Wspomagany programowo pomiar ilościowy grubości kości podchrzęstnej choroby zwyrodnieniowej stawów

Pogrubienie kości podchrzęstnej lub stwardnienie rozsiane jest jedną z cech charakterystycznych choroby zwyrodnieniowej stawów, zarówno u modeli zwierzęcych, jak i u ludzi. Obecnie nasilenie histologicznego pogrubienia kości podchrzęstnej określa się głównie na podstawie oceny wizualnej opartej na półilościowych systemach klasyfikacji. Badanie to ma na celu opracowanie powtarzalnego i łatwego do wykonania protokołu ilościowego pomiaru grubości kości podchrzęstnej w mysim modelu choroby zwyrodnieniowej stawu kolanowego wywołanej destabilizacją łąkotki przyśrodkowej.

Stworzyliśmy mysi model choroby zwyrodnieniowej stawu kolanowego poprzez chirurgiczną destabilizację łąkotki przyśrodkowej, która jest wykonywana pod mikroskopem operacyjnym i w stanie sterylnym. Proces histologiczny stawów kolanowych myszy obejmuje utrwalanie tkanek, odwapnienie, przycinanie, przetwarzanie, osadzanie, cięcie i barwienie, a następnie obrazowanie mikroskopowe. Obraz na ekranie przedstawia chorobę zwyrodnieniową stawu kolanowego myszy ze zmianami w chrząstce stawowej, tworzeniem osteofitów i pogrubieniem kości podchrzęstnej Ilościowy pomiar kości podchrzęstnej choroby zwyrodnieniowej stawów za pomocą oprogramowania ImageJ.

Pobierz ImageJ z imagej.nih.gov/ij. Otwórz plik ImageJ. Kliknij kartę Plik, a następnie kliknij opcję Otwórz, aby otworzyć obraz histologiczny.

Znajdź adres katalogu plików, wybierz plik obrazu i kliknij przycisk Otwórz. Użyj narzędzia Linia prosta, aby naszkicować jedną jednostkę długości, mikrometr, a następnie kliknij Analizuj, a następnie Ustaw skalę. Ustaw znaną odległość i współczynnik proporcji pikseli na jeden, a następnie kliknij przycisk OK.ImageJ może przekonwertować długość piksela na jednostkę długości, mikrometr.

Ustaw mierzony współczynnik na obszar. Kliknij Analizuj, a następnie Ustaw pomiar i zaznacz pole Obszar i Ogranicz do progu w nowym oknie. Ten krok ustawia ImageJ tak, aby mierzył obszar parametrów w wybranym progu.

Zdefiniowany całkowity obszar zainteresowania kości podchrzęstnej, jak pokazano w radiu, który obejmuje podchrzęstną płytkę korową i część leżącej poniżej kości beleczkowej przylegającej do płytki korowej. Naszkicuj kontur całkowitego obszaru kości podchrzęstnej za pomocą narzędzia do zaznaczania pod głównym oknem obrazu. Narzędzia wyboru wyznaczają systemowi próg, który pozwala ograniczyć pomiar po wybraniu progu.

Kliknij przycisk Analizuj, a następnie Zmierz. Otworzy się okno wyników z pomiarem powierzchni. Kliknij przycisk Edytuj, a następnie Wyczyść na zewnątrz, aby wykluczyć obszar poza całkowitym obszarem kości podchrzęstnej.

Po kliknięciu opcji Wyczyść na zewnątrz widoczny jest tylko całkowity obszar kości podchrzęstnej. Kliknij Obraz, następnie Dostosuj, a następnie Próg koloru, aby otworzyć okno koloru progu. Kliknij opcję Oryginał u dołu okna koloru progu, aby przywrócić obraz do oryginalnego stanu.

Użyj narzędzi do zaznaczania, aby narysować małe pole w obszarze substancji kostnej. Kliknij opcję próbki u dołu okna, aby zdefiniować obszar substancji kostnej. Wybrany obszar substancji kostnej zmieni kolor na czerwony.

