Summary
इस प्रोटोकॉल में, फीमर सतह उपभेदों फ्रैक्चर डिजिटल छवि सहसंबंध तकनीक का उपयोग परीक्षण के दौरान अनुमान लगाया जाता है । विधि की नवीनता फीमर सतह पर एक उच्च विपरीत stochastic बिंदु पैटर्न के आवेदन शामिल है, ध्यान से रोशनी निर्दिष्ट, उच्च गति वीडियो कैप्चर, और तनाव गणना के लिए डिजिटल छवि सहसंबंध विश्लेषण ।
Abstract
इस प्रोटोकॉल डिजिटल छवि सहसंबंध का उपयोग करने के लिए cadaveric ऊरु सतह के उच्च गति वीडियो छवियों से यांत्रिक परीक्षण से प्राप्त cortical तनाव अनुमान विधि का वर्णन करता है । इस ऑप्टिकल विधि सतह विकृति के सटीक ट्रैकिंग के लिए एक ठोस सफेद पृष्ठभूमि पर कई विषम प्रत्यई के निशान की एक बनावट के रूप में लोड हो रहा है नमूना के लिए लागू किया जाता है की आवश्यकता है । तुरंत परीक्षण करने से पहले, कैमरे को देखने में ब्याज की सतह एक पानी आधारित सफेद प्राइमर के साथ चित्रित और कई मिनट के लिए शुष्क करने की अनुमति दी है । फिर, एक काले रंग के भी आकार और बूंदों के आकार के लिए विशेष विचार के साथ सफेद पृष्ठभूमि पर ध्यान से धब्बेदार है । रोशनी ध्यान से डिजाइन और फिल्टर के उपयोग के माध्यम से प्रतिबिंब को कम करते हुए इन चिह्नों के इष्टतम विपरीत है कि इस तरह के सेट है । छवियों को उच्च गति वीडियो कैप्चर के माध्यम से प्राप्त किए गए अप करने के लिए १२,००० फ्रेंस/ कुंजी छवियों से पहले और फ्रैक्चर घटना सहित निकाले गए है और विकृतियों के बीच में अनुमानित कर रहे है ध्यान से क्रमिक फ्रेम में सावधानी से आकार पूछताछ खिड़कियों के हित के एक निर्दिष्ट क्षेत्र पर । इन विकृति तो फ्रैक्चर परीक्षण के दौरान अस्थायी सतह तनाव की गणना करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं । तनाव डेटा फीमर के भीतर फ्रैक्चर दीक्षा की पहचान करने के लिए बहुत उपयोगी है, और समीपस्थ फीमर फ्रैक्चर शक्ति के अंतिम सत्यापन के लिए मात्रात्मक गणना टोमोग्राफी से व्युत्पंन मॉडल-आधारित परिमित तत्व विश्लेषण (QCT/FEA) ।
Introduction
डिजिटल छवि सहसंबंध (उद्योग) एक छवि के बाद प्रसंस्करण विधि है कि वर्तमान प्रोटोकॉल में प्रयोग किया जाता है cadaveric ऊरु परीक्षण नमूनों की पूरी क्षेत्र की सतह तनाव का अनुमान समय अनुक्रम छवियों से यांत्रिक फ्रैक्चर परीक्षण के दौरान प्राप्त की है । तकनीक पहले विकसित और 1980 के दशक में प्रयोगात्मक तनाव विश्लेषण में लागू किया गया है और हाल के वर्षों में प्रयोग में तेजी से वृद्धि1,2,3का अनुभव है । यह तनाव क्षेत्र के वृद्धि हुई स्थानिक वितरण सहित एक संरचना पर बढ़ते तनाव गेज के और अधिक पारंपरिक दृष्टिकोण से कई प्रमुख लाभ है, महीन गेज लंबाई बढ़ा कैमरा संकल्प के माध्यम से, और तनाव गेज के साथ मुद्दों से परहेज गोंद आसंजन या अनुपालन । इस तरह की हड्डी के रूप में जैविक ऊतकों, के लिए उद्योग के एक प्रमुख लाभ यह है कि यह अनियमित geometries के लिए लागू किया जा सकता है उच्च विषम सामग्री के गुणों के शामिल4,5। पारंपरिक तनाव अधिग्रहण तरीकों पर अपनी प्राथमिक खामी यह है कि यह ब्याज के क्षेत्र की माप के लिए पर्याप्त संकल्प की महंगी उच्च गति वीडियो कैमरे की आवश्यकता के लिए पर्याप्त स्थानिक और लौकिक नमूना प्राप्त करने के लिए सही अनुमान तनाव क्षेत्रों ।
लौकिक तनाव अस्थि भंग उद्योग विश्लेषण से प्राप्त क्षेत्रों के प्राथमिक आवेदन QCT/ऊरु शक्ति के FEA मॉडल में तनाव अनुमान को मांय है5। इस तरह के सत्यापन के कई आर्थोपेडिक अनुसंधान समूहों जो मुख्य रूप से लोड कोशिकाओं और विस्थापन से बल और विस्थापन के दूरदराज के माप का उपयोग ट्रांसड्यूसर6,7,8का ध्यान केंद्रित है । इसके अलावा, फ्रैक्चर पैटर्न के बाद फ्रैक्चर छवि विश्लेषण मॉडल सत्यापन के आगे के साधन के रूप में इन दूरदराज के माप के साथ संयुक्त किया गया है9. हाल ही में, उद्योग पद्धति के लिए समीपस्थ फीमर10में फ्रैक्चर और दरार के प्रसार के एक FEA मॉडल को मांय करने के लिए लागू किया गया था । मॉडल और प्रयोगों के बीच तनाव सहसंबंध का उपयोग करके, समीपस्थ femora की गणना मॉडल की वैधता में और भी अधिक विश्वास प्राप्त किया जाएगा और आगे QCT/FEA नैदानिक उपयोग करने के लिए करीब विधि अग्रिम ।
