Name: outer-boundary assisted segmentation and quantification of trabecular bones by an imagej plugin
Uploaded: 2018-03-14T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Outer-Boundary Assisted Segmentation and Quantification of Trabecular Bones by an Imagej Plugin at JoVE.com

Dette arbejde blev delvist støttet af grant NFSC 81170806. Forfatterne vil gerne takke mikro-CT core facilitet af skolen af stomatologi, Wuhan University for at hjælpe skanne og analysere de rotte lårben.

Procedurer, der involverer dyr emner har blev gennemført i overensstemmelse med retningslinjer for pleje og anvendelse af forsøgsdyr (NIH publikation, 8. udgave, 2011), og gennemgået og godkendt af institutionelle Animal Care og brug Udvalget af Wuhan Universitet.
1. Programinstallation
<ol><li>Installere ImageJ software. Hente Windows-versionen af ImageJ (version 1.51 p) software bundled med 64-bit Java fra https://imagej.nih.gov/ij/. Uddrag den downloadede software i en mappe, som vil v...

<ol>
	<li>Ruegsegger, P., Koller, B., Muller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microtomographic+system+for+the+nondestructive+evaluation+of+bone+architecture.">A microtomographic system for the nondestructive evaluation of bone architecture.</a> Calcif Tissue Int. 58 (1), 24-29 (1996).</li><li>Muller, R., Ruegsegger, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-tomographic+imaging+for+the+nondestructive+evaluation+of+trabecular+bone+architecture.">Micro-tomographic imaging for the nondestructive evaluation of trabecular bone architecture.</a> Stud Health Technol Inform. 40, 61-79 (1997).</li><li>Clark, D. P., Badea, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-CT+of+rodents:+state-of-the-art+and+future+perspectives.">Micro-CT of rodents: state-of-the-art and future perspectives.</a> Phys Med. 30 (6), 619-634 (2014).</li><li>Bart, Z., Wallace, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microcomputed+Tomography+Applications+in+Bone+and+Mineral+Research.">Microcomputed Tomography Applications in Bone and Mineral Research.</a> Advances in Computed Tomography. 2, 121-127 (2013).</li><li>Ji, Y., Ke, Y., Gao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intermittent+activation+of+notch+signaling+promotes+bone+formation.">Intermittent activation of notch signaling promotes bone formation.</a> Am J Transl Res. 9 (6), 2933-2944 (2017).</li><li>Jiang, Y., Zhao, J., White, D. L., Genant, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro+CT+and+Micro+MR+imaging+of+3D+architecture+of+animal+skeleton.">Micro CT and Micro MR imaging of 3D architecture of animal skeleton.</a> J Musculoskelet Neuronal Interact. 1 (1), 45-51 (2000).</li><li>Laib, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+micro-computed+tomography+of+trabecular+and+cortical+bone+architecture+with+application+to+a+rat+model+of+immobilisation+osteoporosis.">3D micro-computed tomography of trabecular and cortical bone architecture with application to a rat model of immobilisation osteoporosis.</a> Med Biol Eng Comput. 38 (3), 326-332 (2000).</li><li>Cole, H. A., Ichikawa, J., Colvin, D. C., O'Rear, L., Schoenecker, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+intra-osseous+growth+of+osteosarcoma+in+a+murine+model+with+radiographic+analysis.">Quantifying intra-osseous growth of osteosarcoma in a murine model with radiographic analysis.</a> J Orthop Res. 29 (12), 1957-1962 (2011).</li><li>Jensen, M. M., Jorgensen, J. T., Binderup, T., Kjaer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumor+volume+in+subcutaneous+mouse+xenografts+measured+by+microCT+is+more+accurate+and+reproducible+than+determined+by+18F-FDG-microPET+or+external+caliper.">Tumor volume in subcutaneous mouse xenografts measured by microCT is more accurate and reproducible than determined by 18F-FDG-microPET or external caliper.</a> BMC Med Imaging. 8, 16 (2008).</li><li>Soviero, V. M., Leal, S. C., Silva, R. C., Azevedo, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validity+of+MicroCT+for+in+vitro+detection+of+proximal+carious+lesions+in+primary+molars.">Validity of MicroCT for in vitro detection of proximal carious lesions in primary molars.</a> J Dent. 40 (1), 35-40 (2012).</li><li>Kohler, T., Stauber, M., Donahue, L. R., Muller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+compartmental+analysis+for+high-throughput+skeletal+phenotyping+in+femora+of+genetic+mouse+models.">Automated compartmental analysis for high-throughput skeletal phenotyping in femora of genetic mouse models.</a> Bone. 41 (4), 659-667 (2007).</li><li>Buie, H. R., Campbell, G. M., Klinck, R. J., MacNeil, J. A., Boyd, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+segmentation+of+cortical+and+trabecular+compartments+based+on+a+dual+threshold+technique+for+in+vivo+micro-CT+bone+analysis.">Automatic segmentation of cortical and trabecular compartments based on a dual threshold technique for in vivo micro-CT bone analysis.</a> Bone. 41 (4), 505-515 (2007).</li><li>Dougherty, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+CT+in+the+measurement+of+bone+quantity+and+bone+quality+for+assessing+osteoporosis.">Quantitative CT in the measurement of bone quantity and bone quality for assessing osteoporosis.</a> Med Eng Phys. 18 (7), 557-568 (1996).</li><li>Doube, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BoneJ:+Free+and+extensible+bone+image+analysis+in+ImageJ.">BoneJ: Free and extensible bone image analysis in ImageJ.</a> Bone. 47 (6), 1076-1079 (2010).</li><li>Bouxsein, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidelines+for+assessment+of+bone+microstructure+in+rodents+using+micro-computed+tomography.">Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography.</a> J Bone Miner Res. 25 (7), 1468-1486 (2010).</li></ol>

