Name: 척추 끝판의 정밀 도정 및 파라메트릭 모델 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-17T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 s
Description: 학습하세요 척추 끝판의 역설계 시스템을 활용한 정밀 도정 및 파라메트릭 모델링 방법입니다. 이 기술은 맞춤형 척추 임플란트 설계와 임상 진단을 개선하여 정확하고 재현 가능한 형태학적 연구를 지원합니다.

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이 작품은 상하이 푸동 보건국 (PWZxk2017-08)과 중국 국립 자연 과학 재단 (81672199)의 주요 분야 건설 프로젝트에 의해 지원되었습니다. 저자는 파라메트릭 모델을 개발하는 데 도움을 준 이전 버전과 리 자오양을 교정하는 데 도움을 준 왕 레이에게 감사를 표하고 싶습니다.

이 연구는 저자 연구소의 건강 연구 윤리 위원회에 의해 승인되었다. 자궁 경부 척추 뼈는 더 복잡한 모양(19)을가지고, 프로토콜은 관련 연구를 용이하게하기 위해 그림으로 자궁 경부 척추를 사용합니다.
1. 재료 준비, 스캔 및 이미지 처리
<ol><li>병리학적 변형이나 부러진 부분없이 건조한 자궁 경부 척추를 수집하십시오.</li>
	<li>척추를 스캐너 의 플랫폼에 수직으로 놓습니다(그림1, 재료 표참조)와 끝판이 카메라 렌즈를 향하게 합니다. 스캐너의 활성 광원을 사용합니다. 그런 다음 스캔 프로세스를 시작하여 포인트 클라우드 데이터를 가져옵니다(. ASC 형식)을 참조하십시오. 참고: 사전 스캔 이미지에 따르면 스캐너와 척추 위치를 조정하여 가능한 한 많은 표면 형태 정보를 캡처합니다.</li>
	<li>포인트 클라우드 처리에 특별히 사용되는 소프트웨어를 엽니다(재료 표참조). 가져오기를 클릭하여 점 구름 데이터를 가져오고 척추의 디지털 그래픽을 생성합니다. 샘플 속도를 100%로 설정하고 샘플링시 전체 데이터 유지를선택하고 데이터 단위를 밀리미터로 선택한 다음 음영 점을 클릭합니다. 올가미 선택 도구를 사용하여 그래픽에서 중복 점을 선택한 다음 삭제를 클릭하여 제거합니다. 노이즈 줄이기를 클릭하고 부드러움 레벨을 최대로 설정하여 노이즈 및 스파이크를 줄입니다(그림2A,B). 참고: GUI 의 하단에는 기본 소프트웨어 작업 지침(그래픽 사용자 인터페이스)이 있습니다. 뚜렷한 날카로운 스퍼가 있는 노이즈 포인트는 측면 또는 수직으로 제거하여 오류를 줄여야 합니다.</li>
	<li>[랩핑]을 클릭하여 이미징 데이터를 .stl 형식 파일로 패키징하여 점 구름을 메시로 변환하여 점 오브젝트를 다각형 오브젝트로 변환합니다. 참고: 리버스 엔지니어링 소프트웨어는 일반적으로 .stl 스타일 3D 형식을 허용합니다.</li>
	<li>3D 재구성 및 데이터 처리에 특별히 사용되는 소프트웨어를 엽니다(재료 표참조). 하위 메뉴에서 파일을 클릭한 다음 새 파일을 클릭합니다. 유형 목록에서 부품을 선택합니다. 시작을클릭한 다음 하위 메뉴에서 셰이프를 클릭한 다음 디지털화된 모양 편집기를 클릭합니다. GUI의 오른쪽에 있는 도구 모음에서 가져오기 아이콘을 클릭합니다. 가져오기 창에서 .stl 형식 파일을 선택한 다음 > 확인 을 클릭합니다. 아래쪽의 도구 모음의 아이콘에 모두 맞추기를 클릭하여 재구성된 이미지를 프레젠테이션 소프트웨어의 주 창에 로드합니다. 참고: 단계 1.5-2.3.3은 동일한 소프트웨어로 수행됩니다.</li>
	<li>오른쪽의 도구 모음에서 활성화를 클릭합니다. 활성화 창에서 트랩 모드 > 다각형 유형 > 내부 트랩을선택합니다. 그런 다음 3D 이미지에서 척추 단부판을 선택하여 후방 원소 및 골형성과 같은 불필요한 척추 구성 요소를 제거합니다(도2C).</li>
</ol>2. 엔드 플레이트의 3D 형태정량화
<ol><li>엔드플레이트 3D 좌표계 정의<ol>
<li>하위 메뉴에서 시작 > 셰이프를 클릭한 다음 생성 모양 디자인을클릭합니다. 오른쪽에 있는 도구 모음에서 점 아이콘을 클릭합니다. epiphyseal 테두리에 세 개의 해부학 적 랜드 마크를 표시 : 처음 두 는 각각 끝판 후행 가장자리의 왼쪽과 오른쪽 끝점입니다; 세 번째는 전방 중앙값입니다.</li>
		<li>오른쪽 도구 모음에서 선 아이콘을 클릭하고 후행 가장자리 끝점을 두 개 선택하여 후방 정면선을 정의합니다. 평면 아이콘을 클릭하고 곡선에 수직으로 평면 유형을 선택한 다음 후방 정면선과 앞쪽 중앙값을 선택하여 시상 평면 을 정의합니다.</li>
		<li>시작을 클릭합니다 > 모양 > 빠른 표면 재구성. 평면 단면 아이콘을 클릭하고 숫자 옵션에 1을 입력한 다음 끝판 이미지와 시상 면 중간을 선택하여 교차 곡선을 생성합니다. 스캔 아이콘에서 곡선을 클릭하고 교차하는 곡선과 후방 골피씰 림의 교차를 선택합니다. 교차를 후방 중앙분리대로 정의합니다.</li>