यह काम एक विस्तृत के लिए समीपस्थ femora के फ्रैक्चर परीक्षण में उद्योग के विश्लेषण के लिए आवश्यक कदम शामिल प्रोटोकॉल बताते हैं । प्रक्रिया अस्थि की सतह पर एक सफेद रंग के छिड़काव के अस्थि तैयारी कदम शामिल है और फिर speckling काले धब्बे हड्डी के सूखे सफेद सतह पर, पर्याप्त स्थानिक और लौकिक संकल्प के साथ छवियों को प्राप्त करने के तरीके उच्च गति वीडियो का उपयोग कर कैमरा, और प्रक्रिया और उपकरण हम इन छवियों से कंप्यूटिंग तनाव क्षेत्रों के लिए इस्तेमाल किया । हम भी कई निरंतर कि माप की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकते है समझाया ।
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Protocol
- गल femora के लिए आरटी पर 24 ज. के लिए
- जब फीमर परीक्षण के लिए कतार में है, किसी भी लपेटो कि ठंड से पहले लागू किया गया था निकालें और एक सूखे तौलिया के साथ फीमर पोंछ करने के लिए किसी भी अवशेष नमी, वसायुक्त जमा, या कोमल ऊतकों को हटा दें । एक पूर्वनिर्मित एल्यूमीनियम कप में हड्डी सीमेंट के साथ अधिक से अधिक trochanter पॉट ।
- एक बॉक्स का उपयोग कर के रूप में ज्यादा संभव के रूप में कणों को शामिल करने के लिए, एक पतली, वर्दी कोटिंग प्राप्त करने के लिए सफेद प्लास्टिक की किताब के साथ हड्डी स्प्रे । फीमर सतह के लिए इष्टतम विपरीत और मजबूत आसंजन के लिए रंग की एक समान परत के साथ हड्डी को कवर करने के लिए ध्यान रखना ।
नोट: मोटाई मापा नहीं गया था । - चलो पेंट को कम 5 मिनट के लिए सूखी । यह खंड 2 में धब्बेदार बूंदों के साथ अवांछित मिश्रण से बचने के लिए महत्वपूर्ण है.
- ऊतक सूखापन से बचने के लिए गीले कपड़े से हड्डी लपेटो ।
- लगभग, हड्डी पर सबसे अच्छा Speckling के लिए रंग के 2 भागों के लिए पानी का 1 हिस्सा जोड़ें । पानी जोड़ें धीरे-(एक बेहतर मिश्रण के लिए) एक्रिलिक पेंट करने के लिए एक काला रंग बनाने के लिए ।
- काले रंग की एक पैलेट में एक साफ टूथब्रश डुबकी के लिए और सफेद कोटिंग पर काले speckles बनाने के लिए ब्रश झटका ।
- चलो रंग 5 मिनट के लिए आगे बढ़ने से पहले सूखी ।
- स्थिरता में कमरों का बाहर का अंत डालने और नमूना सुरक्षित करने के लिए दो शिकंजा कस द्वारा यांत्रिक परीक्षण मशीन में तैयार धब्बेदार फीमर माउंट ।
- दो उच्च तीव्रता निर्वहन प्रकाश रिफ्लेक्टर समायोजित ऐसे है कि फीमर सतह उच्चतम दीप्ति संभव प्राप्त करते हुए कैमरे छवि में प्रतिबिंब से परहेज । परीक्षण करने से पहले प्रकाश विकिरण से नमूना के अवांछित हीटिंग से बचने के लिए 3 अनुभाग में निम्नलिखित चरणों के साथ जल्दी से आगे बढ़ें ।
- सामने के एपर्चर को कम करने और वापस उच्च गति वीडियो कैमरा लेंस देखें कि इस तरह के क्षेत्र में फीमर के हित के पूरे क्षेत्र ध्यान में है ।
- प्रकाश रिफ्लेक्टर को फिर से समायोजित करने के लिए आगे रोशनी में सुधार, जबकि चकाचौंध को कम करने ।
- ६००० फ़्रेम/s & #160; पर कैप्चर करने के लिए छवि प्राप्ति सॉफ़्टवेयर सेट करें १०२४ x ५१२ पिक्सेल का एक रिज़ॉल्यूशन पर । १२२८८ करने के लिए ट्रिगर संकेत प्राप्त होने के बाद प्राप्त करने के लिए फ़्रेंस की कुल संख्या सेट करें । छवि अधिग्रहण के लिए एआरएम उच्च गति वीडियो सॉफ्टवेयर जब ट्रिगर संकेत परीक्षण प्रणाली से प्राप्त होता है । परीक्षण पूर्ण होने पर, वीडियो कैमरा & #39; s बफ़र स्मृति में रहता है ।