Denne undersøgelse beskriver en ImageJ plugin til at analysere trabekulær knogler, der er automatisk, effektiv, og bruger kammeratlig. Plugin kan også bruges til at kvantificere alle 2D eller 3D objekter til lag-på-lag foranstaltninger af områder, mængder og tykkelser. I øjeblikket er kun en enkelt målt værdi for hver trabekulær parameter rapporteret for hver prøve af standard mikro-CT-analyse, som ikke fuldt ud repræsenterer Karakteristik af den målte enhed i den valgte analyse region. Den beskrevne plugin ...

Mikro-CT analyse af trabekulær knogler er standardmetoden til sporing af morfologiske forandringer af knoglerne i små dyr under forskellige knogle tab betingelser1,2,3, hvor flere variabler relateret til den strukturer af knoglerne er rapporteret4. Men sådanne parametre er ikke jævnt fordelt i metaphysis af lange knogler5, og kun en sammenfattet eller gennemsnit værdi er rapporteret for hver strukturel variabel af hver prøve af nuværende kommercielle mikro-CT maskiner6,7 , om en enkelt værdi ikke kan fuldt ud repræsenterer Karakteristik af den målte parameter i regionen analyse. Lag på lag kvantificering af trabekulær knoglerne ikke kun bevarer flere oplysninger for hver variabel, men giver også mulighed for profilering af distributioner af disse variabler i regionen analysere lette efterfølgende statistisk analyse af strukturelle ændringer under forskellige forhold5. Derfor er målet med denne metode kvantificere trabekulær knogler af micro-CT scanninger på hver skive plan, hvilke ikke er anvendelig i hvilken som helst kommercielt tilgængelige mikro-CT-analyse pakke i øjeblikket.
Til effektivt segment trabekulær knogler skive-af-skive er automatiske segmentering metoder ønskelig. Den nuværende standard teknik til micro-CT analyse er imidlertid baseret på manuel interaktive Profilstyring efterfulgt af semiautomatisk interpolation at adskille trabekulær knogler fra de kortikale rum, der er arbejdsintensive, fejlbehæftet, og forbundet med betydelig operatør bias8,9,10. Automatisk segmentering metoder11,12 blev rapporteret, men sådanne metoder er kun optimal i regioner med god adskillelse mellem trabekulær knogler og kortikale knogler, men ikke i regioner uden klare separationer. Desuden, der kræves for forskellige prøver12forskellige segmentering parametre, og det er trættende at manuelt vælge tilfredsstillende segmentering parametre gælder for grupper af knogle prøver ved at prøve forskellige parameter kombinationer12, Selvom segmentering proces er automatisk, når alle relaterede parametre er angivet. Som knoglen ydre grænse har den største kontrast med scanning baggrunden og metafyseale kortikale skaller af lange knogler vise nogle ændringer i den valgte analyse region, segmentering metoder ifølge ydre grænse konturen af lange knogler kan pålideligt og præcist separate trabekulær knogler fra kortikale skaller. Fordelen ved sådan en segmentering metode er, at segmenteringen er baseret på forskellen mellem baggrunden og bone's ydre grænse, men ikke på forskelle mellem trabekulær og kortikale knogler6,12, 13, derfor er det generelt nemt at finde en kombination af segmentering parametre, der er tilfredsstillende for en gruppe af knogle prøver, lette mere pålidelig analyse af trabekulær ændringer mellem forskellige grupper.
