وساعد خط الحدود الخارجي تجزئة والتحديد الكمي للعظام ترابيكولار بالبرنامج المساعد إيماجيج
Summary
نقدم سير عمل لتجزئة والتحديد الكمي للعظام ترابيكولار لصور ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد استناداً إلى خط الحدود الخارجي للعظام باستخدام البرنامج المساعد إيماجيج. هذا النهج هو أكثر كفاءة ودقة من النهج الكنتوري اليد اليدوي الحالي، ويوفر طبقة من طبقة كوانتيفيكيشنز، التي لا تتوفر في البرامج التجارية الحالية.
Abstract
المحسوبة الدقيقة التصوير المقطعي (الصغرى-CT) يستخدم بشكل روتيني لتقييم كمية العظام وخصائص ميكروستروكتورال ترابيكولار في الحيوانات الصغيرة تحت ظروف فقدان العظام المختلفة. ومع ذلك، هو نهج موحد لتحليل ترابيكولار للصور المقطعية الصغرى شريحة بشريحة شبه التلقائي اليد-الكنتوري، وهو العمالة المكثفة، وعرضه للخطأ. ووصف هنا هو طريقة فعالة لتجزئة التلقائي من عظام trabecular وفقا للحدود الخارجية للعظام، حيث يمكن تحديد ترابيكولار العظام ومجزأة تلقائياً بدقة مع أقل تحيز المشغل عند الاقتضاء يتم تعيين المعلمات تجزئة. تعريف معلمات تجزئة مرضية، يتم عرض رصة صور لتقسيم النتائج، حيث كافة التركيبات الممكنة من المعلمات تجزئة واحدة تم تغييرها في التسلسل، ويمكن تقسيم النتائج مع معلمات مقترنة بسهولة يمكن التحقق بصريا. كميزة مراقبة الجودة للبرنامج المساعد، كمياً محاكاة كائنات القياسية حيث يمكن مقارنة بالكميات المقاسة بالقيم النظرية. طبقة بطبقة التحديد الكمي لخصائص ترابيكولار وسمك ترابيكولار بمثل هذا البرنامج المساعد، ويمكن أن يكون لمحة عن عمليات التوزيع هذه الخصائص داخل المناطق المحددة بسهولة. على الرغم من أن طبقة بطبقة القياس الكمي ليحتفظ بمزيد من المعلومات حول ترابيكولار العظام ويسهل كذلك التحليل الإحصائي للتغييرات الهيكلية، مثل هذه التدابير غير متوفرة من ناتج البرمجيات التجارية الحالية، حيث فقط واحدة يتم الإعلام عن قيمة الكمية لكل معلمة لكل عينة. ولذلك، يتم وصف مهام سير العمل أفضل نهج لتحليل ترابيكولار العظام بدقة وكفاءة.
Introduction
التحليل الجزئي-CT trabecular العظام هو نهج موحد لتعقب التغييرات الشكلية للعظام في الحيوانات الصغيرة تحت العظام المختلفة فقدان الشروط1،2،3، حيث تتصل بالعديد من المتغيرات هياكل العظام يتم الإبلاغ عنها4. ومع ذلك، هذه المعلمات لا توزع بالتساوي في ميتافيسيس من العظام الطويلة5، وذكر فقط قيمة ملخصة أو متوسط لكل متغير من متغيرات هيكلية لكل عينة من الحالية التجارية الصغرى-CT آلات6،7 ، وأن كانت قيمة واحدة لا يمكن أن تمثل تماما خصائص المعلمة المقاسة في منطقة تحليل. طبقة بطبقة التحديد الكمي للعظام ترابيكولار يحتفظ بمزيد من المعلومات لكل متغير من متغيرات، بل يتيح أيضا التنميط لعمليات التوزيع هذه المتغيرات في منطقة تحليل وتيسير التحليل الإحصائي لاحقة من الهيكلية تغييرات في ظل ظروف مختلفة5. ولذلك، والهدف من هذا الأسلوب هو التحديد الكمي للعظام ترابيكولار من الأشعة المقطعية الصغرى كل مستوى الشريحة، التي لا تتوفر في أي حزمة التحليل الجزئي-CT المتاحة تجارياً حاليا.
كفاءة الجزء trabecular العظام شريحة-من-شريحة، وأساليب التجزئة التلقائية من المستصوب. ومع ذلك، الأسلوب القياسي الحالي للتحليل الجزئي-CT يستند إلى دليل تفاعلي الكنتوري تليها شبه الاستيفاء لفصل العظام ترابيكولار من المقصورات القشرية، وهو العمل المكثف، عرضه للخطأ، و المرتبطة بعامل جوهري التحيز8،،من910. أبلغ عن تجزئة التلقائي أساليب11،12 ، ولكن هذه الأساليب الأمثل في المناطق مع فصل جيدة بين ترابيكولار العظام والعظام القشرية، ولكن ليس في المناطق بدون فواصل واضحة. وعلاوة على ذلك، المعلمات تجزئة مختلفة مطلوبة لعينات مختلفة12، وأنها مملة يدوياً تحديد معلمات تجزئة مرضية تنطبق على مجموعات من عينات العظام التي تحاول المعلمة مختلف تركيبات12، على الرغم من أن عملية تجزئة يتم تلقائياً عندما يتم تعيين كافة المعلمات ذات الصلة. كالعظام قد خط الحدود الخارجي على النقيض أكبر مع خلفية المسح وقذائف مشاشي القشرية للعظام الطويلة تظهر تغييرات قليلة في المختار تحليل المنطقة، أساليب تجزئة وفقا للمحيط الخارجي للحدود من العظام الطويلة يمكن أن موثوقية ودقة فصل العظام ترابيكولار من قذائف القشرية. وميزة هذه الطريقة تجزئة أن يقوم التجزئة على الفرق بين الخلفية والحدود الخارجية للعظام، ولكن ليس على الاختلافات بين ترابيكولار والقشرية عظام6،12، 13، ولذا فمن السهل عموما للعثور على مجموعة من المعلمات تجزئة مرضية لمجموعة من عينات العظام، وتيسير تحليل أكثر موثوقية لتغييرات ترابيكولار بين مختلف المجموعات.
في كل شريحة ترد ثنائي الأبعاد (2D) سمك ومحيط، مستوى ومجال لتحليل 2D، بينما حجم وسطح ثلاثي الأبعاد (3D) سمك في كوانتيفيكيشنز 3D. لا يتم عموما عن هذه المعلومات بأدوات تحليل الصورة الحالية، مشيراً إلى أنه يمكن تطبيق الإجراءات التي تم الإبلاغ عنها للصور العامة حيث يتم رغبت هذه المعلومات.
Protocol
Representative Results
Discussion
تصف هذه الدراسة البرنامج المساعد إيماجيج لتحليل العظام ترابيكولار، والتلقائية، والكفاءة، وسهلة الاستعمال. يمكن أيضا استخدام البرنامج المساعد لتحديد أي كائن 2D أو 3D لتدابير طبقة بطبقة من مجالات ووحدات التخزين، وسمك. حاليا، هو الإبلاغ عن قيمة قياس واحد فقط لكل معلمة ترابيكولار لكل عينة با?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل جزئيا منحة NFSC 81170806. المؤلف يود أن يشكر مرفق الأساسية الصغرى-ط م من كلية طب الأسنان، جامعة ووهان للمساعدة في فحص وتحليل قصبة الفئران.
Materials
| 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 |
Referências
- 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).
