Name: quantitative [18f]-naf-pet-mri analysis for the evaluation of dynamic bone turnover in a patient with facetogenic low back pain
Uploaded: 2019-08-08T11:45:00
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研究支持由NIH P50AR060752和GE医疗保健提供。我们要感谢瓦希德·拉万法尔的支持。

这一前瞻性可行性研究在获得人类研究IRB批准并遵守HIPAA法规后招募了患者。
1. 幻影
<ol><li>用直径范围(5 - 38 mm)的空心圆柱形刀片填充空心圆柱形,直径为 185 MBq =18F+-NaF。</li>
	<li>使用 CT 或以前为此幻像生成的模板生成幻像的衰减贴图。</li>
	<li>将幻像放入 PET/MR 的中心,并使用成像控制台获取 PET 数据 5-10 分钟,记录结果图像。</li>
	<li>使用基于 CT 的衰减图使用成像控制...

<ol>
	<li>Brinjikji, W., 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=Systematic+literature+review+of+imaging+features+of+spinal+degeneration+in+asymptomatic+populations.">Systematic literature review of imaging features of spinal degeneration in asymptomatic populations.</a> AJNR American Journal of Neuroradiology. 36 (4), 811-816 (2015).</li><li>Binder, D. S., Nampiaparampil, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+provocative+lumbar+facet+joint.">The provocative lumbar facet joint.</a> Current Reviews in Musculoskeletal Medicine. 2 (1), 15-24 (2009).</li><li>Spick, C., 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=Detection+of+Bone+Metastases+Using+11C-Acetate+PET+in+Patients+with+Prostate+Cancer+with+Biochemical+Recurrence.">Detection of Bone Metastases Using 11C-Acetate PET in Patients with Prostate Cancer with Biochemical Recurrence.</a> Anticancer Research. 35 (12), 6787-6791 (2015).</li><li>Brans, B., 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=Assessment+of+bone+graft+incorporation+by+18+F-fluoride+positron-emission+tomography/computed+tomography+in+patients+with+persisting+symptoms+after+posterior+lumbar+interbody+fusion.">Assessment of bone graft incorporation by 18 F-fluoride positron-emission tomography/computed tomography in patients with persisting symptoms after posterior lumbar interbody fusion.</a> EJNMMI Research. 2 (1), 42 (2012).</li><li>Jadvar, H., 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=Prospective+evaluation+of+18F-NaF+and+18F-FDG+PET/CT+in+detection+of+occult+metastatic+disease+in+biochemical+recurrence+of+prostate+cancer.">Prospective evaluation of 18F-NaF and 18F-FDG PET/CT in detection of occult metastatic disease in biochemical recurrence of prostate cancer.</a> Clinical Nuclear Medicine. 37 (7), 637-643 (2012).</li><li>Kinahan, P. E., Fletcher, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positron+emission+tomography-computed+tomography+standardized+uptake+values+in+clinical+practice+and+assessing+response+to+therapy.">Positron emission tomography-computed tomography standardized uptake values in clinical practice and assessing response to therapy.</a> Seminars in Ultrasound, CT, and MR. 31 (6), 496-505 (2010).</li><li>Hawkins, R. 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=Evaluation+of+the+skeletal+kinetics+of+fluorine-18-fluoride+ion+with+PET.">Evaluation of the skeletal kinetics of fluorine-18-fluoride ion with PET.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 33 (5), 633-642 (1992).</li><li>Hancock, M. J., 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=Systematic+review+of+tests+to+identify+the+disc,+SIJ+or+facet+joint+as+the+source+of+low+back+pain.">Systematic review of tests to identify the disc, SIJ or facet joint as the source of low back pain.</a> European Spine Journal: Official Publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 16 (10), 1539-1550 (2007).</li><li>Jenkins, N. W., 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=[18)F]-Sodium+Fluoride+PET+MR-Based+Localization+and+Quantification+of+Bone+Turnover+as+a+Biomarker+for+Facet+Joint-Induced+Disability.">[18)F]-Sodium Fluoride PET MR-Based Localization and Quantification of Bone Turnover as a Biomarker for Facet Joint-Induced Disability.</a> AJNR American Journal of Neuroradiology. 38 (10), 2028-2031 (2017).</li><li>Czervionke, L. F., Fenton, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fat-saturated+MR+imaging+in+the+detection+of+inflammatory+facet+arthropathy+(facet+synovitis)+in+the+lumbar+spine.">Fat-saturated MR imaging in the detection of inflammatory facet arthropathy (facet synovitis) in the lumbar spine.</a> Pain Medicine. 9 (4), 400-406 (2008).</li><li>Phelps, M. E., 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=Tomographic+measurement+of+local+cerebral+glucose+metabolic+rate+in+humans+with+(F-18)2-fluoro-2-deoxy-D-glucose:+validation+of+method.">Tomographic measurement of local cerebral glucose metabolic rate in humans with (F-18)2-fluoro-2-deoxy-D-glucose: validation of method.</a> Annals of Neurology. 6 (5), 371-388 (1979).</li><li>Brenner, W., 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=Comparison+of+different+quantitative+approaches+to+18F-fluoride+PET+scans.">Comparison of different quantitative approaches to 18F-fluoride PET scans.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 45 (9), 1493-1500 (2004).</li><li>Schellinger, D., 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=Facet+joint+disorders+and+their+role+in+the+production+of+back+pain+and+sciatica.">Facet joint disorders and their role in the production of back pain and sciatica.</a> Radiographics: A Review Publication of the Radiological Society of North America, Inc. 7 (5), 923-944 (1987).</li><li>Schett, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Joint+remodelling+in+inflammatory+disease.">Joint remodelling in inflammatory disease.</a> Annals of the Rheumatic Diseases. 66, 42-44 (2007).</li><li>Baum, R., Gravallese, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+inflammation+on+the+osteoblast+in+rheumatic+diseases.">Impact of inflammation on the osteoblast in rheumatic diseases.</a> Current Osteoporosis Reports. 12 (1), 9-16 (2014).</li></ol>