På hver skive indberettes niveau, areal, omkreds og todimensionale (2D) tykkelse for 2D analyse, mens volumen, overflade og tre-dimensionelle (3D) tykkelse er rapporteret i 3D kvantificeringer. Sådanne oplysninger er generelt ikke rapporteret af aktuelle billede analyseværktøjer, der angiver, at indberettede procedurer kan anvendes til generelle billeder hvor sådanne oplysninger ønskes.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:595px;" width="595">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ImageJ</td>
			<td style="width:93px;">NIH</td>
			<td style="width:119px;">imagej</td>
			<td style="width:167px;">Any version with a java 1.8 run time</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">trabecular analysis plugin</td>
			<td style="width:93px;">Bomomics</td>
			<td style="width:119px;">bomomics</td>
			<td>free or commercial version</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Micro CT scanner</td>
			<td style="width:93px;">Scanco</td>
			<td style="width:119px;">&#956;-50</td>
			<td>micro CT from any vendor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Computer System</td>
			<td style="width:93px;">Lenovo</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>any brand</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Windows Operating System</td>
			<td style="width:93px;">Microsoft</td>
			<td style="width:119px;">Windows 7 x64</td>
			<td>any 64-bit Windows operating system&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Office Software</td>
			<td style="width:93px;">Microsoft</td>
			<td style="width:119px;">Office 2010</td>
			<td>any speadsheet software that has xy chart function</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

outer-boundary assisted segmentation and quantification of trabecular bones by an imagej plugin

Mikro-beregnet tomografi (mikro-CT) anvendes rutinemæssigt til at vurdere knogle mængde og trabekulær mikrostrukturanalyse egenskaber i små dyr under forskellige knogle tab. Standardmetoden for trabekulær analyse af micro-CT billederne er imidlertid skive af skive semi-automatiske hånd-tilretning, der er arbejdskrævende og fejl liggende. Beskrevet her er en effektiv metode til automatisk segmentering af trabekulær knogler efter bone's ydre grænser, hvor trabekulær knogler kan identificeres og segmenteret automatisk med nøjagtighed med mindre operatør bias når det er hensigtsmæssigt segmentering parametrene er angivet. For at profilere tilfredsstillende segmentering parametre, vises en billedstak af segmentering resultater, hvor alle mulige kombinationer af parametrene segmentering er ændrede sig i rækkefølge, og segmentering resultater med tilhørende parametre kan nemt visuelt kontrolleres. Som en kvalitetskontrol funktion af plugin, er simulerede standard objekter kvantificeret, hvor de målte mængder kan sammenlignes med teoretiske værdier. Lag på lag kvantificering af trabekulær egenskaber og trabekulær tykkelser er rapporteret af sådan et plugin, og fordelinger af sådanne egenskaber inden for de udvalgte regioner kan blive profileret nemt. Selv om lag-på-lag bevarer flere oplysninger om trabekulær knogler og letter yderligere statistisk analyse af strukturelle ændringer, er sådanne foranstaltninger ikke tilgængelig fra produktionen af nuværende kommercielle software, hvor kun en enkelt kvantificerede værdi for hver parameter er rapporteret for hver prøve. Derfor, de beskrives arbejdsprocesser er bedre metoder til at analysere trabekulær knogler med præcision og effektivitet.

