Method Article

Sıralı 3D-3D Kaydı Nı Kullanarak Dört Boyutlu CT Analizi

DOI:

10.3791/59857

⸱

November 23rd, 2019

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

In This Article

Summary

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

Dört boyutlu bilgisayarlı tomografi verilerinden eklem kinematiği analiz ettik. Sıralı 3D-3D kayıt yöntemi, dört boyutlu bilgisayarlı tomografi verilerinden hareketli kemiğin özne kemiğine göre yarı otomatik olarak kinematiği sağlar.

Abstract

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

Dört boyutlu bilgisayarlı tomografi (4DCT) bir dizi hacim verisi sağlar ve eklem hareketlerini görselleştirir. Ancak, tüm hacimsel çerçevelerde segmentasyon zaman alıcı olduğundan, 4DCT verilerinin sayısal analizi zor olmaya devam etmektedir. Hareketli kemiğin kinematiği 4DCT DICOM verileri ve mevcut yazılımlar kullanılarak sabit kemik yarı otomatik olarak sağlamak için eklem kinematiği sıralı 3D-3D kayıt tekniği ile analiz etmeyi amaçladık. Kaynak kemiklerin yüzey verileri 3DCT'den yeniden oluşturulur. Kırpılan yüzey verileri sırasıyla 4DCT'deki ilk çerçevedeki yüzey verileriyle eşleşir. Bu kesilmiş yüzeyler son çerçeveye kadar sırayla eşleşir. Bu işlemler, 4DCT'nin tüm karelerinde hedef kemikler için konumsal bilgi sağlar. Hedef kemiklerin koordinat sistemleri kararverildikten sonra, herhangi iki kemik arasındaki çeviri ve dönüş açıları hesaplanabilir. Bu 4DCT analizi karpal veya tarsal kemikler gibi karmaşık yapıların kinematik analizlerinde avantaj sağlar. Ancak, hızlı veya büyük ölçekli hareketler hareket yapıları nedeniyle izlenemez.

Introduction

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

Eklem kinematik hareket yakalama sensörleri, 2D-3D kayıt ve kadavra çalışmaları gibi metodolojiler, bir dizi kullanılarak tanımlanmıştır. Her yöntemin belirli avantajları ve dezavantajları vardır. Örneğin, hareket yakalama sensörleri hızlı, büyük ölçekli hareketleri kızılötesi kameralar kullanarak ölçülebilir veya konu üzerinde sensörler ilerlemiş veya olmayan1,2. Ancak, bu yöntemler eklem kinematiği çıkarmak için cilt hareketini ölçmek ve bu nedenle cilt hareket hataları içeren3.

Kadavra çalışmaları hareket aralıkları değerlendirmek için kullanılmıştır, isti....

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

Protocol

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

Burada açıklanan tüm yöntemler Keio Üniversitesi Tıp Fakültesi Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır.

NOT: Eklem kinematiği sabit bir kemik etrafında hareket eden bir kemiğin hareketi yeniden yapılatılarak ölçülür. Diz eklemi kinematiği için femur sabit kemik, kaval kemiği ise hareketli kemik olarak tanımlanır.

1. BT görüntüleme protokolü

  1. CT makinesini kur. 160 mm kraniyoaudal kapsama alanı ile 3D hacim verilerinin birden fazla aşamasına izin vermek için 320 dedektör sıralı CT sistemi ile CT incelemeleri edinin. Örneğin, diz kinematik analizinde, görüntü edinimi 0,275 s dönme süresi ile 51 h....

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

Results

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

Diz uzatma sırasında tibianın hareketini tanımlıyoruz. Diz eklemi BT gantry'de yerleştirilmişti. Başlangıç pozisyonundaki uyluk kemiğini desteklemek için üçgen bir yastık kullanılmıştır. Diz 10 s. Radyasyona maruz kalma boyunca düz bir konuma uzatıldı ölçüldü. 4DCT'ye ek olarak tüm femur, tibia ve patellanın statik 3DCT'si yapıldı. Tüm femur ve tibia nın yüzey verileri yeniden oluşturuldu. Kemik korteksinin HU numaraları için eşik 250 HU olarak belirlendi ve 51 karenin tümyüzey verileri y.......

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

Discussion

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

Metodumuz tüm kemiklerin hareketlerinin görselleştirilmesini ve ölçülmesine olanak sağlar ve 4DCT verilerinden sabit kemiğe göre hareketli kemiğin sayısal konumsal verilerini sağlar. Eklem kinematiği ölçmek için birçok araç önerilmiştir. Hareketli cilt belirteçleri uzun bir süre boyunca toplam vücut hareketlerini analiz edebilirsiniz. Ancak, bu yöntem cilt hareket hataları3içerir. Eklem kinematik bitişik kemiklerin hareketi tahmin edilmelidir. 2D-3D kayıt yöntemi floroskopi kullanır ve sıralı 2D g.......

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

Disclosures

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

Yazarların rakip finansal çıkarları yok.

Acknowledgements

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

Bu çalışma kurumumuzun Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır (onay numarası: 20150128).

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
4DCT tarayıcıCanon tıbbi sistemler (Tochigi, Japonya)N/A4DCT taraması, Statik 3DCT taraması
AVIZO(9.3.0)*Thermo Fisher Scientific (OR, ABD)Görüntü işleme yazılımı.
CT DICOM verilerinden ve nokta bulutu verilerinden yüzey rekonstrüksiyonu.
* Ryan, TM & Walker, A. Antropoid primatların humerus ve femur başlarındaki trabeküler kemik yapısı. Anat Rec (Hoboken). 293 (4), 719-729, doi:10.1002/ar.21139, (2010).
Meshlab**ISTI (Pisa, İtalya)N/A Yüzeydüzeltme ve dönüm noktası toplama
** MeshLab: açık kaynaklı bir ağ işleme aracı. Altıncı Eurographics İtalyan Bölümü Konferansı, sayfa 129-136, 2008.
P. Cignoni, M. Callieri, M. Corsini, M. Dellepiane, F. Ganovelli, G. Ranzuglia
VTK(6.3.0)***Kitware (New York, ABD)N/AYinelemeli En Yakın Noktalar algoritması. Python dili programlamada kullanılır.
*** https://vtk.org
Python(3.6.1)Python Software FoundationN/ADICOM dosya işleme, kemik korteksinden nokta bulutunu çıkarmak için ('dicom.py' modülü).
Rotasyon matrislerinin hesaplanması. (Numpy modülü)
ICP algoritması kullanılarak sıralı görüntü regestrasyonu

References

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

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

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Tags

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

Related Articles