Vertebraların yüksek rezolüsyonlu bilgisayarlı tomografisi eğer 3D fuzzy segmentasyon yöntemi ile analiz edilir ise trabeküler mesafeler hakkında doğru bilgi vermektedir
Makale Dili: TR
ÖZET
Giriş: Trabeküler kemiğin yapısı vertebral kemik gücünü etkileyen kemik özelliklerinin, kemik mineral dansitesinden bağımsız bir yanını temsil eder [M Kleerekoper, A, Villanueva, J, Santciu D, Rao and A. Parfitt. The role of three- dimensional trabecular microstructure in the pathogenesis of vertebral compression fractures. Calcif. Tissue Int. 37:594-597, Dec 1985; E. Seman and P. Delmas. Bone quality- the material and structural basis of bone strenght and fragility. N. Engl. J Med., 354:2250-2261, May 2006.]. Yüksek rezolüsyonlu bilgisayarlı tomografi (YRBT) ile fuzzy mesafe dönüşümü (FMD) matematiksel konseptini kullanarak vertebra için in vivo olarak belirlenebilen trabeküler mesafe (Tb.Diƒ) ölçümlerinin doğruluğunu değerlendirdik. Metotlar: İlk basamakta, kemik veya kemik iliğini temsil etme olasılığı yüksek olan ekstrema vokselleri belirlendi. Tüm diğer voksellere de kemik voksel olma olasılık düzeyi verildi. Bu olasılık, vokselin gri düzeyinin FMD'si temel alınarak belirlendi. Nüsha basım öncesi 10 Haziran 2008 tarihinde Elsevier'e gönderildi; 15 Haziran 2008 tarihinde de revize edildi. Örn.; kemik iliği arka fonuna göre en kısa gri değer ağırlıklı uzaklık. Daha sonra, oluşan kemik yapısı iskeletlendirildi. İskeletin çıkıntıları arasındaki aralık olası en büyük küreler ile dolduruldu. Kürelerin ortalama yarıçapları Tb.Diƒ'i bir ölçeri olarak belirliyordu. Metilakrilata gömülmüş 14 tam vertebra, antropometrik abdomen fantomu içinde YRBT ile tarandı (Voksel boyutu 156 x 156 x 400 ?m3). Scanco Xtreme (XBT, voksel boyutu 823 ?m3) ile fantomsuz olarak alınan taramalar referans olarak kullanıldı. Bulgular: XBT datasında hesaplanan Tb.Diƒ üretici firmanın standart yazılımı ile belirlenen Tb.Diƒ değerleri (1/Tu.N*) ile nerede ise aynı idi (r2= 0.98). YRBT ile alınan Tb.Diƒ değerleri XBT ile alınan Tb.Diƒ değerleri ile güçlü bir biçimde korelasyon gösterdi (r2= 0.89). 400'den 1400 ?m'ye kadar olan Tb.Diƒ değerleri 78 ?m'lik bir hata payı ile tahmin edilebilmektedir. Sonuçlar: FMD'ye bağlı değişken Tb.Diƒ YRBT protokolü kullanarak Tb.Diƒ'nin 100 ?m'den küçük hatalar ile 3D ölçümlerini sağlar ve bu vertebral mikromimarinin değerlendirilmesi için in vivo olarak uygulanabilir.
Anahtar Kelimeler: Osteoporosis; Trabecular bone; High resolution computed tomography;
Giriş: Trabeküler kemiğin yapısı vertebral kemik gücünü etkileyen kemik özelliklerinin, kemik mineral dansitesinden bağımsız bir yanını temsil eder [M Kleerekoper, A, Villanueva, J, Santciu D, Rao and A. Parfitt. The role of three- dimensional trabecular microstructure in the pathogenesis of vertebral compression fractures. Calcif. Tissue Int. 37:594-597, Dec 1985; E. Seman and P. Delmas. Bone quality- the material and structural basis of bone strenght and fragility. N. Engl. J Med., 354:2250-2261, May 2006.]. Yüksek rezolüsyonlu bilgisayarlı tomografi (YRBT) ile fuzzy mesafe dönüşümü (FMD) matematiksel konseptini kullanarak vertebra için in vivo olarak belirlenebilen trabeküler mesafe (Tb.Diƒ) ölçümlerinin doğruluğunu değerlendirdik. Metotlar: İlk basamakta, kemik veya kemik iliğini temsil etme olasılığı yüksek olan ekstrema vokselleri belirlendi. Tüm diğer voksellere de kemik voksel olma olasılık düzeyi verildi. Bu olasılık, vokselin gri düzeyinin FMD'si temel alınarak belirlendi. Nüsha basım öncesi 10 Haziran 2008 tarihinde Elsevier'e gönderildi; 15 Haziran 2008 tarihinde de revize edildi. Örn.; kemik iliği arka fonuna göre en kısa gri değer ağırlıklı uzaklık. Daha sonra, oluşan kemik yapısı iskeletlendirildi. İskeletin çıkıntıları arasındaki aralık olası en büyük küreler ile dolduruldu. Kürelerin ortalama yarıçapları Tb.Diƒ'i bir ölçeri olarak belirliyordu. Metilakrilata gömülmüş 14 tam vertebra, antropometrik abdomen fantomu içinde YRBT ile tarandı (Voksel boyutu 156 x 156 x 400 ?m3). Scanco Xtreme (XBT, voksel boyutu 823 ?m3) ile fantomsuz olarak alınan taramalar referans olarak kullanıldı. Bulgular: XBT datasında hesaplanan Tb.Diƒ üretici firmanın standart yazılımı ile belirlenen Tb.Diƒ değerleri (1/Tu.N*) ile nerede ise aynı idi (r2= 0.98). YRBT ile alınan Tb.Diƒ değerleri XBT ile alınan Tb.Diƒ değerleri ile güçlü bir biçimde korelasyon gösterdi (r2= 0.89). 400'den 1400 ?m'ye kadar olan Tb.Diƒ değerleri 78 ?m'lik bir hata payı ile tahmin edilebilmektedir. Sonuçlar: FMD'ye bağlı değişken Tb.Diƒ YRBT protokolü kullanarak Tb.Diƒ'nin 100 ?m'den küçük hatalar ile 3D ölçümlerini sağlar ve bu vertebral mikromimarinin değerlendirilmesi için in vivo olarak uygulanabilir.