- छवि अधिग्रहण सॉफ्टवेयर का उपयोग कर, एक वांछित पथ और फ़ाइल नाम निर्दिष्ट करके डिस्क पर वीडियो सहेजें और क्लिक & #34; save & #34;. इस प्रक्रिया को सहेजे जाने वाले फ़्रेंस की संख्या के आधार पर पूर्ण करने के लिए 5-40 मिनट के बीच प्रतीक्षा करने के लिए तैयार रहें ।
- फीमर. के सामने और पीछे के विचारों के लिए अलग काम कर निर्देशिका बनाएं
- वीडियो विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग करने के लिए उपयुक्त उच्च गति वीडियो रिकॉर्डिंग खोलने के लिए और नोट कुंजी फ्रेम संदर्भ संख्या 1 पर) शुरू लोड फ्रेम गति बढ़ाने के आंदोलन, और 2) फ्रेम तुरंत फ्रैक्चर घटना के बाद ।
- उच्च गति वीडियो से एक संपीडित TIFF छवि अनुक्रम को करें करने के लिए खोलें और & #34; mov_frames. m & #34; उचित फीमर पक्ष के लिए कार्य निर्देशिका में स्क्रिप्ट ।
- संवाद बॉक्स में, चरण ४.२ में पहचाने गए अंतिम फ़्रेम संख्या 25-40 के चरण आकार के साथ दर्ज करें । & #34 पर क्लिक करें; फ़्रेंस & #34 निकालें; और *. tiff फ़ाइलें सही तरीके से निकाला गया सुनिश्चित करने के लिए कार्य निर्देशिका का निरीक्षण ।
- परिमित तत्व मेष बनाने के लिए एक बाहरी परिमित तत्व मेष कार्यक्रम का उपयोग करें । परिमित तत्व विधि के साथ अंतर विस्थापन वैक्टर से 2 डी उपभेदों की गणना । आयात प्रारंभिक निकाले *. tiff छवि में परिमित तत्व सॉफ़्टवेयर pre-प्रोसेसर के रूप में पट्टी निर्माण के लिए एक टेंपलेट ।
- दो आसान छवि है कि फ्रेम के विपरीत कोनों में है और उनके एक्स और वाई रिकॉर्ड निर्देशांक में प्रत्यई अंक की पहचान करने के लिए खोज (इन अंततः चरण ६.१ में इस्तेमाल किया जाएगा) । इन निर्देशांकों के आधार पर की जा रही है मनमानी कन्वेंशन FEA सॉफ्टवेयर *. tiff छवि को आयात करने के लिए उपयोग करता है । इन बिंदुओं के निर्देशांक ६.२ चरण में वीडियो छवियों की इसी पिक्सेल के साथ सीमित तत्व मेष के नोड्स पंजीकृत करने के लिए उपयोग किया जाएगा ।
- एक छवि संपादन सॉफ्टवेयर में, परिमित तत्व सॉफ्टवेयर reprocesser में आयात किया गया था कि एक ही छवि को खोलने और चरण ५.२ में पहचान अंक के साथ जुड़े पिक्सल के एक्स और वाई दिशा मूल्यों को रिकॉर्ड. ये अंततः चरण ६.१ में उपयोग किया जाएगा ।
- & #34; रेखाचित्र & #34; परिमित तत्व मेष कार्यक्रम के मॉड्यूल, पट्टी उपकरण का उपयोग करने के लिए एक बंद अनुभाग के हित के क्षेत्र का प्रतिनिधित्व रूपरेखा । सत्यापित करें कि क्षेत्र बहुत बड़ा नहीं है जैसे कि हड्डी की सतह से पहले इस क्षेत्र के बाहर ले जाने के लिए रोटेशन के कारण फ्रैक्चर ।
- मेनू के तहत 1 मिमी के एक वैश्विक जाल आकार के साथ किनारों बोने से जाल के लिए कदम ५.४ में बनाया बंद अनुभाग तैयार & #34; बीज भाग उल्लेख & #34;.
- Under & #34; मेष नियंत्रण असाइन करें & #34;, तत्व आकृति को चतुर्भुज पर सेट करना.
- बंद अनुभाग मेष ।
- मेष नोडल निर्देशांक और तत्व परिभाषाओं से मिलकर डाटाबेस के एक ASCII फ़ाइल के लिए मेष निर्यात । परिणामी परिमित तत्व इनपुट फ़ाइल को किसी पाठ संपादक में खोलने के साथ, नोड
- वाले नोड खंड की प्रतिलिपि बनाएं और एक नई पाठ फ़ाइल में निर्देशांक और & #34; नोड्स. txt & #34; । तत्व ब्लॉक के लिए दोहराएं और नई पाठ फ़ाइल को बचाने के रूप में & #34; एलीमेंट. txt & #34;.
- , 2-तत्व पंक्ति वैक्टर बनाने ab1 और ab2 चरण ५.२ में पहचान मूल्यों के साथ कहा जाता है, और px1 और px2 के साथ आदेश पंक्ति पर उन वेक्टर नाम लिख कर चरण ५.३ में पहचाने गए मान । कार्यस्थान को इस रूप में सहेजें & #34;p oints. mat & #34;.
- रन द स्क्रिप्ट & #34; convert_imagesize. m & #34; निकाली गई उच्च गति वीडियो छवि के साथ परिमित तत्व मेष से अंक रजिस्टर करने के लिए.
- रन द स्क्रिप्ट & #34; rrImageTrackGui. m & #34;. पहली इमेज लोड करें (& #34;p 01. tif & #34;) और प्रक्रिया करने के लिए छवियों की कुल संख्या के रूप में निकाला गया था कि पिछले *. tiff फ़ाइल की संख्या दर्ज.
