Name: 3d ultrasound imaging: fast and cost-effective morphometry of musculoskeletal tissue
Uploaded: 2017-11-27T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 52 s
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저자는 매우 아담 트랜드와 2004 년,이 연구에 사용 된 소프트웨어의 개발에 대 한 영감을 했다 3 차원 초음파에 대 한 그들의 알고리즘을 공유 니콜라 프라이에 감사.

저자는 공개 없다.

유효 하 고 신뢰할 수 있는 3DUS 기술은 골격 근육의 형태학 변수 빠른 분석에 대 한 수 있도록 제공 됩니다. 그러나 3DUS 접근은 아직 사용 하지 일반적으로 부드러운 조직 이미징에 대 한 다른 3DUS 접근 약 10 년42,43, 사용할 수 있다. MRI는 vivo에서 근육 볼륨의 추정에 대 한 ' 금 표준 ' (예.,16,17,18,,1920참조). MRI 유효성 테스트 되었고 유령 또는 MRI 기반 볼륨 견적44,45알려진된 볼륨의 시체 장기 비교 연구에서 확인. 그러나, 연구에 대 한 MRI 가용성 제한 되며 검사는 시간과 비용이 많이 드는. 또한, 자세는 보어에 의해 제한 된다 실험 주제 MRI 스캐너의 점유. 전형적인 미스터 이미지 생성 부족 대비 근육 형상 (잘라냅니다 길이 및 각도)의 변수 측정을 수행 합니다. 그러나, 3D 근육 형상 또한 MRI를 사용 하 여 추가 기술, 예를 들면, DTI 기술21을 사용 하 여 평가 될 수 있습니다. MRI, 미국 이미지와 마찬가지로 적절 한 구분 인터페이스에서 다른 유형의 조직 (즉 우리 안에 보이는 이미지), 부드러운 조직 볼륨 평가1,30 는 유효한 형식을 제공 제공 44,,4647,,4849. MRI, 달리 3DUS 이미지는 동일한 측정에서 볼륨 및 근육 형상에 분석을 수행 하기 위해 충분 한 대비를 있다.
또한, 발표 기법 큰 근육의 연구에 대 한 하나의 배열로 여러 스윕의 이미지를 결합 수 있습니다. 이 새로운 3DUS 방법 근육 형태학의 임상 평가 대 한 잠재적인 도구를 제공합니다. 이 방법은 근육 (예를 들어, 힘 줄, 내부 장기, 동맥) 이외의 소프트-조직 구조 이미징에 대 한 또한 사용할 수 있습니다.
오프 라인 처리 시간에 대 한 수정:
3DUS 접근의 수정 처리 시간을 개선 하 고 더 큰 근육을 측정 목표로 주로 했다. 3DUS 이미지의 오프 라인 처리 시간 복 배열 설정, 샘플링 주파수, 투자 수익, 기간 및 스윕, 스윕의 수 및 사용된 워크스테이션의 속도의 크기에 따라 달라 집니다. 이전, 재구성 시간 ≈ 2 h의 750 미국 이미지를 생성 한 스윕 재구성을 위해 필요 했다 (30 25 Hz에서 s)15,,2530. 현재 3DUS 방법으로 동일한 청소 시간이 50 s 재건 (99% '오프 라인' 처리 시간을 향상). 이 개선 복 프레임-의해-프레임 채우기, 픽셀 픽셀 및 증가 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 큰 복 어레이 구성 하는 워크스테이션의 대신에 큰 벡터 작업을 활용 하 여 향상 된 충전 알고리즘에 의해 설명 될 수 있다. 새로운 3DUS 방식으로 1 cm/s의 속도로 30 cm의 청소 길이 나타내는 일반적인 개조 대상 복 크기 0.2 x 0.2 x 0.2 m m의3 및 25 Hz의 샘플링 주파수 다음 시간이 걸립니다 재구성 하 :
a. 약 10의 동기화 펄스를 식별 하 고 관련 미국 이미지를 선택 하. b. 약 120의 보정 변환 매트릭스 (홍보T임)을 확인 하. c. 약 10의 빈 작성 단계에 대 한. 4. 약 30의 갭 채우기 단계를 실행 하기 위한.
총 170 s. 참고, 단계 b 유일한 요구는 프로브에 MoCap 마커의 엄밀한 연결을 가정 하 고 한 번 수행할 수 복용 떠나는 50 단일 스위프의 재건에 대 한 s. 두 개의 단일 스위프 결합 복 배열 소요 약 10 s 재건.
제한 사항 및 중요 한 단계:
여러 3DUS 이미징 측면을 고려 수 있습니다.
i. 미국 이미지 품질: 복 배열 내에서 배치 될 더 많은 픽셀을 제공 하는 2D 미국 이미지의 높은 해상도. 이 더 높은 복 밀도로 이어지는 복 크기 감소를 허락할 것 이다. 몇몇 현재 사용할 수 있는 초음파 기계 조직 인터페이스의 더 나은 유물 없는 구별에 대 한 수 있도록 시끄러운 세부적인 질감을 줄이기 위해 공간 다중을 사용 합니다. 가장자리 향상 얼룩을 줄일 수 있다입니다. 그러나,는이 방법은 바람직하지 않다, 때문에 그것은 독특한 인터페이스, 인터페이스의 진정한 해 부 위치를 왜곡 함으로써 만들려는 시도에서 이미지를 변형 주목 한다.
ii. MoCap 정확도: 픽셀 수만 정확 하 게 배치를 복으로 위치 센서는 정확 하 게 조사의 좌표를 수량화 하는 경우. 이미지 해상도의 증가와 MoCap 정확도 더 중요 해 집니다. 제시 3DUS 0.2 x 0.2 x 0.2 m m3, 3DUS 복 어레이 재구성 하기 위해 충분 한 정확도 제공 하는 0.1 m m의 정확도로 MoCap 시스템을 사용 하 여의 복 치수와 함께 최고의 작품을 설치.
