מבוא: לראות את הבלתי נראה במחקר העצמות

שברים הם בין הפציעות הנפוצות ביותר של musculoskeletal, המשפיעים על מיליוני אנשים בכל שנה.הבנת כיצד שברים יוזמים, propagate, ובסופו של דבר להוביל לכישלון מבני הוא קריטי לשיפור אסטרטגיות מניעה, טכניקות כירורגיות ועיצוב השתל.במשך עשרות שנים, החוקרים הסתמכו על צילומי רנטגן קונבנציונליים ואסתטיקה שלו כדי לחקור דפוסים, אבל שיטות אלה מציעים פתרון מוגבל, ורק שני רזולוציה של שיטות ניתוח מיקרוסקופי של 3 מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-מיקרו-אנליזה עמוקה (Fre-אנליזה זו) אשר נעשה שימושית (DIVE) של פעילות גופנית:

מה זה Micro-Computed Tomography?

מיקרו-CT הוא טכניקת הדמיה לא הרסנית שיוצרת שחזורים תלת-ממדיים של המבנה הפנימי של האובייקט בקנה מידה המיקרומטר.השיטה מסתמכת על אותו עיקרון פיזי כמו CT: מקור רנטגן מסתובב סביב הדגימה בעוד גלאי ללכוד תמונות מרובות של הקרנה.הפרויקטים האלה מעובדים באמצעות אלגוריתמים שחזור (מסוננים באופן אלגוריתמי או טכניקות רציונטיביות) לייצר ערימה של נתונים מורכבים.

ההבחנה העיקרית בין micro-CT ו- CT קונבנציונלית היא FLT:0 רזולוציה של פתרון 1:1 ; בעוד סורקי CT קליני לפתור תכונות עד 500-1000 מיקרומטר, מערכות מיקרו-CT להשיג באופן שגרתי גדלים voxel של 1-50 מיקרומטר (או אפילו sub-micron בכלי הדמיה ייעודיים) אלה מאפשרים הדמיה של מערכות אלקטרו-חומריות אינדיבידואליות, או אולטרה-מתכתיות קטנות, כגון מיקרו-חומריות של חומר-חומרי-עצמי, אך הן מיקרו-חומריות, אשר נועדו גם ב-חומריות זעירות, כגון מינרלים זעירות, כולל מינרליים, כגון מינרליים, כגון מינרליים, כולל מינרליים, כגון מיקרו-חומריים, מינרלים, מינרלים, מינרלים, מינרלים, או מינרלים, כולל מינרליים, או מינרלים, או מינרלים, אשר נועדו מיקרו-חומריים, אשר נועדו למיקרו-חומריים, כגון, מינרלים מודרניים, אשר נועדו למיקרו-חומריים, כגון, כגון, כולל מינרליים זעירים זעירים זעירים זעירים זעירים, כולל מינרליים, כולל, כגון, כולל מינרליים, כגון, מינרלים, מינרלים, מינרלים, כגון, כולל מינרליים זעירים זעירים זעירים-חומריים

מכיוון שמיקרו-CT אינו הרסני, ניתן לסרוק את אותו הדגימה לפני לעבור בדיקות מכניות, לאחר כישלון מוחלט, או בצעדים טעינה ביניים.זה חזרות היא אבן הפינה של ניתוח נתיב שבר, המאפשר לחוקרים למפות סדקים והפצתם בשלושה ממדים במהלך ניסוי יחיד.

