランスレーショナルサイエンス研究における骨折治癒中の骨および新たに形成された骨の3次元(3D)形態を特徴付けるための最も一般的なイメージングモダリティです。げっ歯類の長骨折治癒の研究には、通常、二次治癒と石灰化カルスの形成が含まれます。形成されたカルスの形状および新たに形成された骨の密度は、時点および治療の間で実質的に異なり得る。無傷の皮質骨および骨梁のパラメータを定量化するための標準的な方法論が広く使用されており、市販のソフトウェアに組み込まれているのに対し、治癒カルスを分析するための手順についてはコンセンサスが欠如している。この研究の目的は、治癒カルスの骨体積分率とカルスミネラル密度を定量化する標準化されたプロトコルを説明することです。このプロトコルでは、イメージング中のサンプルアライメント、対象ボリュームのサイズ、カルスを定義するために輪郭を描くスライスの数など、イメージングおよび分析中に考慮すべきさまざまなパラメーターが記述されています。

骨折治癒中の骨形成をモニターするために、成体の雄C75BL / 6Jマウスに中骨幹開放脛骨骨折が誘発されました。骨折は、二次治癒の確立されたモデルである髄内釘を使用して安定化されました13。カルス組織は、骨折後12日目の14、21、および28日目に採取した。これらの時点は、癒しのさまざまな段階を表しています。二次骨治癒中の軟骨内骨形成は、線維軟骨(軟)カルスの初期形成 を介して 進行し、後の段階で石灰化して骨折ギャップでの微小運動を減らし、骨折線を横切る新しい血管の形成を可能にします13。この研究で使用されたマウス骨折モデルにおける骨折後14日目は、石灰化した軟カルスの段階を表しています。治癒が14日目から21日目に進むにつれて、石灰化した柔らかいカルスは新しく形成された織り骨に完全に置き換えられ、骨折ギャップ13の骨の橋渡しをもたらします。21日目から28日目の間に、カルスは吸収とリモデリングを受けて、皮質骨<sup class...

マイクロコンピュータ断層撮影(μCT)は、前臨床試験で骨構造を評価するのに役立つ非破壊イメージングツールですが、骨治癒カルスを分析するためのμCT手順についてはコンセンサスがありません。この研究は、骨折治癒のモニタリングを可能にする段階的なμCTプロトコルを提供します。

マイクロCTを用いた骨折治癒の評価

Micro-computed tomography (&#181;CT) is the most common imaging modality to characterize the three-dimensional (3D) morphology of bone and newly formed ...

