Summary
Мы представляем рабочий процесс для сегментации и количественного определения трабекулярной кости для 2D и 3D изображений, основанный на внешней границе кости с помощью плагинов ImageJ. Этот подход является более эффективным и точным, чем нынешний подход ручной контурной обработки рук и обеспечивает количественной слой за слоем, которые не доступны в текущем коммерческого программного обеспечения.
Abstract
Микро Компьютерная томография (микро CT) обычно используется для оценки количества кости и трабекулярной микроструктурных свойства в условиях различных костной потери мелких животных. Однако стандартный подход к трабекулярной анализ микро КТ изображений является срез, ломтик полуавтоматический рука-Контурная пластика, трудоемким и подвержены ошибкам. Описанные здесь является эффективным методом для автоматической сегментации трабекулярной кости согласно кости внешние границы, где трабекулярной кости могут быть определены и сегментированных автоматически с точностью с уклоном менее оператора при необходимости задаются параметры сегментации. Для профилирования параметры удовлетворительного сегментации, отображается стек изображений результатов сегментации, где все возможные комбинации параметров сегментации по одному, измененные в последовательности, и результаты сегментации с связанные параметры можно легко быть визуально проверены. Как функция контроля качества плагина моделируемых стандартных объектов являются количественно, где измеренных величин можно сравнить с теоретического значения. Количественная оценка слой за слоем трабекулярной свойств и трабекулярной толщины сообщается такой плагин, и распределения таких свойств в отдельных регионах можно профилировать легко. Хотя слой за слоем количественной сохраняет дополнительные сведения о трабекулярной кости и облегчает дальнейшее статистического анализа структурных изменений, такие меры являются недоступными из выходных данных текущего коммерческого программного обеспечения, где только один сообщается, что количественные значения для каждого параметра для каждого образца. Таким образом описанные процессы являются более совершенных подходов для анализа трабекулярной кости с точностью и эффективностью.
Introduction
Анализ микро-CT трабекулярной кости-это стандартный подход для отслеживания морфологические изменения костей в мелких животных под различными костной потери условия1,2,3, где несколько переменных, относящиеся к структуры костей, сообщил4. Однако такие параметры не распределяются равномерно в метафизе длинных костей5, и только сводные или усредненное значение сообщает для каждой структурной переменной каждого образца текущих коммерческих машин микро CT6,7 , хотя одно значение не может представлять полностью характеристик измеряемого параметра в регионе анализа. Слой за слоем количественная оценка трабекулярной кости не только сохраняет больше информации для каждой переменной, но также включает профилирование распределения таких переменных в регионе, анализа, содействия последующим статистический анализ структурных изменения в различных условиях5. Таким образом цель данного метода является количественная трабекулярной кости микро-КТ на каждом уровне фрагмент, который не доступен в любом пакете анализа микро CT в настоящее время.
Эффективно сегмент трабекулярной кости срез по-фрагмент методы автоматической сегментации являются желательными. Однако, текущий стандарт техника для микро CT анализ основывается на ручной интерактивный контурной следуют полуавтоматический интерполяции для разделения трабекулярной кости от корковых отсеков, который является трудоемким, подверженной ошибкам, и связанные с существенной оператор смещения8,9,10. 11,методы автоматической сегментации12 сообщалось, однако такие методы являются оптимальными только в регионах с хорошее разделение между трабекулярной кости и трубчатых костей, но не в регионах без четких цветоделения. Кроме того различные сегментации параметры требуются для12различных образцов, и это утомительно, чтобы вручную выбрать удовлетворительного сегментации параметры, применимые к группам образцов костей, пробуя различные комбинации параметров12, Несмотря на то, что процесс сегментации является автоматическим, когда все соответствующие параметры. Как кость внешняя граница имеет наибольший контраст с сканирования фоном и метафизарных корковых снарядов длинных костей показать несколько изменений в выбранном анализ региона, методы сегментации по внешней границы контура длинных костей может надежно и точно отделите трабекулярной кости от корковых снарядов. Преимуществом такого метода сегментации, что сегментация основан на разнице между фоном и внешние границы костей, а не на различия между трабекулярной и кортикальной кости6,12, 13, поэтому он обычно легко найти комбинацию параметров сегментации, удовлетворительного для группы образцов костей, содействия более надежный анализ трабекулярной изменений между различными группами.