ניתוח נתיבי Fracture Pathway Analysis: The Challenge and the Micro-CT Solution

ניתוח מסלול Fracture מבקש לענות על שאלות כגון: היכן מתחיל סדק? אילו תכונות מיקרו-מבנה (למשל, פורוזיות, קווי מלט, ערוצי vascular) משפיעות על הנתיב שלו?כיצד צמיחת סדק שונה בין אוסטאופוטי בריאים ומטופל העצם?היסטורי, שאלות אלה טופלו על ידי חלק העצם לאחר כישלון ובדיקה תחת מיקרוסקופ - שיטה המציגה ממצאים ומספקת רק תצוגות תלת מימדיות של שטח: 1FD, כולל לוכדת את ה-ממדי, כולל:

סוגים של Fractures ו-Crack Proagation Modes

שברים העצם ניתן לסווג באופן רחב כ-FLT:0brittleearpleph 1 (קרידק של עצמות צעירות, דחוסות) או FLT:2ductileFLT 3 (נפוצות יותר בהזדקנות או העצם הפציפטית שבה התמוטטות ממטרת המוח של אוסטאוסטרציה, תחת תפקיד של מיקרו-CT), מחקרים הראו כי לעתים קרובות הם בצורת מיקרו-קליקים באזורים של לחץ משני, למשל, כגון ספקטרום של אוקטגורית, בין ספקטרום של אוקטנות, אוסטיאוסטאוסטיאוסטאוסטיאוסטיאוסטרואלית, בין קווי עצבנות, או ספקטרום בינוני, לבין ספקטרום של או ספקטרום של או סטיאוסטיאוסטיאוסטיאוסטאוסטיאוסטיאוסטיאוסטאוסטאוסטאוסטאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיאומטית, לבין קויקטנות.

שלב-בי-שלב – Imaging of Crack growth

גישה אחת חזקה היא לבצע את ה-FLT:0 [in situveFLT:1] בדיקות מכניות בתוך הסורק המיקרו-CT.הדגימה טעון באופן מצטבר, וסריקה נלקחת בכל שלב של עיוות.הסדרה המתקבלת של תמונות תלת-ממדיות ניתן לרשום ולהשוות בדיוק כאשר מופיעים סדקים חדשים.זה נעשה שימוש, למשל, כדי להעריך כיצד מצטברים סביב מברגים פנימיים או דחפים של תפקודים של חומר נפץ.

יתרונות מיקרו-CT בלימודי Fracture

  • (FLT:0) ברזולוציה גבוהה, הדמיה תלת-ממדית של סימולמבייט 1 (FLT:0) מאפשר זיהוי של מיקרו-אקרים קטנים כמו 1–5 מיקרומטר ודמיון מלא של רשתות סדק.
  • (FLT:0) לא הרסני טבע מספר 1 (איור 1) - אותו מדגם ניתן להשתמש עבור בדיקות מרובות (למשל, סריקות לפני-תזונה ופוסט-תזונה, ניתוח היסטולוגי לאחר מכן).
  • (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ניתוח בקנה מידה בינוני ניתוח של ה-FLT:1 - על ידי גודל voxel משתנה, החוקרים יכולים לבחון דפוסי שבר שלמים של הארגון (למשל, שבר צוואר עוברי) או שדות מיקרו-קלאקים מקומיים סביב אוסטאוקן יחיד.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם טכניקות אחרותFLT:1 ; נתונים מיקרו-CT ניתן לחדור עם חלקים יסטולוגיים, לסרוק מיקרוסקופיה אלקטרונים (SEM), או מודלים של יסוד סופי.

שיקולים טכניים והגבלות

למרות החוזקות שלה, מיקרו-CT אינו ללא אתגרים.יש לנהל בזהירות את הגורמים הבאים כדי להשיג מידע על נתיב שבר אמין.

גודל הדגימה וBeam Harding

(Ex vivo micro-CT הוא בדרך כלל מוגבל לדגימות כמה סנטימטרים בקוטר; עצמות גדולות (למשל, מענישים אנושיים) לעתים קרובות דורשות פלח לתוך חתיכות קטנות יותר או שימוש ב- CT קליני ברזולוציה נמוכה יותר.FLT:0Beam harding חפצים FLT:1 - שבו צילומי רנטגן אנרגיה נמוכה נספגים באופן מעדיף, מה שהופך את החיצוני להופיע צפופה - יכול להיות סינכרון מוקדם, אבל אלגוריתמים קריטי, אבל אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים, במיוחד אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים קריטיים, אבל אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים, במיוחד אלגוריתמים, אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים כוללים אלגוריתמים, אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים, אלגוריתמים כוללים אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים פשוטים, אבל אלגוריתמים של אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים, אלגוריתמים, במיוחד, אבל אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים, הם אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים, אבל אלגוריתמים של אלגוריתמים, במיוחד, אלגוריתמים, אלגוריתמים של אלגוריתמים, אלגוריתמים של אלגוריתמי