Den trabekulær analyse plugin er designet til automatisk segment og kvantificere trabekulær knogler med nøjagtighed. I første omgang, efterfulgt knogle ydre grænse er opdaget og afgrænset af en hul-udfyldning operation hvor nogen huller i knoglen ydre kortikale skaller er fyldt. Derefter udføres en erosion operation for at udelukke de ydre kortikale knogler og få de segmenterede trabekulær knogler. Endelig er foranstaltninger af trabekulær knogler i regionen segmenterede kvantif...

Watch this Scientific Journal Video about Outer-Boundary Assisted Segmentation and Quantification of Trabecular Bones by an Imagej Plugin at JoVE.com

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

Vi præsenterer en arbejdsproces for segmentering og kvantificere trabekulær knogler til 2D og 3D billeder baseret på bone's ydre grænse ved hjælp af en ImageJ plugin. Denne metode er mere effektiv og præcis end de nuværende manuel hånd-konturering tilgang, og giver lag på lag kvantificeringer, som ikke findes i nuværende kommercielle software.

Ydre grænse bistået segmentering og kvantificering af trabekulær knogler af et Imagej Plugin

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Kvantificering af Global diastolisk funktion ved Kinematisk Modeling-baseret analyse af Transmitral Flow via parametriserede diastolisk Filling Formalisme

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised ...

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer (SALB) Method

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer SALB Method

Biomembran Fabrication med opløsningsmidlet-assisteret lipiddobbeltlag (Salb) Metode

In order to mimic cell membranes, the supported lipid bilayer (SLB) is an attractive platform which enables in vitro investigation of membrane-related ...

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization (IR-MALDESI)

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization IR-MALDESI

Hele kroppen massespektrometri Imaging af Infrared Matrix-assisteret laser Desorption elektrosprayionisering (IR-MALDESI)

Ambient ionization sources for mass spectrometry (MS) have been the subject of much interest in the past decade. Matrix-assisted laser desorption ...

A Novel Surgical Technique As a Foundation for In Vivo Partial Liver Engineering in Rat

A Novel Surgical Technique As a Foundation for In Vivo Partial Liver Engineering in Rat

En ny kirurgisk teknik som et fundament for In Vivo delvis lever ingeniør i rotten

Organ engineering is a novel strategy to generate liver organ substitutes that can potentially be used in transplantation. Recently, in vivo liver ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Påvisning af Endotoxin i Nano-formuleringer bruger Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Screening and Identification of Small Peptides Targeting Fibroblast Growth Factor Receptor2 using a Phage Display Peptide Library

Screening og identifikation af små peptider rettet mod fibroblast vækstfaktor Receptor2 ved hjælp af et Phage display peptid bibliotek

The human Fibroblast Growth Factor Receptor (FGFR) family comprises four members, namely, FGFR1, FGFR2, FGFR3, and FGFR4, that are involved in various ...

Simultaneous Quantification of Selected Kynurenines Analyzed by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry in Medium Collected from Cancer Cell Cultures

Samtidig kvantificering af udvalgte kynureniner analyseret af flydende kromatografi-massespektrometri i medium indsamlet fra kræftcellekulturer

The kynurenine pathway and the tryptophan catabolites called kynurenines have received increased attention for their involvement in immune regulation and ...

The Quantification of Injectability by Mechanical Testing

Kvantificering af injicerbarhed ved mekanisk testning

Injectable biomaterials are becoming increasingly popular for the minimally invasive delivery of drugs and cells. These materials are typically more ...

Quantification of Mouse Heart Left Ventricular Function, Myocardial Strain, and Hemodynamic Forces by Cardiovascular Magnetic Resonance Imaging

Kvantificering af mus hjerte venstre ventrikulær funktion, myokardiestamme, og hæmodynamiske kræfter ved hjerte-kar-magnetisk resonans imaging

Mouse models have contributed significantly to understanding genetic and physiological factors involved in healthy cardiac function, how perturbations ...

Affordable Oxygen Microscopy-Assisted Biofabrication of Multicellular Spheroids

Overkommelig iltmikroskopiassisteret biofabrikation af multicellulære sfæroider

Multicellular spheroids are important tools for studying tissue and cancer physiology in 3D and are frequently used in tissue engineering as tissue ...