		<li>시작 > 모양 > 생성 모양 디자인을클릭합니다. 선 아이콘을 클릭하고 전방 중앙분리대 점과 후방 중앙분리대를 선택하여 시상 시상 지름 을 정의합니다. 포인트 아이콘을 클릭한 다음 하위 메뉴에서 점 및 평면 반복을 클릭합니다. 그런 다음 중간 시상 지름을 선택하고 인스턴스(들) 옵션에 1을 입력하여 중간 시상 지름의 중간점을 정의합니다.</li>
		<li>아래쪽의 도구 모음에서 축 시스템 아이콘을 클릭합니다. 그런 다음 중간 시상 직경의 중간점을 원점으로 선택하고, 후방 정면선에 평행한 선을 x축으로, y축으로 중간 시상 직경을 선택하고, x-y 평면을 x축으로 앞과 수직으로 가리키는 선을 z축(그림 3)으로 선택합니다. ). 참고: 두 후행 가장자리 끝점은 일관되고 골형성체10이있는 경우 최소 변동을 나타내기 때문에 참조점으로 선택됩니다.</li>
	</ol></li>
	<li>엔드플레이트 표면에 특성 곡선 및 점맞추기(그림 4A-D)<ol>
<li>포인트 아이콘을 클릭한 다음 하위 메뉴에서 점 및 평면 반복을 클릭합니다. 중간 시상 지름을 선택하고 인스턴스(들) 옵션에 3을 입력하여 중간 시상 직경을 4개의 부분으로 균등하게 분할합니다.</li>
		<li>시작을 클릭합니다 > 모양 > 빠른 표면 재구성. 평면 단면 아이콘을 클릭하고 번호 옵션에 1을 입력한 다음 끝판 이미지와 x-z 평면을 선택하여 교차 곡선을 생성합니다. 스캔 아이콘에서 곡선을 클릭하고 x-z 평면과 에피필 림의 두 교차를 선택합니다.</li>
		<li>두 교차점 사이의 선을 중간 정면 지름으로 정의합니다. 같은 방법으로, 중간 정면 직경을 네 부분으로 동등하게 나눕니다. 주: 단부판이 메드 시상 평면을 기준으로 대칭이 아닌 경우 z-y 평면에 대한 수직 거리가 짧은 중간 정면 곡선의 두 끝점 중 하나를 선택합니다. 그런 다음 중간 정면 지름을 짧은 길이의 2배로 정의하고 네 부분으로 균등하게 나눕니다.</li>
		<li>하단의 도구 모음에서 사이 측정 아이콘을 클릭하여 시상 중간 지름의 분기 길이를 측정합니다. 평면 단면 아이콘을 클릭하고 숫자 옵션에 2를 입력한 다음 단계 옵션에 측정값을 입력한 다음 끝판 이미지와 x-z 평면을 선택하여 정면 부분의 한쪽에 두 개의 피팅 곡선을 생성합니다. 스왑을 클릭하여 다른 쪽에 두 개의 피팅 커브를 생성합니다. 같은 방법으로 시상 평면에서 다른 세 개의 피팅 커브를 구합니다. 주: 두 개의 중간 정면 피팅 곡선이 두 개의 중간 시상 피팅 곡선과 겹칩니다.</li>
		<li>후속 측정을 위해 각 곡선에서 11개의 등거리 점을 선택합니다. 구체적인 방법은 다음과 같습니다.<ol>
<li>예를 들어 중간 시상 곡선을 예로 들어, 중간 시상 직경을 10부분으로 균등하게 나누어 9개의 중간 점과 2개의 끝점을 포함하여 11개의 포인트의 합계를 생성합니다(단계 2.1.3 및 2.2.1 참조).</li>
			<li>각 등거리 점을 통과하여 엔드플레이트 표면에 9개의 피팅 커브를 구합니다(2.2.2단계 참조). 스캔 아이콘에서 곡선을 클릭하고 피팅 커브와 시상 중간 곡선의 교차를 선택합니다. 마지막으로 각 엔드플레이트에서 총 66점을 얻습니다(커브당 11포인트+ 6개의 커브). 아래쪽의 도구 모음에서 항목 측정 아이콘을 클릭하여 각 점의 좌표를 측정합니다.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>엔드플레이트 형태학적 파라미터 측정<ol>
<li>선 매개변수:<ol>
<li>사이 측정 아이콘을 클릭하여 두 측정점 사이의 거리인 선 매개변수의 길이를 측정합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>정복 매개 변수:<ol>
<li>x-y 평면에 평행한 평면만들기(그림 5A): 시작 > 모양 > 생성 셰이프 디자인을클릭합니다. 오른쪽 도구 모음에서 스케치 아이콘을 클릭한 다음 x-y 평면을 클릭합니다. 원 아이콘을 클릭하고 끝판 표면에서 원예를 클릭하고 마우스 커서를 적절한 거리로 드래그한 다음 클릭합니다. 작업대 종료 아이콘을 클릭한 다음 채우기 아이콘을 클릭한 다음 클릭합니다.</li>
			<li>간격띄우기 아이콘을 클릭하고 채워진 평면을 선택하고 가장 오목한 부분에 접선이 될 때까지 간격띄우기 옵션에 적절한 값을 입력하고 확대합니다. 시작을 클릭합니다 > 모양 > 빠른 표면 재구성. 그런 다음 3D 곡선 아이콘을 클릭하여 가장 오목한 점을 찾아 만듭니다. 항목 측정 아이콘을 클릭하여 가장 오목한 점의 좌표를측정합니다(그림 5B).</li>
			<li>사이 측정 아이콘을 클릭한 다음 가장 오목한 점과 x-y 평면을 선택하여 전체 엔드플레이트 콘화 깊이를 측정합니다. 마찬가지로 특정 평면에서 가장 오목한 깊이를 찾아 작성하고 좌표를 측정합니다.</li>