Anahtar Kelimeler: Osteoporosis; Trabecular bone; High resolution computed tomography;
ABSTRACT
Introduction: The structure of trabecular bone represents an aspect of bone properties that affects vertebral bone strength independently of bone mineral density [M. Kleerekoper, A. Villanueva, J. Stanciu, D. Rao, and A. Parfitt. The role of three-dimensional trabecular microstructure in the pathogenesis of vertebral compression fractures. Calcif. Tissue Int., 37:594-597, Dec 1985; E. Seeman and P. Delmas. Bone quality-the material and structural basis of bone strength and fragility. N. Engl. J. Med., 354:2250-2261, May 2006.]. Using the mathematical concept of fuzzy distance transformation (FDT), we evaluated the accuracy of measurements of trabecular distance (Tb.Dif) which can be determined for vertebrae in vivo using high resolution computed tomography (HRCT). Methods: In a first step extrema voxels with a very high likelihood of representing bone or marrow are identified. A probability level of being a bone voxel is assigned to all other voxel. This probability is based on the FDT of the voxels gray-level, preprint submitted to Elsevier June 10, 2008; revised July 15, 2008 i.e. the shortest gray-value weighted distance to the marrow background. Next, the resulting bone structure is skeletonized. The space between the ridges of the skeleton is filled with the largest possible spheres. The average over the radii of the spheres defines Tb.Dif, a measure of trabecular distance. 14 whole vertebrae embedded in polymethyl methylacrylate were scanned by HRCT (voxel size 156×156×400 ?m3) inside an anthropomorphic abdomen phantom. Scans obtained on Scanco Xtreme CT (XCT, voxel size 823 ?m3) without the phantom were used as reference. Results: Tb.Dif calculated on XCT data were almost identical to trabecular distance values (1/Tb.N*) determined with the manufacturers standard software (r2= 0.98). Tb.Dif values obtained with HRCT correlated strongly with Tb.Dif values obtained by XCT (r2= 0.89). Over the range from 400 to 1400 ?m trabecular distance could be estimated with a residual error of 78 ?m. Conclusions: The FDT based variable Tb.Dif provides 3D estimates of trabecular distances with residual errors of less than 100 ?m using a HRCT protocol which also can be employed in vivo for assessing vertebral microarchitecture.
Keywords: Osteoporosis; Trabecular bone; High resolution computed tomography; 3D architecture; Fuzzy distance transformation
Introduction: The structure of trabecular bone represents an aspect of bone properties that affects vertebral bone strength independently of bone mineral density [M. Kleerekoper, A. Villanueva, J. Stanciu, D. Rao, and A. Parfitt. The role of three-dimensional trabecular microstructure in the pathogenesis of vertebral compression fractures. Calcif. Tissue Int., 37:594-597, Dec 1985; E. Seeman and P. Delmas. Bone quality-the material and structural basis of bone strength and fragility. N. Engl. J. Med., 354:2250-2261, May 2006.]. Using the mathematical concept of fuzzy distance transformation (FDT), we evaluated the accuracy of measurements of trabecular distance (Tb.Dif) which can be determined for vertebrae in vivo using high resolution computed tomography (HRCT). Methods: In a first step extrema voxels with a very high likelihood of representing bone or marrow are identified. A probability level of being a bone voxel is assigned to all other voxel. This probability is based on the FDT of the voxels gray-level, preprint submitted to Elsevier June 10, 2008; revised July 15, 2008 i.e. the shortest gray-value weighted distance to the marrow background. Next, the resulting bone structure is skeletonized. The space between the ridges of the skeleton is filled with the largest possible spheres. The average over the radii of the spheres defines Tb.Dif, a measure of trabecular distance. 14 whole vertebrae embedded in polymethyl methylacrylate were scanned by HRCT (voxel size 156×156×400 ?m3) inside an anthropomorphic abdomen phantom. Scans obtained on Scanco Xtreme CT (XCT, voxel size 823 ?m3) without the phantom were used as reference. Results: Tb.Dif calculated on XCT data were almost identical to trabecular distance values (1/Tb.N*) determined with the manufacturers standard software (r2= 0.98). Tb.Dif values obtained with HRCT correlated strongly with Tb.Dif values obtained by XCT (r2= 0.89). Over the range from 400 to 1400 ?m trabecular distance could be estimated with a residual error of 78 ?m. Conclusions: The FDT based variable Tb.Dif provides 3D estimates of trabecular distances with residual errors of less than 100 ?m using a HRCT protocol which also can be employed in vivo for assessing vertebral microarchitecture.
Keywords: Osteoporosis; Trabecular bone; High resolution computed tomography; 3D architecture; Fuzzy distance transformation
.: İşlem Listesi