Summary
Biz segmentlere ve bir ImageJ eklentisi kullanarak kemik'ın dış sınırında göre 2D ve 3D görüntü için Trabeküler kemik miktarının için bir iş akışı mevcut. Bu yaklaşım daha verimli ve geçerli el ile yaklaşım el şekillendirmenin daha doğru ve geçerli ticari yazılım kullanılamaz katman katman quantifications sağlar.
Abstract
Mikro Bilgisayarlı Tomografi (mikro-CT) düzenli olarak kemik miktar ve farklı kemik kaybı koşullar altında küçük hayvanlarda Trabeküler microstructural özellikleri değerlendirmek için kullanılır. Ancak, standart mikro-CT görüntülerin Trabeküler analiz için dilim dilim yarı otomatik el-şekillendirme, emek yoğun ve hata eğilimli olan yaklaşımdır. Burada açıklanan Trabeküler kemik kemik'ın dış sınırları nerede Trabeküler kemik tespit edilebilir ve otomatik olarak uygun olduğunda daha az işleç önyargı ile doğruluk ile parçalara göre otomatik bölümleme için verimli bir yöntemdir segment oluşturma parametrelerini ayarlamak. Tatmin edici segmentasyon parametreleri profilini çıkarmak görüntü yığını segmentasyon sonuçlarının, nerede tüm olası birleşimlerini segmentasyon parametreleri değişen tek tek sırayla, ve segmentasyon sonuçları ile ilişkili parametreleri olabilir görüntülenir kolayca görsel olarak kontrol edilebilir. Eklenti bir kalite kontrol özelliği olarak, benzetimli standart nesneler nerede ölçülen miktarlarda teorik değerlerle karşılaştırılabilir sayısal. Katman katman miktar Trabeküler özellikleri ve Trabeküler kalınlıkları böyle bir eklenti tarafından bildirilir ve gibi özellikleri seçili bölgeler içinde dağılımları kolayca profilli. Katman katman miktar Trabeküler kemik hakkında daha fazla bilgi korur ve daha fazla yapısal değişiklikler istatistiksel analizi kolaylaştırır, ancak bu tür önlemler geçerli ticari yazılım, çıktısı yalnızca tek bir yerde kullanılamaz her parametre için quantified değer her örnek için bildirilmektedir. Bu nedenle, açıklanan iş akışları Trabeküler kemik doğruluk ve verimlilik ile analiz etmek için daha iyi yaklaşımlar vardır.
Introduction
Trabeküler kemik mikro-CT analizidir nerede birçok değişken ile ilgili farklı kemik kaybı koşulları1,2,altında3, küçük hayvanlarda kemiklerin morfolojik değişiklikleri izlemek için standart yaklaşım kemikleri bildirilen4yapılardır. Ancak, bu tür parametreleri eşit olarak uzun kemiklerde5metaphysis içinde dağıtılmış değildir ve yalnızca özetlenmiş veya ortalama değeri her örnek her yapısal değişkeni için geçerli ticari mikro-CT makineleri6tarafından,7 bildirilmektedir , tek bir değer tam çözümlenirken bölgesinde ölçülen parametre özelliklerini temsil edemez rağmen. Katman katman miktar Trabeküler kemik sadece daha fazla bilgi için her değişkenin korur, ancak aynı zamanda yapısal sonraki istatistiksel analizi kolaylaştırmak gibi değişkenleri çözümlenirken bölgedeki dağılımları profil oluşturma sağlar değişiklikleri farklı koşullar5altında. Bu nedenle, bu yöntem amacı mikro-CT tarama şu anda herhangi bir ticari olarak mevcut mikro-CT çözümleme paketi mevcut değildir her dilim düzeyinde Trabeküler kemik miktarının.
Verimli bir şekilde segment Trabeküler kemik dilim tarafından-dilimli için otomatik bölümleme yöntem arzu edilir. Ancak, mikro-CT analiz için geçerli standart teknik el ile etkileşimli olan emek yoğun, hataya, kortikal bölmeleri gelen Trabeküler kemik ayırmak için yarı otomatik ilişkilendirme tarafından takip şekillendirme üzerinde temel alır ve önemli işleç önyargı8,9,10ile ilişkili. Otomatik bölümleme yöntemleri11,12 olduğunu bildirdi, ancak tür yöntemler yalnızca Trabeküler kemik ve kortikal kemikler arasında iyi bir ayrım bölgeleriyle ama açık renk ayrımları olmadan bölgeleri en iyi durumda. Ayrıca, farklı segmentasyon parametre farklı örnekleri12için gerekli değildir ve çeşitli parametre birleşimleri12deneyerek tatmin edici segmentasyon parametreleri kemik örnekleri grupları için geçerli el ile seçmek sıkıcı, düz-se bile tüm ilgili parametreler ayarlandığında segment oluşturma işlemi otomatik olarak yapılır. Gibi kemik dış sınır en büyük kontrast tarama geçmişi olan ve uzun kemiklerin metaphyseal kortikal kabukları seçilen bölge, analiz segmentasyon yöntemleri uzun kemiklerde can dış sınır kontur göre bazı değişiklikler gösterir güvenilir ve doğru bir şekilde Trabeküler kemik kortikal kabukları ayırın. Böyle bir bölümleme yöntem avantajı ayrılmasını arka kemik'ın dış sınırı arasındaki fark, ancak Trabeküler ve kortikal kemikler6,12arasındaki farklar dayanır, 13, bu nedenle bu genellikle kemik örnekleri, farklı gruplar arasında Trabeküler değişiklikleri daha güvenilir analizini kolaylaştıran bir grup için tatmin edici segment parametrelerinin birleşiminin bulmak kolay.