			<li>오른쪽 도구 모음에서 투영 아이콘을 클릭한 다음 가장 오목한 점과 x-y 평면을 선택하여 투영점을 가져옵니다. 항목 측정 아이콘을 클릭하여 투영점의 좌표를 측정하고 좌표를 기반으로 분포를 결정합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>표면적 매개변수:<ol>
<li>하단의 도구 모음에서 관성 측정 아이콘을 클릭하고 끝판 표면을 클릭하여 해당 영역을 측정합니다. 활성화 아이콘을 클릭하고 epiphyseal 링의 내부 여백을 따라 중앙 끝판을 선택한 다음(1.6단계를 참조) 측정 관성 아이콘을 클릭하여 해당 영역을측정합니다(그림 5C). 활성화 아이콘을 클릭한 다음 중앙 끝판을 클릭하고 활성화 창에서 스왑 아이콘을 클릭하여 에피필 림을 얻습니다. 그런 다음 면적을 측정합니다.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>3. 엔드 플레이트 표면 수학적 모델의 개발
<ol><li>파라메트릭 방정식의 맞춤 순서 결정<ol>
<li>데이터 분석 및 시각화 소프트웨어를 엽니다(재료 표참조). 명령 창에서 입력 x = [해당 데이터]. Enter 를 클릭합니다. 참고: "해당 데이터"는 이전 단계에서 측정된 한 곡선의 11개 특성 점의 x 좌표 데이터를 나타냅니다. 각 명령을 입력한 후 입력을 클릭하고 후속 작업에 동일하게 적용됩니다. 단계 3.1-5.5는 동일한 소프트웨어로 균일하게 수행됩니다.</li>
		<li>같은 방법으로 입력 z = [해당 데이터].</li>
		<li>i=1:5 z2=폴리핏(x, z, i)에 대한 코드를 입력합니다. Z=폴리발(z2,x); 합계 (Z-z).^2)&lt;0.01 C=i break; 끝; 끝. 참고: 프로토콜은 높은 정밀도를 얻기 위해 0.01 미만의 제곱의 오차 합을 설정하며, 그 값은 다양한 요구를 충족하도록 재조정될 수 있습니다.</li>
		<li>입력을 클릭하여 원하는 맞춤 순서인 C 값을 구합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>매개변수 방정식 피팅<ol>
<li>입력 cftool을 클릭하고 입력을 클릭하여 곡선 피팅 도구를 불러올 수 있습니다.</li>
		<li>명령 창에서 곡선의 좌표를 입력합니다(3.1.1 및 3.1.2 단계 참조). 곡선 피팅 도구에서 x 데이터 옵션에서 시상 평면 곡선을 피팅할 때 정면 평면 곡선과 y 좌표 데이터를 피팅할 때 x 좌표 데이터를 선택하고 y 데이터 옵션에서 z 좌표 데이터를 선택하고 다항식을선택하고 맞춤 순서를 입력합니다. 얻은. 그런 다음 소프트웨어가 파라메트릭 방정식과 적합성의 장점을 자동으로 출력합니다. 주: 곡선이 2D 이미지이기 때문에 곡선피팅 도구에서 곡선 피팅 도구의 x 및 y 옵션은 곡선을 피팅할 때 기본 작업 옵션입니다.</li>
		<li>마찬가지로 66개 점의 3D 좌표를 입력하고 좌표 데이터를 해당 축 옵션과 일치시다. 다항식을 선택하고 맞춤 순서를 입력하여 엔드플레이트 표면의 파라메트릭 방정식을 얻습니다(그림6B).</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 파라메트릭 방정식을 기반으로 한 기하학적 데이터 수집
<ol><li>명령 창의 끝판에 있는 모든 점의 입력 x- 및 y 좌표 값입니다.</li>
	<li>입력 PX1, PX2, PX3.... 참고: Px는 위의 단계에서 다항식을 사용하여 장착된 파라메트릭 방정식의 매개변수입니다.</li>
	<li>방정식을 입력하고 입력을 클릭하여 결과를 얻습니다(예: z = P00 + P10*x + P01*y + P 20 *x *Y + P20* X *y + P02* Y + P30+ X^3 + P 3 + P21*x^2 * Y + P12 * x * y ^2 + P03* y ^3 + P40* x ^ 4 + P31* x ^3 * Y + P22* x ^2 * Y ^2 + P13* x * y ^3 + P04* y ^4).</li>
</ol>5. 파라메트릭 방정식을 기반으로 한 엔드플레이트 표현
<ol><li>입력 PX1, PX2, PX3.... 명령 창에서.</li>
	<li>입력 코드 X = N1:0.01 : N2;. 주: N1– N2는 X축 데이터의 범위입니다(즉, 중간-코로나 곡선의 두 끝점의 값).</li>
	<li>"Y=N3:0.01:N4;"를입력합니다.</li>
	<li>방정식을 입력 (즉, z=@(x,y)P00 + P10.*x + P01.*y + P20.*^2 + P11.*x.**y + Y + P02.**y.^2+ P 30.*x^3 + P21** x 2.* x. 03.*y.^3 + P40.*x.^4 + P31.*3.*y + P22.*x.^2.*y.^2+ P 13.**y.^3 + P04.*y.^4;</li>
	<li>코드 ezmesh (z, [N1,N2,N3,N4]를 입력하여 3D 시뮬레이션 그래픽을 얻습니다(그림 6C).</li>
</ol>

