تآكل العظام هي سمة مرضية مهمة لالتهاب المفاصل الروماتويدي. الغرض من هذا العمل هو تقديم أداة تدريبية لتزويد المستخدمين بإرشادات حول تحديد الفواصل القشرية المرضية على صور التصوير المقطعي المحوسب الكمي المحيطي عالية الدقة لتحليل التآكل.
تآكل العظام هي سمة مرضية لعدة أشكال من التهاب المفاصل الالتهابي بما في ذلك التهاب المفاصل الروماتويدي (RA). يرتبط الوجود المتزايد للتآكل وحجمه بنتائج سيئة ووظيفة مشتركة وتطور المرض. يوفر التصوير المقطعي المحوسب الكمي المحيطي عالي الدقة (HR-pQCT) تصورا لا مثيل له في الجسم الحي لتآكل العظام. ومع ذلك ، في هذا القرار ، تظهر أيضا الانقطاعات في القشرة القشرية (الفواصل القشرية) المرتبطة بالعمليات الفسيولوجية الطبيعية وعلم الأمراض. استخدمت دراسة grouP للتصوير المقطعي المحوسب xtrEme في التهاب المفاصل الروماتويدي سابقا عملية إجماع لتطوير تعريف للتآكل المرضي في HR-pQCT: كسر قشري تم اكتشافه في شريحتين متتاليتين على الأقل ، في مستويين عموديين على الأقل ، غير خطي الشكل ، مع فقدان العظام التربيقية الكامنة. ومع ذلك ، على الرغم من توفر تعريف توافقي ، فإن تحديد التآكل مهمة شاقة مع تحديات في التباين بين المقيمين. الغرض من هذا العمل هو تقديم أداة تدريبية لتزويد المستخدمين بإرشادات حول تحديد الفواصل القشرية المرضية على صور HR-pQCT لتحليل التعرية. يستخدم البروتوكول المقدم هنا وحدة مصممة خصيصا (وحدة تحليل العظام (BAM) - التدريب) ، يتم تنفيذها كامتداد لبرنامج معالجة الصور مفتوح المصدر (3D Slicer). باستخدام هذه الوحدة ، يمكن للمستخدمين التدرب على تحديد التآكل ومقارنة نتائجهم بالتآكل المشروح من قبل أطباء الروماتيزم الخبراء.
يحدث تآكل العظام عندما يتسبب الالتهاب في فقدان العظام الموضعي على سطح العظم القشري. تمتد هذه التآكل إلى منطقة العظام التربيقية الأساسية. إنها سمة مرضية لعدة أشكال من التهاب المفاصل الالتهابي ، بما في ذلك التهاب المفاصل الروماتويدي (RA) 1. يرتبط وجود التآكل وحجمه بالنتائج السيئة ووظيفة المريض وتطور المرض2،3،4،5. في حين أن التصوير الشعاعي العادي لا يزال المعيار السريري لتقييم التآكل ، فإن التصوير المقطعي المحوسب الكمي المحيطي عالي الدقة (HR-pQCT) يوفر صورا ثلاثية الأبعاد وحساسية فائقة وخصوصية للكشف عن التآكل 6,7. بالنسبة لالتهاب المفاصل الالتهابي ، مثل التهاب المفاصل الروماتويدي ، يتم إجراء HR-pQCT بشكل شائع على المفاصلالمشطية 2 و 3 الثالثة - المفاصل الأكثر تضررا في اليد8. نظرا لأن صور HR-pQCT تتمتع بدقة مكانية عالية ، فقد لوحظت أيضا انقطاعات فسيولوجية في السطح القشري لدى الأفراد الأصحاء الذين لا يستخدمون RA9. غالبا ما ترتبط هذه الانقطاعات القشرية بالقنوات الوعائية أو الثقبة المغذية التي تمر عبر العظام10. وبالتالي ، فإن التحدي هو التمييز بين الانقطاعات القشرية المرتبطة بعملية المرض (أي التآكل المرضي) من السمات غير المرضية.