Birim, yüzey ve üç boyutlu (3D) kalınlığı 3D quantifications rapor ederken her dilimle 2D analiz için düzey, alan, çevre ve iki boyutlu (2D) kalınlığı raporlanır. Bu tür bilgiler genellikle geçerli görüntü analiz araçları, bildirilen yordamlar nerede bu tür bilgileri istenen genel görüntülere uygulanabilir olduğunu belirten tarafından bildirilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Hayvan konular içeren yordamlar uygun olarak Kılavuzu bakım ve kullanım of Laboratory Animals (NIH yayını, 8 edition, 2011) için yapılmıştır ve gözden geçirilmiş ve kurumsal hayvan bakım ve kullanım Wuhan Komitesi tarafından onaylanmış Üniversitesi.
1. yazılım yükleme
- ImageJ yazılımını yükleyin. Https://imagej.nih.gov/ij/ gelen 64 bit Java ile birlikte ImageJ (yorum 1,51 p) yazılım Windows sürümünü indirin. Karşıdan yüklenen yazılım daha sonra "ImageJ dizini" olarak sevk edilecek bir klasöre ayıklayın.
Not: Trabeküler analiz eklentileri 64 bit Java yazılımını çalıştırmak zaman (sürüm 1.8) ve bir 64-bit windows işletim sistemi, tercihen bir 64-bit Windows 7 işletim sistemi gerektirir. - Trabeküler analiz eklentileri yükleyin. Trabeküler analiz eklentileri http://www.bomomics.com istek ve "ImageJ dizin/plugins" olan ImageJ'ın eklentileri dizine unzip içeriği.
Not: Eklenti burada 5 ölçülerini bitişik dilimler rapor belirtilen, ücretsiz bir sürümü veya dilimleri bir dizi nerede belirtilen ve ölçülen bir ticari versiyonu olarak elde edilebilir.
2. 3D veri kümesi Trabeküler analiz için hazırlayın
- Sıçan kemiklerine bir mikro-CT makine aşağıdaki ile standart iletişim kuralı5 tarama tarama ve verileri ImageJ, örneğin, TIFF biçimi ithal edilecek bir biçimde kaydedin. Birden fazla kemik örnekleri aynı anda bir tek örnek tüpü tarandı, ilk ImageJ verileri almak ve sonra her bireysel kemik ImageJ'ın görüntü işleme araçları kullanarak diğer örnekleri kırpma tarafından ayrı. Daha sonra ortaya çıkan görüntü ImageJ daha sonra alınabilir bir biçimde kaydedin.
Not: analizinde kullanılan bir temsili örnek yansıma dosyası bulunur (ek dosya 1). -
Standart 2D ve 3D nesneler simülasyonu.
- ImageJ yazılımını açın. Eklentiler altında | BoMomics | Nesneleri taklit menü, daire düğmesini tıklatın ve açılan penceredeki çapı olarak 200 girin, sonra simüle çemberin çapı 200 piksel (şekil 3B) oluşturmak için Tamam ' ı tıklatın. Oluşturulan çember TIFF biçiminde kaydedin.
- ImageJ yazılımını açın. Eklentiler altında | BoMomics | Nesneleri taklit menü, kare düğmesini tıklatın ve açılan penceredeki kenar uzunluğu olarak 200 girin, sonra bir kenar uzunluğu 200 piksel (şekil 3B) ile simüle kare oluşturmak için Tamam ' ı tıklatın. Oluşturulan Meydanı TIFF biçiminde kaydedin.
- ImageJ yazılımını açın. Eklentiler altında | BoMomics | Nesneleri taklit menü, Dikdörtgen düğmesini tıklatın ve 200 genişliği girin ve 100 açılan pencerenin yüksekliğini girin, sonra 200 piksel genişliğinde ve 100 piksel (şekil 3 yüksekliği ile simüle dikdörtgen oluşturmak için Tamam ' ı tıklatın B). Oluşturulan dikdörtgen TIFF biçiminde kaydedin.