iii. 샘플링 주파수: 미국 이미지 또는 데이터 스트림 MoCap 최저 시간적 해상도 샘플 주파수를 결정 합니다. 이 청소 시간 또는 복 배열 설정을 영향을 줍니다. 예를 들어, 50 Hz로 25에서 샘플 주파수를 두 배로 청소를 시간을 반으로 수행할 수 있습니다. 또는, 스윕 속도 변경 하지 복 배열, 적은 간격 채워질 것을 떠나와 그로 인하여 잠재적으로 복 배열 해상도 증가 채우기 위해 더 많은 이미지를 제공 합니다. 그러나, 샘플링 주파수를 증가 없이 복 배열 해상도 증가 운동 유물의 잠재력을 증가할 것 이다 느린 검사 필요.
iv. 재건 시간 이미지: 빠른 복원 필요 충분 한 사용 가능한 RAM과 강력한 워크스테이션. 또한, 재구성 시간 크게 복 배열 볼륨 및 갭 채우기 프로세스의 복잡성에 따라 다릅니다.
v. 실험 프로토콜: 실험 프로토콜의 표준화 VL 및 GM, 현재 연구에서 exemplified 형태학 측정 (예:잘라냅니다 길이, 잘라냅니다 각도, 아랫 배 근육의 비교를 위해 필수적 이다 길이, 힘 줄 길이, aponeurosis 길이) 과목 및 경도 연구 과목 내 모니터링 사이. 그러나, note 근육을 활성화 하는 동안 나머지에서 평가 하는 형태를 변경할 수 있습니다. 예를 들어 VL 실험에 대 한 최대한 수축 하는 동안 무릎 신 근 형태 높은 pennation 각도 60 ° 무릎 굴곡, 나머지50형태에 비해 짧은 성숙기 보여줄 수 있습니다. 특정 조건에서 (예., spasticity), 전도 (EMG) 검사 하는 동안 휴식 근육 활동 레벨을 확인 하는 데 사용할 수 있습니다.
6. 프로브 압력 및 조직 변형: ROI에 충분 한 초음파 젤을 적용 하는 경우 프로브와 피부 사이 전체 접촉 대 한 유지 하는 압력의 양을 제한 됩니다. 지침 서는 투자 수익을 스캔을 느끼게 한다 피부, 유혹과 압력 유지 젤 접촉 및 그로 인하여 피부에만 적용 해야 하는 것이 좋습니다. 그러나, 약간의 조직 변형 초음파 젤의 관대 한 금액으로도 피할 수 없을 수도 있습니다. 프로브 크기와 곡선된 ROI 압력 또는 사용 하는 젤의 필요한 금액을 영향을 줍니다. 큰 프로브 크기와 더 많은 곡선된 투자 수익 더 많은 압력을 필요로 하거나 비슷한 함께 작은 프로브 보다 더 많은 젤 투자 수익 곡선. 또 다른 가능한 해결책 미국 이미지의 반향 (즉, 비-피부-접촉) 영역을 삭제 하는 것입니다. 또한, 조직 변형 피부와 피하 지방 조직 층 첫 번째 조직 계층에서 발생할 가능성이 가장입니다. Note 아무 피하 지방 조직에 거의 주제는 따라서 압력의 부작용에 더 수 그리 다. 또한, 조직 개 악은 일반적으로 다른 청소와 오버랩의 지역 조사의 센터에서 대부분 발생 합니다.
7. 이미징 및 해 부 지식: 어떤 이미징 양식 적임을 사용 하 여 또 다른 중요 한 고려 사항은 이다 해부학 및 이미징 모달의 지식 의미 있는 해석의 얻을 것이 필수적입니다. 주제와 이미지 유물 사이 해 부 변화 인식 하 고 해 부 구조의 식별 과정에서 고려 될 필요가 있다. 한 근육의 다른 구성 요소 또는 근육 그룹51차별화 해 부 지식을 요구 하기 때문에 건강 한 그리고/또한 잘 발달 된 근육으로도 명확한 id는 어려운 수 있습니다. 그러나, 위축된 근육 (즉, 노인, 병 리, 또는 한 시신), 명확한 식별은 더 작은 크기 때문에 훨씬 더 복잡 한 이미지 대비를 감소 및 따라서 덜 뚜렷한 조직 인터페이스 (그림 4 ). 우리가 믿을 이전 해 부 지식 없이 우리 3DUS 이렇게 설계 및 3DUS 측정에서 올바른 판단을 만들기에서 제한 되어. 예를 들어 GM 실험에 대 한 다른 footplate 각도 발생 하지 않습니다 반드시 예상된 변화 근육에 힘 줄 복잡 한 길이, 발7변형 때문. 또한 원심 aponeurosis의 곡률에 대 한 자세한 해부학 정보 모든 과목38중반 경도 비행기의 적절 한 선택이 필수적 이었다.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55943/55943fig4.jpg"> 그림 4: 변화와 품질의 허벅지를 따라 중간 quadriceps 근육의 해 부 단면 3DUS 이미지 재건. (A) 남성 인간의 시체의 예제 위축 상태의 이미지 죽음 (죽음 나이: 81 년). 허벅지 근육 근육의 개별 머리의 경계 식별은 어렵습니다. 앉아 있는 남성 (세 30 년)의 (B) 예. 남자 선수 노 젓는 사람 (세 30 년)의 (C) 예. 규모에 대 한 흰색 사각형 대표 1 cm × 1 cm. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55943/55943fig4large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
미래의 응용 프로그램:
3DUS 방법은 다양 한 목적 및 스포츠 클리닉에서 설정을 사용할 수 있는 이미징 도구를 제공 합니다. 임상 내정간섭에서 효과 체력 레벨52관련이 있습니다. 3DUS를 사용 하 여 근육을 잃는의 위험에 환자를 모니터링 하기 위한 중요 한 (예를 들어, 참조53,54,55)은 질량과 잠재적으로 치료의 조정에 대 한 수 있습니다. 3DUS의 다른 잠재적인 응용 프로그램 모니터링 개입 (훈련) 및 부상에 대 한 응답에서 근육의 형태학 상 적응에 있다.
이 프로토콜 자유 3DUS 스윕 기반 인체의 부드러운 조직 구조를 측정 하는 비용 및 시간 효과적인 방법 설명. 또한, m. vastus lateralis m. gastrocnemius medialis 의 의미 있는 형태소 매개 변수 평가 유효 하 고 신뢰할 수 있는 것으로 판명.