На каждый ломтик уровня, площадь, периметр и двухмерные (2D) толщина сообщается для 2D анализа, в то время как объем, поверхности и трехмерные (3D) толщина сообщается в 3D количественной. Такая информация обычно не сообщает текущее инструменты анализа изображения, указав, что сообщил процедуры могут применяться общие изображения, где требуется такая информация.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Процедуры с участием животных темы были проведены в соответствии с руководство по уходу и использованию лабораторных животных (низ издание, 8-е издание, 2011) и были рассмотрели и утвердили институциональный уход животных и использование Комитета Ухань Университет.
1. Установка программного обеспечения
- Установите программное обеспечение ImageJ. Скачайте Windows версии программного обеспечения ImageJ (версия 1.51 p), в комплекте с 64-разрядной версии Java от https://imagej.nih.gov/ij/. Извлечение загруженного программного обеспечения в папку, которая будет впоследствии называться «ImageJ справочник».
Примечание: Трабекулярной анализ плагинов требуется 64-разрядную версию java запуска время (версия 1.8) и 64-разрядной версии windows операционной системы, предпочтительно 64-разрядной операционной системы Windows 7. - Установите трабекулярной анализ плагинов. Запрос трабекулярной анализ плагинов из http://www.bomomics.com и распакуйте содержимое в директорию плагинов ImageJ, который является «ImageJ каталог/plugins».
Примечание: Плагин можно получить в качестве бесплатной версии, где измерений для 5 указано что прилегающих фрагментов, как сообщается, или коммерческой версии, где широкий спектр фрагменты могут быть указаны и измерить.
2. Подготовьте 3D Dataset для трабекулярной анализа
- Сканирования крысы бедра с микро КТ машина следующее сканирование протокол5 стандарта и затем сохранить данные в формате, который может быть импортирован в ImageJ, например, формат tiff. Если несколько образцов костей были просмотрены одновременно в одном образце трубку, сначала импортировать данные в ImageJ и затем отделить каждую отдельную кость, обрезки от других образцов с помощью обработки инструментов ImageJ изображений. Впоследствии Сохраните полученное изображение в формате, который может быть импортирован в ImageJ позже.
Примечание: Файл образа репрезентативной выборки, используемых в анализе включен (1 дополнительный файл). -
Имитировать стандартные 2D и 3D объектов.
- Откройте ImageJ программного обеспечения. Под плагинов | BoMomics | Имитации объектов меню, нажмите кнопку « круг » и введите 200 как диаметр во всплывающем окне, затем нажмите кнопку OK для создания искусственной круг диаметром 200 пикселей (рис. 3B). Сохраните созданный круг в формате tiff.
- Откройте ImageJ программного обеспечения. Под плагинов | BoMomics | Имитации объектов меню, нажмите площади и введите 200 как длина стороны во всплывающем окне, затем нажмите кнопку OK для создания искусственной квадрат с бортовой длиной 200 пикселей (рис. 3B). Сохраните созданный площади в формате tiff.
- Откройте ImageJ программного обеспечения. Под плагинов | BoMomics | Имитации объектов меню, нажмите кнопку прямоугольник и введите 200 в ширину и 100 как высота во всплывающем окне, а затем нажмите кнопку OK для создания имитации прямоугольник с шириной 200 пикселей и высоту 100 пикселей (рис. 3 B). Сохраните созданный прямоугольник в формате tiff.
Примечание: Круг (диаметр: 200 пикселей), квадрат (длина стороны: 200 пикселей) и прямоугольник (ширина: 200 пикселей, высота: 100 пикселей) сохраняются для последующего анализа. - Откройте ImageJ программного обеспечения. Под плагинов | BoMomics | Имитации объектов меню, нажмите кнопку куб и введите 30 как длина стороны во всплывающем окне, затем нажмите кнопку OK для создания искусственной куб. Наконец, нажмите кнопку плагины | 3D | Объем просмотра для просмотра созданного куба и сохраните его в формате tiff (рис. 3C).
- Откройте ImageJ программного обеспечения. Под плагинов | BoMomics | Имитации объектов меню, кубовидной и введите 80, как длина, 40 как ширину и 30 в высоту в всплывающем окне, нажмите кнопку нажмите кнопку OK для создания имитации кубом. Наконец, нажмите кнопку плагины | 3D | Объем просмотра для просмотра созданного кубовидной и сохранить его в формате tiff (рис. 3C).