Not: Bir daire (çapı: 200 piksel), bir kare (kenar uzunluğu: 200 piksel) ve bir dikdörtgen (genişlik: 200 piksel; Yükseklik: 100 piksel) daha sonraki analizler için kaydedilir. - ImageJ yazılımını açın. Eklentiler altında | BoMomics | Nesneleri taklit menü, küp düğmesini tıklatın ve açılan penceredeki kenar uzunluğu olarak 30 girin, sonra simüle küp oluşturmak için Tamam ' ı tıklatın. Nihayet, tıkırtı eklentileri | 3D | Birim Viewer oluşturulan küp görüntülemek ve TIFF formatında (şekil 3C) kaydetmek için.
- ImageJ yazılımını açın. Eklentiler altında | BoMomics | Nesneleri taklit menü, Cuboid düğmesini tıklatın ve uzunluğu, genişliği 40 ve 30 popup penceresinde yükseklik olarak olarak 80 girin sonra simüle cuboid oluşturmak için Tamam ' ı tıklatın. Nihayet, tıkırtı eklentileri | 3D | Birim Viewer oluşturulan cuboid görüntülemek ve TIFF formatında (şekil 3C) kaydetmek için.
- ImageJ yazılımını açın. Eklentiler altında | BoMomics | Nesneleri taklit menü, küre düğmesini tıklatın ve açılan penceredeki çapı olarak 30 girin sonra simüle küre oluşturmak için Tamam ' ı tıklatın. Nihayet, tıkırtı eklentileri | 3D | Birim Viewer oluşturulan küre görüntülemek ve TIFF formatında (şekil 3C) kaydetmek için.
- ImageJ yazılımını açın. Eklentiler altında | BoMomics | Nesneleri taklit menü, silindir düğmesini tıklatın ve 30 popup penceresinde yükseklik olarak çapı ve 100 girin ve ardından benzetim yapılmış silindir oluşturmak için Tamam ' ı tıklatın. Nihayet, tıkırtı eklentileri | 3D | Birim Viewer oluşturulan silindir görüntülemek ve TIFF formatında (şekil 3C) kaydetmek için.
Not: Bir küre (çap: 30 piksel), bir küp (kenar uzunluğu: 30 piksel), bir cuboid (uzunluk: 80 piksel; genişlik: 40 piksel; Yükseklik: 30 piksel) ve bir silindir (çap: 30 piksel; Yükseklik: 100 piksel) daha sonraki analizler için kaydedilir.
3. analiz parametrelerini profil oluşturma
- ImageJ yazılımını açın ve açmak veya taranmış bir görüntü alın.
- Bir dilim seçmek için alt kaydırma çubuğunu kaydırın, sonra görüntü tıklayın | Ayarlamak | Eşik düğmesi. Halk eşik pencere kemikler de arka plandan ayrılır emin olmak için el ile muayene minimum ve maksimum eşik değerleri ayarlayın ve kortikal kemik eşik değer olarak minimum eşik değeri kaydedin.
Not: farklı mikro-CT üreticileri farklı ölçekleme faktörleri X-ray zayıflama katsayıları görüntüleri depolamak için kullandığınız gibi gerçek eşik değerini ampirik olarak el ile muayene veya belirli üreticinin takip tarafından tespit edilmelidir öneriler. Bizim uygulamada, 6.000-7.000 için mikro-CT makineler tarafından üretilen ISQ dosyaları için minimum eşik ayarını güvenilir kemik tarama kökenli ayırabilirsiniz. - Eklentileri tıklayın | BoMomics | Trab Param profil oluşturma düğmesi. Popup penceresinde Dilimi dizin temsilcisi dilimin konumunu ayarlayın ve kortikal kemik ("Cort kemik"), Aralık ("aralığı") ve segmentasyon parametreleri, profil oluşturma için kortikal eşikleri kümesi hesaplamak için adım ("adım") değerleri ayarla nerede kortikal kemik eşik değerini adım 3.2 (şekil 1) tarafından kazanılır. 2.000 ve 400 iş çoğu mikro-CT görüntü için varsayılan aralığı ve adım değerleri. Örnek veri kümesi için 5 Dilim dizin küme ve diğer ayarlar için varsayılan değerleri tutmak.
