Name: Ocena gojenia złamań kości za pomocą mikrotomografii komputerowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-09T13:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: Poznaj protokół mikrotomografii komputerowej do oceny gojenia złamań kości. Ta metoda umożliwia nieinwazyjne obrazowanie 3D i precyzyjną analizę kalusy kostnej w badaniach przedklinicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez National Institutes of Health (NIH) R01 DK121327 do R.A.E i R01 AR071968 do F.K.

<ol><li>Rüegsegger, P., Koller, B., Müller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microtomographic+system+for+the+nondestructive+evaluation+of+bone+architecture%5BTitle%5D)+AND+%22Calcified+Tissue+International%22%5BJournal%5D)">A microtomographic system for the nondestructive evaluation of bone architecture.</a> Calcified Tissue International. 58 (1), 24-29 (1996).</li>
<li>Müller, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphometric+analysis+of+human+bone+biopsies%3A+a+quantitative+structural+comparison+of+histological+sections+and+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Morphometric analysis of human bone biopsies: a quantitative structural comparison of histological sections and micro-computed tomography.</a> Bone. 23 (1), 59-66 (1998).</li>
<li>Waarsing, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+and+tracking+local+changes+in+the+tibiae+of+individual+rats%3A+a+novel+method+to+analyse+longitudinal+in+vivo+micro-CT+data%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Detecting and tracking local changes in the tibiae of individual rats: a novel method to analyse longitudinal in vivo micro-CT data.</a> Bone. 34 (1), 163-169 (2004).</li>
<li>Boyd, S. K., Davison, P., Müller, R., Gasser, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+individual+morphological+changes+over+time+in+ovariectomized+rats+by+in+vivo+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Monitoring individual morphological changes over time in ovariectomized rats by in vivo micro-computed tomography.</a> Bone. 39 (4), 854-862 (2006).</li>
<li>Christiansen, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+micro-computed+tomography+voxel+size+and+segmentation+method+on+trabecular+bone+microstructure+measures+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Bone+Reports%22%5BJournal%5D)">Effect of micro-computed tomography voxel size and segmentation method on trabecular bone microstructure measures in mice.</a> Bone Reports. 5, 136-140 (2016).</li>
<li>Holdsworth, D. W., Thornton, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-CT+in+small+animal+and+specimen+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Micro-CT in small animal and specimen imaging.</a> Trends in Biotechnology. 20 (8), 34-39 (2002).</li>
<li>Schambach, S. J., Bag, S., Schilling, L., Groden, C., Brockmann, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+micro-CT+in+small+animal+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">Application of micro-CT in small animal imaging.</a> Methods. 50 (1), 2-13 (2010).</li>
<li>Bouxsein, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Guidelines+for+assessment+of+bone+microstructure+in+rodents+using+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 25 (7), 1468-1486 (2010).</li>
<li>Morgan, E. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-computed+tomography+assessment+of+fracture+healing%3A+Relationships+among+callus+structure%2C+composition%2C+and+mechanical+function%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Micro-computed tomography assessment of fracture healing: Relationships among callus structure, composition, and mechanical function.</a> Bone. 44 (2), 335-344 (2009).</li>
<li>O'Neill, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-computed+tomography+assessment+of+the+progression+of+fracture+healing+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Micro-computed tomography assessment of the progression of fracture healing in mice.</a> Bone. 50 (6), 1357-1367 (2012).</li>
<li>Bissinger, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+automated+segmentation+of+callus+by+micro-CT+compared+to+biomechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthopaedic+Surgery+and+Research%22%5BJournal%5D)">Fully automated segmentation of callus by micro-CT compared to biomechanics.</a> Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 12 (1), 108(2017).</li>
<li>Brown, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Delayed+fracture+healing+and+increased+callus+adiposity+in+a+C57BL%2F6J+murine+model+of+obesity-associated+type+2+diabetes+mellitus%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+One%22%5BJournal%5D)">Delayed fracture healing and increased callus adiposity in a C57BL/6J murine model of obesity-associated type 2 diabetes mellitus.</a> PLOS One. 9 (6), 99656(2014).</li>