在本文的手稿中,我们提供了动态 [18F]-NaF-PET-MRI 对评估各种骨病学的潜在效用的背景,并概述了动态 [18F]-NaF-PET-MRI 图像的技术利用人腰面关节作为感兴趣的典型区域进行采集和分析。双模位 PET-MRI 允许在与 MR 数据采集所需的时间段内采集动态 PET 数据,从而最大限度地延长扫描时间的重叠。虽然 MRI 提供脊柱的高分辨率结构成像,可轻松识别广泛的骨病,但添加具有混合 PET-MRI 的定量动...

骨病理学的标准临床成像技术主要限于描述结构变化,这可能是非特异性的。例如,与正常老化相关的无症状形态异常可能与导致严重疼痛和残疾的退行性改变无法区分。骨骼是一种动态组织,通过成骨细胞的竞争性活动进行连续重塑,产生新的骨基质和成骨细胞,其功能是消除矿化骨2。•18F_-NaF 是一种正电子发射断层扫描 (PET) 放射跟踪器,可实现骨组织代谢的可视化。•18F_-NaF 被成骨细胞化学吸收到骨基质中的羟基磷灰石中,因此可以无创地检测成骨细胞活性,从而检测出与传统成像技术不一致的神秘代谢过程。因此,[18F_-NaF] 已用于描述骨骼疾病中越来越多的骨骼疾病的特征,包括肿瘤、炎症和骨关节退行性疾病 3、4、5.
PET 数据最常以半定量方式分析,在具有标准化接受值 (SUV) 的常规临床实践中可以轻松执行。作为一个指标,SUV是有用的临床医生,因为它们代表组织接受相对于身体的其余部分6。后续扫描的值可用于观察治疗或疾病进展导致的摄入变化。SUV的数值特性也有助于比较患者和在同一患者的连续扫描之间。用于计算SUV的算法,公式1,假设示踪剂均匀地分布在全身,瘦体质量准确地表示全身体积。因此,SUV 是一种半定量的测量。对于给定的感兴趣区域 (ROI),SUV最大值(ROI 内的最大 SUV 值)和 SUV 平均值(ROI内所有抽样 SUV 的平均值)是临床实践中常用的 SUV 指标6。
动态 PET 数据的动力学建模也可以进行更详细的定量分析。虽然SUV数据采集是静态的,但动力学建模利用动态图像数据,持续获取示踪量,提供时态维度。 从动态数据的更复杂的动力学建模中,可以根据图像数据中的测量活动提取示踪动力学的定量值和信息指标。图17显示了用于动态动力学建模的双组织隔间模型样本。 Cp是血浆中示踪剂的浓度,而 Ce和 Ct分别表示目标骨基质中未结合的间隙空间和结合示踪剂中的浓度。K1,k 2,k3,k4,是4个速率参数,用于描述示踪器洗涤输入/流出和绑定的动力学模型。K1描述从动脉等离子体进入插页空间 (C t) 的示踪剂,k2描述从插页空间扩散回等离子体的示踪器的分数,k3描述从中移的示踪器间间 (Ce)空间到骨骼 (Ct), 和 k4描述从骨骼 (Ct)移回间质空间 (Ce) 的示踪剂。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58491/58491fig1.jpg"> 图 1.用于动态动力学建模的两组织隔间模型示例。Cp是血浆室中的示踪剂浓度,Ce自由和非特约结合的示踪剂在组织中浓度,Ct特特定结合示踪剂浓度在组织中。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58491/58491fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>
Patlak 动力学模型生成 Ki_Patlak作为放射性跟踪器流入率(mL/ccm/min、立方厘米 = ccm)从血库中流入骨基质的量度。然后,可以使用公式 2和公式 3 分别计算从血库中到骨骼矩阵的示踪量和公式3,分别用于 Ki_Patlak和 Ki_非线性。 Ki_Patlak和 Ki_非线性是分别使用两个模型将动脉血库和不可逆地结合到子站点骨骼矩阵的速率。帕特拉克模型和非线性动力学模型在动态数据的利用上存在差异。帕特拉克模型要求达到平衡,然后从已建立的线性斜率计算流入率。Patlak 动力学模型通过使用 24 分钟的时间将等离子池 Cp平衡到未绑定池 Cu,从而产生 Ki_Patlak的流入率。 24 分钟的时间可能会根据发现的所有子位与样品中的血浆池达到平衡的时间而变化。计算严谨的非线性模型使用整个时间数据来拟合曲线。