Not: "Cort kemik" kortikal kemikler için eşik ve en düşük eşik değerin Cort değeri olduğu için en yüksek eşik değer artışını adım değeri ile en düşük eşik değeri parametre profil değişiklikleri için kullanılan eşik değeri değil Kemik - aralığı ve yüksek eşik değerini Cort kemik + aralığı var. Cort kemik, aralığı ve adım için set değerleri 6.000, 1000 ve 500, sırasıyla, vardır o zaman kortikal kemikler için en düşük eşik değer 6.000-1, 000 = 5, 000 ise, en yüksek eşik değeri bu 6, 000 + 1, 000 = 7, 000 ve eşikleri kullanılan 5.000 analizlerdir, 5.500, 6.000, 6500 ve 7000. - Gürültü çapı ("gürültü Dia"), ("") adım ve analizleri ve delik çapı ("delik çapı"), adım ("adım") ve delik değerler hesaplamak için Aralık ("Aralık") değerleri noise değerleri kümesi belirtmek için ("Aralık") değerleri arasında. Genel olarak, varsayılan ayar nerede gürültü, adım ve Aralık 5, 5, 2, sırasıyla, ve delik çapı, adım ve Aralık 15, 5, 2, sırasıyla vardır çoğu mikro-CT kemik örnekleri çalışır. Örnek veri kümesi için varsayılan ayarları koruyun.
Not: "Gürültü Dia" gürültü bastırma Filtresi için çapı ise "Delik çapı" kortikal kemik içinde delik çapı. Parametre profil oluşturma için kullanılan ses ve delik değerleri benzer şekilde yukarıda açıklanan kortikal eşik değerleri belirtilen gürültü/delik, aralığı ve adım değerleri kullanarak olarak hesaplanabilir. Gürültü ve delik parametreleri genel yok aralıklarının tüm taramaları için iyi olduğu gibi tarama parametrelerini görüntüleri alma zaman içinde farklılıklar nedeniyle gürültü ve delik parametreleri ampirik olarak görüntü kalitesi göre tespit edilmelidir. Eşik, gürültü veya delik için en düşük değeri sıfırdan büyük veya eşit 0 olması gerekir ve hesaplanan en düşük değeri sağlanan parametreleri kullanarak sıfırdan küçükse, belirli en düşük değeri 0 olarak ayarlanır. - Parametre profil oluşturma gerçekleştirmek için Tamam ' ı tıklatın. Görsel olarak segmentasyon sonuçları Parametre profil oluşturma sonuçları penceresinde kontrol ve kemik dış sınır oldukça hassas özetlenen bir dilim katman seçin (şekil 1B). Daha sonra seçtiğiniz dilim katman (Tablo 1) karşılık gelen Parametre profil oluşturma sonuçları tablosunda giriş profil parametreleri almak.
4. Trabeküler analizi
-
Segmentasyon Trabeküler kemik
- Açık ImageJ bilgisayar yazılımı, o zaman açmak veya taranmış bir görüntü alın.
- Eklentileri tıklayın | BoMomics | Trab segmentasyon düğmesini tıklatın ve uygun analiz parametreleri doldurmak. Set "Başlat", "Anahat sınır", "Trab. Bones","Gürültü azaltma Dia","Delik doldurma Dia"ve"Kortikal kalınlığı çap"5, 7200, 7000, 6, 12 ve 25, anılan sıraya göre.
Not: "Başlat" ve "Son" segmentasyon Trabeküler kemik için seçili dilim aralığı belirtin, "Anahat sınır" profilli "Cort kemik" parametresi, "Gürültü Dia" için "gürültü azaltma Dia" karşılık gelen Parametre ve "Delik doldurma Dia" "Delik çapı" parametresi için. "Kortikal kalınlığı çap" dış kortikal kemik dışlamak için belirtilen kalınlığı olduğunu. "Trab. Bones "Trabeküler kemik (Şekil 2) ayıklamak için eşik, adım 3.5'nerede ayarlar profil oluşturma analiz parametrelerini komut açıklandığı gibi kullanarak belirlenir. - Trabeküler segmentasyon gerçekleştirmek için Tamam ' ı tıklatın. Görsel olarak segmentasyon sonuçları Trab segmentasyon sonuçları penceresinde (Şekil 2B) kontrol edin. Ayrıca başka bir yazılım tarafından analiz edilecek Kesimli Trabeküler kemik penceresinde bir TIFF biçiminde (Şekil 2B), gösterilen ayıklanan Trabeküler kemik kaydedin.
-
Trabeküler kemik analizi.
- Açık ImageJ bilgisayar yazılımı, o zaman açmak veya taranmış bir görüntü alın.
- Eklentileri tıklayın | BoMomics | Trab analiz düğmesini tıklatın ve "Başlat", gibi uygun analiz parametrelerini "Anahat sınır", "Trab. doldurun "Bones", "Gürültü azaltma Dia", "Delik doldurma Dia" ve "Kortikal kalınlığı çap" olarak (şekil 3A), açıklanan nerede ayarlar belirlenir profil oluşturma analiz parametrelerini komut açıklandığı adım 3.5 kullanma. Set "Başlat", "Anahat sınır", "Trab. Bones","Gürültü azaltma Dia","Delik doldurma Dia"ve"Kortikal kalınlığı çap"5, 7200, 7000, 6, 12 ve 25, anılan sıraya göre.