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<li>Keating, A. P., Knox, J., Bibb, R., Zhurov, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+plaster%2C+digital+and+reconstructed+study+model+accuracy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">A comparison of plaster, digital and reconstructed study model accuracy.</a> Journal of Orthodontics. 35, 191-201 (2008).</li>
<li>Numajiri, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designing+CAD%2FCAM+Surgical+Guides+for+Maxillary+Reconstruction+Using+an+In-house+Approach%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Designing CAD/CAM Surgical Guides for Maxillary Reconstruction Using an In-house Approach.</a> Journal of Visualized Experiments. , (2018).</li>
</ol>

저자는 경쟁적인 재정적 이익을 선언하지 않습니다.

역공학은 두개골 성형술20,구강21,악안면 임플란트21과 같은 의학 분야에 점점 더 성공적으로 적용되고 있다. 리버스 엔지니어링 측정, 즉 제품 표면 디지털화는 특정 측정 장비 및 방법을 사용하는 점 구름 데이터로 표면 정보를 변환하는 것을 말합니다. 이러한 데이터를 기반으로 복잡한 표면 모델링, 평가, 개선 및 제조를 수행할 수 있습니다. 디지털 측정 및 데이터 처리는 리버스 엔지니어링에 사용되는 기본 및 핵심 기술입니다.
이 프로토콜에서는 헤테로다인 다주파수, 위상 시프트, 3D 광학 측정 기술을 기반으로 하는 비접촉식 광학 3D 범위 스캐닝 시스템을 사용하여 척추 종단판의 정확하고 상세한 형태학적 정보를 기록합니다. 이 스캐너는 주로 제어 장치와 두 대의 카메라와 프로젝터를 통합하는 광학 측정장치로 구성됩니다. 다른 측정 기기와 비교하여 스캐너는 ...

