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

Metoda rekonstrukcji ruchu kości ruchomej względem kości stałej na podstawie danych z tomografii komputerowej 4D, ułatwiająca opis szczegółowej kinematyki stawów. Po utworzeniu miękkiej całej kości i wybraniu punktów odniesienia, większość procesów rekonstrukcyjnych zostanie zakończona automatycznie. Gdy staw docelowy osoby znajduje się w gantry CT obrazu CT 4D, poproś osobę badaną o przesunięcie złącza podczas 10-sekundowego czasu skanowania, uzyskując jednocześnie serię danych objętościowych.

W przypadku półautomatycznej segmentacji powierzchni danych 3D CT należy załadować dane CT DICOM do odpowiedniego oprogramowania i kliknąć przycisk Edytuj nowe pole etykiety, aby otworzyć pole etykiety. Określ, która progowa wartość tłumienia CT jest odpowiednia do ekstrakcji kości korowej z kości źródłowej i wybierz materiały o wartościach tłumienia CT powyżej progu. Sprawdź etykietę pod kątem wyboru kory kostnej i użyj odpowiedniego narzędzia do edycji, aby ręcznie zmodyfikować oznaczenie.

Aby wygenerować dane powierzchni na podstawie oznaczonych danych o położeniu kory kostnej, kliknij przycisk Generuj powierzchnię i użyj suwaka, aby wygładzić zakres. Następnie kliknij przycisk Zastosuj. Aby zapisać dane powierzchni w formacie STL, kliknij opcję Plik i eksportuj dane jako, a następnie wybierz opcję STL binary Little Endian.

Aby przeprowadzić automatyczną segmentację danych objętościowych 4D CT, należy użyć modułu odczytu DICOM w oprogramowaniu do programowania, aby wyodrębnić dane geometryczne pokazujące wartości tłumienia CT powyżej progu ze wszystkich 51 klatek danych CT 4D. Następnie użyj skryptu przetwarzania wsadowego, aby zrekonstruować wszystkie dane powierzchni chmury punktów z wyższymi wartościami tłumienia CT niż próg dla wszystkich klatek CT 4D w oprogramowaniu do przetwarzania obrazu. Aby wykonać rejestrację powierzchni od statycznej tomografii komputerowej 3D do pierwszej klatki tomografii komputerowej 4D, należy użyć funkcji wyboru fazy, aby przyciąć kości w statycznej tomografii komputerowej 3D do częściowych danych segmentowych, które są zawarte we wszystkich klatkach danych filmu 4D CT.

Dane powierzchni 4D CT są tylko częściowymi segmentami, które zostaną uwzględnione na każdym obrazie objętościowym, ponieważ rejestracja powierzchni wymaga, aby jeden punkt danych powierzchni był uwzględniony w innej powierzchni. Użyj funkcji Wskaż punkty, aby wybrać trzy punkty orientacyjne w nieruchomych i ruchomych kościach, które można łatwo zidentyfikować na podstawie przyciętej powierzchni 3D CT i danych powierzchni pierwszej klatki 4D CT w oprogramowaniu do edycji siatki 3D. Następnie dopasuj częściowo nieruchome i ruchome kości z grubsza do pierwszej klatki danych powierzchni 4D CT zgodnie z wybranymi punktami orientacyjnymi i użyj iteracyjnego algorytmu najbliższego punktu, aby przeprowadzić rejestrację powierzchni w oprogramowaniu typu open source.

Aby wykonać sekwencyjną rejestrację powierzchni, należy użyć iteracyjnego modułu najbliższego punktu w oprogramowaniu typu open source, aby najpierw dopasować częściowe powierzchnie nieruchomej kości w pierwszej klatce 4D CT do danych powierzchni drugiej klatki. Następnie zrekonstruuj ruchomy ruch kości w odniesieniu do kości stałej. Po zmierzeniu parametrów obrotu zdefiniuj układy współrzędnych kości nieruchomej i ruchomej.

Przykładowe dane kinematyki kolana pokazują, że kąt szpotawości kości piszczelowej stopniowo zmniejsza się wraz z wydłużeniem kości piszczelowej. Rotacja zewnętrzna kości piszczelowej zwiększa się pod koniec wyprostu, co odpowiada ruchowi domowemu kolana w poprzednich raportach. Wykresy błędu dla translacji i rotacji pokazują, że błąd jest tolerowany dla długości kości udowej dłuższej niż 9% całej długości i długości kości piszczelowej dłuższej niż 7% całej długości, ponieważ grubość warstwy CT wynosi 0,5 milimetra i przekracza rozmiar błędu.

Ponadto obliczenia kinematyki rzepki pokazują, że boczne nachylenie rzepki odpowiada kątowi zgięcia kolana. Rekonstrukcja powierzchni kory kostnej powinna być sprawdzona wizualnie i może wymagać ręcznej segmentacji. Ostatnio w wielu badaniach nad automatycznymi segmentacjami wykorzystano Korzystając z tych technik, rekonstrukcja może być wykonywana automatycznie.