Segmentacja i kwantyfikacja kości beleczkowych wspomagana granicami zewnętrznymi za pomocą wtyczki Imagej

Ogólnym celem tej procedury jest automatyczne ilościowe określenie pomiarów strukturalnych kości beleczkowych z dokładnością i wydajnością. Ta metoda może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie analizy obrazu, takie jak dokładny pomiar nieregularnych struktur z wydajnością. Główną zaletą tej techniki jest to, że pomiary strukturalne obiektów dwuwymiarowych lub trójwymiarowych za pomocą takiej techniki są dokładniejsze i wydajniejsze niż obecnie dostępne podejścia do kwantyfikacji.

Aby rozpocząć tę procedurę, najpierw zainstaluj oprogramowanie ImageJ i wtyczki do analizy beleczkowej, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Otwórz oprogramowanie ImageJ. W sekcji Wtyczki, BoMomics, Symuluj obiekty kliknij przycisk Kółko.

W wyświetlonym oknie podręcznym wprowadź 200 jako średnicę, a następnie kliknij przycisk OK, aby wygenerować symulowany okrąg o średnicy 200 pikseli. Zapisz wygenerowany okrąg w formacie TIFF. Następnie w Plugins, BoMomics, Simulate Objects kliknij przycisk Kwadrat.

W wyskakującym okienku wprowadź 200 i długość boku, a następnie kliknij OK, aby wygenerować symulowany kwadrat o długości boku 200 pikseli. Zapisz go w formacie TIFF. Następnie w tym samym menu kliknij przycisk Sfera.

Wprowadź wartość 30 jako średnicę i kliknij przycisk OK, aby wygenerować symulowaną sferę. Kliknij Wtyczki, 3D, Przeglądarka woluminów, aby wyświetlić sferę i zapisać ją w formacie TIFF. Na koniec w Plugins, BoMomics, Simulate Objects kliknij przycisk Cylinder.

Wprowadź wartość 30 jako średnicę i 100 jako wysokość, a następnie kliknij przycisk OK, aby wygenerować symulowany walec. Następnie kliknij Wtyczki, 3D, Przeglądarka głośności, aby wyświetlić cylinder i zapisać go w formacie TIFF. Najpierw otwórz oprogramowanie ImageJ i otwórz lub zaimportuj zeskanowany obraz.

Przesuń dolny pasek przewijania, aby wybrać plasterek, a następnie kliknij przycisk Obraz, Dostosuj, Próg. W wyskakującym oknie Próg dostosuj minimalne i maksymalne wartości progowe, aby upewnić się, że kości są dobrze oddzielone od tła. Zapisz minimalną wartość progową jako wartość progową kory kostnej.

Następnie kliknij przycisk Wtyczki, BoMomics, profilowanie parametrów beleczkowania. W wyskakującym okienku ustaw Indeks wycinka na pozycję reprezentatywnego wycinka. Ustaw wartości kości korowej, zakresu i kroku, aby obliczyć zestaw progów korowych dla parametrów segmentacji profilowania.

Następnie ustaw wartości Średnica szumu, Krok i Zakres, aby określić zestaw wartości szumu do analizy. Ustawić wartości Średnica otworu, Krok i Zakres w celu obliczenia zestawu wartości otworów. Kliknij przycisk OK, aby przeprowadzić profilowanie parametrów.

W oknie Wyniki profilowania parametrów sprawdź wizualnie wyniki segmentacji i wybierz warstwę przekroju, w której zewnętrzna granica kości jest dokładnie obrysowana. Następnie pobierz parametry profilowania z odpowiedniego wpisu w tabeli Wyniki profilowania parametrów. Aby rozpocząć analizę kości beleczkowych, otwórz oprogramowanie ImageJ i otwórz lub zaimportuj zeskanowany obraz.

Kliknij przycisk Wtyczki, BoMomics, Segmentacja beleczkowa. Wypełnij odpowiednie parametry analizy, jak pokazano poniżej. Następnie kliknij OK, aby wykonać segmentację beleczkowania.

Sprawdź wzrokowo wyniki w oknie Wyniki segmentacji beleczkowej. Następnie zapisz wyodrębnione kości beleczkowe pokazane w oknie Segmentowane kości beleczkowania w formacie TIFF do dalszej analizy. Następnie kliknij przycisk Wtyczki, BoMomics, Analiza beleczkowa i wypełnij odpowiednie parametry analizy, zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

W sekcji Raportowanie wyników wybierz co najmniej jeden parametr do pomiaru, gdzie dostępne opcje to objętość kości beleczkowej, objętość całkowita i grubość mierzona dwuwymiarowo lub trójwymiarowo. Aby przeprowadzić analizę beleczkową, zaznacz pola wyboru zarówno dla 2D, jak i 3D, a następnie kliknij OK.To rozpocząć kwantyfikację obiektów, otwórz symulowany obraz w oprogramowaniu ImageJ. Wybierz przycisk Wtyczki, BoMomics, Analiza beleczkowa i wypełnij odpowiednie parametry analizy, zachowując domyślne wartości dla Początku, Końca, Granicy konturu i Kości beleczkowej, jednocześnie ustawiając Średnicę redukcji szumów, Średnicę wypełnienia otworu i Średnicę grubości kory na zero.

W sekcji Raportowanie wyników wybierz zarówno 2D, jak i 3D jako parametry, które mają być mierzone. Następnie kliknij przycisk OK, aby przeprowadzić analizę beleczkową symulowanego obiektu. Następnie oblicz skalibrowaną objętość kości, objętość całkowitą, zawartość mineralną kości, frakcję objętości kości i gęstość mineralną kości w kolumnach arkusza kalkulacyjnego i przeanalizuj dane, zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

W tym badaniu wtyczka ImageJ jest używana do automatycznej segmentacji i ilościowego oznaczania kości beleczkowych. Reprezentatywna analiza profilowania parametrów przy użyciu różnych warunków parametrów pokazuje, że niektóre kombinacje są dokładniejsze przy wyznaczaniu zewnętrznych granic kości niż inne. Następnie przeprowadzana jest segmentacja i analiza w celu ilościowego określenia pomiarów kości beleczkowych.

Wyniki tej segmentacji można wizualnie sprawdzić kawałek po wycinku. Surowe kwantyfikacje objętości kości, objętości całkowitej, sumy wartości szarości i grubości, w dwóch lub trzech wymiarach, mogą być raportowane w zależności od tego, które opcje zostały wybrane podczas analizy. Informacje o kalibracji są pobierane ze zeskanowanego zestawu danych mikro-CT, a następnie obliczane są skalibrowane pomiary objętości kości, objętości całkowitej, zawartości mineralnej kości, frakcji objętości kości i gęstości mineralnej kości.

Ich rozkłady mogą być następnie profilowane w wybranym regionie analizy, warstwa po warstwie, względem pozycji warstw. Po opanowaniu technika ta może określić ilościowo kości beleczkowe z 500 warstw obrazu w ciągu 10 do 20 minut, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tej metody, gdy odkryliśmy, że wyniki raportowane przez oprogramowanie dostawcy mikro-tomografii komputerowej nie były odtwarzalne, gdy ten sam zestaw danych był analizowany przez tego samego doświadczonego operatora.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wybrać odpowiednie parametry segmentacji kości i przeprowadzić analizę kości długich przy minimalnej interakcji użytkownika.