- Откройте ImageJ программного обеспечения. Под плагинов | BoMomics | Имитации объектов меню, области и введите 30 как диаметр во всплывающем окне, нажмите кнопку нажмите кнопку OK для создания моделируемой области. Наконец, нажмите кнопку плагины | 3D | Объем просмотра для просмотра созданного сферы и сохранить его в формате tiff (рис. 3C).
- Откройте ImageJ программного обеспечения. Под плагинов | BoMomics | Имитации объектов меню, нажмите кнопку цилиндра и введите 30 диаметр и 100 как высота во всплывающем окне, затем нажмите OK для создания искусственной цилиндра. Наконец, нажмите кнопку плагины | 3D | Объем просмотра для просмотра созданного цилиндра и сохранить его в формате tiff (рис. 3C).
Примечание: Сфера (диаметр: 30 пикселей), Куба (длина стороны: 30 пикселей), кубовидной (длина: 80 пикселей; ширина: 40 пикселей; высота: 30 пикселей) и цилиндр (диаметр: 30 пикселов; высота: 100 пикселей) сохраняются для последующего анализа.
3. Анализ параметров профилирования
- Откройте ImageJ программное обеспечение и открыть или импортировать отсканированное изображение.
- Слайд полосы прокрутки внизу выбрать один срез, а затем нажмите изображения | Отрегулируйте | Порог кнопку. В всплывающем окне порог настройте минимальные и максимальные пороговые значения, ручной проверки, чтобы обеспечить, что кости хорошо отделены от фона и запишите минимальное пороговое значение как значение порога кортикальной кости.
Примечание: Как различные микро CT производители используют разные коэффициенты масштабирования для хранения коэффициенты ослабления рентгеновского изображения, фактический пороговое значение должно определяться эмпирически либо ручной проверки или после определенного производителя рекомендации. В нашей практике установив минимальный порог для ISQ файлов, созданных микро CT машин до 6000-7000 можно надежно отделить кости от сканирующий фона. - Нажмите плагины | BoMomics | Trab Param профилирования кнопку. Во всплывающем окне, установите Индекс среза на должность представителя фрагмента и задать кортикальной кости («Cort кости»), («диапазон») и шаг («шаг») значения для вычисления набора корковых порогов для профилирования параметры сегментации, где значение порога кортикальной кости приобретается за шагом 3.2 (рис. 1). Значения по умолчанию диапазон и шаг 2 000 и 400 работы для большинства микро КТ изображений. Задать Срез индекс 5 для примера набора данных и сохранить значения по умолчанию для других параметров.
Примечание: «Cort кости» является порог для трубчатых костей и пороговое значение используется для изменения параметров профилирования от низкого порогового значения для высоких пороговое значение с шагом значение шага, где наименьшее значение порогового значение Cort Кости - круг и наибольшее значение порога является Cort кость + диапазон. Если задать значения для Cort кости, диапазон и шаг 6000, 1000 и 500, соответственно, то наименьшее значение порога для трубчатых костей — 6000-1, 000 = 5, 000, высоким пороговое значение равно 6, 000 + 1, 000 = 7, 000, и пороговые значения используемых в анализы являются 5000, 5500, 6000, 6500 и 7000. - Задать диаметр шума («шум Dia.»), шаг («шаг») и диапазон значений («диапазон») для указания набора значений шума в анализов, диаметр отверстия («отверстие диаметром»), шаг («шаг») и значения диапазона («диапазон»), для расчета набора значений отверстие. В общем по умолчанию работает для большинства образцов микро КТ костей, где шум, шаг и диапазон 5, 5, 2, соответственно, и диаметр отверстия, шаг и являются 15, 5, 2, соответственно. Оставьте параметры по умолчанию для примера набора данных.
Примечание: «Шум Dia.» диаметр фильтр подавления шума, и «Отверстие диаметром» диаметр отверстий в пределах корковой косточках. Шум и отверстие значения, используемые для параметров профилирования может рассчитываться аналогично корковых пороговые значения, описанные выше, используя указанный уровень шума/отверстие, диапазон и значения шага. Вследствие изменений в параметры сканирования при получении изображений шум и отверстие параметры должны определяться эмпирически согласно качество изображения, как нет общего диапазоны параметров шума и отверстие хороши для всех проверок. Минимальное значение порога, шум или отверстия должны быть больше или равно 0, и если вычисляемый наименьшее значение является отрицательным, с использованием предоставленных параметров, определенных наименьшее значение равным 0. - Нажмите OK , чтобы выполнить профилирование параметр. Визуально проверить сегментации результаты в окне Результаты профилирования параметр и выберите фрагмент слой так, что внешняя граница кости изложена довольно точно (рис. 1Б). Впоследствии получите профилирования параметры из записи в таблице Результатов профилирования параметр , соответствующий слой выбранного фрагмента (Таблица 1).