- लोड चरण ५.७ में बनाया जाल यह सुनिश्चित करके कि मेष विकल्प के लिए सेट है & #34; फ़ाइल से पढ़ें & #34; और क्लिक करें & #34; स्वीकारें & #34;. परिमित तत्व मेष हड्डी छवि पर दिखाई देना चाहिए ।
- पैरामीटर ट्रैक करने के लिए निं नलिखित दिशानिर्देशों के आधार पर ट्रैकिंग मान निर्दिष् ट करें और & #34;P roceed & #34; (यह ध्यान में रखते हुए कि पैरामीटर मान छवि आकार, बनावट और विरूपण की मात्रा हो रही है, और परीक्षण किए जाने की आवश्यकता है मामला-दर-मामला आधार पर सावधानीपूर्वक).
- 21 के एक प्रारंभिक कर्नेल आकार का उपयोग करें । कर्नेल आकार, n, आकार हेf एक n x n विंडो (जहां n एक विषम संख्या है) पिक्सल है कि परस्पर सहसंबंध और विकृति के निर्धारण के लिए प्रयोग किया जाता है सदिश के लिए है कि क्षेत्र के लिए इस्तेमाल किया जाएगा तनाव गणना ।
- 4 के एक प्रारंभिक उपपिक्सेल आकार का उपयोग करें । उपपिक्सेल आकार, एम, (2 एम 1) x (2 एम 1) के आकार का है उप खिड़की पर जो उपपिक्सेल विकृति है कि उप में सजातीय तनाव संभालने खिड़की से गणना की है ।
- 2 की एक प्रारंभिक चिकनाई कारक का उपयोग करें । चिकनाई कारक कंप्यूटिंग उपभेदों से पहले ट्रैक स्थानों पर विस्थापन क्षेत्र के लिए लागू चिकनी की राशि है ।
- का एक प्रारंभिक maxMove कारक का उपयोग करें 10. maxMove फैक्टर पिक्सल की अधिकतम संख्या है कि किसी भी नोड अपने पड़ोसी & #39 के लिए अपने पथ रिश्तेदार से दूर हो सकता है; एस पथ । यह बुरी तरह से विकृति को ट्रैक करने से बचने में मदद करता है.
- 15 के एक प्रारंभिक smoothGrid कारक का उपयोग करें । smoothGrid कारक ग्रिड (ट्रैक किए गए नोड्स के जाल से थोड़ा मोटे) का आकार है जो स्मूथिंग के लिए उपयोग किया जाता है ।
- किसी भी चकाचौंध या blurriness के साथ क्षेत्रों से परहेज करते हुए इसके आसपास महत्वपूर्ण विपरीत है कि एक गाइड बिंदु का चयन करें । इस बिंदु पर क्लिक करके जाँच करें & #34; जाँच करें मार्गदर्शिका & #34; और सत्यापित करें कि सहसंबंध पीक अपने पड़ोसियों की तुलना में (कम-से-अधिक दो बार आयाम) मजबूत है । Click & #34; वीकार & #34; र & #34;P erform ट्रैकिंग & #34; जब संतुष्ट हो । यह एक लंबी गणना की प्रक्रिया है जहां अंतर विस्थापन लौकिक छवि अनुक्रम के लिए गणना की है हो सकता है ।
- चरण ६.६ के बाद पूरा हो गया है, पर क्लिक करें & #34; चेतन & #34;. जब ऐनिमेट करना समाप्त हो गया हो, तो & #34 क्लिक करें; लेखन उपभेदों (पोस्ट प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर) & #34;, *. exe, दर्ज करें और उसके बाद writeStrainRR_simple. exe < सुप वर्ग = "xref" > ११ . यह उपभेदों की गणना करेगा । GUI. बंद करें
- प्राप्त करने के लिए तनाव बनाम फ्रेम संख्या, भागो & #34; analyzeFailurePrecursor. m & #34; चरण आकार के इनपुट तर्क के साथ आदेश पंक्ति से (20-30 चुनें) । चोटियों हड्डी क्षति को दर्शाता है, और सबसे बड़ा शिखर वैश्विक हड्डी विफलता के लिए फ्रेम के करीब के अनुरूप होगा ।
- की मूवी फाइलें बनाने के लिए संवेदनहीन, रन & #34; makeMovies. m & #34; तर्कों के साथ आदेश विंडो से (numVars, endstep, ध्वज) ।
नोट: तर्क numVars 1-3 जा रहा विस्थापनों के रूप में परिभाषित किया गया है, 4-6 जा रहा है xx , वव , और xy तनाव अवयव, 7 & #38; 8 दो प्रिंसिपल और वॉन Mises तनाव हैं, और 9 तनाव ऊर्जा है । तर्क endstop को फिल्म में शामिल किया जाना अंतिम फ्रेम है.- केवल numVars तर्क के लिए निर्दिष्ट एंटिटी के लिए चलचित्र बनाने के लिए और सभी चरों की चलचित्र बनाने के लिए 0 के लिए वैकल्पिक तर्क ध्वजा सेट करें ।
- अगर उद्योग की ट्रैकिंग एक सतत तनाव क्षेत्र है कि सातत्य यांत्रिकी मांयताओं के बाहर गिर के रूप में गरीब परिणाम दिया, निर्धारित क्या हो रहा है और क्यों ट्रैकिंग असफल है । दोहराने धारा 6 ट्रैकिंग मापदंडों के समायोजन के लिए विशेष रूप से ध्यान दे । एक माध्यमिक विकल्प परिमित तत्व सॉफ्टवेयर को वापस करने के लिए और एक और अधिक समान और संभवतः महीन मेष बनाने के लिए हो सकता है ।
- अगर शब्दकोश ट्रैकिंग उचित परिणाम दिया, उद्योग के लिए छवियों का एक महीन श्रृंखला बना । चरण ४.२ और वीडियो की इसी फ्रेम दर से उन प्रमुख फ्रेम संदर्भ संख्या का उपयोग करना, मन में आवश्यकता के साथ फ्रैक्चर परीक्षण में ब्याज की तीन अलग शासन के लिए फ्रेम रिक्ति की पहचान है कि अंक 6 से अधिक नहीं जा रहा होना चाहिए फ़्रेंस के बीच पिक्सेल्स.
