Method Article

Longitudinale microcomputertomografiebeeldanalyse voor door de gebruiker gedefinieerd interessegebied bij botdefecten van kritieke grootte

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

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

We presenteren een methode voor het analyseren van een door de gebruiker gedefinieerd interessegebied (ROI) in een longitudinaal in vivo radiaal defectmodel van ratten. Deze methode maakt een vergelijkende analyse mogelijk tussen verschillende steigers die voorheen werden beperkt door variaties in het gezichtsveld van de microcomputertomografie (μCT), de oriëntatie van het monster en de basislijnaanwezigheid van steigers.

Abstract

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

Micro-computertomografie (μCT) beeldvormingsanalyse van botvolume is een noodzakelijk kwantitatief hulpmiddel voor het onderzoeken van het potentieel en de resultaten van botregeneratie in longitudinale in vivo onderzoeken. Gevestigde methoden voor botsegmentatie maken gebruik van visualisatiesoftware voor μCT-segmentatie van het hele bot en uitlijning van complexe anatomische structuren. Deze segmentatieprotocollen bieden een robuuste, zeer nauwkeurige methode voor segmentatie, uitlijning en analyse, maar zijn beperkt in de mogelijkheden van door de gebruiker gedefinieerde interessegebied (ROI) -analyse. We presenteren een protocol dat deze methoden uitbreidt om door de gebruiker gedefinieerde ROI-botvolumeanalyse rond een botdefect van kritieke grootte mogelijk te maken. De door de gebruiker gedefinieerde ROI rond het defect kan in de loop van de tijd worden geanalyseerd voor in vivo longitudinale studies. Hierin onderzoeken we μCT-beelden van drie unieke rattenspecimens die elk zijn geïmplanteerd met een polycaprolacton (PCL) controlesteiger. Modellen worden geanalyseerd door drie gebruikers (2 ervaren en 1 beginner) op tijdstippen van 0 en 6 weken om het vermogen te illustreren om een ROI te meten rond een defect van kritieke grootte tijdens een longitudinaal onderzoek.

Introduction

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

Botdefecten van kritieke grootte vormen aanzienlijke klinische uitdagingen bij de behandeling van orthopedische behandelingen. Volgens ASTM F2721 wordt een defect van kritische grootte gekenmerkt als een defect met een lengte van 1,5 tot 2 keer de diameter van het bot van belang1. Reparatie van deze defecten geschiedt van oudsher door het gebruik van autologe en allogene transplantaties, beperkt door de procedurele kosten, de bijbehorende risico's van secundaire operaties en het vereiste bottransplantaatvolume2. De huidige botregeneratietechnieken richten zich op het gebruik van allogene....

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

Protocol

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

Longitudinale μCT-beelden voor deze studie werden verzameld in week 0 en 6 van 3 mm kritieke radiale defecten bij volwassen vrouwelijke Charles River SASCO-SD-ratten die werden behandeld met een op polycaprolacton (PCL) gebaseerde steiger. Al het gebruik van dieren werd uitgevoerd in overeenstemming met protocollen die zijn goedgekeurd door het Committee on Animal Resources (UCAR) van de Universiteit van Rochester. μCT-beeldverzameling werd uitgevoerd met behulp van Scanco Medical VivaCT 40.

OPMERKING: De primaire stappen in dit protocol zijn onderverdeeld in μCT-beeldsegmentatie, uitlijning, ROI-selectie e....

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

Results

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

μCT-beelden van drie unieke rattenmodellen, elk behandeld met een polycaprolacton (PCL) steiger, werden onderzocht om positieve resultaten te illustreren. Analyse van een longitudinaal onderzoek op verschillende tijdstippen vereist dat de verzamelde solide modellen worden uitgelijnd voordat ze worden geselecteerd en bijgesneden tot een ROI. Om dit vermogen over meerdere weken te illustreren, werden solide modellen verzameld in week 0 en 6 uitgelijnd met behulp van gemeenschappelijke regi.......

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

Discussion

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

Het kwantificeren van verandering in botvolume is essentieel voor het onderzoeken van het potentieel en de resultaten van botregeneratie in longitudinale in vivo studies. Dit protocol bouwt voort op gevestigde μCT-beeldsegmentatiemethoden11 en biedt een systematische aanpak voor het specificeren van een door de gebruiker gedefinieerd interessegebied (ROI). Deze techniek is van cruciaal belang geweest bij de analyse van de effectiviteit van botsteigerimpla.......

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

Disclosures

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

De auteurs hebben geen belangenconflict om bekend te maken.

Acknowledgements

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

We willen Mark Kenney bedanken voor de training over de huidige processen en discussie in de ontwikkeling van dit proces, evenals Lindsay Schnur van de Biomechanics and Multimodal Tissue Imaging Core aan de Universiteit van Rochester. Deze studie werd ondersteund door subsidies van NIH/NIAMS: H.A.A. (R01AR07061, P50AR072000 en P30AR069655) en V.Z.Z (T32GM007356, T32GM152318 en T32AR076950).

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Amira 3DFEI SAS, a part of Thermo Fisher Scientificv2024.1Program used for segmentation of microCT images.
Graph Pad PrismGraphPad Software LLCv10.0.3 (217)Program used for graph development.
R Statistical SoftwareThe R Foundation for Statistical Computingv4.4.0 (2024-04-24)Program used to perform ICC analysis.
Scanco Medical VivaCT 40Scanco MedicalNAmicroCT scanner used for collection of microCT images.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. ASTM Standard F-2721-09. Standard Guide for Pre-clinical in vivo Evaluation in Critical Size Segmental Bone Defects. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2023).
  2. Amini, A. R., Laurencin, C. T., Nukavarapu, S. P. Bone tissue engineering: recent advances and challenges. Crit Rev Biomed Eng.

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

Micro Computed TomographyBone Volume AnalysisLongitudinal ImagingRegion Of InterestCritical Sized DefectBone RegenerationImage RegistrationPolycaprolactone ScaffoldVolume QuantificationRat Bone Model

Related Articles