Not: eklenti, ücretsiz sürümünde belirtilen "Start" dilim dizinden başlayarak beş bitişik dilimler seçilir ölçüm için ticari versiyonu ise, dilimleri isteğe bağlı sayıda kullanıcı tarafından belirtilebilir. - Nerede Trabeküler kemik hacim (BV), Seçili bölge ve kalınlıkları toplam hacmi (TV) ölçülen ya two-dimensionally ölçülecek parametreler için Sonuçları raporlama bölümünde bir veya daha fazla seçenek'i seçin (2D) veya üç boyutlu (3D) üç onay kutularını, yani BV TV"sadece", "2B" ve "3D" ile seçim için kullanılabilir. Onay kutularını işaretleyin "2B" ve "3D", sonra da Tamam'ı tıklatın "Trabeküler analizi (şekil 3bir, Tablo 2) yapmak için".
Not: "BV TV sadece", "2B" ve "3D", seçim durumları ne olursa olsun işaretlendiğinde BV, TV ve yoğunluk işlenmemiş önlemleri bildirilir ve kesimli Trabeküler kemik çıkarılan ve kaydedilen ve daha fazla analiz diğer tarafından yeni bir pencerede görüntülenir yazılım. "2B" işaretlendiğinde, BV, TV, yoğunluk ve two-dimensionally plaka modelini kullanarak her dilim düzeyinde ölçülen kalınlıkları işlenmemiş önlemleri raporlanır. "3D" seçili ise, üç boyutlu kalınlığı her Voksel için doğrudan herhangi bir modeli varsayım, BV, sonra ham ölçüleri hesaplanır TV, yoğunluk ve üç boyutlu kalınlıkları her dilim düzeyinde örnek rapor edilir. Yok onay kutusunu seçtiyseniz, Trabeküler kemik yukarıdaki parametreler kümesi kullanılarak bölümlenmiş, ancak, herhangi bir ölçü bildirilmektedir.
5. sayısal simüle nesneleri
- ImageJ yazılım açık, o zaman simüle bir görüntü açın. Burada, benzetimli küre 30 piksel çapı ile örnek olarak açın.
- Eklentileri seçin | BoMomics | Trab analiz düğmesini tıklatın ve daha önce açıklandığı gibi uygun analiz parametreleri doldurmak. "Start", "Son", "Anahat sınır", "Trab. için varsayılan değerleri tutmak Bones"ve set"Gürültü azaltma Dia","Gürültü azaltma Dia","Delik doldurma Dia"ve"Kortikal kalınlığı çap"0 (şekil 3).
Not: Simüle nesneler için hiçbir istenmeyen sinyal gürültü ve karşılık gelen hiçbir kortikal kabukları olabilir. Bu nedenle, bu tür değerler için parametreleri uygun şekilde ayarlamanız gerekir (varsayılan ayarlarıdır sıfır olarak). 3D quantifications için 30 önce ve belirtilen "Start" dilim işlenir sonra "Başlat" ve "Son" dilimleri tarafından belirtilen aralıktaki tek dilimleri eklenti, ticari sürümü ile analiz edilir iken eklenti, ücretsiz sürümünü kullanarak dilimler. - Sonuçları raporlama bölümünde "2B" ve "3D" parametreler için ölçülecek seçin ve Trabeküler çözümleme benzetim yapılmış nesne (Tablo 3) için yapmak için Tamam ' ı tıklatın.
6. Kalibrasyon Trabeküler önlemler ve veri sunumu: Seçilen analiz bölgesi Trabeküler önlemler dağılımları profil
- Ayar bilgisi taranmış kümesinden mikro-CT satıcının talimatlarına göre olsun.
Not: Yalnızca ham önlemler BV, TV, yoğunluk ve kalınlıkları eklenti tarafından rapor edilir. Önlemlerini karşılaştırılabilir başka bir yazılım tarafından oluşturulan raporlar için sonuç kalibrasyon isteniyorsa. - Microsoft Excel'i açın ve bildirilen sonuçlar tablo açın. Kalibre kemik birim (BV) hesaplamak, birim (TV), kemik mineral içeriği (BMC), kemik birim kesir (BV/TV) ve kemik mineral yoğunluğu (KMY) yeni içinde toplam bildirilen ham BV, TV ve yoğunluk değerlerine göre aşağıdaki ifadeleri kullanarak sütunları excel.
- Not: çözünürlüğü (çözünürlük, µm (ölçekleme) gri ölçekleme, yoğunluk birim (mg HA/cm3), yoğunluğu eğim (yamaç) ve yoğunluk kesişim noktası (kesme noktası) elde edilebilir), taranan mikro-CT görüntü veya meta dosyaları, gibi Scanco ISQ dosya tarama. Bu nedenle, kalibre edilmiş önlemler aşağıdaki gibi hesaplanır:
BV, TV ve şiddeti işlenmemiş önlemleri, BVc ve TVc kalibre edilmiş değerleri, çözünürlük, ölçekleme, yamaç varsayalım, kesme noktası mikro - CT kalibrasyon dosyalarından görüntüler vardır.
