La micro-tomodensitométrie est une approche très courante pour quantifier la morphologie 3D et la qualité de l’os. Bien que les protocoles d’analyse soient assez établis pour caractériser l’os cortical et trabéculaire intact, il y a moins de consensus sur le protocole d’analyse de la cicatrisation des fractures. Cette technique implique une imagerie non invasive et une analyse 3D précise et calibrée en utilisant un bon équilibre entre les techniques manuelles et automatisées.
Il utilise également un environnement logiciel sophistiqué et flexible. Hwabok Wee, un associé de recherche de mon laboratoire, fera la démonstration de la procédure. Pour commencer, prenez un dispositif de numérisation imprimé en 3D développé sur mesure ou similaire qui comprend un fantôme d’hydroxyapatite miniature pour l’étalonnage de la densité minérale osseuse.
Placez jusqu’à six échantillons d’os longs dans le dispositif pour le balayage simultané de plusieurs échantillons. Placez le dispositif préparé dans une seringue ou un tube conique similaire au diamètre du champ de vision du balayage. Remplissez la seringue d’un agent de conservation, comme une solution saline, pour éviter que les échantillons ne se dessèchent pendant le processus de numérisation.
Après avoir confirmé l’étalonnage de l’appareil de micro-tomodensitométrie, alignez la ligne médiane de l’appareil d’échantillonnage avec la ligne médiane approximative de la micro-tomodensitométrie pour vous assurer que les échantillons sont dans le champ de vision et que leurs grands axes ont une orientation coïncidant approximativement avec la direction axiale des images résultantes. Ensuite, réglez les paramètres de balayage du système micro-CT en réglant l’énergie ou l’intensité sur 55 kilotension crête, le courant sur 145 microampères, la taille isotrope du voxel sur 10,5 micromètres et le temps d’intégration sur 300 millisecondes. Ensuite, inspectez visuellement les images de dépistage dans différentes vues pour couvrir tout le volume de tous les échantillons de callosités.
Lancez l’acquisition de numérisation et, une fois terminée, convertissez les images en une pile DICOM pour les importer dans le logiciel d’analyse. Pour commencer par le recadrage de l’image, choisissez un échantillon à la fois et recadrez chaque pile d’images, en vous assurant que l’ensemble de l’échantillon est inclus dans le volume recadré. Enregistrez l’image recadrée en cliquant sur l’onglet Fichier en haut à gauche de l’écran, en sélectionnant Enregistrer le projet sous, puis en sélectionnant Réduire la taille du projet.
Pour débruiter l’image, cliquez sur l’onglet Fichier et choisissez l’image à traiter à l’aide d’Open Data, ce qui ouvre l’image dans la fenêtre Vue du projet dans le coin supérieur gauche de l’écran. Cliquez avec le bouton droit de la souris pour sélectionner Traitement d’image, puis Filtrer le bac à sable, puis cliquez sur Créer. Dans la fenêtre Propriétés dans le coin inférieur gauche de l’écran, choisissez Données comme type d’aperçu.
Sélectionnez le type de filtre dans le menu déroulant en regard de Filtre et choisissez 3D pour l’interprétation. En conservant le type de noyau Séparable dans le menu déroulant, renseignez les valeurs de l’écart-type et du facteur de taille du noyau dans la zone vide disponible. Sélectionnez ensuite Identique à l’entrée dans le menu déroulant à côté de la sortie.
Et enfin, cliquez sur Appliquer. Pour les échantillons mal alignés, l’utilisateur peut effectuer un réalignement de l’image en créant une image rendue en 3D de l’échantillon en sélectionnant l’image filtrée et recadrée dans la fenêtre Vue du projet. Cliquez avec le bouton droit de la souris pour sélectionner Affichage, puis Rendu du volume dans le menu déroulant.
Cliquez ensuite sur Créer pour vérifier visuellement l’image rendue en 3D dans les plans sagittal et frontal. Faites ensuite pivoter manuellement le volume rendu pour obtenir un bon alignement dans l’axe longitudinal. Pour appliquer la transformation dans les images pivotées, dans la fenêtre Propriétés, cliquez sur l’éditeur de transformation.
Allez ensuite dans Manipulateur de l’éditeur de transformation et sélectionnez Transformer dans le menu déroulant. Si nécessaire, faites pivoter, réalignez, puis cliquez à nouveau sur l’éditeur de transformation pour verrouiller l’image. Ensuite, pour créer de nouvelles tranches d’image du plan transversal, rééchantillonnez l’image filtrée en la sélectionnant dans la fenêtre Vue du projet.
Cliquez avec le bouton droit de la souris pour sélectionner Transformation de la géométrie, puis rééchantillonnez l’image transformée dans le menu déroulant, puis cliquez sur Créer. Dans la fenêtre Propriétés, accédez à Données, puis dans le menu déroulant, sélectionnez Standard pour l’interpolation, choisissez Étendu pour le mode et Taille du voxel pour la conservation. Entrez zéro dans la zone vide disponible pour la valeur de remplissage, puis cliquez sur Appliquer.
Pour définir le volume d’intérêt, parcourez les coupes transversales de l’image, identifiez le plan central du cal fracturé et définissez-le en fonction du cristallin proximal et distal du cal. Si les extrémités des callosités sont difficiles à spécifier, définissez le volume en fonction d’une distance normalisée par rapport au plan central de la callosité. Pour segmenter la limite extérieure de la callosité après le réassemblage des images transformées, cliquez sur l’onglet Segmentation dans la deuxième ligne d’onglets en haut de l’écran.