マイクロCTは、骨の3D形態と質を定量化するための非常に一般的なアプローチです。無傷の皮質骨および骨梁を特徴付けるための分析プロトコルはかなり確立されていますが、骨折治癒を分析するためのプロトコルに関するコンセンサスはあまりありません。この手法には、非侵襲的なイメージングと、手動と自動の手法のバランスのとれた正確なキャリブレーションされた3D分析が含まれます。また、洗練された柔軟なソフトウェア環境を使用しています。手順を実演するのは、私の研究室の研究員であるファボク・ウィーです。まず、骨塩密度のキャリブレーション用のミニチュアハイドロキシアパタイトファントムを含むカスタム開発の3Dプリントスキャンフィクスチャなどを使用します。最大6つの長骨サンプルをフィクスチャに入れて、複数のサンプルを同時にスキャンします。準備した固定具を、スキャン視野の直径と同様のシリンジまたは円錐管に入れます。シリンジに生理食塩水などの防腐剤を充填して、スキャンプロセス中にサンプルが乾燥するのを防ぎます。マイクロCT装置のキャリブレーションを確認した後、サンプルフィクスチャの中心線をマイクロCTのおおよその中心線に合わせ、サンプルが視野内にあり、長軸の向きが結果の画像の軸方向とほぼ一致することを確認します。次に、エネルギーまたは強度を55キロ電圧ピーク、電流を145マイクロアンペア、等方性ボクセルサイズを10.5マイクロメートル、積分時間を300ミリ秒に設定して、マイクロCTシステムのスキャンパラメータを設定します。次に、さまざまなビューでスカウト画像を視覚的に検査して、すべてのカルスサンプルの全体積をカバーします。スキャン取得を開始し、完了したら、画像をDICOMスタックに変換して解析ソフトウェアにインポートします。画像のトリミングを開始するには、一度に1つのサンプルを選択し、各画像スタックをトリミングして、サンプル全体がトリミングされたボリュームに含まれるようにします。トリミングされた画像を保存するには、画面の左上にある [ファイル] タブをクリックし、[名前を付けてプロジェクトを保存]、[プロジェクト サイズの最小化] の順に選択します。イメージのノイズを除去するには、[ファイル]タブをクリックし、[オープンデータ]を使用して処理するイメージを選択すると、画面の左上隅にある[プロジェクト ビュー]ウィンドウにイメージが開きます。右クリックして [画像処理]、[フィルター サンドボックス] の順に選択し、[作成] をクリックします。画面の左下隅にある [プロパティ] ウィンドウで、プレビューの種類として [データ] を選択します。[フィルター]の横にあるドロップダウンメニューからフィルタータイプを選択し、解釈に[3D]を選択します。ドロップダウンメニューのカーネルタイプとして分離可能なままにして、使用可能な空のボックスに標準偏差とカーネルサイズ係数の値を入力します。次に、出力の横にあるドロップダウンメニューから[入力と同じ]を選択します。そして最後に、[適用]をクリックします。ミスアライメントされたサンプルの場合、ユーザーは、プロジェクトビューウィンドウからフィルタリングされトリミングされた画像を選択して、サンプルの3Dレンダリング画像を作成することにより、画像の再調整を実行できます。右クリックして[表示]を選択し、ドロップダウンメニューから[ボリュームレンダリング]を選択します。次に、[作成]をクリックして、矢状面と正面面の3Dレンダリング画像を視覚的に確認します。次に、レンダリングされたボリュームを手動で回転させて、縦軸の適切な位置合わせを取得します。回転したイメージに変換を適用するには、[プロパティ] ウィンドウで [変換エディター] をクリックします。次に、[変換エディタ マニピュレータ]に移動し、ドロップダウン メニューから[トランスフォーマー]を選択します。必要に応じて、回転、再整列してから、変換エディタをもう一度クリックしてイメージをロックします。次に、新しい平面イメージ スライスを作成するには、[プロジェクト ビュー]ウィンドウからイメージを選択して、フィルタされたイメージをリサンプリングします。右クリックして[ジオメトリ変換]を選択し、ドロップダウンメニューから[変換された画像の再サンプル]を選択して、[作成]をクリックします。[プロパティ] ウィンドウで [データ] に移動し、ドロップダウン メニューから補間用に [標準] を選択し、モードに [拡張] を選択し、保存に [ボクセル サイズ] を選択します。値をパディングするために使用可能な空白のボックスにゼロを入力し、最後に[適用]をクリックします。対象の体積を定義するには、横方向の画像スライスを調べ、骨折カルスの中心面を特定し、カルスの近位レンズと遠位レンズに基づいて定義します。カルスの端部を指定するのが難しい場合は、カルスの中心面から離れた標準化された距離に基づいて体積を定義します。