4. Трабекулярная анализ
-
Сегментация трабекулярной кости
- Откройте ImageJ программного обеспечения, а затем открыть или импортировать отсканированное изображение.
- Нажмите плагины | BoMomics | Trab сегментации кнопку и заполнить соответствующие параметры. Набор «Старт», «Наброски граница», «Trab. Кости», «Шум снижение Dia.», «Отверстие наполнения Dia.» и «Корковой толщины Dia.» 5, 7200, 7000, 6, 12 и 25, соответственно.
Примечание: «старт» и «Конец» укажите диапазон выбранного фрагмента для сегментации трабекулярной кости, «Наброски граница» соответствует параметру профилированных «Cort кости», «Шум снижение Dia.» до «Шум диам.» Параметр и «Отверстие наполнения Dia.» параметру «Отверстие диаметром». «Корковая толщина диаметр» является указанной толщины для исключения внешних трубчатых костей. «Trab. Bones» — это порог для извлечения трабекулярной кости (рис. 2), где параметры определяются с помощью профилирования анализ параметров команды, как описано в шаге 3.5. - Нажмите кнопку OK , чтобы выполнить трабекулярной сегментации. Визуально проверьте результаты сегментации в окне Результатов сегментации Trab (рис. 2B). Сохраните извлеченные трабекулярной кости, отображаются в окне Сегментирована трабекулярной кости в формате tiff (рис. 2B), которые далее могут быть проанализированы по другим программным обеспечением.
-
Анализ трабекулярной кости.
- Откройте ImageJ программного обеспечения, а затем открыть или импортировать отсканированное изображение.
- Нажмите плагины | BoMomics | Анализ Trab кнопку и заполнить соответствующий анализ параметров, таких как «Старт», «Наброски граница», «Trab. Как описано в разделе Шаг 3.5 кости», «Шум снижение диам.», «Отверстие наполнения Dia.» и «Корковая толщина Dia.» как описано выше (рис. 3А), где определяются параметры с помощью команду Параметры профилирования анализа. Набор «Старт», «Наброски граница», «Trab. Кости», «Шум снижение Dia.», «Отверстие наполнения Dia.» и «Корковой толщины Dia.» 5, 7200, 7000, 6, 12 и 25, соответственно.
Примечание: В бесплатной версии плагина, выбраны пять прилегающих фрагментов, начиная с указанного индекса фрагмента «Старт» для измерения, в то время как в коммерческой версии, произвольное количество фрагментов может быть указано пользователем. - Выберите один или более вариантов в разделе Результаты отчетности для применения параметров быть измерена, где Трабекулярная кость-объем (BV), общий объем (ТВ) выбранного региона, и толщины измеряется либо координате (2D) или трехмерно (3D) доступны для выбора с помощью трех флажков, а именно «BV ТВ только», «2D» и «3D». Установите флажки «2D» и «3D», затем нажмите кнопку «OK» для выполнения трабекулярной анализа (рис. 3, Таблица 2).
Примечание: Когда «BV ТВ только» установлен, независимо от выбора статусы «2D» и «3D», сырые меры BV, ТВ и интенсивности, как сообщается, и сегментированных трабекулярной кости извлекаются и отображаются в новом окне, которое может быть сохранен и далее анализируются другие программное обеспечение. Когда выбран «2D», сообщается сырье меры BV, ТВ, интенсивности и толщины координате измеряется на каждом уровне фрагмента с помощью модели пластины. Если установлен флажок «3D», трехмерные толщина для каждым вокселом рассчитывается непосредственно без каких-либо модель предположения, затем сырье меры BV, ТВ, интенсивности и трехмерные толщины пробы на каждом уровне ломтик сообщается. Однако если не установлен флажок, трабекулярной кости делятся с использованием выше набора параметров, но не измерения сообщается.
5. Количественная оценка моделируемых объектов
- Откройте ImageJ программного обеспечения, а затем откройте смоделированные изображения. Здесь откройте имитируемых сфера диаметром 30 пикселей в качестве примера.