<li>Khajuria, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aberrant+structure+of+fibrillar+collagen+and+elevated+levels+of+advanced+glycation+end+products+typify+delayed+fracture+healing+in+the+diet-induced+obesity+mouse+model%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Aberrant structure of fibrillar collagen and elevated levels of advanced glycation end products typify delayed fracture healing in the diet-induced obesity mouse model.</a> Bone. 137, 115436(2020).</li>
<li>Sigurdsen, U., Reikeras, O., Hoiseth, A., Utvag, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlations+between+strength+and+quantitative+computed+tomography+measurement+of+callus+mineralization+in+experimental+tibial+fractures%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Correlations between strength and quantitative computed tomography measurement of callus mineralization in experimental tibial fractures.</a> Clinical Biomechanics. 26 (1), 95-100 (2011).</li>
<li>Duvall, C. L., Taylor, W. R., Weiss, D., Wojtowicz, A. M., Guldberg, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+angiogenesis%2C+early+callus+formation%2C+and+late+stage+remodeling+in+fracture+healing+of+osteopontin-deficient+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Impaired angiogenesis, early callus formation, and late stage remodeling in fracture healing of osteopontin-deficient mice.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 22 (2), 286-297 (2007).</li>
<li>Gerstenfeld, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+effects+of+the+bisphosphonate+alendronate+versus+the+RANKL+inhibitor+denosumab+on+murine+fracture+healing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Comparison of effects of the bisphosphonate alendronate versus the RANKL inhibitor denosumab on murine fracture healing.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 24 (2), 196-208 (2009).</li>
<li>Alentado, V. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+the+modified+radiographic+union+score+for+tibia+fractures+%28mRUST%29+in+murine+femoral+fractures%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Endocrinology%22%5BJournal%5D)">Validation of the modified radiographic union score for tibia fractures (mRUST) in murine femoral fractures.</a> Frontiers in Endocrinology. 13, 911058(2022).</li>
<li>Yu, K. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+impaired+MRSA-infected+fracture+healing+by+combinatorial+antibiotics+and+modulation+of+sustained+inflammation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bone+and+Mineral+Research%22%5BJournal%5D)">Enhancement of impaired MRSA-infected fracture healing by combinatorial antibiotics and modulation of sustained inflammation.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 37 (1), 1352-1365 (2022).</li>
<li>Nyman, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+measures+of+femoral+fracture+repair+in+rats+derived+by+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Quantitative measures of femoral fracture repair in rats derived by micro-computed tomography.</a> Journal of Biomechanics. 42 (7), 891-897 (2009).</li>
<li>Fiset, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+the+radiographic+union+score+for+tibial+fractures+%28RUST%29+using+micro-computed+tomography+scanning+and+biomechanical+testing+in+an+in-vivo+rat+model%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Bone+and+Joint+Surgery%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of the radiographic union score for tibial fractures (RUST) using micro-computed tomography scanning and biomechanical testing in an in-vivo rat model.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery. 100 (21), 1871-1878 (2018).</li>
<li>Shefelbine, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prediction+of+fracture+callus+mechanical+properties+using+micro-CT+images+and+voxel-based+finite+element+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">Prediction of fracture callus mechanical properties using micro-CT images and voxel-based finite element analysis.</a> Bone. 36 (3), 480-488 (2005).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glucocorticoid-induced+delayed+fracture+healing+and+impaired+bone+biomechanical+properties+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Interventions+in+Aging%22%5BJournal%5D)">Glucocorticoid-induced delayed fracture healing and impaired bone biomechanical properties in mice.</a> Clinical Interventions in Aging. 13, 1465-1474 (2018).</li>
<li>Watson, P. J., Fitton, L. C., Meloro, C., Fagan, M. J., Gröning, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+adaptation+of+trabecular+bone+morphology+in+the+mammalian+mandible%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Mechanical adaptation of trabecular bone morphology in the mammalian mandible.</a> Scientific Reports. 8 (1), 7277(2018).</li>
<li>Nie, C., Wang, Z., Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+depression+on+fracture+healing+and+osteoblast+differentiation+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychiatric+Disease+and+Treatment%22%5BJournal%5D)">The effect of depression on fracture healing and osteoblast differentiation in rats.</a> Neuropsychiatric Disease and Treatment. 14, 1705-1713 (2018).</li>
</ol>