BVc BV × kararlılık =3 [mikron3]
TVc TV × kararlılık =3 [mikron3]
BV / TV BV ÷ TV =
BMC (yoğunluk ÷ × yamaç - BV × kesişme ölçekleme) × kararlılık3 × 10-12 [mg HA] =
BMD - BMC ÷ TVc × 1012 [mg HA / cm3] - Bir XY (dağılım) çizim için kalibre edilmiş önlemler (Y) Microsoft Excel yazılımı (şekil 4) kullanma dilim katmanları karşı (X) oluşturma.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Trabeküler analiz eklenti otomatik olarak segment ve Trabeküler kemik ile doğruluk ölçmek için tasarlanmıştır. Başlangıçta, dış sınır tespit ve belirlenen kemik kemik dış kortikal kabukları içinde herhangi bir delik nerede dolu bir delik doldurma işlemi tarafından takip ettim. O zaman bir erozyon işlem dış kortikal kemik dışlamak ve parçalı Trabeküler kemik almak için gerçekleştirilir. Son olarak, Trabeküler kemik parçalı bölgedeki önlemler sayılabilir.
Mikro-CT genellikle önceden tanımlanmış rasgele parametreleri kullanarak segmentations doğal olarak gürültülü görüntülerdir doğru kemik'ın dış kenarlıklarını tanımlamak için başarısız. Bu sıkıcı ve emek yoğun bir çok tatmin edici segmentasyon parametreleri seçmek için parametre kombinasyonları deneyin. Bu nedenle, eklenti profil oluşturma bir parametresi olarak da kemik bir grup için ortak parametrelerinin seçme kolaylaştırır otomatik olarak tatmin edici parametre bileşimleri, seçiminde yardımcı olmak için ayarlama aralığı parametrelerinde tek tek değiştirmek için sağlanan örnekleri. Resim 1 A iyi segmentasyon parametreleri profil oluşturma için kullanılan ayarları gösterir. Kortikal kemik eşik (Cort kemik), eşik olmak aralığı parametrelerini (Aralık) profilli ve artış tutarı için eşik (adım) her adımda belirtilen zaman eşikleri profiled için bir dizi oluşturulur. Daha sonra gürültü ve delik değerleri bir dizi oluşturulur benzer şekilde ilgili parametreleri ayarlayarak. Son olarak, Trabeküler kemik tüm olası parametre kombinasyonları için bir defada bir parametreleri değiştirerek parçalara. Resim 1 B farklı parametre birleşimleri için temsilcisi segmentasyon sonuçlarını gösterir. Belli ki, bazı parametre bileşimleri bir kemik dış kenarlıklarını operasyona diğerlerinden daha iyidir ve birden fazla parametre tatmin edici segmentasyon sonuçları ortaya. Görsel olarak segmentasyon sonuçları kontrol ettikten sonra tatmin edici segmentations için parametre değerleri profil oluşturma sonuçları tablosundan (Tablo 1) alınabilir.
Önlemler Trabeküler kemik ölçmek için Trabeküler segmentasyon ve analizi yapılmaktadır. Resim 2 A dilim dilim Trabeküler segmentasyon, burada seçilen bölge Trabeküler kemik parçalara ve (Şekil 2B) çıkarılan ve segmentasyon sonuçları sağlanan parametrelerden kullanarak kontrol edilebilir için ayar iletişim kutusunu gösterir görsel olarak. Daha sonra Trabeküler kemik tatmin edici parametreleri (şekil 3A) ile analiz edilir. Seçenekler, kemik hacminin (BV), ham quantifications raporlama seçimi durumları bağlı olarak cilt (TV), gri değerler (yoğunluk), toplam ve kalınlıkları ölçülen ya da iki boyutlu veya üç boyutlu (Tablo 2) bildirilir. Son olarak, ayar bilgisi taranmış mikro-CT dataset nesnesinden elde edilir ve önlemler BV, TV, BMC, BV/TV kalibre ve BMD hesaplanır takip dağıtımları içinde seçili çözümlenirken bölge katman--katman katman karşı profil oluşturma pozisyonlar (şekil 4).