- Выберите плагины | BoMomics | Анализ Trab кнопку и заполнить соответствующий анализ параметров, как описано ранее. Сохранить значения по умолчанию для «Старт», «Конец», «Наброски граница», «Trab. Кости» и «Шум снижение диам.», «Шум снижение диам.», «Отверстие наполнения Dia.» и «Корковой толщины Dia.» 0 (рис. 3).
Примечание: Для моделируемых объектов шума нет случайного сигнала, и там может быть без соответствующих корковых снарядов. Таким образом, следует должным образом установить параметры для таких значений (параметры по умолчанию, равным нулю). Для 3D количественной 30 ломтиков до и после указанного фрагмента «Старт» обрабатываются с использованием бесплатную версию плагина, в то время как только фрагменты в диапазон, заданный «Старт» и «Конец» фрагменты анализируются в коммерческой версии плагина. - В разделе Результаты отчетности выберите «2D» и «3D» для параметров, чтобы измерить и нажмите кнопку OK , чтобы выполнить трабекулярной анализ для моделирования объекта (Таблица 3).
6. Калибровка трабекулярной мер и представления данных: профиль дистрибутивов трабекулярной мер в регионе выбранного анализа
- Получите информацию калибровки из отсканированных набора данных, согласно инструкциям производителя микро CT.
Примечание: Только сырые меры BV, ТВ, интенсивности и толщины сообщает плагин. Чтобы получить меры сопоставимых отчетов, генерируемых другого программного обеспечения, желаемого результата тарировки. - Откройте Microsoft Excel и в таблице результаты. Рассчитать калиброванные кости объем (BV), общий объем (ТВ), костной содержание минеральных (BMC), объёмная кости (BV/TV) и минеральной плотности костной ткани (BMD) в новый excel столбцы с помощью сообщил необработанные BV, ТВ и интенсивности значения согласно следующие выражения.
- Примечание: Сканирование резолюцию (резолюция, мкм), серый масштабирования (масштабирование), единицы плотности (мг HA/см3), плотность склона (склон) и плотности перехвата (перехват) могут быть извлечены из отсканированных микро CT изображения или мета файлов, таких как Scanco ISQ файл. Таким образом калиброванный меры вычисляются следующим образом:
Предположим, что BV, ТВ и интенсивности сырье меры, BVc и TVc калиброванного значения резолюции, масштабирование, наклон, перехват образы от файлы калибровки микро - CT.
BVc = BV × резолюции3 [3мкм]
TVc = TV × резолюции3 [3мкм]
BV / TV = BV ÷ ТВ
BMC = (интенсивность ÷ масштабирование × склон - BV × перехвата) резолюции ×3 × 10-12 [мг HA]
БМД - BMC ÷ TVc × 1012 [мг га / см3] - Создание XY (разброс) участок для калиброванных мер (Y) против ломтик слои (X) с помощью программного обеспечения Microsoft Excel (рис. 4).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Трабекулярная анализ плагин предназначен для автоматически сегментировать и количественно трабекулярной кости с точностью. Первоначально кость, внешняя граница обнаружены и определены последовали отверстие наполнения операции где любые отверстия в кости наружной корковых снаряды заполнены. Затем выполняется операция эрозии исключить внешние трубчатых костей и получить сегментирована трабекулярной кости. Наконец меры трабекулярной кости в регионе сегментирована количественно.
Как микро CT изображения являются по сути своей шумной, segmentations, используя предопределенные произвольных параметров часто не точно определить внешние границы костей. Это утомительно и труда интенсивной попробовать много комбинаций параметров для выбора параметров удовлетворительного сегментации. Таким образом параметр профилирования плагин предоставляется для изменения параметров по одному в заданного диапазона автоматически, чтобы помочь в выборе комбинаций удовлетворительного параметров, что также облегчает выбор общий набор параметров для группы кости образцы. Рисунок 1 A показывает параметры, используемые для профилирования хорошей сегментации параметры. Когда параметры кортикальной кости порог (Cort кость), спектр порог профилированного (диапазон), и указываются прирост суммы для порога (шаг) на каждом шагу, генерируются серию порогов для профилирования. Впоследствии ряд значений шума и отверстие создаются аналогично, задав соответствующие параметры. Наконец трабекулярной кости делятся путем изменения параметров, один в то время для всех комбинаций возможных параметров. Рисунок 1 B показывает результаты представитель сегментации для комбинаций различных параметров. Очевидно некоторые комбинации параметров лучше, чем другие в определении внешних границ кости, и более чем одной комбинации параметров показывает результаты удовлетворительно сегментации. После визуально проверка результатов сегментации, значения параметров для удовлетворительного segmentations можно получить из профилирования результаты таблицы (Таблица 1).