척추 단부판은 척추체의 우수하거나 열등한 쉘이며 디스크와 척추 몸체 사이의 응력 전달을 위한 기계적 인터페이스로서 작용한다1. 그것은 척추 몸의 바깥 쪽 테두리를 둘러싼 강하고 단단한 뼈 음순인 에피 씰 림과 얇고 다공성 인 중앙 단부판으로구성됩니다.
척추는 수술 적 개입을 보증 할 수있는 퇴행성, 외상 성 및 신 생물 성 질환의 광범위한 배열의 대상이됩니다. 최근에는 인공 디스크나 케이지 와 같은 척추 장치가 널리 사용되고 있습니다. 엔드 플레이트의 정확하고 상세한 형태 매개 변수는 효과적인 보철 척추 접촉 및 뼈 내성장잠재력3척추임플란트의 설계 및 개량에 필요합니다. 또한 척추 종단의 정확한 모양과 기하학에 대한 정보는 생체 역학을 이해하는 데 중요합니다. 유한 요소 모델링은 실제 척추의 시뮬레이션을 허용하고 다양한 하중 조건에 척추의 생리적 반응을 연구하는 데 널리 사용되어 왔지만4,이기술은 환자 별이며 모든 사람에게 일반화되지 않습니다. 척추. 유한 요소 모델5를개발할 때 일반 집단 중 척추 기하학의 본질적 변동성을 고려해야 한다고 제안되었습니다. 따라서 엔드플레이트의 기하학적 파라미터는 유한 요소 모델링에서 메시 생성 및 충실도 향상에 도움이 됩니다.
종단 형상과 임플란트 표면의 일치의 중요성은 이전 연구에서 논의되었지만6,7,8,척추 종단 판의 형태에 대한 데이터는 부족하다. 대부분의 이전 연구는 엔드 플레이트9,10,11의3D 특성을 밝히지 못했습니다. 공간 분석은 엔드 플레이트 형태12,13,14를더 잘 그리고 완전히 묘사하기 위해 필요합니다. 또한, 대부분의 연구는 낮은 정밀도 측정 기술을채택했다 10,15,16. 더욱이, 기하학적 파라미터가 방사선 촬영 또는 컴퓨터 단층 촬영(CT)17,18을사용하여 측정될 때 상당한 배율이 보고되었다. 자기 공명 영상(MRI)은 비침습적이라고 여겨지지만, 오스서오스구조물(11)의정확한 마진을 정의하는 데있어 정확도가 떨어지다. 표준화된 측정 프로토콜이 없기 때문에 기존 기하학적 데이터 간에큰 차이가 있습니다.
최근에는 기존의 물리적 부품을 전산화된 고체 모델로 디지털화할 수 있는 역공학이 의학 분야에 점점 더 많이 적용되고 있습니다. 이 기술은 정교한 척추 표면의 해부학 적 특성을 정확하게 표현하는 것이 가능합니다. 리버스 엔지니어링 시스템에는 계측 시스템과 소프트웨어 시스템의 두 개의 하위 시스템이 포함됩니다. 이 프로토콜에 채택된 계측 시스템에는 고속 및 매우 정확한 비접촉 광학 3D 레인지 평판 스캐너(정밀도 0.02mm, 1,628 x 1,236픽셀)가 있습니다. 스캐너는 대상 물체의 표면 형태 정보를 효율적으로 캡처하고 디지털 포인트 클라우드로 변환할 수 있습니다. 소프트웨어 시스템(즉, 리버스 엔지니어링 소프트웨어)은 포인트 클라우드 데이터 처리(재료 표참조), 3D 표면 모델 재구성, 자유 곡선 및 표면 편집 및 데이터 처리를 위한 컴퓨터 응용 프로그램입니다(의 표 참조) 재료)를참조하십시오.
본 보고서의 목적은 (1) 역공학 기술에 기초한 척추 종단판의 정량적 파라미터를 얻기 위한 측정 프로토콜 및 알고리즘을 고안하고, (2) 현실적인 수학적 모델을 개발하는 것이다. 너무 많은 랜드 마크를 디지털화하지 않고 척추 끝의 표현. 이러한 방법은 외과 행위 계획 및 유한 요소 모델링에 도움이 될 것입니다.

<table><tbody><tr><td>Catia</td><td>Dassault Systemes, 프랑스 파리</td><td>https://www.3ds.com/products-services/catia/</td> <td>3D 곡면 모델 재구성, 자유 곡선 및 곡면 편집 및 데이터 처리</td></tr><tr><td>Geomagic Studio</td><td>Geomagic Inc., 노스캐롤라이나주 모리스빌</td><td>https://cn.3dsystems.com/software?utm_source=geomagic.com&utm_medium=301</td><td>포인트 클라우드 데이터 처리</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>The MathWorks Inc., Natick, USA</td><td>https://www.mathworks.com/</td> <td>데이터 분석, 알고리즘 개발 및 모델 생성</td></tr><tr><td>광학 3D 범위 평판 스캐너</td><td>Xi' XinTuo 3D 광학 측정 기술 Co.Ltd., Xi' an, Shaanxi, China</td><td>http://www.xtop3d.com/</td> <td>표면 기하학적 매개 변수를 획득하고 디지털 점으로 변환</td></tr></tbody></table>

척추 끝판의 정밀 도정 및 파라메트릭 모델

Precision Measurements and Parametric Models of Vertebral Endplates

척추 종단의 상세하고 포괄적 인 기하학적 데이터는 척추의 유한 요소 모델의 충실도를 개선하고 척추 임플란트를 설계및 개량하고 퇴행성 변화와 생체 역학을 이해하는 데 중요하고 필요합니다. 이 프로토콜에서는 엔드플레이트 표면의 형태 데이터를 디지털 포인트 클라우드로 변환하기 위해 고속 의 고정밀 스캐너가 사용됩니다. 소프트웨어 시스템에서 포인트 클라우드는 추가로 처리되고 3차원으로 재구성됩니다. 그런 다음 각 점을 3D 좌표로 만들기 위해 정의된 3D 좌표계, 엔드플레이트 표면에 대칭적으로 장착된 3개의 시상 및 3개의 정면 표면 곡선, 11개의 등거리 점을 포함하는 측정 프로토콜이 수행됩니다. 각 곡선에서 선택됩니다. 최종 측점의 기하학적 데이터를 얻기 위해 측정 및 공간 분석이 마지막으로 수행됩니다. 곡선과 곡면의 형태를 나타내는 파라메트릭 방정식은 특성 점을 기반으로 장착됩니다. 모듈식 프로토콜은 척추 종단판의 기하학적 데이터를 얻기 위한 정확하고 재현 가능한 방법을 제공하며 향후 보다 정교한 형태학적 연구를 지원할 수 있습니다. 또한 맞춤형 척추 임플란트 설계, 수술 계획, 임상 진단 및 정확한 유한 요소 모델 개발에 기여할 것입니다.