Dans la fenêtre de l’éditeur de segmentation, sélectionnez l’image transformée dans le menu déroulant en regard de l’image. Dans la fenêtre MATÉRIAUX, double-cliquez sur Ajouter. Ce faisant, deux onglets nommés Matériau3 et Matériau4 apparaîtront.
Cliquez avec le bouton droit de la souris pour renommer Material3 en callosité et Material4 en cortical. Ensuite, dans la fenêtre SÉLECTION, cliquez sur l’icône lasso. Dans les options qui s’affichent, sélectionnez Main levée pour le mode 2D, Intérieur pour le mode 3D, et Traçage automatique et Tracer les arêtes pour les options.
Ensuite, utilisez le lasso pour marquer la limite extérieure du cal. Répétez les étapes de contournage avec des tranches échantillonnées sur le volume d’intérêt, et les tranches peuvent être espacées, par exemple, de 20 tranches. Pour créer une étiquette de callosité complète, dans la fenêtre MATÉRIAUX, choisissez le fichier de callosités, cliquez sur l’onglet Sélection en haut de l’écran, puis sélectionnez Interpoler dans le menu déroulant.
Ensuite, dans la fenêtre de sélection, cliquez sur le signe plus. Ensuite, segmentez l’os cortical, y compris la cavité médullaire. Interpolez ensuite la surface profilée du cortex périosté pour créer une étiquette osseuse corticale comme effectué précédemment pour le cal calleux.
Pour calculer le volume profilé et la valeur moyenne de gris du callosité, cliquez sur l’onglet Segmentation dans la rangée supérieure de l’écran et sélectionnez Statistiques sur les matériaux dans le menu déroulant pour générer un tableau des valeurs calculées. Notez que les valeurs de l’os cortical et du cal sont fournies séparément après soustraction de l’os cortical. Exportez la table générée et enregistrez les données en cliquant sur Exporter dans l’espace de travail.
Pour convertir les unités de niveaux de gris en densité minérale osseuse, recadrez l’image 3D du fantôme HA de 4,5 millimètres à partir de l’image entière et cliquez sur Segmentation. Pour dessiner des cercles à la première et à la dernière tranche, dans la fenêtre MATÉRIAUX, cliquez quatre fois sur Ajouter. Cliquez ensuite avec le bouton droit de la souris pour renommer Material3, 4, 5 et 6 en Phantom1, 2, 3 et 4 respectivement.
Ensuite, sélectionnez Phantom1. Cliquez sur l’icône en forme de pinceau dans la fenêtre de sélection et utilisez le curseur pour ajuster la taille du pinceau de manière à ce que la taille du cercle soit inférieure à celle du fantôme. Pour créer un volume pour chaque cylindre HA, appliquez l’interpolation en sélectionnant Phantom1 dans la fenêtre MATÉRIAUX, en cliquant sur l’onglet Sélection sur la ligne supérieure de l’écran, puis en sélectionnant Interpoler dans le menu déroulant.
Ensuite, dans la fenêtre SELECTION, cliquez sur le signe plus. Répétez ce processus avec les cylindres HA restants. Utilisez les étiquettes 3D générées pour calculer les valeurs de gris moyennes des quatre cylindres HA analysés.
Tracez les valeurs de gris moyennes et les valeurs correspondantes de densité minérale osseuse, ou DMO, fournies par le fabricant fantôme. Générez une équation de corrélation entre la DMO et les valeurs de gris à l’aide de la régression linéaire. Pour segmenter le cal minéralisé, cliquez sur Ajouter dans la fenêtre MATÉRIAUX.
Cliquez ensuite avec le bouton droit de la souris pour renommer le nouveau matériau en callosité minéralisée. Ensuite, sélectionnez Callus dans la fenêtre MATÉRIAUX, puis cliquez sur Sélectionner. Cliquez ensuite sur Seuil dans la fenêtre SÉLECTION.
Sélectionnez la valeur la plus basse et appliquez le seuil calculé à partir du fantôme HA dans le masquage de seuil. Cliquez ensuite sur Sélectionner uniquement le matériau actif dans la fenêtre SELECTION, puis sur Sélectionner les voxels masqués. Sélectionnez ensuite callosités minéralisées dans la fenêtre MATÉRIAUX et cliquez sur le signe plus dans la fenêtre SELECTION.
Enfin, cliquez sur 3D des callosités minéralisées dans la fenêtre MATÉRIAUX. Les images micro-CT analysées à trois moments ont montré la formation substantielle de callosités minéralisées au jour 14. Des augmentations progressives du volume de la fraction osseuse et de la densité minérale osseuse ont été observées au fur et à mesure de la guérison du jour 14 aux jours 21 et 28, ce qui correspond à un pontage osseux de l’espace de fracture.
Comme on pouvait s’y attendre, les callosités ont subi une résorption ou un remodelage entre les jours 21 et 28, comme en témoigne une diminution du volume total des callosités. Le pontage cortical du cal était plus évident au jour 28 qu’à tout autre moment auparavant. Pour les fractures complexes, nous vous recommandons d’examiner attentivement la segmentation semi-automatisée résultante en faisant défiler toutes les tranches d’image, parfois dans des plans différents, et en ajustant les contours si nécessaire.
Une fois que le cal de fracture est segmenté avec précision, les paramètres de résultat, en plus de ceux rapportés dans ce protocole, peuvent être calculés avec des scripts supplémentaires. Il s’agit, par exemple, des moments d’inertie et de la densité de connectivité.