Для количественной оценки мер трабекулярной кости, выполняются трабекулярной сегментации и анализа. Рисунок 2 A показывает диалог настройки для трабекулярной сегментации, где трабекулярной кости в выбранном регионе являются сегментированные и извлечены (рис. 2B), и могут быть проверены результаты сегментации, используя предоставленные параметры фрагмента на срез визуально. Впоследствии трабекулярной кости анализируются с удовлетворительным параметрами (рисA). В зависимости от выбора статусов варианты, сырые количественной кости объем (BV), отчетности общий объем (ТВ), сумма значений серого (интенсивность), и толщины размерно измеряется либо два или три размерно (Таблица 2) сообщается. Наконец калибровки информация извлекается из отсканированных данных микро CT и калиброванные меры BV, ТВ, BMC, BV/TV, и про рассчитываются следуют путем профилирования их распределения в выбранной анализ региона-по слоя против слой позиции (рис. 4).
Как функция контроля качества плагина количественная оценка моделируемых объектов поддерживается. Моделируемых стандартных объектов с известными размерами количественно плагин для сравнения с теоретические значения или мер от другого программного обеспечения, таких как коммерческое программное обеспечение, поставляется с микро КТ машины или BoneJ14, открытым исходным кодом плагина для анализа изображения костей. Для анализа моделируемых объектов, параметры шума равным нулю, считаются смоделированные изображения высокого качества изображений без каких-либо шума. Объекты с различными толщинами были смоделированы и показаны результаты (рис. 3, Таблица 3). Для имитации стандартные 2D объектов, таких как круги, квадраты и прямоугольники, точные значения для области (ТВ или BV) и толщина сообщается (Таблица 3). Для 3D объектов сообщили точное толщина меры для кубов, сферах и параллелепипеды, однако, толщины для цилиндров не точны для вокселей вблизи цилиндра на обоих концах, в то время как voxel толщины в среднем ломтики цилиндра, точно так, как предсказал. Это функция базового алгоритма измерения толщины, которой voxel толщины для каждого объекта определяется диаметром крупнейших сферы, или длина стороны крупнейших куб, который содержит этот voxel и полностью внутри объект. Таким образом толщины объектов из различных сфер и кубики можно измерить точно, хотя цилиндров может быть измерена только точно в середине фрагмента радиус расстояние от обоих концах.
Рисунок 1 : Представитель результаты профилирования анализ параметра. (A) Установка параметров страницы. (B) представитель результаты профилирования анализ параметра. Некоторые сочетания параметров лучше, чем другие для обнаружения внешние границы костей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 : Представитель результаты анализа трабекулярной сегментации. (A) Установка параметров страницы. (B) представитель сегментации результаты трабекулярной кости на разных слоях. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 : Анализ трабекулярной. (A) Установка параметров страницы. (B) представитель результаты моделирования 2D объектов. (C) представитель результаты моделирования 3D объектов, визуализированное просмотра 3D-объем. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4 : Дистрибутивы Трабекулярная кость мер в регионе выбранной анализ. Горизонтальная ось представляет относительное расстояние до начальный фрагмент слоя в регионе анализа. Калиброванные трабекулярной мер в регионе анализ значения по оси y. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
| Ломтик | Контур границы | Снижение шума диам. | Отверстие наполнения диам. |
| 4 | 5200 | 0 | 10 |
| 147 | 5200 | 2 | 20 |
| 361 | 7200 | 6 | 16 |
| 539 | 8000 | 10 | 20 |
Таблица 1: Представитель результаты профилирования анализ параметра.