고정밀 광학 3D 레인지 평판 스캐너를 사용하여 엔드플레이트를 45,000개 이상의 디지털 포인트로 변환하여 형태학을 적절히 특성화했습니다(그림2A, B).
측정 프로토콜에서, 엔드플레이트 표면의 공간 분석이 수행되었다. 대표적인 곡선을 표면상에 장착하고 정량화하여 형태를 특성화하였다(도4B). 선형 파라미터는 두 끝점 사이의 거리를 계산하여 측정되었다. 얻어진 측정은 전체 종단 판 의 concavity 및 임의의 특정 섹션의 그 외에 중간 시상 평면에서 의 오목 깊이 및 concavity 정점 위치를 포함한다(그림 5B). 종단판, 에피씰 림 및 중앙 단부판의 성분을 분리하였다(도5C),<...

역설계 시스템은 척추 종단의 상세하고 포괄적인 지오메트리 데이터를 기록하고 얻기 위해 사용됩니다. 그런 다음 척추 종단 판의 파라메트릭 모델이 개발되어 맞춤형 척추 임플란트 를 설계하고 임상 진단을 내리고 정확한 유한 요소 모델을 개발하는 데 도움이됩니다.

Detailed and comprehensive geometric data of vertebrae endplates is important and necessary to improve the fidelity of finite element models of the spine, ...