건강 관리, 스포츠, 근육의 형태에 대 한 정보에서는 진단 및 후속 평가에 매우 중요 한 치료 또는 훈련1후입니다. 초음파 (미국) 상상 하는 근육 질환2, 중요 한 질병3,4, 심혈 관 질환5, 신경 장애6, 부드러운 조직 구조의 시각화를 위한 일반적으로 사용 되는 도구 7,8및 신체 훈련6,,910의 효과. 미국 영상 정량화를 근육 크기, 잘라냅니다 길이, 및 pennation의 각도 수 있습니다. 이러한 형태학 변수는 중요 한 결정 요인의 근육 힘 및 길이 범위의 강제 노력11,12,13,,1415.
현재, 미국 이미징 측정 주로 2D 이미지, 그 선택에서 수행 되는 아마도, 적당 한 방향 및 위치는 초음파의 조사. 이러한 2D 방법 관심의 매개 변수는이 비행기 내에서 존재 하지 않을 수 있습니다 하는 동안 하나의 이미지 평면 형태 측정을 제한 합니다. 형태소 분석에는 비행기 밖으로 측정 3D 참조 포인트를 사용 하 여 3D 접근이 필요 합니다. 부드러운 조직의 이러한 3D 형태 표현 자기 공명 영상 (MRI)16,17,18,,1920에 의해 제공 알려져 있다. 그러나 MRI는 비싸고 항상 사용할 수 없습니다. 또한, 근육 섬유의 시각화 확산 텐서 영상 (DTI)21등 특수 MRI 시퀀스를 필요합니다. MRI에 대 한 비용 효율적인 대안 3D 초음파 (3DUS) 영상입니다. 3DUS 접근 MRI 기술, 예를 들어에 비해 몇 가지 장점이, 그것은 주제를 검사 하는 동안 위치 지정을 위해 적은 공간 한계를 부과. 3DUS 이미징 순차적으로 2D (B 모드 미국) 이미지를 캡처하고 볼륨 요소 (복) 배열22,,2324에 위치 하는 기술 이다. 3DUS 이미지 재건의 과정의 5 단계 구성: (1) 캡처 일련의 자유 2D 미국 이미지; (2) 모션 캡쳐 (MoCap) 시스템;를 사용 하 여 미국 탐사선의 위치를 추적 (3) 동기화 MoCap 위치와 미국 이미지; (4) 위치와 방향을 참조;의 보정된 시스템을 사용 하 여 복 배열 내에서 초음파 이미지의 계산 그리고 (5)이 복 배열에 이러한 이미지를 삽입.
3DUS 접근은 골격 근육15,25,26,27,,2829의 형태학의 평가 대 한 성공적으로 적용 되었다. 그러나, 이전 접근7,15,,2530 입증 했습니다, 많은 시간이 소요 복잡 하 고 기술적으로 제한 하 고, 큰 근육의 작은 세그먼트를 개축 될 수 있는 대로.
3DUS 접근을 개선 하기 위해 새로운 3DUS 프로토콜은 시간의 짧은 기간 내에 완벽 한 근육의 재건 수 있도록 개발 되었습니다. 이 프로토콜 문서 이미징 m. vastus lateralis (VL) 및 m. gastrocnemius medialis (GM)의 morphometry를 위한 3DUS의 사용을 설명 합니다.