変換された画像の再アセンブリ後にカルスの外側の境界をセグメント化するには、画面上から 2 番目のタブ行にある [セグメンテーション] タブをクリックします。セグメンテーションエディタウィンドウで、画像の横にあるドロップダウンメニューから変換された画像を選択します。[マテリアル]ウィンドウで、[追加]をダブルクリックします。これにより、マテリアル 3 とマテリアル 4 という名前の 2 つのタブが表示されます。右クリックして、マテリアル 3 の名前をカルスに、マテリアル 4 の名前を皮質ボーンに変更します。次に、[選択]ウィンドウで、なげなわアイコンをクリックします。表示されるオプションから、2D モードの場合はフリーハンド、3D モードの場合は [内側] を選択し、オプションの場合は [自動トレース] と [エッジのトレース] の両方を選択します。次に、なげなわを使用してカルスの外側の境界をマークします。対象のボリューム全体でサンプリングされたスライスを使用してコンター手順を繰り返します。スライスの間隔を 20 スライスにすることができます。完全なカルスラベルを作成するには、[マテリアル]ウィンドウでカルスファイルを選択し、画面上部の[選択]タブをクリックして、ドロップダウンメニューから[補間]を選択します。次に、[選択]ウィンドウで、プラス記号をクリックします。次に、髄腔を含む皮質骨をセグメント化します。次に、輪郭のある骨膜皮質表面を補間して、カルスに対して以前に行ったように皮質骨ラベルを作成します。カルスの輪郭体積と平均グレー値を計算するには、画面の一番上の行にある[セグメンテーション]タブをクリックし、ドロップダウンメニューから[材料統計]を選択して、計算値のテーブルを生成します。皮質骨とカルスの値は、皮質骨を差し引いた後に別々に提供されることに注意してください。生成されたテーブルをエクスポートし、[ワークスペースにエクスポート] をクリックしてデータを保存します。グレースケール単位を骨塩密度に変換するには、画像全体から4.5ミリメートルHAファントムの3D画像を切り抜き、[セグメンテーション]をクリックします。最初と最後のスライスに円を描画するには、[マテリアル]ウィンドウで[追加]を 4 回クリックします。次に、右クリックして、マテリアル 3、4、5、および 6 の名前をそれぞれ Phantom1、2、3、および 4 に変更します。次に、Phantom1 を選択します。選択ウィンドウのブラシアイコンをクリックし、スライダーを使用して、円のサイズがファントムのサイズよりも小さくなるようにブラシのサイズを調整します。各 HA シリンダのボリュームを作成するには、[MATERIALS] ウィンドウで [Phantom1] を選択し、画面の一番上の行にある [選択] タブをクリックして、ドロップダウン メニューから [補間] を選択して補間を適用します。次に、[選択] ウィンドウで、プラス記号をクリックします。残りの HA シリンダでこのプロセスを繰り返します。生成された 3D ラベルを使用して、分析された 4 つの HA シリンダの平均グレー値を計算します。ファントムメーカーから提供された平均グレー値と対応する骨塩密度(BMD)値をプロットします。線形回帰を使用して、BMDとグレー値の間の相関式を生成します。石灰化カルスをセグメント化するには、[マテリアル]ウィンドウで[追加]をクリックします。次に、右クリックして、新しい材料の名前を鉱化カルスに変更します。次に、[マテリアル]ウィンドウでカルスを選択し、[選択]をクリックします。次に、[選択]ウィンドウで[しきい値]をクリックします。小さい方の値を選択し、しきい値マスキングで HA ファントムから計算されたしきい値を適用します。次に、[選択]ウィンドウで[現在のマテリアルのみを選択]をクリックし、[マスクされたボクセルを選択]をクリックします。次に、[材料]ウィンドウで鉱化されたカルスを選択し、[選択]ウィンドウでプラス記号をクリックします。最後に、マテリアルウィンドウで鉱化されたカルスの3Dをクリックします。3つの時点で分析されたマイクロCT画像は、14日目に石灰化カルスの実質的な形成を示しました。骨画分体積および骨塩密度の漸進的増加は、治癒が14日目から21日目および28日目に進行するにつれて見られ、骨折ギャップの骨の橋渡しと一致した。予想通り、カルスは21日目から28日目の間に吸収またはリモデリングを受け、総カルス量の減少によって証明されました。カルスの皮質架橋は、それ以前のどの時点よりも28日目に顕著でした。複雑なフラクチャーの場合は、すべての画像スライスをスクロールし、場合によっては異なる平面でスクロールし、必要に応じて輪郭を調整することにより、結果の半自動セグメンテーションを注意深く確認することをお勧めします。骨折カルスが正確にセグメント化されると、このプロトコルで報告されているものに加えて、追加のスクリプトを使用して結果パラメータを計算できます。これらには、たとえば、慣性モーメントや接続密度が含まれます。

