Method Article

Vierdimensionale CT-analyse met sequentiële 3D-3D-registratie

DOI:

10.3791/59857

⸱

November 23rd, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

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

We analyseerden gezamenlijke kinematica van vier-dimensionale computertomografie gegevens. De sequentiële 3D-3D registratiemethode semiautomatisch biedt de kinematica van het bewegende bot met betrekking tot het onderwerp bot van vier-dimensionale computertomografie gegevens.

Abstract

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

Vierdimensionale computertomografie (4DCT) biedt een reeks volumegegevens en visualiseert gezamenlijke bewegingen. Numerieke analyse van 4DCT-gegevens blijft echter moeilijk omdat segmentatie in alle volumetrische frames tijdrovend is. We waren gericht op het analyseren van gezamenlijke kinematica met behulp van een sequentiële 3D-3D-registratie techniek om de kinematica van het bewegende bot te voorzien van de vaste Bone semiautomatisch met behulp van 4DCT DICOM-gegevens en bestaande software. Oppervlakte gegevens van de bron botten worden gereconstrueerd van 3DCT. De bijgesneden oppervlak gegevens worden respectievelijk afgestemd met de oppervlakte gegevens van het eerste frame in 4DCT. Deze bijgesneden oppervlakken worden opeenvolgend gematcht tot het laatste frame. Deze processen bieden positionele informatie voor doel beenderen in alle frames van de 4DCT. Zodra de coördinatensystemen van de doel botten worden bepaald, kunnen translatie-en rotatiehoeken tussen twee botten worden berekend. Deze 4DCT analyse biedt voordelen in kinematische analyses van complexe constructies zoals carpaal of tarsale botten. Snelle of grootschalige bewegingen kunnen echter niet worden getraceerd vanwege bewegings artefacten.

Introduction

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

Gezamenlijke kinematica zijn beschreven met behulp van een aantal methodologieën, zoals motion capture sensoren, 2D-3D registratie, en cadaveric studies. Elke methode heeft specifieke voor-en nadelen. Motion capture-sensoren kunnen bijvoorbeeld snelle, grootschalige bewegingen meten met behulp van infraroodcamera's met of zonder sensoren op het onderwerp1,2. Deze methoden meten echter de beweging van de huid om gewrichts bewegingen af te leiden en bevatten daarom huid bewegings fouten3.

Cadaveric-studies zijn gebruikt voor het evalueren van bewegingsbereik-, ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

Alle hier beschreven methoden zijn goedgekeurd door de institutioneel beoordelings Raad van de Keio University School of Medicine.

Opmerking: gezamenlijke kinematica worden gemeten door de beweging van een bewegend bot rond een vast bot te reconstrueren. Voor kniegewricht kinematica wordt het dijbeen gedefinieerd als het vaste bot en wordt het Tibia gedefinieerd als het bewegende bot.

1. CT Imaging Protocol

  1. Stel de CT-machine in. Verkrijg CT-examens met een 320-detector-Row CT-systeem voor meerdere fases van 3D-volumegegevens met 160 mm craniocaudal-dekking. Bijvoorbeeld, in de analyse van knie kinemati....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

We beschrijven de beweging van de Tibia tijdens knie verlenging. Het kniegewricht was gepositioneerd in de CT-portaal. Een driehoekskussen werd gebruikt om het dijbeen op de startpositie te ondersteunen. De knie werd verlengd tot een rechte positie in de loop van 10 s. blootstelling aan straling werd gemeten. Naast 4DCT werd statische 3DCT van het hele dijbeen, tibia en Patella uitgevoerd. De oppervlakte gegevens van het hele dijbeen en de Tibia werden gereconstrueerd. De drempel voor HU-.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Onze methode maakt visualisatie en kwantificering van de bewegingen van hele botten mogelijk en levert numerieke positionele gegevens van het bewegende bot met betrekking tot het vaste bot van 4DCT-gegevens. Er zijn veel tools voorgesteld voor het meten van gewrichts kinematica. Bewegings Skin markeringen kunnen de totale lichaamsbewegingen gedurende een lange tijd analyseren. Deze methode bevat echter Skin Motion-fouten3. Gezamenlijke kinematica moeten worden geschat op basis van de beweging van .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.

Acknowledgements

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

Deze studie is goedgekeurd door de instellings Raad voor institutionele toetsing van onze instelling (erkenningsnummer: 20150128).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
4DCT scannerCanon medical systems (Tochigi, Japan)N/A4DCT scan, Static 3DCT scan
AVIZO(9.3.0)*Thermo Fisher Scientific (OR, USA)Image processing software.
Surface reconstruction from CT DICOM data and point cloud data.
* Ryan, T. M. & Walker, A. Trabecular bone structure in the humeral and femoral heads of anthropoid primates. Anat Rec (Hoboken). 293 (4), 719-729, doi:10.1002/ar.21139, (2010).
Meshlab**ISTI (Pisa, Italy)N/ASurface trimming and landmark picking
** MeshLab: an Open-Source Mesh Processing Tool. Sixth Eurographics Italian Chapter Conference, page 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. Used in python language programming.
*** https://vtk.org
Python(3.6.1)Python Software FoundationN/ADICOM file processing to extract the point cloud from the bone cortex ('dicom.py' module).
Calculation of the rotation matrices. (Numpy module)
Sequential image regestration using ICP algorithm

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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

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

Related Articles