<table><tbody><tr><td>Ultrasound device (Technos MPX)</td><td>Esaote, Italy</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Linear array probe (12.5 Mhz, 5 cm)</td><td>Esaote, Italy</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Workstation (HP Z440)</td><td>HP, USA</td><td>http://www8.hp.com/us/en/workstations/z440.html</td><td></td></tr><tr><td>Framegrabber (Canopus, ADVC 300)</td><td>Canopus, Japan</td><td>ADVC 300</td><td></td></tr><tr><td>Motion Capture System (Certus)</td><td>NDI, Canada</td><td>http://www.ndigital.com/msci/products/optotrak-certus/</td><td></td></tr><tr><td>Synchronisation device</td><td>VU, NL</td><td>Contact corresponding author</td><td></td></tr><tr><td>Calibration frame</td><td>VU, NL</td><td>Contact corresponding author</td><td></td></tr><tr><td>Thermometer</td><td>Greisinger, Germarny</td><td>GTH 175/PT</td><td></td></tr><tr><td>Examination table</td><td>NA</td><td>NA</td><td>Any examination table</td></tr><tr><td>Inclinometer</td><td>Lafayette instrument, USA</td><td>ACU001</td><td></td></tr><tr><td>Adjustable Footplate</td><td>VU, NL</td><td>Contact corresponding author</td><td></td></tr><tr><td>Torque wrench</td><td>VU, NL</td><td>Contact corresponding author</td><td></td></tr><tr><td>Extendable rod</td><td>VU, NL</td><td>Contact corresponding author</td><td></td></tr><tr><td>Goniometer (Gollehon)</td><td>Lafayette instrument, USA</td><td>1135</td><td></td></tr><tr><td>Triangular shaped beam</td><td>NA</td><td>NA</td><td>Made out a piece of stiff foam</td></tr><tr><td>Lashing straps</td><td>NA</td><td>NA</td><td>Any lashing strap</td></tr><tr><td>Surgical skin marker</td><td>NA</td><td>NA</td><td>Any surgical skin marker</td></tr><tr><td>Ultrasound transmission gel</td><td>Servoson</td><td>NA</td><td>A sticky gel type is recommended</td></tr></tbody></table>