이 정확하고 재현 가능한 방법은 척추 엔드플레이트에서 상세하고 포괄적인 형상 데이터를 얻고 너무 많은 랜드마크를 디지털화하지 않고 파라메트릭 모델을 개발하는 데 사용할 수 있습니다. 이 리버스 엔지니어링 시스템은 좋은 신뢰성과 재현성을 갖춘 정교한 척추 표면의 해부학적 특성을 효율적으로 개발하는 데 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜은 개인화 된 척추 임플란트, 수술 계획, 임상 진단 및 정확한 유한 요소 모델의 개발에 기여할 수 있습니다.이 방법은 정교한 형태학적 연구에 사용될 수 있으며 파라메트릭 모델은 컴퓨터 단층 촬영 및 MRI와 같은 다른 이미징 양식에 적용할 수 있습니다. 초보자는 절차를 완료하는 데 추가 시간이 필요할 수 있지만, 이 기술은 마스터하기 위해 전체적으로 짧은 학습 곡선이 필요합니다. 절차를 보여주는 항 펭, 내 실험실에서 임상의 될 것입니다.절차를 시작하기 전에 병리학적 변형이나 깨진 부품없이 건조한 자궁 경부 척추를 스캐너 플랫폼에 수직으로 배치하고 엔드 플레이트는 카메라 렌즈를 향합니다. 검색 프로세스를 시작하여 CloudPoint 데이터를 가져오고 포인트 클라우드 처리를 위한 소프트웨어를 엽니다. 가져오기를 클릭하여 포인트 클라우드 데이터를 가져오고 척추의 디지털 그래픽을 생성합니다.랩을 클릭하여 이미징 데이터를 STL 형식 파일로 패키징하여 점 클라우드를 메시로 변환하여 점 오브젝트를 다각형 개체로 변환하고 적절한 3D 재구성 및 데이터 처리 소프트웨어 프로그램을 엽니다. 새 하위 메뉴에서 파일을 클릭하고 형식 목록에서 파트를 선택합니다. 시작 및 모양 및 디지털화된 셰이프 편집기를 클릭합니다.그런 다음 가져오기 아이콘을 클릭하고 STL 형식 파일을 선택하고 적용 및 확인을 클릭합니다. 엔드플레이트 3D 좌표 시스템을 정의하려면 상피 림의 왼쪽 및 오른쪽 끝점에 하나의 해부학 적 랜드마크를 표시하고 전방 중앙점에 랜드마크를 표시합니다. 선 아이콘을 클릭하고 후행 가장자리 끝점 두 개를 선택하여 후면 정면 선을 정의합니다.평면 아이콘을 클릭하여 평면 유형을 수직으로 곡선으로 설정하고 전방 중앙값의 후방 정면 선을 선택하여 중간 평면을 정의합니다. 시작, 모양 및 빠른 표면 재구성을 클릭합니다. 교차 곡선을 생성하려면 평면 섹션 아이콘이 숫자 옵션에서 1을 입력하고 최종 플레이트 이미지와 중간 평면을 선택합니다.스캔 아이콘에서 곡선을 클릭하고 교차하는 곡선과 후방 상피 림의 교차점을 선택하여 교차로를 후방 중앙점으로 정의합니다. 포인트 아이콘, 포인트 및 평면 반복을 클릭합니다. 그런 다음 미드상경지름을 선택하고 인스턴스 옵션에 1을 입력하여 중간지름의 중간점을 정의합니다.축 시스템 아이콘을 클릭하고 중간지름의 중간점을 원점으로 선택합니다. 상기 선은 X축으로서 후방 정면선에 평행하게, x축으로서 중간지름과 X-Y 평면에 전방및 수직을 가리키는 선이 z축으로서 정의된 중간평면선및 관상평면의 교차점에 따라 결정될 수 있다. 특징적인 곡선과 엔드플레이트 표면의 점에 맞게 중간지름을 선택하고 인스턴스 옵션에 3을 입력하여 미드기관지 직경을 4부분으로 균등하게 나눕니다.평면 섹션 아이콘을 클릭하고 숫자 옵션에 1을 입력하고 끝판 이미지와 X-Z 평면을 선택하여 교차곡선을 생성합니다. 스캔 아이콘에서 곡선을 클릭하고 X-Z 평면과 에피피실 림의 두 교차를 선택합니다. 두 교차로 사이의 선을 중간 정면 직경으로 정의하고 중간 정면 직경을 4부분으로 균등하게 나눕니다.중간지름의 1/4 길이를 측정하려면 아이콘 사이 측정값을 클릭합니다. 두 개의 피팅 곡선을 생성하려면 정면 부분의 한쪽에 Planar 섹션 아이콘을 클릭하고 숫자 옵션에 2를 입력하고 단계 옵션에서 측정된 값을 입력하고 엔드플레이트 이미지와 X-Z 평면을 선택합니다. 그런 다음 스왑을 클릭하여 다른 쪽에 두 개의 피팅 곡선을 생성합니다.다음으로 각 곡선에서 11개의 등거리 점을 선택하고 설명한 대로 엔드플레이트 표면에 9개의 피팅 커브를 가져옵니다. 그런 다음 스캔 아이콘에서 곡선을 클릭하고 피팅 곡선과 중간 곡선의 교차점을 선택하여 각 엔드 플레이트에서 총 66점을 얻습니다. 측정된 두 점 사이의 거리인 선 매개변수의 길이를 측정하려면 아이콘 측정값을 클릭합니다.굴착 매개 변수를 측정하려면 시작, 모양 및 생성 셰이프 디자인을 클릭하고 스케치 아이콘과 X-Y 평면을 클릭합니다. 원 아이콘과 원/쪽을 클릭하고 마우스커서를 클릭하기 전에 적절한 거리로 드래그합니다. 그런 다음 종료 작업벤치 아이콘을 클릭합니다.오프셋 아이콘을 클릭하고 채워진 평면을 선택하고 가장 오목한 부분과 접선이 될 때까지 오프셋 옵션에 적절한 값을 입력합니다. 확대 및 시작, 모양 및 빠른 표면 재구성을 클릭한 다음 3D 곡선 아이콘을 사용하여 가장 오목한 점을 찾아 만듭니다. 그런 다음 아이콘 간 측정값을 클릭하고 가장 오목한 점및 X-Y 평면을 선택하여 전체 엔드플레이트 굴착 깊이를 측정합니다.표면적 매개변수를 정량화하려면 관성 측정 아이콘을 클릭하고 끝판 표면을 클릭하여 표면적을 측정합니다. 파라메트릭 방정식의 적합성 순서를 확인하려면 데이터 분석 및 시각화 소프트웨어를 열고 명령 창에 해당 데이터를 X를 입력합니다. 해당 데이터를 Z입력하고 입력합니다.그런 다음 표시된 대로 코드를 입력합니다. 매개 변수 방정식 피팅의 경우 입력 cftool"을 클릭하고 Enter를 클릭하여 곡선 피팅 도구를 올리그세요. 그런 다음 설명된 대로 명령 창에서 곡선의 좌표를 입력합니다.다각형을 선택하고 접체 순서를 입력하여 최종 플레이트 표면의 파라메트릭 방정식을 얻습니다. 기하학적 데이터를 얻으려면 명령 창의 엔드 플레이트의 모든 점의 X 및 Y 조정 값을 입력하고 다각형 도구를 사용하여 장착된 방정식의 매개 변수를 입력합니다. 그런 다음 방정식을 입력하고 Enter를 클릭하여 결과를 얻습니다.3D 시뮬레이션 그래픽을 얻으려면 다항매개 변수를 명령 창에 입력하고 표시된 대로 코드를 입력합니다. 표시된 코드와 방정식을 입력합니다. 그런 다음 표시된 코드를 입력합니다.입증된 바와 같이 매우 정확한 광학 3D 레인지 평판 스캐너를 사용하여 이러한 대표적인 엔드플레이트는 형태를 적절하게 특성화하기 위해 4,500개 이상의 디지털 포인트로 변환되었습니다. 측정 프로토콜을 사용하여 엔드플레이트 표면의 공간 분석이 수행되었고, 각 엔드플레이트 형태를 특성화하기 위해 표면에 대표 곡선을 장착하고 정량화했다. 측정에는 중증 평면의 굴착 깊이 및 굴착 정점 위치가 포함되었습니다.전체 엔드 플레이트 의 굴착 및 관심의 특정 섹션의 그 외에도. 다음으로, 엔드플레이트, 어피피실 림 및 중앙 엔드플레이트의 구성 요소가 분리되고 길이와 영역이 얻어졌다. 각 곡선의 파라메트릭 방정식은 11점의 좌표를 기준으로 추론되었습니다.각 엔드플레이트에 대해 3D 조정 시스템을 정의하는 것은 프로토콜의 성공에 매우 중요합니다. 발견된 관절은 양측의 비절이도 프로세스의 전방 최다 및 후방 최다 지점의 관점에서 가장 적합한 평면을 정의하여 엔드플레이트와 구별될 수 있습니다. 이 프로토콜은 복잡한 표면의 형태학적 연구를 수행하기 위한 정확하고 재현 가능한 방법을 제공합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Medicine