本方法学手稿旨在概述执行动态 +18F+-NaF-PET-MRI 的详细技术。 腰面关节是退行性关节炎的常见部位,也是轴向腰痛的常见病因8。 最近的研究表明,18F_-NaF-PET-MRI可能是痛苦的面部疾病9的有用生物标志物。 因此,将分析单个患者的面部腰椎关节,作为典型 ROI 进行动态 +18F_-NaF-PET-MRI 分析。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1045px;" width="1046">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Gadolinium Contrast agent (Gadovist)</td>
			<td style="width:211px;">Bayer</td>
			<td style="width:271px;">na</td>
			<td style="width:257px;">1.0mmol/ml solution for IV injection.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">[18F]-NaF Radiotracer</td>
			<td style="width:211px;">na</td>
			<td style="width:271px;">na</td>
			<td>2.96 MBq/kg</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">GE Signa PET-MRI Scanner</td>
			<td style="width:211px;">General Electric</td>
			<td style="width:271px;">na</td>
			<td>3.0Tesla 60cm Bore PET-MRI scanner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">PMOD Kinetic Modeling Software</td>
			<td style="width:211px;">PMOD Technologies, LLC</td>
			<td style="width:271px;">na</td>
			<td>Version 3.8</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantitative [18f]-naf-pet-mri analysis for the evaluation of dynamic bone turnover in a patient with facetogenic low back pain

反映动态骨质流动的成像技术可能有助于描述各种骨病。骨骼是一种动态组织,通过成骨细胞的竞争性活动进行连续重塑,产生新的骨基质和成骨细胞,其功能是消除矿化骨。•18F_-NaF 是一种正电子发射断层扫描 (PET) 放射跟踪器,可实现骨代谢的可视化。•18F_-NaF被成骨细胞化学吸收到骨基质中的羟基磷灰石中,因此可以无创地检测成骨细胞活性,这是传统成像技术所隐匿的。动态 =18F_-NaF-PET 数据的动力学建模提供了骨代谢的详细定量测量。传统的半定量PET数据,利用标准化的摄取值(SUV)作为放射性跟踪器活性的量度,由于其对示踪剂摄取时间的快照,被称为静态技术。 然而,动力学建模利用动态图像数据,持续获取示踪器电平,提供跟踪器接收时间分辨率。从动态数据的动力学建模中,可以提取血流和代谢率(即,追踪动力学的潜在信息指标)等定量值,所有这些都与图像数据中的测量活动有关。当与双模PET-MRI结合使用时,区域特异性动力学数据可与MRI提供的解剖学登记的高分辨率结构和病理信息相关。本方法学手稿旨在概述执行和分析动态 +18F+-NaF-PET-MRI 数据的详细技术。腰面关节是退行性关节炎的常见部位,也是轴向腰痛的常见原因。 最近的研究表明,18F_-NaF-PET 可能是痛苦的面部疾病的有用生物标志物。 因此,本手稿中的人类腰面关节将作为动态 [18F]-NaF-PET-MRI 分析的原型区域。