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

Celem tego badania jest opisanie szczegółowego protokołu analizy μCT w celu dokładnego ilościowego określenia zmineralizowanej struktury kalusa 3D, co często ma fundamentalne znaczenie w badaniach gojenia kości i złamań. Protokół wykorzystuje najnowocześniejszą platformę oprogramowania do analizy obrazów 3D ogólnego przeznaczenia, która ułatwia wizualizację obrazu, segmentację/etykietowanie i pomiary od prostych do złożonych.
Najbardziej czasochłonnym zadaniem w protokole jest półautomatyczna ...

Obrazowanie mikrotomografii komputerowej (μCT) jest szeroko stosowane w przedklinicznych badaniach kości, dostarczając nieinwazyjnych obrazów o wysokiej rozdzielczości do oceny mikrostruktury kości1,2,3,4,5. μCT obejmuje dużą liczbę obrazów rentgenowskich, uzyskanych z obracającej się próbki lub przy użyciu obracającego się źródła promieniowania rentgenowskiego i detektora. Algorytmy służą do rekonstrukcji danych wolumetrycznych 3D w postaci stosu wycinków obrazu. Kliniczna tomografia komputerowa jest złotym standardem w obrazowaniu 3D ludzkich kości, a μCT jest powszechnie stosowaną techniką oceny skuteczności gojenia kości u zwierząt doświadczalnych1,2,3,4,6,7. Zmineralizowana kość ma doskonały kontrast z promieniowaniem rentgenowskim, podczas gdy tkanki miękkie mają stosunkowo słaby kontrast, chyba że stosuje się środek kontrastowy. W ocenie gojenia się złamań μCT generuje obrazy, które dostarczają szczegółowych informacji na temat struktury 3D i gęstości zmineralizowanego kalusa. Skanowanie μCT in vivo może być również wykorzystywane do podłużnej, czasowej oceny gojenia się złamań.
Kwantyfikacja nienaruszonej kości korowej i beleczkowej za pomocą μCT jest ogólnie dobrze ugruntowana i ustandaryzowana8. Chociaż badania przedkliniczne wykorzystują różne metodologie kwantyfikacji do analizy gojenia złamań9,10,11, szczegółowy protokół analizy obrazu μCT do kwantyfikacji kalusa nie został jeszcze opublikowany. Dlatego celem tego badania jest przedstawienie szczegółowego protokołu krok po kroku do obrazowania μCT i analizy modzela gojącego się kości.

<table><tbody><tr><td>10% neutralna buforowana formalina&nbsp;</td><td>Fisher chemical</td><td>SF100-20</td><td>Używany do utrwalania tkanki kostnej</td></tr><tr><td>Avizo</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>Oprogramowanie do przetwarzania i analizy obrazów</td></tr><tr><td>Fantom hydroksyapatytu&nbsp;</td><td>Micro-CT HA D4.5, QRM</td><td>QRM-70128</td><td></td></tr><tr><td>Język przetwarzania obrazu</td><td>Scanco</td><td></td><td>Służy do konwersji surowych obrazów na obrazy DICOM</td></tr><tr><td>Micro-Mosquito Proste kleszcze hemostatyczne</td><td>Medline</td><td></td><td>Służy do usuwania szpilki śródszpikowej&nbsp;</td></tr><tr><td>Microsoft Excel</td><td>Arkusz kalkulacyjny</td><td>Microsoft</td><td></td></tr><tr><td>System Scanco mCT (vivaCT 40)</td><td>Scanco</td><td></td><td>Używany do &micro; Tomografia komputerowa&nbsp;</td></tr></tbody></table>