नोट: परीक्षण के प्रारंभिक क्षेत्र के लिए जब उपभेदों धीरे फीमर में निर्माण कर रहे हैं, फ्रेम रिक्ति अपेक्षाकृत बड़ी होगी (उदाहरण के लिए, १०० mm/s विस्थापन दर के लिए, इस भाग के लिए फ़्रेम रिक्ति ३३३३ & #956; s) है । फ्रैक्चर फ्रेम करने के लिए करीब परीक्षण के मध्यवर्ती भाग के लिए, तनाव और अधिक तेजी से बढ़ रहा है और छोटे फ्रेम रिक्ति की जरूरत है (१६६७ & #956; s के लिए १०० mm/s विस्थापन दर). फ्रैक्चर के ठीक पहले अंतिम भाग के लिए, फ़्रेम रिक्ति अपने सबसे छोटे (१६.७ & #956; s पर १०० mm/s विस्थापन दर पर है) । - केवल दस्तावेज़ के प्रयोजनों के लिए वैकल्पिक: चरण ८.२ से जानकारी का उपयोग कर, एक ASCII फ़ाइल में स्वरूपित डेटा प्रविष्टियां बनाएं हकदार & #34; steps. txt & #34; जिसमें प्रत्येक फ़्रेम रिक्ति के लिए डेटा की पंक्ति हो । प्रत्येक पंक्ति का प्रारूप है कि शासन के फ्रेम की संख्या से अलग करने के लिए छोड़ (८.२ कदम के आधार पर) एक बृहदांत्र से अलग तो है कि शासन के अंतिम फ्रेम ( अर्थात् & #160; का एक प्रारूप & #34; 1:20:200 & #34; निष्कर्षण करने का निर्देश देगा फ़्रेम 1 फ़्रेम २०० में 20 के चरणों में निकालने के लिए सॉफ़्टवेयर) ।
- तुरंत उस पदनाम का पालन, एक टैब डालें और छवि निष्कर्षण संख्या श्रेणी निर्दिष्ट (के लिए & #34; 1:20:200 & #34; उदाहरण के लिए, पूर्ण पंक्ति पदनाम & #34; 1:20:200 & #60;P ऩेस tab & #62; 1:11 & #34; बिना कोटेशन) । अन्य दो परीक्षा शासनों के लिए दोहराएँ तो इसमें जानकारी की तीन पंक्तियाँ होंगी & #34; steps. txt & #34; फ़ाइल । यह फ़ाइल कैसे छवियों को मूल उच्च गति वीडियो से निकाला गया के लिए एक रिकॉर्ड के रूप में कार्य करता है ।
- चलाएं mov_Frames. m कोड पुन: इस बार संवाद बॉक्स में एकाधिक फ़्रेम रिक्ति को निर्दिष्ट करती है । फ़्रेम संख्या और चरण आकार में पहचाना चरण ८.२ प्रारंभ, समाप्त, और फ़्रेम में अपेक्षित पैरामीटर छोड़ें उपकरण & #39; s संवाद बॉक्स में निर्धारित करने के लिए दर्ज करें । एक नई निर्देशिका अंयथा मूल छवियां अधिलेखित कर दिया जाएगा में यह करने के लिए सुनिश्चित करें ।
- 6 और 7 वर्गों को दोहराने और सुधार के लिए परिणामों की समीक्षा करें । प्रत्येक फीमर फ्रैक्चर घटना, बिंदु पैटर्न, और प्रकाश व्यवस्था की प्रकृति के आधार पर विभिन्न अतिरिक्त पुनरावृत्ति की आवश्यकता हो सकती है । जब दोहरा चरण ६.५, सेटिंग्स को छोड़कर समान रखें maxMove को कम 6 (से 10).