3d ultrasound imaging: fast and cost-effective morphometry of musculoskeletal tissue

3D 초음파 이미징 (3DUS)의 발달 목표를 인간의 근육의 3 차원 형태소 초음파 분석을 수행 하는 형식입니다. 3DUS 이미지 보정된 자유형 2D B 모드 초음파 이미지, 복 배열에 배치 되는에서 건설 한다. 초음파 (미국) 이미징 근육 크기, 잘라냅니다 길이, 및 pennation의 각도의 정량화를 허용 한다. 이러한 형태학 변수는 힘 분 발의 근육 힘 및 길이 범위의 중요 한 결정 요인입니다. 제시 프로토콜 m. vastus lateralis m. gastrocnemius medialis의 볼륨과 잘라냅니다 길이 결정 하는 방법을 설명 합니다. 3DUS 3D 해 부 참조를 사용 하 여 표준화를 촉진 한다. 이 방법은 골격 근육에서 3D 형태 측정을 위한 신속 하 고 비용 효율적인 접근을 제공 합니다. 건강 및 스포츠, 근육의는 morphometry에 정보는 치료 또는 훈련 후 진단 및 후속 평가에 매우 유용한.

설명된 3DUS 기술은 4 명의 남성 인간의 시신에서 GM과 VL의 형태학 상 데이터를 수집, 살에 죽음 76.8 ± 7.9 (평균 ± SD) 사용 되었다. 시신 부의 해부학 및 신경 과학 Vrije 대학교 의료 센터 (VUmc), 암스테르담, 네덜란드의 기부 프로그램을 통해 획득 했다. 시체 방부 방법 조직39의 형태학 적 특징을 유지 하기 위한 보존 되었다.
해 부, 이전 3DUS 이미지 GM과 VL의 설명 된 방법론에 따라 만들어졌습니다. 해 부, 동안 피부, 피하 조직, 그리고 GM과 VL overlaying fasciae 제거 되었습니다. 계정에 원심 aponeurosis의 방향을 복용 중간 경도 섹션 삭감 되었다. 캘리퍼스를 사용 하 여 잘라냅니다 길이 측정, 기원과 근육 배꼽의 원심 끝에 중간 이었다. 그 후, tenotomy, 후 근육 배 해 부 되었고 보정된 물 열에 빠져들. ImageJ를 사용 하 여 볼륨, 근육 배 없이 물 란의 사진에 측정 되었다 그리고 근육 볼륨 차이40에서 계산 했다. 잘라냅니다 길이 볼륨 세 번 측정 하 고 평균 및 표준 편차 값을 계산 했다. 3DUS 메서드 및 해 부 측정 사이 기준 유효 평균 잘라냅니다 길이 근육 볼륨 Pearson의 상관 관계를 사용 하 여 테스트를 했다. 파생된 잘라냅니다 길이 볼륨 측정을 사용 하 여 양방향 모델 내부 클래스 상관 계수 (ICC3, 3)41, 혼합 계량은 3DUS 메서드는 데이터의 로그 변환 후 내 평가자 신뢰도 편차 (CV)의 계수 계산 했다. 잘라냅니다 길이 근육 볼륨 측정의 타당성은 중요 하 고 높은 상관 관계에 의해 확인 되었다 (r = 0.998, p < 0.01와 r = 0.985, p < 0.01, 각각). 3DUS 메서드의 내부 평가자 신뢰성 파생 잘라냅니다 길이 측정 및 볼륨 높았다 (ICC3, 3 0.983, 이력서 7.3%, 및 ICC3, 3 0.998, 이력서 5.4%, 각각). 그것은 3DUS 접근 제시 VL 인간과 GM (표 1)의 볼륨과 잘라냅니다 길이 평가 대 한 유효 하 고 신뢰할 수 있는 도구는 결론을 내렸다.
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/55943/55943table1.jpg"> 표 1: 시신 유효성 검사 데이터. C#은 시신 수, GM은 m. gastrocnemius medialis, VL는 m. vastus lateralis. "해 부" 표시 결과 시신 해 부를 하 고 "3DUS"는 시신을 3DUS 이미지 분석에서 결과 보여줍니다.

