Kemik Kırığı İyileşmesinin Mikro Bilgisayarlı Tomografi Kullanılarak Değerlendirilmesi

Mikro-BT, kemiğin 3D morfolojisini ve kalitesini ölçmek için çok yaygın bir yaklaşımdır. Sağlam kortikal ve trabeküler kemiği karakterize etmek için analiz protokolleri oldukça iyi oluşturulmuş olsa da, kırık iyileşmesini analiz etmek için protokol üzerinde daha az fikir birliği vardır. Bu teknik, invaziv olmayan görüntüleme ve manuel ve otomatik tekniklerin iyi bir dengesini kullanarak doğru, kalibre edilmiş 3D analizi içerir.

Ayrıca sofistike ve esnek bir yazılım ortamı kullanır. Prosedürü göstermek, laboratuvarımdan bir araştırma görevlisi olan Hwabok Wee olacak. Başlamak için, kemik mineral yoğunluğu kalibrasyonu için minyatür bir hidroksiapatit fantom içeren özel olarak geliştirilmiş bir 3D baskılı tarama fikstürü veya benzerini alın.

Birden fazla numunenin aynı anda taranması için fikstüre altı adede kadar uzun kemik numunesi yerleştirin. Hazırlanan fikstürü, tarama görüş alanının çapına benzer bir şırıngaya veya konik bir tüpe yerleştirin. Tarama işlemi sırasında numunelerin kurumasını önlemek için şırıngayı salin gibi bir koruyucu ile doldurun.

Mikro-CT makinesinin kalibrasyonunu onayladıktan sonra, numunelerin görüş alanı içinde olduğundan ve uzun eksenlerinin yaklaşık olarak eksenel yönü ile çakıştığından emin olmak için numune fikstürünün merkez çizgisini mikro-CT'nin yaklaşık merkez çizgisi ile hizalayın. Ardından, enerjiyi veya yoğunluğu 55 kilovoltaj tepe noktasına, akımı 145 mikroampere, izotropik voksel boyutunu 10.5 mikrometreye ve entegrasyon süresini 300 milisaniyeye ayarlayarak mikro-CT sisteminin tarama parametrelerini ayarlayın. Ardından, tüm kallus örneklerinin tüm hacmini kapsayacak şekilde izci görüntülerini farklı görünümlerde görsel olarak inceleyin.

Tarama alımını başlatın ve tamamlandıktan sonra görüntüleri analiz yazılımına aktarmak için bir DICOM yığınına dönüştürün. Görüntü kırpmaya başlamak için, her seferinde bir örnek seçin ve her görüntü yığınını kırparak tüm örneğin kırpılan hacme dahil edilmesini sağlayın. Ekranın sol üst tarafındaki Dosya sekmesine tıklayarak, Projeyi Farklı Kaydet'i ve ardından Proje boyutunu küçült'ü seçerek kırpılan görüntüyü kaydedin.

Görüntünün gürültüsünü gidermek için Dosya sekmesine tıklayın ve görüntüyü ekranın sol üst köşesindeki Proje Görünümü penceresinde açan Açık Veri kullanılarak işlenecek görüntüyü seçin. Görüntü İşleme'yi seçmek için sağ tıklatın, ardından Filtre Korumalı Alanı'nı seçin ve ardından Oluştur'u tıklatın. Ekranın sol alt köşesindeki Özellikler penceresinde, önizleme türü olarak Veri'yi seçin.

Filtre'nin yanındaki açılır menüden filtre türünü seçin ve yorumlama için 3B'yi seçin. Açılır menüde çekirdek türü olarak Ayrılabilir'i koruyarak, mevcut boş kutuya standart sapma ve çekirdek boyutu faktörü değerlerini girin. Ardından, çıktının yanındaki açılır menüden Girişle aynı'yı seçin.

Ve son olarak, Uygula'yı tıklayın. Yanlış hizalanmış örnekler için kullanıcı, Proje Görünümü penceresinden filtrelenmiş, kırpılmış görüntüyü seçerek örneğin 3B olarak oluşturulmuş bir görüntüsünü oluşturarak görüntüyü yeniden hizalayabilir. Seçmek için sağ tıklayın Ekran ve ardından açılır menüden Volume Rendering.

Ardından, 3B olarak oluşturulmuş görüntüyü sagital ve ön düzlemlerde görsel olarak kontrol etmek için Oluştur'a tıklayın. Ardından, uzunlamasına eksende iyi bir hizalama elde etmek için oluşturulan hacmi manuel olarak döndürün. Döndürülen görüntülere dönüştürmeyi uygulamak için, Özellikler penceresinde Dönüştürme Düzenleyicisi'ni tıklatın.

Ardından Transform Editor Manipulator'a gidin ve açılır menüden Transformer'ı seçin. Gerekirse, görüntüyü döndürmek, yeniden hizalamak ve ardından Dönüştürme Düzenleyicisi'ni yeniden tıklatmak için görüntüyü kilitleyin. Ardından, yeni enine düzlem görüntü dilimleri oluşturmak için, Proje Görünümü penceresinden görüntüyü seçerek filtrelenmiş görüntüyü yeniden örnekleyin.

Geometri Dönüşümü'nü seçmek için sağ tıklayın, ardından açılır menüden Dönüştürülen Görüntüyü Yeniden Örnekle'yi seçin ve ardından Oluştur'a tıklayın. Özellikler penceresinde Veri'ye gidin ve açılır menüden enterpolasyon için Standart'ı seçin, mod için Genişletilmiş'i ve koruma için Voxel Boyutu'nu seçin. Doldurma değeri için kullanılabilir boş kutuya sıfır girin ve son olarak Uygula'yı tıklayın.

İlgilenilen hacmi tanımlamak için enine görüntü dilimlerini gözden geçirin, kırık nasırın merkez düzlemini tanımlayın ve nasırın proksimal ve distal lensine göre tanımlayın. Kalur uçlarını belirtmek zorsa, hacmi kallus merkez düzleminden uzakta standartlaştırılmış bir mesafeye göre tanımlayın. Dönüştürülen görüntülerin yeniden birleştirilmesini takiben nasırın dış sınırını bölümlere ayırmak için, Segmentasyon sekmesi ekranın üst kısmındaki ikinci sekme satırında.

Segmentasyon düzenleyicisi penceresinde, görüntünün yanındaki açılır menüden dönüştürülmüş görüntüyü seçin. MALZEMELER penceresinde Ekle'ye çift tıklayın. Bunu yaptığınızda, Material3 ve Material4 adlı iki sekme görünecektir.

Malzeme3'ü nasır ve Malzeme4'ü kortikal kemik olarak yeniden adlandırmak için sağ tıklayın. Ardından, SEÇİM penceresinde kement simgesine tıklayın. Görüntülenen seçeneklerden, 2D modu için Serbest El'i, 3D modu için İçeri'yi ve seçenekler için hem Otomatik izleme hem de Kenarları izle'yi seçin.

Ardından nasırın dış sınırını işaretlemek için kementi kullanın. Şekillendirme adımlarını, ilgilenilen hacim boyunca örneklenen dilimlerle tekrarlayın ve dilimler, örneğin 20 dilim aralıklarla yerleştirilebilir. Tam bir callus etiketi oluşturmak için, MALZEMELER penceresinde callus dosyasını seçin, ekranın üst kısmındaki Seçim sekmesine tıklayın ve açılır menüden Enterpolasyon Yap'ı seçin.

Ardından, Seçim penceresinde artı işaretine tıklayın. Ardından, medüller boşluk da dahil olmak üzere kortikal kemiği bölümlere ayırın. Daha sonra, daha önce kallus için yapıldığı gibi kortikal bir kemik etiketi oluşturmak için konturlu periosteal korteks yüzeyini enterpolasyon yapın.

Nasırın konturlu hacmini ve ortalama gri değerini hesaplamak için, ekranın üst satırındaki Segmentasyon sekmesine tıklayın ve hesaplanan değerlerin bir tablosunu oluşturmak için açılır menüden Malzeme İstatistikleri'ni seçin. Kortikal kemik ve nasır değerlerinin, kortikal kemik çıkarıldıktan sonra ayrı ayrı sağlandığına dikkat edin. Oluşturulan tabloyu dışa aktarın ve Çalışma Alanına Aktar'a tıklayarak verileri kaydedin.

Gri tonlamalı birimleri kemik mineral yoğunluğuna dönüştürmek için, 4,5 milimetre HA fantomunun 3D görüntüsünü tüm görüntüden kırpın ve Segmentasyon'a tıklayın. İlk ve son dilimlere daire çizmek için, MALZEMELER penceresinde dört kez Ekle'yi tıklatın. Ardından Material3, 4, 5 ve 6'yı sırasıyla Phantom1, 2, 3 ve 4 olarak yeniden adlandırmak için sağ tıklayın.

Ardından, Phantom1'i seçin. Seçim penceresindeki fırça simgesini tıklatın ve fırça boyutunu, dairenin boyutu hayaletinkinden daha küçük olacak şekilde ayarlamak için kaydırıcıyı kullanın. Her HA silindiri için bir birim oluşturmak için, MALZEMELER penceresinde Fantom1'i seçerek, ekranın üst satırındaki Seçim sekmesini tıklatarak ve açılır menüden Enterpolasyon Yap'ı seçerek enterpolasyon uygulayın.

Ardından, SEÇİM penceresinde artı işaretine tıklayın. Bu işlemi kalan HA silindirleri ile tekrarlayın. Analiz edilen dört HA silindirinin ortalama gri değerlerini hesaplamak için oluşturulan 3D etiketleri kullanın.

Fantom üreticisi tarafından sağlanan ortalama gri değerleri ve karşılık gelen kemik mineral yoğunluğu veya BMD değerlerini çizin. Doğrusal regresyon kullanarak BMD ile gri değerler arasında bir korelasyon denklemi oluşturun. Mineralize kallusu segmentlere ayırmak için, MALZEMELER penceresinde Ekle'ye tıklayın.

Ardından, yeni malzemeyi nasır mineralize olarak yeniden adlandırmak için sağ tıklayın. Ardından, MALZEMELER penceresinde Callus'u seçin ve ardından Seç'e tıklayın. Ardından SEÇİM penceresinde Eşik'e tıklayın.

Daha düşük değeri seçin ve eşik maskelemede HA fantomundan hesaplanan eşiği uygulayın. Ardından, SEÇİM penceresinde Yalnızca geçerli malzemeyi seç'e ve ardından Maskeli Vokselleri Seç'e tıklayın. Ardından MALZEMELER penceresinde nasır mineralize seçeneğini seçin ve SEÇİM penceresinde artı işaretine tıklayın.

Son olarak, MALZEMELER penceresinde mineralize edilmiş nasırın 3D'sine tıklayın. Üç zaman noktasında analiz edilen mikro-BT görüntüleri, 14. günde önemli mineralize kallus oluşumunu gösterdi. Kırık boşluğunun kemik köprülenmesi ile tutarlı olarak, 14. günden 21. ve 28. günlere kadar iyileşme ilerledikçe kemik fraksiyonu hacminde ve kemik mineral yoğunluğunda artımlı artışlar görülmüştür.

Beklendiği gibi, toplam kallus hacmindeki düşüşle kanıtlandığı gibi, nasır 21 ve 28. günler arasında rezorpsiyon veya yeniden şekillenme geçirdi. Nasırın kortikal köprülenmesi, 28. günde, önceki herhangi bir zaman noktasına göre daha belirgindi. Karmaşık kırıklar için, bazen farklı düzlemlerde tüm görüntü dilimleri arasında gezinerek ve gerekirse konturları ayarlayarak ortaya çıkan yarı otomatik segmentasyonu dikkatlice incelemenizi öneririz.

Kırık kallus doğru bir şekilde bölümlere ayrıldıktan sonra, bu protokolde bildirilenlere ek olarak sonuç parametreleri ek komut dosyalarıyla hesaplanabilir. Bunlar, örneğin, atalet momentlerini ve bağlantı yoğunluğunu içerir.