تم نشر التعريف الإجماعي لتآكل العظام المرضي من قبل دراسة grouP للتصوير المقطعي المحوسب xtrEme في التهاب المفاصل الروماتويدي (SPECTRA) كوجود انقطاع واضح في الطبقة القشرية للعظم يمتد على شريحتين متتاليتين على الأقل ويمكن اكتشافه في مستويين عموديين أو أكثر11. علاوة على ذلك ، يجب أن يكون الانقطاع غير خطي الشكل ومصحوبا بخسارة في المنطقة التربيقية . يتم عرض أمثلة مرئية للانقطاعات القشرية التي تفي ولا تفي بمعايير التآكل في Klose-Jensen et al.12.
ومع ذلك ، لا يتم تصنيف جميع الانقطاعات القشرية التي تفي بالمعايير المذكورة أعلاه على أنها تآكل. تحدث الانقطاعات أحيانا بسبب العمليات الفسيولوجية مثل القنوات الوعائية (الشكل 1). يمكن تحديدها وتمييزها عن التعرية بسبب مواقعها التشريحية التي يمكن التنبؤ بها ، والهوامش المتوازية والمستقيمة والحجم دون المليمترية13. الخراجات هي شكل آخر من أشكال الانقطاع القشري الذي لا يعتبر تآكلا. غالبا ما يكون لديهم هيكل تربيقي مستدير مع جدار كيسي واضح 13. على النقيض من الحواف الحادة والبنية التربيقية المفتوحة التي تعرضها التعريات. ومع ذلك ، فمن الممكن أن تتشكل التآكل داخل المواقع الكيسية ، مما يجعل من الغامض تحديد حجم فقدان العظام الناجم عن التآكل وليس الخراجات. في حين أن حل هذا الغموض بمعايير أخرى ليس هو الغرض من هذه الدراسة ، إلا أن هناك حاجة لتقديم أمثلة شاملة للتآكل المرضي والانقطاعات القشرية الفسيولوجية.
الشكل 1: مثال على الانقطاعات القشرية التي لم تكن ناتجة عن التآكل فقط. أ: رسم يوضح الموقع المشترك للقنوات الوعائية عند قاعدة رأس المشط الرسغي. أمثلة على القنوات الوعائية في (ب) الإكليلي و(ج) السهمي و(د) و(ه) المستويات المحورية. (و) مثال على انقطاع قشري ناتج عن كيس. (ز) مثال على حجم فراغ داخل المنطقة التربيقية من العظم يشمل كلا من الخراجات والتعريات. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
على الرغم من التحديات في تحديد التعرية، لا توجد حاليا أدوات تدريب لتزويد المستخدمين الأقل خبرة بإرشادات حول تفسير صور HR-pQCT لتحليل التعرية. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير وحدة مفتوحة المصدر لتحليل التآكل تسمى وحدة تحليل العظام (BAM) - حجم التآكل ، وتم تنفيذها كامتداد لبرنامج معالجة الصور مفتوح المصدر لتمكين تصور التآكل والتحليلات الحجمية14. يصف البروتوكول المقدم هنا استخدام وحدة تدريبية تمت إضافتها إلى BAM (BAM - التدريب) ، والتي تقارن محاولات تحديد التآكل للمستخدمين من خلال مقارنة تحديد التآكل مع التآكل الموضح من قبل أطباء الروماتيزم الخبراء. توفر أداة التدريب هذه للمستخدمين تعليقات حول تحديد التعرية من أجل توجيه التحسينات في تحليل التعرية. يتم توفير إرشادات تثبيت البرنامج في الخطوة 1. للحصول على بيانات جديدة، راجع الخطوات من 3 إلى 5.3. لاستخدام وحدة التدريب فقط، راجع الخطوة 2.
تتبع جميع الطرق في هذا البروتوكول الإرشادات التي وضعها مجلس أخلاقيات البحوث الصحية المشترك في جامعة كالجاري (REB19-0387).