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3D Ultrasound Imaging: Fast and Cost-effective Morphometry of Musculoskeletal Tissue

3 차원 초음파 영상: 골격 조직의 신속 하 고 비용 효율적인 Morphometry

3D 초음파 (3DUS) 이미징 골격 조직의 신속 하 고 비용 효율적인 morphometry 수 있습니다. 우리는 3DUS를 사용 하 여 근육 볼륨 및 잘라냅니다 길이 측정 하는 프로토콜을 제시.

The developmental goal of 3D ultrasound imaging (3DUS) is to engineer a modality to perform 3D morphological ultrasound analysis of human muscles. 3DUS ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

23.0K 조회수.  Amsterdam Movement Sciences. 3D 초음파 (3DUS) 이미징 골격 조직의 신속 하 고 비용 효율적인 morphometry 수 있습니다. 우리는 3DUS를 사용 하 여 근육 볼륨 및 잘라냅니다 길이 측정 하는 프로토콜을 제시.

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A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging

Ultrasound is an attractive modality for imaging muscle and tendon motion during dynamic tasks and can provide a complementary methodological approach for biomechanical studies in a clinical or laboratory setting. Towards this goal, methods for quantification of muscle kinematics from ultrasound imagery are being developed based on image processing. The temporal resolution of these methods is typically not sufficient for highly dynamic tasks, such as drop-landing. We propose a new approach that utilizes a Doppler method for quantifying muscle kinematics. We have developed a novel vector tissue Doppler imaging (vTDI) technique that can be used to measure musculoskeletal contraction velocity, strain and strain rate with sub-millisecond temporal resolution during dynamic activities using ultrasound. The goal of this preliminary study was to investigate the repeatability and potential applicability of the vTDI technique in measuring musculoskeletal velocities during a drop-landing task, in healthy subjects. The vTDI measurements can be performed concurrently with other biomechanical techniques, such as 3D motion capture for joint kinematics and kinetics, electromyography for timing of muscle activation and force plates for ground reaction force. Integration of these complementary techniques could lead to a better understanding of dynamic muscle function and dysfunction underlying the pathogenesis and pathophysiology of musculoskeletal disorders.

We describe a new ultrasound-based vector tissue Doppler imaging technique to measure muscle contraction velocity, strain and strain rate with sub-millisecond temporal resolution during dynamic activities. This approach provides complementary measurements of dynamic muscle function and could lead to a better understanding of mechanisms underlying musculoskeletal disorders.

근골격계 초음파 이미징의 소설 응용 프로그램

Ultrasound is an attractive modality for imaging muscle and tendon  motion during dynamic tasks and can provide a complementary methodological  approach ...

연구

의학

Outer-Boundary Assisted Segmentation and Quantification of Trabecular Bones by an Imagej Plugin