Kliknij przycisk Wybierz u dołu okna koloru progu, aby utworzyć próg pomiaru obszaru. Kliknij Analizuj, a następnie Zmierz w menu głównym ImageJ. Wynik pomiaru obszaru substancji kostnej pojawi się w oknie wyników.

Zapisz dane dotyczące całkowitej powierzchni kości podchrzęstnej i powierzchni substancji kostnej. Zmienność między obserwatorami i wewnątrzobserwatorami oraz odtwarzalność określono za pomocą analizy współczynników korelacji Pearsona. Istotność różnic między badanymi grupami określono za pomocą testu t-Studenta lub jednoczynnikowego testu ANOVA, a następnie testu post-hoc.

Ten rysunek przedstawia górny i dolny panel. Górny panel pokazuje mikrofotografie obrazów histologicznych z grup Sham i DMM do wizualnej oceny kości podchrzęstnej opartej na szacunkach. Dolne panele pokazują mikrofotografie obrazów histologicznych z grup Sham i DMM do wspomaganego ImageJ, ilościowego pomiaru kości podchrzęstnej.

Pola obrysowane przerywaną żółtą linią wykonaną za pomocą programu Adobe Illustrator definiują całkowity obszar zainteresowania kości podchrzęstnej. Obszar substancji kostnej w polach jest podświetlony na pomarańczowo. Niezwykłe pogrubienie kości podchrzęstnej w kłykciu przyśrodkowym kości udowej i plateau piszczelowym przyśrodkowym można określić ilościowo za pomocą oprogramowania ImageJ.

Na tym rysunku testy zmienności między obserwatorami wskazują na wysoką odtwarzalność między obserwatorami zarówno dla pierwszego, jak i drugiego pomiaru grubości kości podchrzęstnej w przyśrodkowej płaskowyżu piszczelowym i obszarach przyśrodkowego kłykcia kości udowej będących przedmiotem zainteresowania. Na tym rysunku testy zmienności wewnątrzobserwacyjnej wskazują na wysoką odtwarzalność między pierwszym a drugim pomiarem grubości kości podchrzęstnej w obszarze plateau kości piszczelowej przyśrodkowej i kłykcia przyśrodkowego kości udowej. Tabela 1 przedstawia analizę porównawczą odtwarzalności między oceną wizualną a ilościowym pomiarem grubości kości podchrzęstnej wspomaganym przez ImageJ.

Test współczynnika korelacji sugeruje, że pomiar ilościowy był stosunkowo bardziej powtarzalny niż wizualny system oceniania. Rysunek ten przedstawia porównawczą analizę wrażliwości oceny wizualnej i ilościowego pomiaru grubości kości podchrzęstnej wspomaganego przez ImageJ w kłykciu przyśrodkowym kości udowej i płaskowyżu przyśrodkowej kości piszczelowej. Obrazy histologiczne do wizualnej oceny szacunków podzielono na trzy grupy.

Ilościowa wartość grubości kości podchrzęstnej ze wszystkich trzech obserwatorów dla obrazów DMM z zerowym wynikiem wizualnym była znacznie wyższa niż w przypadku obrazów Pozorów z zerowym wynikiem wizualnym, co wskazuje, że pomiar ilościowy jest bardziej czuły niż ocena wizualna na łagodne pogrubienie kości podchrrzęstnej. Nowo opracowany protokół ilościowego pomiaru grubości kości podchrzęstnej choroby zwyrodnieniowej stawów jest bardziej wrażliwy na łagodne zmiany podchrzęstne niż szeroko stosowane systemy oceny wizualnej. Protokół ten może być stosowany do wykrywania wczesnych zmian podchrzęstnych w chorobie zwyrodnieniowej stawów oraz do oceny skuteczności in vivo leczenia choroby zwyrodnieniowej stawów w połączeniu z klasyfikacją chrząstki w chorobie zwyrodnieniowej stawów.