18NaF-PET 摄取值在 L1-L2 至 L5-S1 椎骨水平的双边面关节中测量,在轴向腰痛的单位代表患者中共测量 10 个 ROIs。代表 =18F_-NaF-PET、轴向 T2 脂肪抑制和轴向 T1 后对比度脂肪抑制的 MR 图像通过 L3-L4 分面关节的水平如图2所示。 表1中总结了代表性患者10个采样面关节的Ki_Patlak、SUV平均值、SUV最大值和MRI面关节病等级。Ki_Patlak</...

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Quantitative [18F]-Naf-PET-MRI Analysis for the Evaluation of Dynamic Bone Turnover in a Patient with Facetogenic Low Back Pain

定量 =18F_-Naf-PET-MRI 分析,用于评估面部腰痛患者的动态骨质周转率

反映动态骨质流动的成像技术可能有助于描述各种骨病。我们提供了详细的方法,用于使用腰面关节作为典型感兴趣的典型区域,在有面性腰痛的患者中执行和分析动态 [18F_-NaF-PET-MRI 数据]。

Imaging techniques that reflect dynamic bone turnover may aid in characterizing a wide range of bone pathologies. Bone is a dynamic tissue undergoing ...

利用这项技术，我们使用PET-MRI来识别骨周转的生理生物标志物。我们相信，与CT和MRI静态图像，这些生理生物标志物可以更准确地反映面关节病理学。我们相信，这项技术可以帮助我们识别腰椎疼痛和有症状的关节。我们也希望这项技术能应用于脊柱的其他区域，如颈椎和胸椎，用于识别有症状的面关节，甚至退行性椎间盘疾病。对于同时 PET 和磁共振图像或 MRI 采集，使用后阵列中央分子成像阵列线圈和 3.0 PET 和 MR 成像器，以两种成像方式居中视野，以覆盖从 T-12 到 S-3 的下脊椎区域。为 PET 采集和腰椎方案的临床 MRI 序列设置适当的参数。在获得MRI序列之前，立即将每公斤甘多布罗对比注射0.1毫米，并注射到患者体内，每公斤放射性剂量的氟化F-18为2.96兆贝奎尔。接下来，使用三个独立的时间相，以下脊椎为中心，执行 60 分钟的动态 PET 扫描，以每帧 12 帧 10 秒获取扫描，第二阶段各 4 帧 30 秒，最后阶段为 14 帧（每个 4 分钟）。然后设置一个 60 厘米的视场，具有三毫米过滤器截止、标准 Z 轴滤波器、无心脏 3D 滤波器、28 个子集以及飞行时间排序子集期望值最大化，通过四次迭代重建控制台上的 PET 数据。要分析采集的 PET 和 MR 图像，请将图像传输到配备用于分析动态 PET 数据的专用工作站。找到腰椎的双边面关节，从L-1到L-2，L-5到S-1。使用下垂和轴向平面 T-2 MR 图像进行视觉三角测量，并记录近似中心的切片数，以确定每个腰椎关节的中心点。在"视图"选项卡中打开患者数据时，单击兴趣体积按钮并选择球体对象。在预定义的弹出窗口中，输入 7.5 毫米作为半径，然后单击"创建新感兴趣的体积"。左键单击将 7.5 毫米的球面体积放在每个面关节的中心，通过左单击和拖动来调整球体，直到音量在视觉上居中。当一个感兴趣的体积被放置在每个面上时，在中央骨髓腔的右腹腔中放置一个五毫米的球形体积，以排除皮层作为参考区域的参与。然后定位感兴趣的体积，使边缘完全在骨髓内。右键单击轴向图像并选择数据检查，以测量腹部主动脉近到其分叉的直径。要计算部分体积校正系数，请左键单击大音墙的右侧，将光标移到大音壁左侧，以在数据检查器窗口中记录大音管壁直径的距离。接下来，左键单击兴趣体积按钮并选择感兴趣的圆区域，以创建一个半径为大音直径一半的圆形感兴趣区域。单击"创建新感兴趣的体积"，并在大音中心左键单击，根据需要重新定位音量，以确保圆近似于大音壁位置。然后在轴向平面中下降一个切片，并创建第二个感兴趣的圆形区域，以从两个重叠的圆形感兴趣区域中创建一个圆柱形感兴趣区域。要创建部分体积校正动脉输入，请使用从 PET 计算断层扫描幻像派生的恢复系数将恢复系数应用于下降大动脉上基于图像的测量。然后将部分体积校正动脉输入替换为图像分析软件，用于动力学建模和示踪动力学的精确定量。在这里，代表氟化钠F-18 PET，轴向T-2脂肪抑制，和轴向T-1后对比度脂肪抑制的 MR图像通过L-3至L-4面关节的水平可以看到。在此表中，总结了代表性患者10个采样面关节的Patlak动力学模型、标准化吸收值均值和最大值，以及MRI面关节病变等级。当患者Patlak动力学模型流入率根据标准化的吸收值平均值和基于MRI的面面关节病等级绘制时，具有最高MRI等级的退行性面关节的面关节具有最高的Patlak动力学模型和标准化的吸收值均值。我们正在进行临床试验，以验证我们的技术在腰椎关节疼痛的患者。我们期待尽快发布这些数据。了解如何使用 PET MR 软件进行分析，学习曲线陡峭。此外，对于不熟悉脊柱解剖的人来说，很难找到分面关节。因此，我们相信，对图像处理步骤的可视化描述将极大地增进对流程的理解。