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Research

JoVE Journal

Biology

生物学

骨折治癒における骨前駆細胞機能の定量測定は、高分解能シリアルイメージング技術を必要とします。ここで、プロトコルは、画像を順次かつ骨折の修復過程における内因性の骨形成幹細胞/前駆細胞の移動、増殖および分化を定量化する生体顕微鏡と骨系統トラッキングを使用するために提供される。...

シーケンシャル<em&gt;インビボ</em&gt;骨折修復中に、骨形成幹細胞/前駆細胞のイメージング

黄色ブドウ球菌の生物発光操作された株を用いて、整形外科用インプラント感染のマウスモデルにおいて、光学およびμCTイメージングを組み合わせて、非侵襲的にかつ長手方向における細菌感染の動態、ならびに対応する炎症反応および解剖学的変化をモニターする能力を提供骨。...

合わせた<em&gt;インビボ</em&gt;光とμCTイメージングマウスにおける整形外科インプラント感染で感染症、炎症、および骨解剖学を監視する

自家および同種骨移植片の移植は、主要な頭蓋顔面骨損失を治療するための受け入れられたアプローチを構成します。まだ血管新生、細胞分化及び骨形成の間で相互にグラフト組成物の効果は不明です。我々は、移植片近傍での血管新生骨形成の相互依存を解明することを目的としたマルチモーダルイメージングのプロトコルを提示します。...

コンピュータ断層撮影法と頭蓋骨自家移植と同種移植片の統合を評価するために、骨形成、血管新生のカップリングの光イメージング

軟骨内骨の治癒過程における破壊カルス組織の発達の評価は、癒しのプロセスを監視するため不可欠です。磁気共鳴画像 (MRI) の使用を報告する-マウスにおける骨再生中、MRI...

生体内で破壊カルス開発マウス大腿骨の骨、MRI 対応のデバイスを用いたマウスの骨治癒過程の評価

このプロトコルでは、大腿骨の骨折は、癒しのマウスにおける軟骨内骨を分析するための標準化された安定化髄内ねじを用いた低侵襲骨接合法について説明します。...

癒しの標準化された生体力学的条件下でマウスの軟骨破壊を分析する低侵襲モデル

マウスで閉じた大腿骨骨折の生成: 骨の治癒を研究するためのモデル

このプロトコルは、生きた動物の生体内顕微鏡を用いてリアルタイムでCCL5媒介性骨格細胞移動の検出を記述する。...

マウスにおけるペリオスチール骨格幹細胞のCCL5誘導性移行のリアルタイムイメージング

このプロトコルは、大容量のマイクロCTスキャン、カスタムメイドの圧縮ステージ、および高度な画像処理ツールを組み合わせることにより、近位ヒト大腿骨全体の骨微細構造の変形とその靭性の測定を可能にします。...

ヒト股関節の微細構造破壊機構のイメージング

このプロトコルはヘマトキシリンEosin (HE)の汚損およびマイクロコンピュータ断層撮影(マイクロCT)の技術の結合によって骨粗しょう症のマウス...

骨粗鬆症マウスモデルにおける海綿骨マイクロアーキテクチャ評価

クリティカルサイズの骨欠損におけるユーザー定義の関心領域に対する縦断的マイクロコンピュータ断層撮影画像解析

骨再生をさまざまな階層レベルで評価するためのプロトコルを提案します。このマルチモーダル手法により、異なる長さスケールでの構造解析が可能となり、試料準備の課題に効果的に対処できます。また、骨再生促進におけるバイオマテリアルの効果を評価する信頼性の高いワークフローも提供しています。...

骨再生と足場性能を評価するマルチモーダルアプローチ

学ぶマイクロCTを用いた骨折治癒評価の標準化プロトコル。非破壊的3Dイメージングと画像解析手法を用いて、骨癒合過程の定量的モニタリングを実現し、前臨床研究の信頼性を向上させる方法を解説する。

マイクロCTを用いた骨折治癒の評価

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