La microtomografía computarizada es un método muy común para cuantificar la morfología y la calidad del hueso en 3D. Aunque los protocolos de análisis están bastante establecidos para caracterizar el hueso cortical y trabecular intacto, existe un menor consenso sobre el protocolo para analizar la cicatrización de fracturas. Esta técnica implica imágenes no invasivas y análisis 3D precisos y calibrados utilizando un buen equilibrio de técnicas manuales y automatizadas.
También utiliza un entorno de software sofisticado y flexible. Hwabok Wee, un investigador asociado de mi laboratorio, demostrará el procedimiento. Para empezar, tome un accesorio de escaneo impreso en 3D desarrollado a medida o similar que incluya un maniquí de hidroxiapatita en miniatura para la calibración de la densidad mineral ósea.
Coloque hasta seis muestras de huesos largos en el dispositivo para el escaneo simultáneo de múltiples muestras. Coloque el dispositivo preparado en una jeringa o en un tubo cónico similar al diámetro del campo de visión de escaneo. Llene la jeringa con un conservante, como solución salina, para evitar que las muestras se sequen durante el proceso de escaneo.
Después de confirmar la calibración de la máquina de micro-TC, alinee la línea central del dispositivo de muestra con la línea central aproximada del micro-CT para asegurarse de que las muestras estén dentro del campo de visión y que sus ejes largos tengan una orientación aproximadamente coincidente con la dirección axial de las imágenes resultantes. A continuación, configure los parámetros de escaneo del sistema micro-CT estableciendo la energía o la intensidad en un pico de 55 kilovoltajes, la corriente en 145 microamperios, el tamaño del vóxel isotrópico en 10,5 micrómetros y el tiempo de integración en 300 milisegundos. A continuación, inspeccione visualmente las imágenes del explorador en diferentes vistas para cubrir todo el volumen de todas las muestras de callos.
Inicie la adquisición del escaneo y, una vez completado, convierta las imágenes en una pila DICOM para importarlas al software de análisis. Para comenzar con el recorte de imágenes, elija una muestra a la vez y recorte cada pila de imágenes, asegurándose de que toda la muestra esté incluida en el volumen recortado. Guarde la imagen recortada haciendo clic en la pestaña Archivo en la parte superior izquierda de la pantalla, seleccionando Guardar proyecto como y, a continuación, seleccionando Minimizar tamaño del proyecto.
Para eliminar el ruido de la imagen, haga clic en la pestaña Archivo y elija la imagen que se va a procesar con Datos abiertos, que abre la imagen en la ventana Vista de proyecto en la esquina superior izquierda de la pantalla. Haga clic con el botón secundario para seleccionar Procesamiento de imágenes, seguido de Filter Sandbox y, a continuación, haga clic en Crear. En la ventana Propiedades, situada en la esquina inferior izquierda de la pantalla, elija Datos como tipo de vista previa.
Seleccione el tipo de filtro en el menú desplegable junto a Filtro y elija 3D para la interpretación. Manteniendo Separable como el tipo de kernel en el menú desplegable, complete los valores de la desviación estándar y el factor de tamaño del kernel en el cuadro vacío disponible. A continuación, seleccione Igual que la entrada en el menú desplegable situado junto a la salida.
Y finalmente, haga clic en Aplicar. En el caso de las muestras desalineadas, el usuario puede realizar la realineación de la imagen creando una imagen renderizada en 3D de la muestra seleccionando la imagen filtrada y recortada en la ventana Vista del proyecto. Haga clic con el botón derecho para seleccionar Pantalla y luego Renderizado de volumen en el menú desplegable.
A continuación, haga clic en Crear para comprobar visualmente la imagen renderizada en 3D en los planos sagital y frontal. A continuación, gire manualmente el volumen renderizado para obtener una buena alineación en el eje longitudinal. Para aplicar la transformación en las imágenes giradas, en la ventana Propiedades, haga clic en el Editor de transformaciones.
A continuación, ve a Manipulador del editor de transformaciones y selecciona Transformador en el menú desplegable. Si es necesario, gire, vuelva a alinear y, a continuación, vuelva a hacer clic en el Editor de transformación para bloquear la imagen. A continuación, para crear nuevos sectores de imagen de plano transversal, vuelva a muestrear la imagen filtrada seleccionando la imagen en la ventana Vista de proyecto.
Haga clic con el botón derecho para seleccionar Transformación de geometría, seguido de Remuestrear imagen transformada en el menú desplegable y, a continuación, haga clic en Crear. En la ventana Propiedades, vaya a Datos y, en el menú desplegable, seleccione Estándar para interpolación, elija Extendido para el modo y Tamaño de vóxel para conservar. Introduzca cero en el cuadro en blanco disponible para el valor de relleno y, por último, haga clic en Aplicar.
Para definir el volumen de interés, revise los cortes transversales de la imagen, identifique el plano central del callo de la fractura y defínalo en función del cristalino proximal y distal del callo. Si los extremos del callo son difíciles de especificar, defina el volumen en función de una distancia estandarizada del plano central del callo. Para segmentar el límite exterior del callo después del reensamblaje de las imágenes transformadas, haga clic en la pestaña Segmentación en la segunda fila de pestañas de la parte superior de la pantalla.