Таблица 2: Представитель результаты трабекулярной анализа.
| Объект | Измерение | B объем | Поверхностиc | Толщина |
| Площадь | 200 X 200 | 40000 | 796 | 200 |
| Прямоугольник | 200 X 100 | 20000 | 596 | 100 |
| Круг | Dia: 200 | 31428 | 796 | 200 |
| Куб | 30 X 30 X 30 | 27000 | 5048 | 30 |
| Кубовидной | 80 X 40 X 30 | 96000 | 13008 | 30 |
| Сфера | Dia: 30 | 14328 | 3944 | 30 |
| Цилиндраd | Dia:30; H: 100 | 71600 | 12800 | 27.84 |
| Цилиндрае | Dia:30; H: 100 | 51552 | 9552 | 30 |
| Ответ: результаты находятся в сырье вокселей. Dia: диаметр; H: высота. | ||||
| b: громкость (3D) или области (2D). | ||||
| c: поверхности (3D) или периметра (2D). | ||||
| d: Measurs от среза 1 фрагмент 100 используются для анализа. | ||||
| e: Measurs от ломтик 15 фрагмент 85 используются для анализа. | ||||
Таблица 3: Количественная оценка результатов для моделируемых объектов.
Дополнительный файл 1. Образец кости. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Это исследование описывает ImageJ плагин для анализа трабекулярной кости, которые автоматический, эффективный, и удобной для пользователей. Плагин может также использоваться для количественного определения любой 2D или 3D объект слой за слоем мер областей, томов и толщины. В настоящее время только одно измеренное значение для каждого параметра, Трабекулярная сообщается для каждого образца стандарт микро CT анализа, который не может представлять полностью характеристики измеряемых сущности в регионе выбранной анализа. Описанные плагин сообщает слой за слоем количество каждого параметра для каждого образца, который полностью сохраняет данные распределения измеряемого параметра в выбранной анализ региона и поэтому более продвинутые и чувствительной статистической подходы применимы для анализа таких данных.
С стандартные, полу-автоматический контурной ручной метод сегментации существенные различия между различными ломтиками, Контурная пластика рук были замечены с оператором смещения8,9,10, требующих более единообразного и автоматический метод, трабекулярную сегментации. Как контраст максимальна между сканирования фон и внешние границы кости, внешние границы помощь трабекулярной сегментации осуществляется плагина, где внешняя граница кости могут быть автоматически обнаружены с точностью при необходимости порог, шум и отверстие параметры предоставляются. Чтобы облегчить определение параметров сегментации, целый ряд параметров, которые являются комбинации Профнастил по одному с помощью представительный срез из анализа региона, и сегментации удовлетворительные результаты проверяются визуально. Впоследствии с параметрами, профилированные анализируются трабекулярной кости. Когда параметры соответствующей сегментации, и плагин успешно применяется для анализа трабекулярной кости от крысы дистальной части бедра, относились с различными кости анаболические агенты5, воспроизводимые результаты сообщаются для одного изображения без оператора предвзятости.
Плагин в настоящее время может обрабатывать только один образец одновременно. Если в изображении присутствуют несколько образцов, все образцы являются количественно как единый объект без дискриминации. Таким образом Предварительная обработка является обязательным, если несколько образцов сканируются одновременно в одном образце трубку. Количественная оценка результатов являются сырье мер количество пикселей или серого значений, которые должны быть откалиброван вручную с использованием соответствующих калибровочных информации.
Наиболее важным этапом в этом протоколе, является выбор соответствующие параметры для трабекулярной анализа. Как правило группы образцов костей анализируются с использованием идентичных сегментации параметров чтобы сопоставимые результаты. В таком случае следует обеспечить, что сегментации результаты для всех образцов визуально расмотрены для потенциальных ошибок, прежде чем провести дополнительные анализы.
Основным ограничением этой методики является, что шумоподавления Настройки применяются к кортикальной кости только для контурной обработки кости внешние границы, но не извлеченные трабекулярной кости. Как различные фильтрующие стратегии были сообщил15 как оптимальный для трабекулярной анализа в различных условиях, без один фильтр это хорошо для всех изображений образцов. Таким образом существует нет встроенной фильтрации шаг перед количественная оценка трабекулярной кости. Чтобы быть совместимыми с выходом программного обеспечения с фильтрации встроенные изображения, извлеченные трабекулярной кости может быть обработанные аналогичным образом с помощью различных изображений инструменты и затем импортированы в ImageJ и количественно плагин впоследствии. Кроме того различные форматы изображений создаются различные микро CT поставщиками и большинство из них не могут быть импортированы или открыл ImageJ непосредственно, таким образом необходимые модули для импорта различных форматов изображений в ImageJ для дальнейшего анализа. Еще одним ограничением является то, что 3D толщины в ломтики в конце диапазона выделения не точным, если часть объектов находятся за пределами диапазона, который также верно для любых доступных 3D количественного определения пакетов, таким образом, большее количество фрагментов должна быть определена количественно, и только в средней части отдельных фрагментов должны быть использованы для дальнейшего анализа. Такой подход может быть доступна только при измеренных величин сообщил слой за слоем, как показано в этот плагин, но не для измерений сообщается что только одно значение для каждого количественных параметров в диапазоне выбора.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Патент на основной алгоритм количественного определения объекта толщина была подана. Авторы сотрудничал с других зарегистрированных bomomics.com веб-сайт, хостинг бесплатной версии плагинов, где консалтинг и количественного определения служб анализа изображений предоставляются по запросу.