Micro-computed tomography (micro-CT) is routinely used to assess bone quantity and trabecular microstructural properties in small animals under different bone loss conditions. However, the standard approach for trabecular analysis of micro-CT images is slice-by-slice semi-automatic hand-contouring, which is labor intensive and error prone. Described here is an efficient method for automatic segmentation of trabecular bones according to the bone's outer boundaries, where trabecular bones can be identified and segmented automatically with accuracy with less operator bias when appropriate segmentation parameters are set. To profile satisfactory segmentation parameters, an image stack of segmentation results is displayed, where all possible combinations of the segmentation parameters are changed one by one in sequence, and segmentation results with associated parameters can easily be visually checked. As a quality-control feature of the plugin, simulated standard objects are quantified where the measured quantities can be compared with theoretical values. Layer-by-layer quantification of trabecular properties and trabecular thicknesses are reported by such a plugin, and the distributions of such properties within the selected regions can be profiled easily. Although layer-by-layer quantification retains more information about trabecular bones and facilitates further statistical analysis of structural changes, such measures are unavailable from the output of current commercial software, where only a single quantified value for each parameter is reported for each sample. Therefore, the described workflows are better approaches for analyzing trabecular bones with accuracy and efficiency.

We present a workflow for segmenting and quantifying trabecular bones for 2D and 3D images based on the bone&#39;s outer boundary using an ImageJ plugin. This approach is more efficient and accurate than the current manual hand-contouring approach, and provides layer-by-layer quantifications, which are not available in current commercial software.

외부-경계 지원 세분화 및 정량화 Imagej 플러그인에 의해 배수 뼈의

Micro-computed tomography (micro-CT) is routinely used to assess bone quantity and trabecular microstructural properties in small animals under different ...

생체공학

Four-Dimensional CT Analysis Using Sequential 3D-3D Registration

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data remains difficult because segmentation in all volumetric frames is time-consuming. We aimed to analyze joint kinematics using a sequential 3D-3D registration technique to provide the kinematics of the moving bone with respect to the fixed bone semiautomatically using 4DCT DICOM data and existing software. Surface data of the source bones are reconstructed from 3DCT. The trimmed surface data are respectively matched with surface data from the first frame in 4DCT. These trimmed surfaces are sequentially matched until the last frame. These processes provide positional information for target bones in all frames of the 4DCT. Once the coordinate systems of the target bones are decided, translation and rotation angles between any two bones can be calculated. This 4DCT analysis offers advantages in kinematic analyses of complex structures such as carpal or tarsal bones. However, fast or large-scale motions cannot be traced because of motion artifacts.

We analyzed joint kinematics from four-dimensional computed tomography data. The sequential 3D-3D registration method semiautomatically provides the kinematics of the moving bone with respect to the subject bone from four-dimensional computed tomography data.

순차적 3D-3D 등록을 이용한 4차원 CT 분석

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data ...

Analysis of Craniomaxillofacial Malformations in Mice Using Three-dimensional Microcomputed Tomography

To model craniofacial malformations caused by vitamin A deficiency (VAD), we expressed a dominant-negative retinoid receptor mutation in osteoblasts to specifically inhibit RAR transcriptional activity in mice. This approach allowed us to investigate the effects of VAD on cranial hypomineralization, mandibular deformity, and clavicular hypoplasia in clinical cases. In this study, microcomputed tomography (microCT) scanning of the craniomaxillofacial region of mice represented a valuable tool for studying the growth and development of this animal model. The manual estimation of images is both time-consuming and inaccurate. Hence, here, we present a straightforward, efficient, and accurate approach for segmenting and quantifying the microCT images of each craniomaxillofacial bone. MicroCT software was used to slice the mandible, frontal bone, parietal bone, nasal bone, premaxilla, maxilla, interparietal bone, and occipital bone of mice and measure their corresponding lengths and widths. This segmentation method can be applied to study growth and development in developmental biology, biomedicine, and other related sciences and allows researchers to analyze the effects of genetic mutations on individual craniofacial bones.

Here, we describe in depth a method, which is based on microcomputed tomography, to segment and measure 3D models of craniomaxillofacial bones in mice, for better assessment of craniomaxillofacial bone development in mice than what is possible with current methods.

3차원 마이크로컴퓨터 단층촬영을 사용한 마우스의 두개악안면 기형 분석

To model craniofacial malformations caused by vitamin A deficiency (VAD), we expressed a dominant-negative retinoid receptor mutation in osteoblasts to ...