זמן ומאמץ

סריקות ברזולוציה גבוהה יכולות לקחת מ -30 דקות עד כמה שעות.כל תנועה של הדגימה במהלך סריקה - אפילו התרחבות תרמית או מצמרר קל תחת עומס קבוע - טשטש את התמונות.זה בעייתי במיוחד עבור בדיקות מכניות השבו, שבו מכשיר ההטעינה חייב להיות יציב מאוד ואת זמן הסריקה מצטמצם על ידי שימוש בשפעת רנטגן גבוהה יותר או גלאי מהיר יותר.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

זיהוי סדקים בתמונות מיקרו-CT מסתמכ על קטע תמונה מדויק.סדקים מופיעים כמו רִיק âdensity â â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

קרינה דוזה (למחקרי ויבו)

ב vivo micro-CT משתמשת במינונים גבוהים יותר מאשר CT קליני, סריקה חוזרת יכולה לגרום נזק DNA או להשפיע על פיזיולוגיה העצם. החוקרים חייבים לאזן את ההחלטה זמנית עם בטיחות.עבור מחקרים ריפוי שבר, פשרה נפוצה היא לסרוק ברזולוציה נמוכה יותר (למשל, 20-50 מיקרומטר) להגביל את מספר נקודות הזמן.

יישומים במחקר ובתרגום קליני

מיקרו-CT הפך כלי שגרתי במעבדות ביולוגיה של אורטופי ועצמות.התרומות שלה לניתוח נתיב שבר משתרעות על מספר תחומים.

הבנה של סיכון הנפץ האוסטאופורטי

(אוסטאופורוזיס מחליש את העצם על ידי צמצום קישוריות טרבקית וקורטיקוטים דקים.מחקרי מיקרו-CT גילו כי FLT:0osteopotic העצם מציג מספר גבוה יותר של microcracksFLT:1 וכי סדקים אלה נוטים לפחם בקלות רבה יותר לתוך שברים קטסטרופליים.

Implant-Bone Interface Analysis

כאשר השתל מתכת או קרמיקה פוגש העצם, העיוות בנוקשות יוצר ריכוזי מתח שיכולים ליזום סדקים.תמונות מיקרו-CT של שתלים משוחזרים - או של דגימות קדראריות עם מכשירים כליים - להראות את ההפצה של מיקרודמונים סביב ברגים, צלחות, וגביע סטטיקה.

ריפוי וקריאה

במודלים קדם-קליניים, מיקרו-CT משמש כדי לפקח על ההתקדמות של ריפוי שבר.הטלת הממוזגת שצורות סביב אתר השברים ניתן לפצח ונפח שלו, צפיפות וקישוריות נמדדת לאורך זמן.על ידי תיקון נתוני מיקרו-CT עם בדיקות מכניות, החוקרים קבעו כי FLT:0callus לבדו הוא חיזוי גרוע של כוח LT:1; במקום זאת, הפצה של חומרים חדשים ומפורטים של בדיקות עצם כגון שיפור פערים, כגון ⁇ .

טראומה ביומכניקה

חוקרי טראומה וטראומה צבאית משתמשים ב-micro-CT כדי לחקור תבניות שבר בפונדקאים לאחר המוות (cadavers) מבחנים בעלי השפעה מהירה במהירות גבוהה במעקב על ידי סריקה מיקרו-CT של עצמות ספציפיות (למשל, ribs, עצמות ארוכות) כדי למפות את רשתות הסדקים.המידע הזה מודיע על עיצוב של מגבלות בטיחות טובות יותר והילוך מגן.