ocena gojenia złamań kości za pomocą mikrotomografii komputerowej

Assessment of Bone Fracture Healing Using Micro-Computed Tomography

Tomografia mikrokomputerowa (μCT) jest najpowszechniejszą metodą obrazowania do charakteryzowania trójwymiarowej (3D) morfologii kości i nowo powstałej kości podczas gojenia złamań w badaniach translacyjnych. Badania nad gojeniem się złamań kości długich u gryzoni zazwyczaj obejmują wtórne gojenie i tworzenie zmineralizowanego kalusa. Kształt utworzonego kalusa i gęstość nowo powstałej kości mogą się znacznie różnić w zależności od punktów czasowych i zabiegów. Podczas gdy standardowe metodologie ilościowego określania parametrów nienaruszonej kości korowej i beleczkowej są szeroko stosowane i wbudowane w komercyjnie dostępne oprogramowanie, brakuje konsensusu co do procedur analizy gojącego się kalusa. Celem tej pracy jest opisanie znormalizowanego protokołu, który określa ilościowo frakcję objętości kości i gęstość mineralną kalusa w gojącym się kalusie. Protokół opisuje różne parametry, które należy wziąć pod uwagę podczas obrazowania i analizy, w tym wyrównanie próbki podczas obrazowania, wielkość objętości będącej przedmiotem zainteresowania oraz liczbę warstw, które są konturowane w celu zdefiniowania kalusa.

W celu monitorowania procesu tworzenia kości podczas gojenia złamania, u dorosłych samców myszy szczepu C75BL/6J wywołano otwarte złamanie trzonu kości piszczelowej w jego części środkowej. Złamanie ustabilizowano za pomocą gwoździa śródszpikowego, co stanowi uznany model gojenia wtórnego.13Tkanki kalusa pobrano w 14., 21. i 28. dniu po złamaniu.12Punkty czasowe te reprezentują różne fazy gojenia. Kostnienie chrzęstne podczas wtórnego gojenia kości przebiega poprzez</em...

Mikrotomografia komputerowa (μCT) jest nieniszczącym narzędziem do obrazowania, które jest instrumentalne w ocenie struktury kości w badaniach przedklinicznych, jednak nie ma zgody co do procedur μCT do analizy modzeli gojącej się kości. Badanie to zapewnia krok po kroku protokół μCT, który umożliwia monitorowanie gojenia się złamań.

Ocena gojenia złamań kości za pomocą mikrotomografii komputerowej

Micro-computed tomography (&#181;CT) is the most common imaging modality to characterize the three-dimensional (3D) morphology of bone and newly formed ...

Mikrotomografia komputerowa jest bardzo powszechnym podejściem do ilościowego określania morfologii 3D i jakości kości. Chociaż protokoły analityczne są dość ugruntowane w celu scharakteryzowania nienaruszonej kości korowej i beleczkowej, istnieje mniejszy konsensus co do protokołu analizy gojenia złamań. Technika ta obejmuje nieinwazyjne obrazowanie i dokładną, skalibrowaną analizę 3D przy użyciu dobrej równowagi między technikami ręcznymi i automatycznymi.Wykorzystuje również wyrafinowane i elastyczne środowisko oprogramowania. Procedurę zademonstruje Hwabok Wee, pracownik naukowy z mojego laboratorium. Aby rozpocząć, weź specjalnie opracowane urządzenie do skanowania wydrukowane w 3D lub podobne, które zawiera miniaturowy fantom hydroksyapatytu do kalibracji gęstości mineralnej kości.Umieść do sześciu próbek kości długich w uchwycie w celu jednoczesnego skanowania wielu próbek. Umieść przygotowane urządzenie w strzykawce lub stożkowej rurce podobnej do średnicy pola skanowania view. Napełnij strzykawkę środkiem konserwującym, takim jak sól fizjologiczna, aby zapobiec wysychaniu próbek podczas procesu skanowania.Po potwierdzeniu kalibracji urządzenia do mikro-CT, wyrównaj linię środkową oprawy sample z przybliżoną linią środkową mikro-CT, aby upewnić się, że próbki znajdują się w polu view, a ich długie osie mają orientację w przybliżeniu pokrywającą się z kierunkiem osiowym wynikowych obrazów. Następnie ustaw parametry skanowania systemu mikro-CT, ustawiając energię lub intensywność na szczyt 55 kilonapięć, prąd na 145 mikroamperów, rozmiar woksela izotropowego na 10,5 mikrometra i czas integracji na 300 milisekund. Następnie przeprowadź wizualne oględziny obrazów zwiadowczych w różnych widokach, aby pokryć całą objętość wszystkich próbek kalusa.Rozpocznij akwizycję skanowania, a po zakończeniu przekonwertuj obrazy na stos DICOM, aby zaimportować je do oprogramowania analitycznego. Aby rozpocząć przycinanie obrazu, wybieraj jedną próbkę na raz i przycinaj każdy stos obrazów, upewniając się, że cała próbka jest uwzględniona w przyciętym woluminie. Zapisz przycięty obraz, klikając kartę Plik w lewym górnym rogu ekranu, wybierając pozycję Zapisz projekt jako, a następnie wybierając pozycję Minimalizuj rozmiar projektu.Aby odszumić obraz, kliknij kartę Plik i wybierz obraz do przetworzenia za pomocą polecenia Otwórz dane, co spowoduje otwarcie obrazu w oknie Project View w lewym górnym rogu ekranu. Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wybrać Przetwarzanie obrazu, a następnie Filtruj piaskownicę, a następnie kliknij Utwórz. W oknie Właściwości w lewym dolnym rogu ekranu wybierz Dane jako typ podglądu.Wybierz typ filtra z menu rozwijanego obok opcji Filtr i wybierz opcję 3D do interpretacji. Zachowując Rozdzielny jako typ jądra w menu rozwijanym, wypełnij wartości odchylenia standardowego i współczynnika wielkości jądra w dostępnym pustym polu. Następnie wybierz opcję Takie same jak dane wejściowe z menu rozwijanego obok danych wyjściowych.I na koniec kliknij Zastosuj. W przypadku nieprawidłowo wyrównanych próbek użytkownik może wykonać ponowne wyrównanie obrazu, tworząc renderowany obraz próbki w 3D, wybierając przefiltrowany, przycięty obraz w oknie Widok projektu. Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wybrać Wyświetlanie, a następnie Renderowanie woluminów z menu rozwijanego.Następnie kliknij przycisk Utwórz, aby wizualnie sprawdzić obraz renderowany w 3D w płaszczyźnie strzałkowej i czołowej. Następnie ręcznie obróć renderowaną objętość, aby uzyskać dobre wyrównanie w osi podłużnej. Aby zastosować przekształcenie w obróconych obrazach, w oknie Właściwości kliknij Edytor przekształceń.Następnie przejdź do Transform Editor Manipulator i wybierz Transformer z menu rozwijanego. W razie potrzeby obróć, wyrównaj, a następnie ponownie kliknij Edytor przekształceń, aby zablokować obraz. Następnie, aby utworzyć nowe plasterki obrazu płaszczyzny poprzecznej, ponownie próbkuj przefiltrowany obraz, wybierając go w oknie Widok projektu.Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wybrać opcję Geometry Transform (Przekształć geometrię), a następnie z menu rozwijanego wybierz opcję Resample Transformed Image (Ponownie próbkuj przekształcony obraz), a następnie kliknij polecenie Create (Utwórz). W oknie Właściwości przejdź do pozycji Dane, a następnie z menu rozwijanego wybierz pozycję Standardowy dla interpolacji, wybierz pozycję Rozszerzony dla trybu i Rozmiar woksela dla zachowania. Wprowadź zero w dostępnym pustym polu dla wartości dopełnienia, a na koniec kliknij przycisk Zastosuj.Aby określić objętość zainteresowania, przejdź przez poprzeczne wycinki obrazu, zidentyfikuj płaszczyznę środkową kalusa złamania i zdefiniuj ją na podstawie bliższej i dalszej soczewki kalusa. Jeśli końce kalusa są trudne do określenia, zdefiniuj objętość na podstawie znormalizowanej odległości od płaszczyzny środkowej kalusa. Aby podzielić zewnętrzną granicę kalusa po ponownym złożeniu przekształconych obrazów, kliknij kartę Segmentacja w drugim wierszu kart od góry ekranu.W oknie edytora segmentacji wybierz przekształcony obraz z menu rozwijanego obok obrazu. W oknie MATERIAŁY kliknij dwukrotnie przycisk Dodaj. W ten sposób pojawią się dwie karty o nazwach Materiał3 i Materiał4.Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby zmienić nazwę Materiał3 na kalus i Materiał4 na kość korową. Następnie w oknie WYBÓR kliknij ikonę lassa. Z wyświetlonych opcji wybierz opcję Odręczny dla trybu 2D, Wewnątrz dla trybu 3D oraz opcje Automatyczne obrysowywanie i Śledź krawędzie.Następnie użyj lassa, aby zaznaczyć zewnętrzną granicę kalusa. Powtórz kroki konturowania z plasterkami próbkowanymi w całej objętości zainteresowania, a wycinki mogą być oddalone od siebie, na przykład o 20 plasterków. Aby utworzyć kompletną etykietę kalusa, w oknie MATERIAŁY wybierz plik kalusa, kliknij kartę Wybór w górnej części ekranu, a następnie z menu rozwijanego wybierz opcję Interpoluj.Następnie w oknie Wybór kliknij znak plus. Następnie podziel kość korową na segmenty, w tym jamę szpikową. Następnie interpoluj wyprofilowaną powierzchnię kory okostnej, aby utworzyć etykietę kości korowej, tak jak to miało miejsce wcześniej dla modzela.Aby obliczyć objętość konturową kalusa i średnią wartość szarości, kliknij kartę Segmentacja w górnym wierszu ekranu i wybierz Statystyka materiału z menu rozwijanego, aby wygenerować tabelę obliczonych wartości. Należy pamiętać, że wartości kości korowej i kalusa są podawane oddzielnie po odjęciu kości korowej. Wyeksportuj wygenerowaną tabelę i zapisz dane, klikając przycisk Eksportuj do obszaru roboczego.Aby przekonwertować jednostki skali szarości na gęstość mineralną kości, przytnij obraz 3D 4,5-milimetrowego fantomu HA z całego obrazu i kliknij opcję Segmentacja. Aby narysować okręgi na pierwszym i ostatnim plasterku, w oknie MATERIAŁY kliknij przycisk Dodaj cztery razy. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy, aby zmienić nazwy Materiał3, 4, 5 i 6 odpowiednio na Fantom1, 2, 3 i 4.Następnie wybierz opcję Phantom1. Kliknij ikonę pędzla w oknie Wybór i użyj suwaka, aby dostosować rozmiar pędzla tak, aby rozmiar okręgu był mniejszy niż rozmiar fantomu. Aby utworzyć wolumin dla każdego cylindra HA, zastosuj interpolację, wybierając Phantom1 w oknie MATERIALS, klikając kartę Selection (Zaznaczenie) w górnym wierszu ekranu i wybierając opcję Interpoluj z menu rozwijanego.Następnie w oknie WYBÓR kliknij znak plus. Powtórz ten proces z pozostałymi butlami HA. Użyj wygenerowanych etykiet 3D, aby obliczyć średnie wartości szarości dla czterech analizowanych cylindrów HA.Wykreślić średnie wartości graju i odpowiadające im wartości gęstości mineralnej kości (BMD) dostarczone przez producenta fantomu. Wygeneruj równanie korelacji między BMD a wartościami szarości za pomocą regresji liniowej. Aby podzielić zmineralizowany kalus na segmenty, kliknij przycisk Dodaj w oknie MATERIAŁY.Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy, aby zmienić nazwę nowego materiału na zmineralizowany kalus. Następnie wybierz Callus w oknie MATERIALS, a następnie kliknij Select. Następnie kliknij przycisk Próg w oknie WYBÓR.Wybierz dolną wartość i zastosuj obliczony próg z fantomu HA w maskowaniu progu. Następnie kliknij Wybierz tylko bieżący materiał w oknie WYBÓR, a następnie kliknij Wybierz zamaskowane woksele. Następnie w oknie MATERIAŁY wybieramy kalus mineralizowany i klikamy znak plus w oknie WYBÓR.Na koniec kliknij 3D kalusa zmineralizowanego w oknie MATERIAŁY. Obrazy mikro-CT analizowane w trzech punktach czasowych wykazały znaczne tworzenie się zmineralizowanego kalusa w 14 dniu. Stopniowy wzrost objętości frakcji kostnej i gęstości mineralnej kości obserwowano w miarę gojenia postępującego od 14 dnia do 21 i 28 dnia, co było zgodne z kostnym mostkowaniem szczeliny złamania.Zgodnie z oczekiwaniami, kalus uległ resorpcji lub przebudowie między 21 a 28 dniem, o czym świadczy spadek całkowitej objętości kalusa. Mostkowanie kory kalusa było bardziej widoczne w 28 dniu niż w jakimkolwiek poprzednim punkcie czasowym. W przypadku złożonych pęknięć zalecamy dokładne przejrzenie wynikowej półautomatycznej segmentacji poprzez przewijanie wszystkich wycinków obrazu, czasami w różnych płaszczyznach, i dostosowywanie konturów w razie potrzeby.Po dokładnej segmentacji kalusa złamania, parametry wyniku, oprócz tych zgłoszonych w tym protokole, można obliczyć za pomocą dodatkowych skryptów. Należą do nich na przykład momenty bezwładności i gęstość połączeń.