En la ventana del editor de segmentación, seleccione la imagen transformada en el menú desplegable junto a la imagen. En la ventana MATERIALES, haga doble clic en Agregar. Al hacerlo, aparecerán dos pestañas llamadas Material3 y Material4.
Haga clic con el botón derecho para cambiar el nombre de Material3 a callo y Material4 a hueso cortical. A continuación, en la ventana SELECCIÓN, haga clic en el icono del lazo. En las opciones que aparecen, seleccione A mano alzada para el modo 2D, Interior para el modo 3D y Trazado automático y Trazar bordes para las opciones.
Luego usa el lazo para marcar el límite exterior del callo. Repita los pasos de contorneado con sectores muestreados a lo largo del volumen de interés, y los sectores se pueden espaciar, por ejemplo, en 20 sectores. Para crear una etiqueta de callo completa, en la ventana MATERIALES, elija el archivo de callo, haga clic en la pestaña Selección en la parte superior de la pantalla y seleccione Interpolar en el menú desplegable.
Luego, en la ventana Selección, haga clic en el signo más. A continuación, segmenta el hueso cortical, incluida la cavidad medular. A continuación, interpole la superficie contorneada de la corteza perióstica para crear una etiqueta ósea cortical como se realizó anteriormente para el callo.
Para calcular el volumen contorneado del callo y el valor medio de gris, haga clic en la pestaña Segmentación en la fila superior de la pantalla y seleccione Estadísticas de materiales en el menú desplegable para generar una tabla de valores calculados. Tenga en cuenta que los valores del hueso cortical y el callo se proporcionan por separado después de restar el hueso cortical. Exporte la tabla generada y guarde los datos haciendo clic en Exportar al espacio de trabajo.
Para convertir las unidades de escala de grises en densidad mineral ósea, recorte la imagen 3D del maniquí de alta disponibilidad de 4,5 milímetros de toda la imagen y haga clic en Segmentación. Para dibujar círculos en la primera y la última división, en la ventana MATERIALES, haga clic en Agregar cuatro veces. A continuación, haga clic con el botón derecho para cambiar el nombre de Material3, 4, 5 y 6 a Phantom1, 2, 3 y 4 respectivamente.
A continuación, seleccione Phantom1. Haga clic en el icono del pincel en la ventana Selección y utilice el control deslizante para ajustar el tamaño del pincel de modo que el tamaño del círculo sea menor que el del fantasma. Para crear un volumen para cada cilindro de alta disponibilidad, aplique la interpolación seleccionando Phantom1 en la ventana MATERIALES, haciendo clic en la pestaña Selección en la fila superior de la pantalla y seleccionando Interpolar en el menú desplegable.
A continuación, en la ventana SELECCIÓN, haga clic en el signo más. Repita este proceso con los cilindros de alta disponibilidad restantes. Utilice las etiquetas 3D generadas para calcular los valores medios de gris de los cuatro cilindros de alta disponibilidad analizados.
Grafique los valores medios de gris y los valores correspondientes de densidad mineral ósea, o DMO, proporcionados por el fabricante fantasma. Genere una ecuación de correlación entre la DMO y los valores de gris mediante regresión lineal. Para segmentar el callo mineralizado, haga clic en Agregar en la ventana MATERIALES.
A continuación, haga clic con el botón derecho para cambiar el nombre del nuevo material a callo mineralizado. A continuación, seleccione Callo en la ventana MATERIALES y, a continuación, haga clic en Seleccionar. A continuación, haga clic en Umbral en la ventana SELECCIÓN.
Seleccione el valor más bajo y aplique el umbral calculado del fantasma de alta disponibilidad en el enmascaramiento de umbral. A continuación, haga clic en Seleccionar solo el material actual en la ventana SELECCIÓN y, a continuación, haga clic en Seleccionar vóxeles enmascarados. A continuación, seleccione callo mineralizado en la ventana MATERIALES y haga clic en el signo más en la ventana SELECCIÓN.
Finalmente, haga clic en 3D del callo mineralizado en la ventana MATERIALES. Las imágenes de micro-TC analizadas en tres puntos de tiempo mostraron la formación sustancial de callos mineralizados en el día 14. Se observaron aumentos incrementales en el volumen de la fracción ósea y la densidad mineral ósea a medida que la curación procedía desde el día 14 hasta los días 21 y 28, lo que es consistente con el puente óseo de la brecha de fractura.
Como era de esperar, el callo sufrió reabsorción o remodelación entre los días 21 y 28, como lo demuestra una disminución en el volumen total del callo. El puente cortical del callo fue más evidente en el día 28 que en cualquier momento anterior. En el caso de fracturas complejas, recomendamos revisar cuidadosamente la segmentación semiautomatizada resultante desplazándose por todos los cortes de imagen, a veces en diferentes planos, y ajustando los contornos si es necesario.
Una vez que el callo de la fractura se segmenta con precisión, los parámetros de resultado, además de los informados en este protocolo, se pueden calcular con scripts adicionales. Estos incluyen, por ejemplo, los momentos de inercia y la densidad de conectividad.