1. تثبيت 3D القطاعة 15 ووحدات تحليل العظام
الشكل 2: مثال على نافذة الإعدادات بعد إضافة وحدات تحليل العظام إلى تثبيت 3D Slicer. تعرض الصورة لقطة شاشة لنافذة الإعدادات مع تمييز الوحدات في المربع الأحمر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
2. وحدة التدريب
الشكل 3: القائمة المنسدلة ل 3D Slicer. القائمة المنسدلة للعثور على وحدات تحليل العظام وتحديد وحدة التدريب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: تحديد الحجم داخل سطح السمحاق بالعظم. (أ) مثال على قناع. يتم تصور القناع كصورة ثنائية. (ب) مثال على التجزئة. يشير التقسيم إلى تصور الصورة الثنائية المتراكبة مع صورة المقياس الرمادي. يتم إجراء هذه الفروق بواسطة 3D القطاعة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: مثال لقطة شاشة لوحدة التدريب داخل 3D Slicer. (أ) انقر لإضافة نقاط أولية جديدة. (B) انقر لحساب أحجام التعرية. (ج) انقر لاستيراد الصور. (د) انقر للكشف عن نقاط البذور التي وضعها الخبراء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. الحصول على الصور وتصديرها لاستخدامها في أداة تحليل التآكل
4. تحويل الملفات وتوليد قناع العظام
ملاحظة: وفقا لتنسيق الصورة، اتبع الخطوة 4.1 ل AIM (تنسيق الصورة الخاصة ب HR-pQCT) أو MHA (تنسيق ITK MetaImage) أو NII (NIfTI - مبادرة تكنولوجيا معلوماتية التصوير العصبي) أو صور NRRD (البيانات النقطية الخام تقريبا) أو الخطوة 4.2 لصور DICOM.
5. تحديد التآكل
6. إحصاءات التآكل
باستخدام أداة التدريب ، يمكن للمستخدمين التدرب على تحديد مواقع التآكل أثناء تلقي التعليقات على نتائجهم. يمكن أن تعمل حلقة التغذية الراجعة هذه على تحسين قدرة المستخدم على تحديد التآكل وربما استخدام وحدات BAM لتحديد التآكل على صورهم الخاصة. تعتمد التعليقات بعد وضع نقطة البذور على المعايير التالية. 1) إذا كان عدد نقاط البذور الموضوعة لا يتطابق مع عدد التآكل المرجعي ، فسيطلب من المستخدم حذف أو إضافة العدد المناسب من نقاط البذور. 2) إذا تعذر مطابقة موقع نقطة البذور مع تآكل مرجعي ، يتم عرض التعليقات التي تفيد بعدم وجود تآكل في موقع نقطة البذور هذه. 3) إذا تمت مطابقة نقطة البذور مع انقطاع قشري مرضي / فسيولوجي مرجعي مثل كيس أو قناة وعائية ، يتم إبلاغ المستخدم بنوع الانقطاع القشري الذي حاول تحديده على أنه تآكل ويطلب منه إزالة نقطة البذور. 4) إذا تداخل موقع نقطة البذور مع تآكل مرجعي ، فقد لا تكتشف الخوارزمية التآكل. قد يحدث هذا عندما لا تتمركز نقطة البذور في التآكل. في هذه الحالات ، يطلب من المستخدم ضبط موضع نقطة البذور. 5) إذا تم وضع نقطة البذور بعيدا جدا عن أي تآكل ، يتم إبلاغ المستخدم بوضعها غير الصحيح ويتم تشجيعه على المحاولة مرة أخرى. 6) عندما يتطابق موقع نقطة البذور مع التآكل المرجعي ، يتم عرض مطالبة لإعلام المستخدم بمحاولته الناجحة لتحديد التآكل في نقطة البذور المحددة هذه.
يوضح القسم التالي أمثلة على كيفية عمل الوحدة بناء على مدخلات مختلفة. سيتم عرض المدخلات الصحيحة وغير الصحيحة في الأمثلة التالية. يوضح الشكل 6 أ موقع نقطة البذور الذي يقع داخل التعرية. يوجد تآكل واحد فقط داخل هذه الصورة ، وبالتالي فإن حساب التآكل مع نقطة البذور سيؤدي إلى النتائج المتوقعة. يوضح الشكل 6B المطالبة المعروضة للمستخدمين عندما تتطابق محاولتهم لتحديد التآكل مع الصورة المشروحة بخبرة. تعرض الوحدة أيضا النتائج كتقسيمات على الصورة ذات التدرج الرمادي (الشكل 6C). إذا وضع المستخدم نقطة أولية في موقع خال من التآكل ، مثل الشكل 7 أ ، فستعرض الوحدة مطالبة خطأ (الشكل 7 ب) تفيد بعدم وجود تآكل في هذا الموقع وتقترح أن يقوم المستخدم بنقل / إزالة نقاط البذور.