Eklenti bir kalite kontrol özelliği olarak, miktar simüle nesnelerinin desteklenir. Bilinen boyutları ile simüle standart nesneler tarafından teorik değerleri veya diğer yazılım, mikro-CT makineleri veya BoneJ14, ücretsiz açık kaynak eklentisi ile sağlanan ticari yazılım gibi önlemler ile karşılaştırma için eklenti sayılabilir kemik görüntü analizi için. Simüle görüntüleri yüksek kaliteli görüntüler herhangi bir gürültü olmadan kabul edilir gibi simüle nesneleri çözümlemek için gürültü ayarlar sıfır olarak ayarlanır. Çeşitli kalınlıklarda nesneleriyle simüle ve sonuçları (şekil 3, Tablo 3) gösterilmektedir. Daireler, kareler ve dikdörtgenler, gibi simüle standart 2D nesneleri için alan (TV veya BV) için değerleri tam ve kalınlığı rapor edilmektedir (Tablo 3). 3D nesneler için tam kalınlığı ölçümleri küpleri, küreler ve küboidlerdeki için raporlanır, silindir orta dilim Voksel kalınlıklarda tam olarak ise ancak, kalınlıkları silindir için doğru voxels her iki ucu silindir'ın, yakın için değildir tahmin. Bu neyin voxel's kalınlığı her nesne için en büyük küre çapı veya kenar uzunluğu bu Voksel içerir ve tamamen içten en büyük küp tarafından belirlenir temel kalınlığı ölçüm algoritması bir özelliktir nesne. Bu nedenle, nesneleri kalınlıkları farklı alanlarda yapılan ve silindir sadece doğru ve orta dilimin RADIUS-mesafede iki ucu ölçülebilir iken küpleri doğru ölçülebilir.
Resim 1 : Temsilcisi sonuçları analiz profil oluşturma parametre. (A)ayar parametreleri sayfa. (B) temsilcisi sonuçları analiz profil oluşturma parametre. Bazı parametre bileşimleri kemik dış sınırlarını algılamak için diğerlerinden daha iyidir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 : Temsilcisi Trabeküler segmentasyon incelemenin sonuçlarını. (A)ayar parametreleri sayfa. (B) temsilcisi segmentasyon sonuçları farklı katmanları, Trabeküler kemik. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 : Trabeküler analiz. (A)ayar parametreleri sayfa. (B) temsilcisi sonuçları simüle 2D nesneleri. (C) temsilcisi sonuçları simüle 3B nesnelerinin 3B görüntüleyici tarafından görüntülenmiştir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 : Trabeküler kemik önlemler seçili çözümlenirken bölgedeki dağılımları. Yatay eksen başlangıç dilim katman çözümlenirken bölgedeki göreli uzaklık gösterir. Y ekseni değerleri çözümlenirken bölgedeki kalibre edilmiş Trabeküler önlemlerdir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| Dilim | Anahat sınır | Gürültü azaltma çapı | Delik doldurma çapı |
| 4 | 5200 | 0 | 10 |
| 147 | 5200 | 2 | 20 |
| 361 | 7200 | 6 | 16 |
| 539 | 8000 | 10 | 20 |
Tablo 1: Temsilcisi sonuçları analiz profil oluşturma parametre.
Tablo 2: Temsilcisi Trabeküler incelemenin sonuçlarını.
| Nesne | Boyut | Birimb | Yüzeyc | Kalınlığı |
| Kare | 200 X 200 | 40000 | 796 | 200 |
| Dikdörtgen | 200 X 100 | 20000 | 596 | 100 |
| Daire | Dia: 200 | 31428 | 796 | 200 |
| Küp | 30 X 30 X 30 | 27000 | 5048 | 30 |
| Cuboid | 80 X 40 X 30 | 96000 | 13008 | 30 |
| Küre | Dia: 30 | 14328 | 3944 | 30 |
| Silindird | Dia:30; H: 100 | 71600 | 12800 | 27.84 |
| Silindire | Dia:30; H: 100 | 51552 | 9552 | 30 |
| Re: ham voxels sonuçlarıdır. Dia: çapı; H: yüksekliği. | ||||
| b: birim (3D) veya alan (2D). | ||||
| c: yüzey (3D) veya çevre (2D). | ||||
| d: Measurs üzerinden dilim 1 dilim 100 için analiz için kullanılır. | ||||
| e: Measurs üzerinden 15 dilim dilim 85 için analiz için kullanılır. | ||||
Tablo 3: Miktar simüle nesneleri için sonuçlar.
Ek dosya 1. Örnek kemik. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışmada otomatik, verimli, Trabeküler kemik ve kullanıcı dostu analiz etmek için bir ImageJ plugin anlatır. Eklenti herhangi bir 2D veya 3D nesnesi katman katman önlemler alanlar, birimler ve kalınlıkları için ölçmek için kullanılabilir. Şu anda, sadece tek bir ölçülen değer Trabeküler her parametre için her örnek için tam olarak seçilen çözümlenirken bölgesinde ölçülen varlık özelliklerini temsil olamaz standart mikro-CT analiz tarafından bildirilir. Her parametre tam olarak ölçülen parametresinin seçili çözümlenirken bölge ve bu nedenle daha gelişmiş ve duyarlı istatistiksel dağıtım bilgilerini tutar her örnek için katman katman miktarlarda açıklanan eklenti raporları yaklaşımlar gibi verileri analiz etmek için geçerlidir.