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Representative Results
speckling प्रक्रिया से पहले, फीमर अतिरिक्त वसा और कोमल ऊतकों से साफ है, और अधिक से अधिक trochanter एक एल्यूमीनियम कप में कमरों का है । polymethylmethacrylate (पीएमएमए) के solidification के दौरान ऊतक सूखापन से बचने के लिए अस्थि को खारा भीगे कपड़े में लपेटा जाता है । एक बार पीएमएमए जम जाता है, तो हड्डियों को छिड़काव से ठीक पहले साफ कर दिया जाता है (चित्रा 1). फिर, अस्थि सतह स्प्रे या एक पानी आधारित प्लास्टिक सफेद रंग के साथ ब्रश । एक बार सूख जाने पर सफेद सतह को काले रंग से धब्बेदार सफेद पृष्ठभूमि पर काले धब्बे का stochastic पैटर्न होता है (चित्र 2)। एक बार हड्डी परीक्षण स्थिरता में रखा गया है, रोशनी और उच्च गति वीडियो कैमरे सेट कर रहे हैं, और पैटर्न के इष्टतम विपरीत और कैमरों के ध्यान केंद्रित परीक्षण करने से पहले जांच कर रहे है (चित्रा 3)। इस उद्योग पद्धति एक उच्च विपरीत speckling पैटर्न और पर्याप्त रोशनी की आवश्यकता है । अंयथा, परिणाम कई मुद्दों जैसे सतह के संतृप्ति, गरीब विपरीत, और मंद छवियों से प्रभावित हो सकते है (चित्रा 4)। उच्च गति वीडियो से संकुचित छवियों को एकाधिक लौकिक नमूना सरकारों में निकाला जा करने में सक्षम है और शब्दकोश ट्रैकिंग एल्गोरिथ्म चित्रमय उपयोगकर्ता इंटरफेस के माध्यम से संचालित किया जा सकता है (चित्र 5)। फीमर नमूना की रूपरेखा तनाव क्षेत्र आकलन के लिए ब्याज के क्षेत्र की पहचान करने के लिए प्रयोग किया जाता है (चित्रा 6A) और तनाव की गणना (चित्रा घमण्ड)के लिए एक परिमित तत्व जाल के निर्माण के लिए. फ्रैक्चर की शुरुआत परीक्षण के दौरान तनाव विचलन की डिग्री की निगरानी से पता चला है, हड्डी क्षति और फ्रैक्चर की समय सीमा का प्रतिनिधित्व चोटियों के साथ (चित्रा 6C). अंत में, 2d तनाव क्षेत्रों बढ़ाया दृश्य (चित्रा 6D)के लिए untested अस्थि छवि पर वापस आरोपित हैं ।
चित्र 1 : हड्डियों को पेंटिंग करने से पहले बोन वडा । (क) गल जाने के बाद वसा और नमी से हड्डी की सफाई; (ख) पोटे आिे trochanter; (ग) छिड़काव प्रक्रिया से पहले सफाई कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 2 : चित्रकला प्रक्रिया । (क) उद्योग क्षेत्र और आवश्यक उपकरण; (ख) सफेद किताब के साथ अस्थि छिड़काव; (ग) अस्थि की सतह पर सफेद रंग को ब्रश करना; (D) सफ़ेद हड्डी की सतह पर speckling काले धब्बे; (ङ) परीक्षण के लिए तैयार अस्थि की अंतिम धब्बेदार सतह इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।
चित्र 3 : प्रकाश और कैमरा सेटिंग्स. (क) लैंप और शील्ड की स्थापना; (B) उच्च गति वाले वीडियो कैमरे की स्थापना; (ग) रोशनी और कैमरों की जांच और परीक्षण के लिए तैयार के साथ परीक्षण मशीन के लिए लोड एक अस्थि नमूना; (D) कैमरों की कार्यक्षमता के लिए छवियों की जांच करना; (ई) ब्याज के क्षेत्र की जांच, ऊरु गर्दन में, क्षेत्र, मैदान की गहराई, धुंधला की कमी, और सामांय गुणवत्ता के लिए छवियों के लिए कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ध्यान केंद्रित ।
चित्र 4 : अस्थि उद्योग चेतावनी । (क) सिर क्षेत्र पर संतृप्ति; (ख) सफ़ेद सतह के शुष्क न होने पर श्वेत और श्याम के मिश्रण और बहते हुए; (ग) गरीब इसके विपरीत, स्थानीय संतृप्ति, छवि के गरीब स्पष्टता कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 5 : शब्दकोश संसाधन में उपयोग किए गए कस्टम स्क्रिप्टिंग संवाद. (क) mov_frames. मी, (ख) rrImageTrackGui. एम, (सी) उत्पन्न 2d जाल इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें ।
चित्र 6 : मध्यवर्ती उद्योग के परिणाम का उदाहरण । (क) पट्टी ब्याज के क्षेत्र को उजागर करने के लिए तैयार की, (ख) अस्थि छवि पर मढ़ा जाल उत्पन्न, (ग) उच्च गति वीडियो फ्रेम के एक समारोह के रूप में तनाव विचलन, (घ) गणना की गई तनाव समोच्च 2 के साथ जुड़े भूखंड परीक्षण छवियों हड्डी फ्रैक्चर से पहले इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
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Discussion
हम लगातार फ्रैक्चर परीक्षण के दौरान उच्च विपरीत इमेजिंग के लिए ऊरु नमूने तैयार करने के लिए एक प्रोटोकॉल शुरू किया, जो तो उद्योग के साथ पूर्ण क्षेत्र तनाव वितरण अनुमान के लिए इस्तेमाल किया गया । इस प्रोटोकॉल की हड्डी की सतह पर एक ठोस सफेद पृष्ठभूमि के खिलाफ काले ट्रैकिंग speckles के उचित विपरीत बनावट सुनिश्चित किया । इस प्रोटोकॉल के बाद, हम सफलतापूर्वक ८९ femora के लिए उद्योग के विश्लेषण का उपयोग उपभेदों के आकलन दोहराया ।