الشكل 6: مثال على التحديد الصحيح للتآكل. (أ) مثال لمستخدم يضع نقطة بذرة بشكل صحيح داخل موقع التعرية. (ب) مثال على التغذية الراجعة عندما يتم تحديد جميع التآكل بشكل صحيح. (ج) مثال على تجزئة التعرية المعروضة عند حساب التعرية بشكل صحيح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: مثال على تحديد التآكل بشكل غير صحيح. (أ) مثال لنقطة بذرة موضوعة لا يوجد فيها تآكل. (ب) مثال على مطالبة خطأ عند وضع نقطة بذرة في موقع لا يوجد به تآكل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تم تحديد مواقع جميع الخراجات والقنوات الوعائية على صور التدريب المقدمة من قبل خبير. لذلك ، من الممكن اكتشاف متى يحاول المستخدم تحديد كيس أو قناة وعائية بشكل غير صحيح. يوضح الشكل 8 أ محاولة التعرف على الكيس عن طريق وضع نقطة بذور عليه. الشكل 8B هو موجه الخطأ المعروض اللاحق.
الشكل 8: مثال على تحديد الكيس. أ: مثال على نقطة بذرة موضوعة على كيس. ب: مثال على موجه خطأ عند وضع نقطة بذرة على كيس. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ستقوم الوحدة أيضا بإبلاغ المستخدم إذا كان لديه الكمية المناسبة من نقاط البذور. إذا وضع المستخدم عددا غير صحيح من نقاط البذور ، فستقوم الوحدة بإبلاغ المستخدم بالمقدار الدقيق لنقاط البذور المفقودة أو الإضافية لتحديد جميع التآكل على الصورة. تقدم الوحدة أيضا ملاحظات لكل نقطة بذرة موضوعة. لذلك ، يعرف المستخدم الإجراءات التي يجب اتخاذها لكل نقطة بذرة فردية. يوضح الشكل 9 مثالا حيث وضع المستخدم نقطة أولية واحدة فقط عندما كان من المتوقع نقطتين.
الشكل 9: مثال على التآكل المحسوب أثناء فقدان نقطة بذرة واحدة. يوضح المثال مثالا حيث وضع المستخدم نقطة أولية واحدة فقط عندما كان من المتوقع نقطتين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
إذا واجه المستخدم مشكلة في العثور على أي من عمليات التآكل أو جميعها ، فلديه خيار للكشف عن المواقع المشروحة بخبرة عن طريق الضغط على زر يسمى الكشف عن نقاط البذور الصحيحة (الشكل 5 د). عند الضغط عليه ، سيقوم هذا الزر بتحميل نقاط البذور الصحيحة إلى نافذة 3D Slicer الحالية.
باختصار ، يوضح هذا أن وحدة البرنامج يمكنها تقييم صحة محاولة المستخدم لتحديد التآكل في الصور المحددة من خلال مقارنة التآكل المحسوب مع التآكل المشروح بخبرة. بالإضافة إلى ذلك ، توفر الوحدة تعليقات بناء على كل نقطة أولية يضعها المستخدم لتوجيههم نحو موقع نقطة البذور المتوقع ومعلمات الإدخال.
معرف المسح الضوئي | الانقطاع القشري | عظم | تسميه | موقع سنترويد | الحجم (مم3) | مساحة السطح (مم2) | استداره | عدد الفوكسل (فوكسل) |
3_Training.nii | انجراف | مشط القدم | SEEDS_28-1 | 210, 108, 242 | 3.321668853 | 14.46818378 | 0.74411491 | 14853 |
3_Training.nii | انجراف | مشط القدم | SEEDS_28-3 | 179, 100, 241 | 1.100739562 | 7.121231239 | 0.7239659 | 4922 |
الجدول 1: مثال على ملف إخراج تم إنشاؤه (تنسيق csv) يصف التآكل المحسوب وإحصاءاتها.