assessment-of-bone-fracture-healing-using-micro-computed-tomography

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Ilościowy pomiar funkcji progenitora kości w gojeniu złamań wymaga technologii obrazowania seryjnego o wysokiej rozdzielczości. W tym miejscu przedstawiono protokoły wykorzystujące mikroskopię przyżyciową i śledzenie linii kostnych w celu sekwencyjnego obrazowania i ilościowego określenia migracji, proliferacji i różnicowania endogennych osteogennych komórek macierzystych / progenitorowych w procesie naprawy złamań kości.

Sekwencyjne obrazowanie in vivo osteogennych komórek macierzystych/progenitorowych podczas naprawy złamań

Połączone obrazowanie optyczne i μCT w mysim modelu infekcji implantu ortopedycznego, wykorzystujące bioluminescencyjny zmodyfikowany szczep Staphylococcus aureus, zapewniło możliwość nieinwazyjnego i podłużnego monitorowania dynamiki infekcji bakteryjnej, jak również odpowiadającej jej reakcji zapalnej i zmian anatomicznych w kości.

Połączone obrazowanie optyczne in vivo i μCT w celu monitorowania infekcji, stanu zapalnego i anatomii kości w zakażeniu implantu ortopedycznego u myszy

Implantacja autologicznych i allogenicznych przeszczepów kostnych stanowi akceptowane metody leczenia dużych ubytków kości twarzoczaszki. Jednak wpływ składu przeszczepu na wzajemne oddziaływanie między neowaskularyzacją, różnicowaniem komórek i tworzeniem kości jest niejasny. Przedstawiamy protokół obrazowania multimodalnego, którego celem jest wyjaśnienie współzależności angiogenezy i osteogenezy w pobliżu przeszczepu.