उद्योग एक ऑप्टिकल विधि है जो उच्च गति वीडियो कैमरों द्वारा कब्जा कर लिया छवियों की एक श्रृंखला पर एक जाल रखने और एक क्रॉस-सहसंबंध एल्गोरिथ्म का उपयोग कर फ्रेम के बीच पिक्सेल तीव्रता परिवर्तन ट्रैकिंग शामिल है । प्रयोगों के दौरान, हम कई विचार है कि सटीकता और विधि की मजबूती के लिए ध्यान में रखा जाना चाहिए पाया और उन विवरण प्रस्तुत प्रोटोकॉल में विस्तार से परिलक्षित होते हैं । सबसे पहले, हम संवेदनशीलता और कैमरों के संकल्प पाया हित के स्थानिक तनाव माप के लिए बहुत महत्व के हैं । दूसरा, सफेद सतह पर काले निशान के विपरीत के एक बहुत ही ठीक बनावट से बचा जाना चाहिए के रूप में वे कैमरों के लिए दिखाई नहीं हो सकता है । तीसरे, कैमरों और प्रकाश व्यवस्था उचित दूरी पर स्थापित किया जाना चाहिए क्षेत्र की गहराई और गुणवत्ता और छवियों के विपरीत के लिए इष्टतम एपर्चर आकार सुनिश्चित करने के लिए । अत्यधिक प्रकाश व्यवस्था गरीब विपरीत में जिसके परिणामस्वरूप छवियों के संतृप्ति के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । अंत में, छवियों के बीच लौकिक रिक्ति सेट करने के लिए ऐसी है कि सतह speckles फ्रेम के बीच अधिक से अधिक 6 पिक्सेल कदम नहीं है ताकि ट्रैकिंग सही पार सहसंबंध के दौरान कब्जा कर लिया है की जरूरत है ।
के रूप में इस काम में प्रदर्शन किया, डिक फीमर फ्रैक्चर परीक्षण के लिए पूरा क्षेत्र समय अनुक्रम तनाव का अनुमान है, कुछ आसानी से तनाव गेज प्रयोगात्मक तकनीक के साथ प्राप्त नहीं प्रदान करने की क्षमता है । हालांकि तनाव गेज माप शोधकर्ताओं की एक संख्या के द्वारा नियोजित किया गया है, इस तरह के माप की हड्डी की सतह के लिए अपर्याप्त बढ़ते आसंजन द्वारा बाधा हो सकती, गेज कंडीशनिंग, और एक सीमित स्थानिक वितरण12,13. इसके विपरीत, पूर्ण क्षेत्र तनाव डेटा मॉडल और परीक्षण के बीच तनाव क्षेत्रों की तुलना द्वारा हड्डी की ताकत के QCT/FEA मॉडल के सत्यापन के लिए अत्यंत उपयोगी है, और यह भी तनाव के पैटर्न के साथ ऊरु फ्रैक्चर प्रकार सहसंबंधी करने के लिए नैदानिक आवेदन किया है इस शारीरिक गिरावट लोड मामले5,9के लिए फीमर की सतह पर विकास । जबकि स्थिरता अनुपालन एक समस्या है जब बहुत कड़ा femora परीक्षण हो सकता है, उद्योग प्रांतस्था उपभेदों की गणना से इस मुद्दे को दरकिनार सीधे हड्डी स्थानीय विरूपण इस प्रकार, त्रुटियों के एक स्रोत के रूप में स्थिरता अनुपालन को नष्ट करने जब ऊरु कठोरता का आकलन . इन छवि सहसंबंध से परिणाम सामग्री की विफलता और नुकसान और फ्रैक्चर के मैट्रिक्स सहित बेहतर QCT/FEA मॉडल के विकास में सहायता कर सकते हैं । ये अंततः osteoporotic रोगियों के लिए विशेष रूप से गाइड थेरेपी निर्णय मदद कर सकते हैं ।
विधि कई कमियां है, लेकिन है । हड्डी नमूना सतह समान रूप से एक stochastic बिंदु पैटर्न जो पृष्ठभूमि के साथ उच्च विपरीत है के साथ कवर किया जाना चाहिए । प्रकाश व्यवस्था या बड़े विरूपण से प्रतिबिंब कभी भी फ्रेम करने के लिए फ्रेम से ठीक पैटर्न ट्रैक करने के लिए एल्गोरिथ्म के लिए क्षमता को बदल सकते हैं (चित्रा 4) । एक दूसरी सीमा है जब एक कैमरा (2 डी) के लिए कार्यरत है, तनाव गणना प्रभावित किया जा सकता है, जहां हड्डी की सतह विमान कैमरा छवि संवेदक विमान के साथ समानांतर जा रहा से विचलित14। यह तब हो सकता है जब ऊरु सतहों की ओर या फ्रैक्चर परीक्षण के दौरान कैमरे से दूर घुमाएं । हम इस क्षेत्र में भविष्य के काम की खोज कर रहे है एक दूसरा कैमरा जोड़ने और बेहतर सटीकता के लिए 3 डी डिक तरीकों का उपयोग । हाल ही में जब तक, इस तरह के तरीकों की पहुंच से बाहर किया गया है एक अनुसंधान सेटिंग में है लेकिन अब और अधिक आसानी से उपलब्ध होते जा रहे हैं । जैविक ऊतक के लिए विशिष्ट विधि की एक और सीमा फीमर सतह के लिए रंग आसंजन की अनिश्चितता है । हमारी टिप्पणियों से, यह हमारे परीक्षण में एक मुद्दा नहीं था, लेकिन फीमर ऊतक और रंग के किसी भी फिसल परिणाम को प्रभावित करेगा । इसके अतिरिक्त, अस्थि तैयारी के दौरान किसी भी गैर-अस्थि ऊतक को पीछे छोड़ प्रांतस्था तनाव माप के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं । अंत में, छवि ट्रैकिंग सेटिंग्स और मेष घनत्व कारकों है कि उद्योग के विश्लेषण से परिणामों की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकते है और ध्यान से विचार करने की आवश्यकता है ।
वर्तमान प्रोटोकॉल कुशलतापूर्वक और लगातार डिजिटल छवि सहसंबंध विश्लेषण के लिए और फ्रैक्चर परीक्षण के दौरान उच्च गति कैमरा इमेजिंग से इसी तनाव क्षेत्रों के आकलन के लिए ऊरु नमूनों को तैयार करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है । यह हमारी प्रयोगशाला में प्रदर्शन किया गया है कई परीक्षण समय सीमा से अधिक स्थिरता उपज और एक 6 साल की अवधि में अलग अनुसंधान कर्मियों और ऑपरेटरों के साथ । ऊरु तैयारी और परीक्षण के लिए यहां प्रस्तुत उद्योग के लिए प्रक्रिया को आसानी से अंय अस्थि प्रकार के लिए बढ़ाया जा सकता है ।