Research

JoVE Journal

Medicine

Quantitative [18F]-Naf-PET-MRI Analysis for the Evaluation of Dynamic Bone Turnover in a Patient with Facetogenic Low Back Pain

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

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In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment ...

科研

医学

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生成和动脉病变的小鼠的三维定量使用光学投影层析成像

The generation and analysis of vascular lesions in appropriate animal models is a cornerstone of research into cardiovascular disease, generating ...

Pre-clinical Evaluation of Tyrosine Kinase Inhibitors for Treatment of Acute Leukemia

酪氨酸激酶抑制剂的临床前评价急性白血病的治疗

Receptor tyrosine kinases have been implicated in the development and progression of many cancers, including both leukemia and solid tumors, and are ...

Computerized Dynamic Posturography for Postural Control Assessment in Patients with Intermittent Claudication

Computerized dynamic posturography with the EquiTest is an objective technique for measuring postural strategies under challenging static and dynamic ...

Quantitative Fundus Autofluorescence for the Evaluation of Retinal Diseases

定量自体荧光眼底视网膜疾病的评价

The retinal pigment epithelium (RPE) is juxtaposed to the overlying sensory retina, and supports the function of the visual system. Among the tasks ...

The Monoiodoacetate Model of Osteoarthritis Pain in the Mouse

骨关节炎疼痛的鼠标Monoiodoacetate模式

A major symptom of patients with osteoarthritis (OA) is pain that&#160;is triggered by peripheral as well as central changes within the pain pathways. The ...

Quantitative Immunohistochemistry of the Cellular Microenvironment in Patient Glioblastoma Resections

患者胶质母细胞瘤切除中细胞微环境的定量免疫组织化学

With the growing interest in the tumor microenvironment, we set out to develop a method to specifically determine the microenvironment components within ...

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与便携式刻度学监视器一起使用时，评估卡光采样线兼容性和准确性

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Real-Time Dynamic Navigation System for the Precise Quad-Zygomatic Implant Placement in a Patient with a Severely Atrophic Maxilla

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Software-Assisted Quantitative Measurement of Osteoarthritic Subchondral Bone Thickness

软件辅助骨关节炎软骨下骨厚度的定量测量

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