의학

우리는 L3-L5 가시 과정의 절제술에 의해 요추 추간판 변성 마우스 모델을 개발했으며, 초라 및 간 척추 인대 및 패러시러스 근육의 분리와 함께.

요추 척추 불안정의 마우스 모델

이 연구는 고해상도 컴퓨터 단층 촬영(HRCT) 및 MRI-Dixon 데이터에서 융합된 척추 및 척수 신경 모델을 모두 포함하는 환자별 요추의 3D 프린팅 모델을 만드는 것을 목표로 합니다.

환자의 특정 요추의 3D 프린팅 모델

이 프로토콜에서는 마우스 요추의 단축 압축 테스트를 보다 쉽게 수행할 수 있도록 하는 두 가지 접근 방식을 설명합니다. 먼저, 3점 벤딩 머신을 압축 시험기로 변환하는 방법에 대해 설명합니다. 둘째, 골시멘트를 이용한 하중면을 제조하기 위한 매립법은 생쥐의 요추에 적합하다.

Mouse Lumbar Vertebra 단축 압박 시험(하중 표면 임베딩 포함)

여기에서는 경피적 척추 성형술을 위한 "Nine-grid Area Division Method"를 제시합니다. L1 척추 압박 골절이 있는 환자를 사례 연구로 선택했습니다.

Nine-Grid Area Division Method: 요추의 경피적 척추 성형술을 위한 새로운 이상적인 뼈 천자 영역 

동물 모델은 자주 뼈에 암 전이를 공부하는 활용하고 있습니다. 이 프로토콜에서 우리는 뼈 전이 연구에 대한 종양 접종의 일반적인 두 가지 방법을 설명하고 간략하게이 모델을 모니터링하고 정량화하기 위해 이용 분석의 일부를 설명합니다.

뼈 전이의 모델

척추 안정화, 변동성을 최소화하기위한 일관된 실험 척수 손상을 제조하는 것이 필요하다. NYU / MASCIS 임팩터 장치와 함께 사용자 정의 안정 장치를 사용하여, 우리는 성인 쥐에서 재현 헤미 contusive 자궁 경부 (C5) 척수 손상을 발생 여기에 적절한 장비 및 절차를 설명했다.

Contusive 척수 손상의 제조 소설 척추 안정화 방법

쥐 심장의 MRI 및 PET 이미징을 수행하는 방법을 설명합니다. 이 프로토콜은 심근경색 및 심부전 모델에서 치료 효능을 평가하기 위해 맞춤화되었습니다.

심근경색의 마우스 모델에서의 MRI 및 PET

유전자 타겟팅 도구의 최근 발전은 녹아웃의 생산 (KO) 토끼가 가능하게한다. 본 연구에서는 아연 핑거 뉴 클레아 제 (ZFN)를 사용하여 다섯 아포 지질 단백질 (아포) C-III KO 토끼를 생성합니다. 이 작품은 ZFN은 KO 토끼를 생산하는 매우 효율적인 방법이라고 설명했다.

징크 핑거 뉴 클레아 제를 사용하여 아포 지단백 C-III 녹아웃 토끼의 생산

저산소 폐 혈관 수축 (HPV)은 폐포 저산소증 폐 관류가 환기와 일치하는 중요한 생리학적 현상이다. HPV에 기여하는 주요 혈관 세그먼트는 인트라 아시나르 동맥입니다. 여기서, 우리는 직경 20-100 μm의 뮤린 폐 혈관의 HPV의 분석을 위한 우리의 프로토콜을 기술합니다.

Murine 정밀 절단 폐 슬라이스를 사용하여 폐 내 동맥의 저산소 폐 혈관 수축의 비디오 형태 측정 분석

정확도는 치과 의학의 중요한 요구이다. 정확성을 확인하기 위해, 참조 스캐너가 필요합니다. 이 문서에서는 높은 진도​​와 정밀도를 가진 치과 형태학의 광범위한 다양성을 얻기위한 조정 스캔 방법을 사용하여 새 기준 스캐너를 제공한다.

진도 및 정밀 측정하는 치과, 새로운 방법의 정확도

학습하세요 척추 끝판의 역설계 시스템을 활용한 정밀 도정 및 파라메트릭 모델링 방법입니다. 이 기술은 맞춤형 척추 임플란트 설계와 임상 진단을 개선하여 정확하고 재현 가능한 형태학적 연구를 지원합니다.

척추 끝판의 정밀 도정 및 파라메트릭 모델

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