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Disclosures
लेखक कोई प्रासंगिक प्रकटीकरण है ।
Acknowledgments
लेखक सामग्री और संरचनात्मक परीक्षण कोर के लिए मेयो क्लिनिक में फ्रैक्चर परीक्षण के प्रदर्शन में उनके तकनीकी समर्थन के लिए शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । इसके अलावा हम में उनकी सहायता के लिए रमेश Raghupathy और इयान Gerstel शुक्रिया अदा करना चाहूंगा के लिए उद्योग लिपियों और मेयो क्लिनिक में अपने कार्यकाल के दौरान और उद्योग के बारे में विशेष जानकारी के लिए, और विक्टर Barocas अनुसंधान समूह, मिनेसोटा के विश्वविद्यालय के लिए अंतर्निहित खुला स्रोत सॉफ़्टवेयर जो डिजिटल छवि सहसंबंध तनाव गणना11का मुख्य प्रदर्शन करता है । यह अध्ययन Grainger फाउंडेशन से Grainger इनोवेशन फंड द्वारा वित्तीय रूप से समर्थित था ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Krylon plastic primer white | Krylon, Peoria, AZ, USA | N/A | Used as a base coat for a smooth white finish on bone surface |
| Water-based acrylic white and black paint | Plaid Enterprises (Ceramcoat), Norcross, GA, USA | N/A | Paint source for white and black colors |
| Mixing bowl | Not specific (generic) | N/A | Used to mix and prepare paint |
| Foam brush | Linzer Products, Wyandanch, NY, USA | N/A | Used to apply paint on bone surface |
| Toothbrush | Colgate-Palmolive, New York, NY, USA | Firm bristle | Used to apply appropriate size and distribution of speckling pattern |
| Hygenic Orthodontic Resin (PMMA) | Patterson Dental, St Paul, MN, USA | H02252 | Controlled substance and can be purchased with proper approval |
| Kenmore Freezer | Sears Holdings, Hoffman Estates, IL, USA | N/A | Used to maintain a -20oC storage enviroment for bone specimens |
| Physiologic Saline (0.9% Sodium Chloride) | Baxter Healthcare, Deerfield, IL, USA | NDC 0338-0048-04 | Used for keeping specimens hydrated |
| Scalpels and scrapers | Aspen Surgical (Bard-Parker), Caledonia, MI, USA | N/A | Used to remove soft tissue from bone specimens |
| Fume Hood | Hamilton Laboratory Solutions, Manitowoc, WI, USA | 70532 | Used for ventilation when preparing PMMA for potting of specimens |
| Lighting units | ARRI, Munich, Germany | N/A | Needed for illumination of target for image capture |
| High-speed video camera | Photron Inc., San Diego, CA, USA | Photron Fastcam APX-RS | Used to capture the high speed video recordings of the fracture events |
| Photron FASTCAM Imager and Viewer | Photron Inc., San Diego, CA, USA | Ver.3392(x64) | Used to record and view the high speed video recordings |
| Camera lens | Zeiss, Oberkochen, Germany | Zeiss Planar L4/50 ZF Lens | Needed for appropriate image resolution |
| ABAQUS CAE | Dassault Systemès, Waltham, MA, USA | Versions 6.13-4 | Used for defining region of interest and creating finite element mesh |
| MATLAB | Mathworks, Natick, MA, USA | Version 2015b | Used for image processing and DIC analysis |
| TecPlot | TecPlot Inc., Bellevue, WA | Used for post processing of strain fields | |
| Strain Calculator Software | Victor Barocas Research Group, University of Minnesota, Minneapolis, MN, USA | http://license.umn.edu/technologies/20130022_robust-image-correlation-based-strain-calculator-for-tissue-systems | Used to calculate strain field |
| mov_frames.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA | N/A | Used to downsample uncompressed images from high speed video files |
| convert_imagesize.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA | N/A | Used to register image pixel coordinates with mesh coordinates |
| rrImageTrackGui.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA | N/A | Used to perform the image cross-correlation to obtain deformations and run Strain Calculator |
| analyzeFailurePrecursor.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA | N/A | Used to track the peak strain components temporally |
| makeMovies.m | Matlab script, Mayo Clinic, Rochester, MN,USA | N/A | Used to create portable *.avi movies of the deformation components, strain components, principal strains, von Mises strain, and strain energy |
References
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