Análise de TC quadridimensional usando registro 3D-3D sequencial

Summary

Analisamos a cinemática articular a partir de dados de tomografia computadorizada quadridimensional. O método sequencial de registro 3D-3D fornece semiautomaticamente a cinemática do osso em movimento com relação ao osso sujeito a partir de dados de tomografia computadorizada quadridimensionais.

Abstract

A tomografia computadorizada quadridimensional (4DCT) fornece uma série de dados de volume e visualiza movimentos articulares. No entanto, a análise numérica dos dados 4DCT continua a ser difícil porque a segmentação em todos os quadros volumétricos é demorada. O objetivo é analisar a cinemática conjunta usando uma técnica sequencial de registro 3D-3D para fornecer a cinemática do osso em movimento com relação ao osso fixo semiautomaticamente usando dados 4DCT DICOM e software existente. Os dados de superfície dos ossos de origem são reconstruídos a partir do 3DCT. Os dados de superfície aparados são, respectivamente, combinados com dados de superfície do primeiro quadro em 4DCT. Estas superfícies aparadas são sequencialmente combinadas até o último quadro. Esses processos fornecem informações posicionais para ossos-alvo em todos os quadros do 4DCT. Uma vez que os sistemas de coordenação dos ossos alvo são decididos, os ângulos de tradução e rotação entre quaisquer dois ossos podem ser calculados. Esta análise 4DCT oferece vantagens em análises cinemáticas de estruturas complexas, como carpal ou ossos tarsal. No entanto, movimentos rápidos ou em grande escala não podem ser rastreados por causa de artefatos de movimento.

Introduction

A cinemática articular tem sido descrita usando uma série de metodologias, como sensores de captura de movimento, registro 2D-3D e estudos cadavéricos. Cada método tem vantagens e desvantagens específicas. Por exemplo, sensores de captura de movimento podem medir movimentos rápidos e em larga escala usando câmeras infravermelhas com ou sem sensores no assunto^1,2. No entanto, estes métodos medem o movimento da pele para inferir a cinemática articular e, portanto, contêm erros de movimento da pele³.

Estudos cadavéricos têm sido utilizados para avaliar faixas de....

Protocol

Todos os métodos aqui descritos foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Escola de Medicina da Universidade de Keio.

NOTA: A cinemática articular é medida pela reconstrução do movimento de um osso em movimento em torno de um osso fixo. Para a cinemática da articulação do joelho, o fêmur é definido como o osso fixo e a tíbia é definida como o osso em movimento.

1. Protocolo de imagem ct

1. Configure a máquina de TC. Adquirir exames de TC com um sistema de TC de 320 linhas de detector para permitir múltiplas fases de dados de volume 3D com cobertura craniocaudal de 160 mm. Por exemplo, na an....

Results

Descrevemos o movimento da tíbia durante a extensão do joelho. A articulação do joelho foi posicionada no pórtico ct. Um travesseiro triângulo foi usado para suportar o fêmur na posição inicial. O joelho foi estendido a uma posição reta sobre o curso de 10 s. A exposição da radiação foi medida. Além do 4DCT, foi realizada 3DCT estática de fêmur, tíbia e patela. Os dados superficiais de todo o fêmur e tíbia foram reconstruídos. O limiar para os números hu do córtex ósseo foi definido como .......

Discussion

Nosso método permite a visualização e quantificação dos movimentos de ossos inteiros e fornece dados posicionais numéricos do osso em movimento com relação ao osso fixo a partir de dados 4DCT. Muitas ferramentas foram sugeridas para medir a cinemática conjunta. Marcadores de pele de movimento podem analisar os movimentos totais do corpo ao longo de um longo tempo. No entanto, este método contém erros de movimento da pele³. A cinemática articular deve ser estimada a partir do movimento dos ossos ad.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Scanner 4DCT	Canon medical systems (Tochigi, Japão)	N/A	Varredura 4DCT, varredura estática 3DCT
AVIZO(9.3.0)*	Thermo Fisher Scientific (OR, EUA)		Software de processamento de imagem. Reconstrução de superfície a partir de dados DICOM de TC e dados de nuvem de pontos. * Ryan, T. M. & Walker, A. Estrutura óssea trabecular nas cabeças umeral e femoral de primatas antropóides. Anat Rec (Hoboken). 293 (4), 719-729, doi:10.1002/ar.21139, (2010).
Meshlab**	ISTI (Pisa, Itália)	N/A	Corte de superfície e separação de pontos de referência ** MeshLab: uma ferramenta de processamento de malha de código aberto. Sixth Eurographics Italian Chapter Conference, página 129-136, 2008. P. Cignoni, M. Callieri, M. Corsini, M. Dellepiane, F. Ganovelli, G. Ranzuglia
VTK(6.3.0)***	Kitware (New York, USA)	N/A	Iterative Closest Points algorithm. Usado em programação em linguagem python. *** https://vtk.org
Python(3.6.1)	Python Software Foundation	N/A	DICOM processamento de arquivos para extrair a nuvem de pontos do córtex ósseo (módulo 'dicom.py'). Cálculo das matrizes de rotação. (Módulo Numpy) Estração sequencial de imagens usando algoritmo ICP