Method Article

Czterowymiarowa analiza TK z wykorzystaniem sekwencyjnej rejestracji 3D-3D

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

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

Przeanalizowaliśmy kinematykę stawów na podstawie danych z czterowymiarowej tomografii komputerowej. Sekwencyjna metoda rejestracji 3D-3D półautomatycznie zapewnia kinematykę poruszającej się kości w stosunku do kości przedmiotowej na podstawie danych z czterowymiarowej tomografii komputerowej.

Abstract

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

Czterowymiarowa tomografia komputerowa (4DCT) dostarcza szereg danych objętościowych i wizualizuje ruchy stawów. Jednak analiza numeryczna danych 4DCT pozostaje trudna, ponieważ segmentacja we wszystkich ramach wolumetrycznych jest czasochłonna. Naszym celem była analiza kinematyki stawów przy użyciu sekwencyjnej techniki rejestracji 3D-3D, aby zapewnić kinematykę poruszającej się kości w odniesieniu do kości nieruchomej półautomatycznie przy użyciu danych 4DCT DICOM i istniejącego oprogramowania. Dane powierzchniowe kości źródłowych są rekonstruowane na podstawie 3DCT. Dane przyciętej powierzchni są odpowiednio dopasowywane do danych powierzchni z pierwszej klatki w 4DCT. Te przycięte powierzchnie są dopasowywane sekwencyjnie aż do ostatniej klatki. Procesy te dostarczają informacji o położeniu kości docelowych we wszystkich ramkach 4DCT. Po ustaleniu układów współrzędnych kości docelowych można obliczyć kąty translacji i obrotu między dowolnymi dwiema kośćmi. Ta analiza 4DCT oferuje korzyści w analizach kinematycznych złożonych struktur, takich jak kości nadgarstka lub stępu. Jednak szybkich lub wielkoskalowych ruchów nie można śledzić z powodu artefaktów ruchu.

Introduction

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

Kinematyka stawów została opisana za pomocą wielu metodologii, takich jak czujniki przechwytywania ruchu, rejestracja 2D-3D i badania zwłok. Każda metoda ma określone zalety i wady. Na przykład czujniki przechwytywania ruchu mogą mierzyć szybkie, wielkoskalowe ruchy za pomocą kamer na podczerwień z czujnikami na obiekcie lub bez nich1,2. Jednak metody te mierzą ruch skóry w celu wywnioskowania kinematyki stawów, a zatem zawierają błędy ruchu skóry3.

Badania zwłok zostały wykorzystane do oceny zakresów ruchu, niestabilności i obszarów kontaktu

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

Protocol

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

Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Institutional Review Board of Keio University School of Medicine.

UWAGA: Kinematyka stawów jest mierzona poprzez rekonstrukcję ruchu poruszającej się kości wokół kości stałej. W kinematyce stawu kolanowego kość udową definiuje się jako kość nieruchomą, a kość piszczelową definiuje się jako kość ruchomą.

1. Protokół obrazowania CT

  1. Skonfiguruj tomograf komputerowy. Przeprowadzaj badania TK za pomocą systemu CT z 320 rzędami detektorów, aby umożliwić wiele faz danych objętościowych 3D z pokryciem czaszkowo-ogonowym 160 mm. Na przykład w analizie k....

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

Results

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

Opisujemy ruch kości piszczelowej podczas prostowania kolana. Staw kolanowy został umieszczony w suwnicy tomografii komputerowej. Do podparcia kości udowej w pozycji wyjściowej zastosowano trójkątną poduszkę. Kolano zostało wyprostowane do pozycji prostej w ciągu 10 sekund. Zmierzono narażenie na promieniowanie. Oprócz 4DCT wykonano statyczne 3DCT całej kości udowej, piszczelowej i rzepki. Zrekonstruowano dane powierzchniowe całej kości udowej i piszczelowej. Próg dla liczby HU w korze ko.......

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

Discussion

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

Nasza metoda umożliwia wizualizację i kwantyfikację ruchów całych kości oraz dostarcza numerycznych danych o położeniu ruchomej kości w stosunku do kości nieruchomej na podstawie danych 4DCT. Zaproponowano wiele narzędzi do pomiaru kinematyki stawów. Markery ruchu skóry mogą analizować ruchy całego ciała przez długi czas. Jednak ta metoda zawiera błędy ruchu skóry3. Kinematykę stawów należy oszacować na podstawie ruchu sąsiednich kości. Metoda rejestracji 2D-3D wykorzystuje fluoroskopię i wnioskuj.......

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Acknowledgements

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

To badanie zostało zatwierdzone przez Institutional Review Board naszej instytucji (numer zatwierdzenia: 20150128).

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Skaner 4DCTSystemy medyczne Canon (Tochigi, Japonia)Nie dotyczy4Skanowanie DCT, Statyczne skanowanie 3DCT
AVIZO(9.3.0)*Thermo Fisher Scientific (OR, USA)Oprogramowanie do przetwarzania obrazu.
Rekonstrukcja powierzchni na podstawie danych CT DICOM i danych chmury punktów.
* Ryan, TM & Walker, A. Struktura kości beleczkowej w głowach kości ramiennej i udowej naczelnych antropoidalnych. Anat Rec (Hoboken). 293 (4), 719-729, doi:10.1002/ar.21139, (2010).
Meshlab**ISTI (Piza, Włochy)Nie dotyczyPrzycinanie powierzchni i wybieranie punktów orientacyjnych
** MeshLab: narzędzie do przetwarzania siatek o otwartym kodzie źródłowym. Szósta Konferencja Oddziału Włoskiego Eurographics, strony 129-136, 2008.
P. Cignoni, M. Callieri, M. Corsini, M. Dellepiane, F. Ganovelli, G. Ranzuglia
VTK(6.3.0)***Kitware (Nowy Jork, USA)/AIteracyjny algorytm najbliższych punktów. Używany w programowaniu w języku Python.
*** https://vtk.org
Python(3.6.1)Przetwarzanie plików DICOM Python Software FoundationN/Aw celu wyodrębnienia chmury punktów z kory kostnej (moduł 'dicom.py').
Obliczanie macierzy rotacji. (Moduł Numpy)
Sekwencyjna regestracja obrazu przy użyciu algorytmu ICP
N

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