התחום מתקדם במהירות.שלוש גבולות מבטיחים במיוחד לניתוח נתיבי שבר.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות

(סעיפים אלפי פרוסות מיקרו-CT הם זמן-consuming וסובייקטיבי. רשתות עצביות מהפכתיות (CNN) יכולות כעת לזהות באופן אוטומטי סדקים, פצעים, ותאים עצם עם דיוק דומה למומחים.יתר, אלגוריתמים:0machine Learning יכולים לחזות נתיבי קידוד FLT:1 מתכונות מיקרו-אנליזה מופקות מ-CT-CT, זיהוי פוטנציאלי בדגמים בסיכון גבוה של נתונים (מדומים).

שחיתות ו Multi-Modal Imaging

(מיקרו-CT מספק ניגודיות צפיפות מעולה אך לא יכול לדמיין רקמות רכות ישירות כמו קולגן, כלי דם או תאים. על ידי רגולציה משותפת מיקרו-CT עם FLT:0histology, immunohistoכימיה, או microscopyigialsheetssofFLT:1, החוקרים יכולים לקשור מיקום סדק עם תכונות ביולוגיות כגון צפיפות או הדבקה של סיבי, באופן דומה שילוב של microscopy-Fconexic מבוסס הדמיה של מיקרוסקופית:

לקראת CT ו- Vivo Applications

בעוד ex vivo micro-CT נשאר תקן הזהב למחקר, סורקים חדשים (FLT:0) רזולוציה גבוהה רזולוציה peripheral CT כמותי (HR-pQCT) LT:1 יכול לצלם את הרדיוס המפרק ואת tibia בחולים חיים עם גדלים voxel למטה עד 60 מיקרומטר עדיין לא צפוי פתרון של מיקרו-CT-CT-, HR-CTQCT יכול לזהות מסלולים בודדים ו-קטריבים עם ניתוח העצם הוא שילוב של ניתוח חלקיקים.

מסקנה

טומוגרפיה מיקרו-קודש השתנתה באופן יסודי כיצד חוקרים לומדים מסלולים של שבר עצמות. על ידי מתן צורך לא הרסני, גבוה-resolution, תמונות תלת-ממדיות של רשתות סדק, זה מאפשר ניתוח כמותי שלא היה אפשרי עם טכניקות קודמות.מבין המנגנונים הבסיסיים של סדקים והפצת עצמות הוא להעריך שתלים חדשים יותר והצגת חיזוי שבר, מיקרו-CT הוא כלי חיוני או מחקר מלאכותי כמו גם סורקים יותר, כדי להמשיך בדיקות מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה יעילה יותר ויותר, כדי להמשיך טיפול מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה, כמו מיקרו-אנליזה יעילה יותר ויותר, כמו מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה, כדי להמשיך רזולוציה גבוהה יותר ויותר, כדי להמשיך רזולוציה גבוהה יותר ויותר, או רזולוציה גבוהה יותר ויותר, כדי להמשיך טיפול מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של חומר מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה של חומר למניעת אבחון, כדי להמשיך בדיקות מיקרו-אנליזה של מיקרו-אנליזה, כדי להמשיך בדיקות מיקרו-CT-אנליזה, כדי להמשיך רזולוציה גבוהה יותר ויותר, כדי להמשיך רזולוציה גבוהה יותר ויותר, כדי להמשיך רזולוציה גבוהה

(ב) [ה] [ה]] [ה]] לקראת עקרונות ה-micro-CT, התייחס למדריך המקיף הניתן על ידי המכון הלאומי של HealthBuildFLT:2 [מחקר ציוני דרך על קידוד בעצם הקורטקטית השימוש במיקרו-CT יכול להימצא על ידי מיקרו-CT: 3] LT:4 עבור יישומים קליניים של HR-pQ בהערכה של טבע, ראה את זה של מאמר 9FRED.