Standart, yarı otomatik el şekillendirme segmentasyon yöntemi ile farklı el şekillendirme dilimleri arasında önemli değişim daha fazla üniforma mevsimlerinde operatör önyargı8,9,10ile gözlendi ve Trabeküler bölümleme için otomatik yöntemi. Kontrast tarama arka plan ve kemik dış sınır arasında maksimal olduğu gibi dış sınır yardımlı Trabeküler segmentasyon nerede kemik'ın dış sınır otomatik olarak uygun olduğunda doğruluk ile tespit edilebilir plugin tarafından gerçekleştirilir eşik, gürültü ve delik ayarları temin edilmektedir. Segment parametrelerinin belirlenmesi kolaylaştırmak için bir dizi parametre bileşimleri tek tek temsilcisi bir dilim çözümlenirken bölgesinden kullanarak profilli ve tatmin edici segmentasyon sonuçları görsel olarak kontrol edilir. Daha sonra Trabeküler kemik profiled parametreleri ile analiz edilir. Uygun segmentasyon parametrelerini ayarlamak ve Trabeküler farklı kemik anabolik maddeler5ile tedavi sıçan distal uyluk kemiklerinden çözümlemek için eklenti başarıyla uygulandı, tekrarlanabilir sonuçlar için aynı görüntü raporlanır Operatör önyargısız.
Eklenti şu anda yalnızca bir örnek bir anda işleyebilir. Görüntüde birden çok örneği varsa, tüm örnekleri ayrımcılık olmadan tek bir nesne olarak sayılabilir. Birden çok örneği aynı anda bir tek örnek tüp içinde taranır, bu nedenle, ön işleme gerek yoktur. Miktar çıkışlarını piksel sayıları veya el ile uygun ayar bilgisi kullanılarak kalibre gri değerler ham önlemlerdir.
Bu iletişim kuralı en kritik adımda Trabeküler analiz için uygun parametreleri seçmektir. Genel olarak, kemik örnekleri grupları sonuçlar karşılaştırılabilir hale getirmek için aynı segment oluşturma parametrelerini kullanarak analiz edilir. Böyle bir durumda daha fazla analizler yapılmaktadır önce segmentasyon sonuçları tüm örnekleri için görsel olarak için olası hataları incelenir sağlamak için özen gösterilmelidir.
Bir büyük bu teknik gürültü giderme ayarlar kortikal kemik sadece bir kemik dış sınırı şekillendirme için ancak ayıklanan Trabeküler kemik uygulanır kısıtlamasıdır. Çeşitli filtre uygulama stratejileri bildirilen15 farklı koşullar altında Trabeküler analizi için en uygun olarak olduğu gibi tek bir filtre tüm resim örnekleri için iyidir. Bu nedenle, hiçbir yerleşik filtrasyon adımdan önce miktar Trabeküler kemik vardır. Yapılı-içinde imge filtrations yazılım tarafından çıkış ile uyumlu olacak şekilde ayıklanan Trabeküler kemik işlenmiş benzer şekilde ilk çeşitli görüntüleme araçlarını kullanarak olabilir ImageJ ithal ve eklenti tarafından daha sonra sayılabilir. Ayrıca, farklı görüntü biçimlerini farklı mikro-CT satıcılar tarafından oluşturulur ve bunların çoğu alınamıyor veya doğrudan ImageJ tarafından açılan, böylece modülleri çeşitli görüntü biçimlerini ImageJ daha fazla çözümleme için almak için istenen. Dilim seçim aralığın sonuna yakın 3D kalınlıklarda nesneleri parçası aynı zamanda herhangi bir kullanılabilir 3D miktar paketleri için bu nedenle, doğru seçim aralığın dışında daha geniş bir aralığı dilim ise doğru değildir başka bir kısıtlamadır sayısal ve yalnızca seçili dilimleri orta kısmına daha ayrıntılı bir çözümleme için kullanılmalıdır. Ölçülen miktarları bildirilen katman--katman bu eklenti, ancak ölçüm için tek bir değer seçim aralığı quantified her parametre için bildirilmektedir gösterildiği gibi böyle bir yaklaşım sadece mevcut olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Patent nesne kalınlığı miktarının temel algoritma için dava açtı. Yazarlar ile işbirliği diğerleri nerede danışmanlık ve görüntü Analiz Hizmetleri miktarının istek üzerine sağlanmaktadır özgür yorum Eklentiler barındırma bomomics.com Web sitesi kayıtlı.
Acknowledgments
Bu eser kısmen grant NFSC 81170806 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar mikro-CT çekirdek tesis Stomatology okul, Wuhan Üniversitesi inceden inceye gözden geçirmek ve sıçan kemiklerine analiz yardımcı olduğunuz için teşekkür etmek istiyorum.
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).