Acknowledgments
Эта работа частично поддерживается Грант детскими 81170806. Авторы хотели бы поблагодарить микро CT основного объекта Школа стоматологии, Уханьский университет для помогает проверять и анализировать крыса бедра.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ImageJ | NIH | imagej | Any version with a java 1.8 run time |
| trabecular analysis plugin | Bomomics | bomomics | free or commercial version |
| Micro CT scanner | Scanco | μ-50 | micro CT from any vendor |
| Computer System | Lenovo | any brand | |
| Windows Operating System | Microsoft | Windows 7 x64 | any 64-bit Windows operating system |
| Office Software | Microsoft | Office 2010 | any speadsheet software that has xy chart function |
References
- Ruegsegger, P., Koller, B., Muller, R. A microtomographic system for the nondestructive evaluation of bone architecture. Calcif Tissue Int. 58 (1), 24-29 (1996).
- Muller, R., Ruegsegger, P. Micro-tomographic imaging for the nondestructive evaluation of trabecular bone architecture. Stud Health Technol Inform. 40, 61-79 (1997).
- Clark, D. P., Badea, C. T. Micro-CT of rodents: state-of-the-art and future perspectives. Phys Med. 30 (6), 619-634 (2014).
- Bart, Z., Wallace, J. Microcomputed Tomography Applications in Bone and Mineral Research. Advances in Computed Tomography. 2, 121-127 (2013).
- Ji, Y., Ke, Y., Gao, S. Intermittent activation of notch signaling promotes bone formation. Am J Transl Res. 9 (6), 2933-2944 (2017).
- Jiang, Y., Zhao, J., White, D. L., Genant, H. K. Micro CT and Micro MR imaging of 3D architecture of animal skeleton. J Musculoskelet Neuronal Interact. 1 (1), 45-51 (2000).
- Laib, A., et al. 3D micro-computed tomography of trabecular and cortical bone architecture with application to a rat model of immobilisation osteoporosis. Med Biol Eng Comput. 38 (3), 326-332 (2000).
- Cole, H. A., Ichikawa, J., Colvin, D. C., O'Rear, L., Schoenecker, J. G. Quantifying intra-osseous growth of osteosarcoma in a murine model with radiographic analysis. J Orthop Res. 29 (12), 1957-1962 (2011).
- Jensen, M. M., Jorgensen, J. T., Binderup, T., Kjaer, A. Tumor volume in subcutaneous mouse xenografts measured by microCT is more accurate and reproducible than determined by 18F-FDG-microPET or external caliper. BMC Med Imaging. 8, 16 (2008).
- Soviero, V. M., Leal, S. C., Silva, R. C., Azevedo, R. B. Validity of MicroCT for in vitro detection of proximal carious lesions in primary molars. J Dent. 40 (1), 35-40 (2012).
- Kohler, T., Stauber, M., Donahue, L. R., Muller, R. Automated compartmental analysis for high-throughput skeletal phenotyping in femora of genetic mouse models. Bone. 41 (4), 659-667 (2007).
- Buie, H. R., Campbell, G. M., Klinck, R. J., MacNeil, J. A., Boyd, S. K. Automatic segmentation of cortical and trabecular compartments based on a dual threshold technique for in vivo micro-CT bone analysis. Bone. 41 (4), 505-515 (2007).
- Dougherty, G. Quantitative CT in the measurement of bone quantity and bone quality for assessing osteoporosis. Med Eng Phys. 18 (7), 557-568 (1996).
- Doube, M., et al. BoneJ: Free and extensible bone image analysis in ImageJ. Bone. 47 (6), 1076-1079 (2010).
- Bouxsein, M. L., et al. Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography. J Bone Miner Res. 25 (7), 1468-1486 (2010).