발생학

<meta charset="utf8"></head><body>마우스의 심장 및 혈관 분석을 위한 4D 초음파 및 MALDI 이미징

Multimodal Study of Murine Cardiovascular Remodeling: Four-Dimensional Ultrasound and Mass Spectrometry Imaging

Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the United States. Damage in&#160;the cardiovascular system can be due to environmental exposure, trauma, drug toxicity, or numerous other factors.&#160;As a result, cardiac tissue and vasculature undergo structural changes and display diminished function. The damage and the resulting remodeling can be detected and quantified with ultrasound (US) imaging at the organ level and mass spectrometry imaging (MSI) at the molecular level. This manuscript describes an innovative methodology for studying murine cardiac pathophysiology, coupling in vivo four-dimensional (4D) ultrasound imaging and analysis with ex vivo matrix-assisted laser desorption/ionization (MADLI) MSI of the heart. 4D ultrasound can provide dynamic volumetric measurements, including radial displacement, surface area strain, and longitudinal strain throughout an entire cardiac cycle. In the vasculature, MSI and ultrasound are used to assess vessel wall compositions, hemodynamics, and vessel wall dynamics. The methodology can be tailored to study a myriad of CV diseases by adjusting functional metrics of interest and/or varying MALDI MSI protocol to target specific molecules. MALDI MSI can be used to study lipids, small metabolites, peptides, and glycans. This protocol outlines the use of MALDI MSI for untargeted lipidomic analysis and the use of ultrasound imaging for cardiovascular hemodynamics and biomechanics.

<meta charset="utf8"></head><body>쥐 심혈관 리모델링에 대한 다중 모드 연구: 4차원 초음파 및 질량 분석 이미징

Here, we describe a protocol to use in vivo four-dimensional ultrasound imaging and ex vivo mass spectrometry imaging to assess biomechanical and biomolecular alterations in the murine cardiovascular system. This technique is applied to analyze cardiac remodeling in surgically induced myocardial infarction and vascular changes in aging animals.

쥐 심혈관 리모델링에 대한 다중 모드 연구: 4차원 초음파 및 질량 분석 이미징

Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the United States. Damage in&#160;the cardiovascular system can be due to environmental ...

<meta charset="utf8"></head><body>초음파 BDAT 장치를 사용한 피질 뼈 평가

Cortical Bone Assessment Using Ultrasonic Guided Waves: A Reproducibility Study in a Healthy Population

Fragility fractures are still a worldwide health burden in the context of population aging. In particular, the global number of hip fractures is expected to double between 2020 and 2050. Therefore, it is essential to detect patients at risk of fragility fracture at the population scale. The current golden standard is dual X-ray absorptiometry (DXA), providing the areal bone mineral density (aBMD). Ultrasonic devices, usually more portable and cheaper than X-ray devices, represent interesting DXA alternatives as screening tools. However, operator dependency is usually recognized as their main drawback. In this study, the measurement protocol of the bi-directional axial transmission (BDAT) ultrasonic device is presented in detail. The dedicated ultrasonic probe is placed at the one-third distal radius of the non-dominant forearm using conventional coupling gel. The guided interface provides in quasi-real time (about 2 Hz) four parameters of interest: velocities of the first arriving signal (vFAS) and the A0 mode (vA0),&#160;cortical thickness (Ct.Th) and porosity (Ct.Po), as well as four quality parameters. The operator moves the probe slowly at the measurement site, carefully observing the feedback provided by the interface until finding a stable position and starting a series of 10 acquisitions. When at least four consistent series are obtained, the measurement ends, and an automatic report is generated. The measurement usually takes about 5 min to complete. To determine the robustness of this protocol, a reproducibility study was conducted among 3 operators (one expert and two novices) and 14 healthy participants (6 women, 8 men, 21-53 years old). The intraclass correlation coefficients (ICC) were found good for vA0 (0.76), Ct.Po (0.80) or excellent for Ct.Th (0.87) and vFAS (0.91). The standard deviations were found to be less than 10% of the total ranges in clinical practice.

<meta charset="utf8"></head><body>초음파 유도파를 사용한 피질 뼈 평가: 건강한 인구 집단의 재현성 연구

Here, we present the measurement protocol of the bi-directional axial transmission (BDAT) ultrasonic device in detail and test it in a reproducibility study, considering 14 healthy participants and 3 operators. Reliability, measured with the intraclass correlation coefficients (ICC), was good to excellent for four parameters of interest.

초음파 유도파를 사용한 피질 뼈 평가: 건강한 인구 집단의 재현성 연구

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