توفر أداة التدريب هذه فرصة لتعلم كيفية تحديد التآكل باستخدام وحدة تحليل العظام. يتطلب الاستخدام الإضافي لأداة تحليل التآكل هذه بعد التدريب الوصول إلى صور عالية الجودة ، مع القليل من القطع الأثرية المتحركة أو بدونها. يصف تعريف تآكل HR-pQCT المستند إلى الأدبيات السمات التشريحية المرتبطة بالتآكل المرضي الذي يمكن الإبلاغ عنه مع قابلية استنساخ معقولة11,20. ومع ذلك ، فإن هذا التعريف لا يفسر المواقع التشريحية الشائعة للقنوات الوعائية ، مما قد يؤدي إلى سوء تصنيفها على أنها تآكل العظام10.
الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول هي توليد قناع العظام ، ووضع نقاط البذور ، وتوليد حجم التآكل. بينما يتم تنفيذ الطرق الآلية لتوليد الأقنعة وحجم التآكل ، غالبا ما تتطلب الأقنعة تصحيحا يدويا لضمان نتائج مرضية. يتم توفير وصف شامل للأدوات المتاحة لإجراء التصحيحات اليدوية. يسترشد وضع النقاط الأولية بأمثلة التدريب التي توفرها وحدة BAM-Training.
استنادا إلى البيانات المستخدمة حتى الآن ، يقدم هذا البروتوكول اقتراحات لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها عندما لا تؤدي وحدة تحليل التآكل إلى النتائج المتوقعة. وفي الأعمال المقبلة، ستتاح إمكانية الحصول على بيانات إضافية عن التدريب. أظهرت دراسة سابقة أن أحجام التعرية التي تم تقييمها بهذه الطريقة قابلة للمقارنة مع الطرق الحالية14،21،22. سيسمح توفير بيانات التدريب بإجراء مقارنة بأدوات تحليل التعرية الأحدث عند تطويرها23.
تساعد أداة التدريب المقدمة هنا في المقام الأول في تحديد التعرية. ومع ذلك ، فإن الطريقة محدودة حاليا بسبب عدم وجود توافق في الآراء حول تحديد مدى تآكل العظم التربيقي. ومع ذلك ، فإن وحدات BAM مفتوحة المصدر ، وبالتالي ، مع تغير التعريفات المستقبلية لمدى التآكل ، يمكن للباحثين الآخرين الوصول إلى تعديل الوحدات لتلبية احتياجاتهم.
مع توسع استخدام HR-pQCT في أبحاث الروماتيزم ، توفر أداة التدريب للمستخدمين عديمي الخبرة إرشادات حول تحديد الانقطاعات القشرية المرضية على صور HR-pQCT لتحليل التآكل. ستكون هذه الأداة قابلة للتطبيق على الباحثين بغض النظر عن الطريقة المختارة لتحليل التآكل. في حين أن تحديد التآكل الآلي بالكامل أمر مرغوب فيه لتحسين قابلية التكرار وسرعة التحليل ، إلا أن مجموعات البيانات المرجعية / المعيارية الكبيرة مع التعليقات التوضيحية الدقيقة مطلوبة لتدريب نماذج التعلم الآلي. كأداة مفتوحة المصدر ، توفر هذه الوحدة فرصة لتطوير مجموعات بيانات كبيرة مشروحة بشكل جماعي لاستخدامها في المستقبل في التعلم الآلي. سيمكن استخدام هذه الأداة التدريبية المزيد من الباحثين من تضمين تحليل التآكل في أبحاثهم حول الموارد البشرية.
جميع المؤلفين ليس لديهم تضارب في المصالح للإبلاغ عنهم.
يود المؤلفون أن يشكروا وكالات التمويل التالية التي دعمت هذا العمل. يتم تمويل SLM من خلال جمعية التهاب المفاصل (STAR-18-0189) ومنحة المعاهد الكندية لتخطيط ونشر البحوث الصحية. JJT حاصل على جائزة زمالة CIHR.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3DSlicer | Open Source | N/A | Download at https://www.slicer.org/ |
BAM Erosion Analysis Modules | Open Source | N/A | Version used in manuscript: download at https://doi.org/10.5281/zenodo.7943007 |
XtremeCTII | Scanco Medical | N/A |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved