Method Article

Четырехмерный Анализ КТ с использованием последовательной 3D-3D Регистрации

DOI:

10.3791/59857

⸱

November 23rd, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Orthopedic Surgery, Keio University School of Medicine, 2Department of Orthopedic Surgery, Saiseikai Utsunomiya Hospital, 3Department of Radiology, Keio University School of Medicine

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы проанализировали совместную кинематику из четырехмерных данных компьютерной томографии. Последовательный метод регистрации 3D-3D полуавтоматически обеспечивает кинематику движущейся кости по отношению к предметной кости из четырехмерных данных компьютерной томографии.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Четырехмерная компьютерная томография (4DCT) обеспечивает ряд объемных данных и визуализирует совместные движения. Однако численный анализ данных 4DCT остается сложным, поскольку сегментация во всех объемах занимает много времени. Мы стремились проанализировать совместную кинематику с использованием последовательной техники 3D-3D регистрации, чтобы обеспечить кинематику движущейся кости по отношению к фиксированной кости полуавтоматически с использованием данных 4DCT DICOM и существующего программного обеспечения. Поверхностные данные исходных костей реконструируются из 3DCT. Данные об сотвечки поверхности соответственно сопоставляются с поверхностными данными из первого кадра в 4DCT. Эти обрезанные поверхности последовательно сопоставляются до последнего кадра. Эти процессы предоставляют позиционную информацию для целевых костей во всех кадрах 4DCT. Как только системы координат костей цели определены, углы перевода и вращения между любыми 2 косями можно вычислить. Этот анализ 4DCT предлагает преимущества в кинематический анализ сложных структур, таких как запястья или смолы костей. Однако быстрые или крупномасштабные движения невозможно отследить из-за артефактов движения.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Совместные кинематические были описаны с использованием ряда методологий, таких как датчики захвата движения, 2D-3D регистрации, и трупных исследований. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Например, датчики захвата движения могут измерять быстрые крупномасштабные движения с помощью инфракрасных камер с датчиками или без датчиков на объекте1,2. Тем не менее, эти методы измеряют движение кожи, чтобы сделать вывод о суставной кинематике, и, следовательно, содержат ошибки движения кожи3.

Cadaveric исследования были использованы для оценки диапазоно....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все методы, описанные здесь, были одобрены Институциональным наблюдательным советом Медицинской школы Университета Кейо.

ПРИМЕЧАНИЕ: Совместные кинематические измеряются путем реконструкции движения движущейся кости вокруг фиксированной кости. Для кинематики коленного сустава бедренная кость определяется как фиксированная кость, а голени определяется как движущаяся кость.

1. Протокол визуализации КТ

  1. Настройка КТ-машины. Приобретение КТ-экзаменов с 320-детектор-ряд КТ системы, чтобы обеспечить несколько фаз 3D объем данных с 160 мм черепно-мозговой покрытия. Например, при анализе коленной кинематики прио....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы описываем движение голени во время выдвижения колена. Коленный сустав был расположен в КТ gantry. Треугольная подушка использовалась для поддержки бедренной кости в исходном положении. Колено было расширено до прямого положения в течение 10 с. Радиационное облучение было измерено. В дополнение к 4DCT, статический 3DCT всей бедренной кости, голени и коленной чашечки было выполнено. Были реконструированы поверхностные данные всей бедренной кости и голени. Порог для HU номера костной коры.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Наш метод позволяет визуализировать и количественно извизить движения целых костей и предоставляет численные позиционные данные движущейся кости по отношению к фиксированной кости из данных 4DCT. Было предложено множество инструментов для измерения совместной кинематики. Маркеры кожи движения могут проанализировать полные движения тела над длиной временем. Тем не менее, этот метод содержит ошибки движения кожи3. Совместная кинематика должна оцениваться по движению смежных костей. Метод регистрации.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование было одобрено Институциональным наблюдательным советом нашего учреждения (номер одобрения: 20150128).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Сканер 4DCTCanon medical systems (Тотиги, Япония)Н/Д4DCT скан, Статический 3DCT скан
AVIZO(9.3.0)*Thermo Fisher Scientific (OR, США)Программное обеспечение для обработки изображений.
Реконструкция поверхности по данным КТ DICOM и данным облака точек.
* Ryan, T. M. & Уолкер, А. Трабекулярная структура костей в головках плечевой и бедренной костей человекообразных приматов. Анат Рек (Хобокен). 293 (4), 719-729, doi:10.1002/ar.21139, (2010).
Meshlab**ISTI (Пиза, Италия)N/AОбрезка поверхности и выбор ориентиров
** MeshLab: инструмент обработки сетки с открытым исходным кодом. Шестая конференция итальянского отделения Eurographics, стр. 129-136, 2008.
P. Cignoni, M. Callieri, M. Corsini, M. Dellepiane, F. Ganovelli, G. Ranzuglia
VTK(6.3.0)***Kitware(New York, США)N/AIterative Nearest Points algorithm. Используется в программировании на языке python.
***
https://vtk.org Python(3.6.1)Python Software Foundationn/aDICOM-обработка файлов для извлечения облака точек из коры головного мозга костей (модуль 'dicom.py').
Расчет матриц вращения. (Numpy module)
Последовательная регистрация изображений с использованием алгоритма ICP

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Andriacchi, T. P., Alexander, E. J., Toney, M. K., Dyrby, C., Sum, J. A point cluster method for in vivo motion analysis: applied to a study of knee kinematics. Journal of Biomechanical Engineering. 120 (6), 743-749 (1998).
  2. Corazza, S., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Four Dimensional CTSequential 3D 3D RegistrationJoint Kinematics AnalysisSurface Registration TechniqueIterative Closest Point AlgorithmBone Surface Reconstruction4DCT DICOM DataTranslation Rotation CalculationCarpal Tarsal AnalysisMotion Artifact Limitation

Related Articles