Tomografia komputerowa i obrazowanie optyczne sprzężenia osteogeneza-angiogeneza w celu oceny integracji autoprzeszczepów kości czaszki i alloprzeszczepów

Ocena rozwoju tkanki w złamaniu modzeli podczas gojenia kości śródchrzęstnej jest niezbędna do monitorowania procesu gojenia. W tym miejscu informujemy o zastosowaniu zewnętrznego stabilizatora kompatybilnego z rezonansem magnetycznym (MRI) dla kości udowej myszy, aby umożliwić skany MRI podczas regeneracji kości u myszy.

In vivo (in vivo) Ocena rozwoju kalusa złamania podczas gojenia kości u myszy przy użyciu urządzenia do osteosyntezy kompatybilnego z MRI dla kości udowej myszy

Ten protokół opisuje minimalnie inwazyjną technikę osteosyntezy wykorzystującą śródszpikową do standaryzowanej stabilizacji złamań kości udowej, która może być wykorzystana do analizy endochrzęstnego gojenia kości u myszy.

Minimalnie inwazyjny model do analizy gojenia złamań śródchrzęstnych u myszy w standaryzowanych warunkach biomechanicznych

Model mysiego zamkniętego złamania kości udowej jest potężną platformą do badania gojenia złamań i nowatorskich strategii terapeutycznych przyspieszających regenerację kości. Celem tego protokołu chirurgicznego jest wygenerowanie jednostronnie zamkniętych złamań kości udowej u myszy za pomocą śródszpikowego pręta stalowego do stabilizacji kości udowej.

Generowanie zamkniętych złamań kości udowej u myszy: model do badania gojenia kości

Ten protokół opisuje wykrywanie migracji komórek macierzystych okostnej szkieletu za pośrednictwem CCL5 w czasie rzeczywistym za pomocą mikroskopii intravital żywych zwierząt.

Obrazowanie w czasie rzeczywistym indukowanej przez CCL5 migracji komórek macierzystych okostnej kostnej u myszy

Protokół umożliwia pomiar deformacji mikrostruktury kości w całej proksymalnej ludzkiej kości udowej oraz jej wytrzymałości poprzez połączenie dużego skanowania mikro-tomografem komputerowym, specjalnie wykonanego etapu kompresji i zaawansowanych narzędzi do przetwarzania obrazu.

Obrazowanie mechanizmu uszkodzenia mikrostrukturalnego w ludzkim biodrze

Ten protokół przedstawia ekonomiczną i efektywną metodę ilościowej oceny mikroarchitektury kości w mysim modelu osteoporozy poprzez połączenie barwienia Hematoxylin-Eosin (HE) i technik mikrotomografii komputerowej (Micro-CT).

Ocena mikroarchitektury kości beleczkowej w mysim modelu osteoporozy

Przedstawiamy metodę analizy zdefiniowanego przez użytkownika obszaru zainteresowania (ROI) w podłużnym modelu defektu promieniowego szczura in vivo . Metoda ta umożliwia analizę porównawczą różnych rusztowań, które wcześniej były ograniczone przez różnice w polu widzenia skanowania metodą tomografii komputerowej (μCT), orientacji próbki i wyjściowej obecności rusztowania.

Podłużna analiza obrazu mikrotomografii komputerowej dla zdefiniowanego przez użytkownika obszaru zainteresowania w ubytkach kostnych o krytycznej wielkości

Proponujemy protokół oceny regeneracji kości na różnych poziomach hierarchicznych. To podejście multimodalne umożliwia analizę strukturalną na różnych skalach długości, skutecznie rozwiązując wyzwania związane z przygotowaniem próbek. Zapewnia również wiarygodny sposób oceny skuteczności biomateriałów w wspieraniu regeneracji kości.

Podejście multimodalne do oceny regeneracji kości i wydajności rusztowania

Poznaj protokół mikrotomografii komputerowej do oceny gojenia złamań kości. Ta metoda umożliwia nieinwazyjne obrazowanie 3D i precyzyjną analizę kalusy kostnej w badaniach przedklinicznych.

Ocena gojenia złamań kości za pomocą mikrotomografii komputerowej

Przeglądaj więcej filmów