使用高分辨率外周定量计算机断层扫描识别类风湿性关节掌指关节的侵蚀

本协议中的所有方法都遵循卡尔加里大学联合健康研究伦理委员会（REB19-0387）制定的指南。 1. 安装 3D Slicer 15 和骨骼分析模块 下载安装文件，获取与 https://download.slicer.org/ 使用的操作系统相关的 3D Slicer 稳定版本。 运行下载的安装文件，并按照向导中提供的说明进行操作。 安装完成后，继续安装骨骼分析模块。从 https://doi.org/10.5281/zenodo.7943007 下载骨分析模块作为压缩的 zip 文件并提取压缩文件夹。请注意提取文件夹所在的目录。 启动 3D 切片器。通过单击 3D Slicer 窗口左上角 的“编辑 ”将模块加载到 3D Slicer 上。单击“ 编辑>应用程序设置 ”以打开一个新窗口。 单击“ 模块 ”，这是位于最近打开的“设置”窗口左侧的选项卡。在“其他模块路径”下添加骨骼分析模块的路径：（图 2）。为此，请将以下文件夹列表拖放到“其他模块路径：”下的框中。这些文件夹位于步骤 1.3.1 中下载的文件夹内：AutoMask、CorticalBreakDetection、ErosionComparison、ErosionVolume、FileConverter、ImageRegistration、Training。设置窗口应如 图 2 所示。 按“设置”窗口右下角的 “确定 ”。需要重新启动以确认模块的安装。为此，请关闭 3D Slicer 并重新启动它。注意：每次安装 3D Slicer 仅加载一次模块。在进一步更新骨分析 GitHub 存储库时，包含早期 BAM 下载的目录中的简单终端（或命令行）git pull 命令将自动更新所有模块。同样，也可以下载存储库，并手动将旧模块与新模块交换。 图 2：将骨骼分析模块添加到 3D Slicer 安装后的设置窗口示例。 该图显示了设置窗口的屏幕截图，其中模块在红色框中突出显示。 请点击这里查看此图的较大版本. 2. 培训模块 启动 BAM-Training 模块。单击位于 3D Slicer 工具栏上的 下拉菜单 。找到骨骼分析模块并将鼠标悬停在其上方（图 3）。单击 “培训”。 加载模块中的文件。启动 BAM 训练模块后，所有必需的文件（灰度图像、蒙版、参考侵蚀分段）将通过单击 “继续”自动加载，前提是已如上所述下载了 BAM github 存储库。 选择文件的扫描类型。通过将鼠标悬停在标有 “输入音量：选择一个音量”的下拉菜单上来选择一个，这表示主灰度图像。 在标有 输入掩码：选择卷的下拉菜单中选择掩码（即标识骨膜表面内体积的文件）。通过验证测量 ID，确保此模板与上述输入体积相对应，并且两个选项中的 MCP 接头相同。 如果这是首次在启动 3D Slicer 时在此图像上运行训练模块，请在标有 输出侵蚀：选择分割的下拉菜单中创建新的输出分割。为此，请单击下拉菜单，然后选择 创建新分段。这将创建一个新的输出分段节点，该节点在输入掩码标签 + _ER 之后进行标记。若要为输出提供不同的标签，请改为选择 “创建新分段为…” ，然后输入所需的标签。注意：在 3D Slicer 和本文档中，掩模和分割可识别骨骨膜表面内的体积。掩码可视化为二进制图像，而分割是指二进制图像与灰度图像叠加的可视化。这些区别是由 3D Slicer 做出的。 图 4 中显示了一个示例。 如下所述放置种子点。首先，创建一个新的种子点列表以添加种子点。为此，请单击标有 种子点：无 的下拉菜单，然后通过选择 创建新点列表创建一个新列表。同样，默认标记标准是输入图像标签 + _SEEDS。要提供您自己的标签，请选择 “创建新点列表…”。 滚动浏览切片，通过在感兴趣的区域放置种子点来识别侵蚀点。按图 5A 中所示的 Red Dot-Blue Drop 按钮添加新的种子点。将种子点尽可能深（向内进入小梁骨）放入侵蚀体积中。确保种子点位于卷中最暗的区域。 要更改种子点大小，请在标 有“种子点大小：”的文本框中修改百分比大小。种子点表中的其他字段（如骨骼和皮质中断）用于用户的记录，不会影响侵蚀计算算法。 获取如下所述的反馈。放置种子点后。按图5B中突出显示的标有“获取侵蚀”的按钮，在给定的输入上运行侵蚀测量算法。完成侵蚀测量后，该模块将提供有关种子点放置的反馈。将每个种子点的位置与参考侵蚀的位置进行比较，以将种子点与其试图测量的侵蚀相匹配。 使用受过培训、广泛的发表记录和超过 10 年使用 HR-pQCT 成像和侵蚀分析（SF 和 CF）的风湿病学家放置的种子点，通过计算侵蚀体积来获得参考侵蚀。 图 3：3D Slicer 的下拉菜单。 下拉菜单，用于查找骨骼分析模块并选择训练模块。 请点击这里查看此图的较大版本. 图 4：骨骨膜表面体积的识别。 （A） 口罩的例子。蒙版以二进制图像的形式显示。（B） 分割示例。分割是指二进制图像与灰度图像叠加的可视化。这些区别是由 3D Slicer 做出的。 请点击这里查看此图的较大版本. 图 5：3D Slicer 中训练模块的示例屏幕截图。 （A） 单击以添加新的种子点。（B） 单击以计算侵蚀体积。（C） 点击导入图片。（D） 点击显示专家放置的种子点。 请点击这里查看此图的较大版本. 3.图像采集和导出以用于侵蚀分析工具 使用第一代或第二代 HR-pQCT 扫描仪采集 HR-pQCT 图像。本研究使用商用扫描仪获取图像（见 材料表）。注意：本研究中使用的图像是第 2和第 3 掌指关节的图像，并且是使用 Barnabe 等人 8 中描述的方案获取的，但是任何有侵蚀的关节的图像都与 BAM 兼容。 检查图像中的运动伪影16,17。请勿使用运动评分> 3 的图像进行侵蚀分析。 使用文件传输协议 （FTP） 将每个关节的 AIM（专有图像格式）或医学数字成像和通信 （DICOM） 文件导出到本地磁盘。单个接头的文件可以使用制造商18提供的接头空间宽度（JSW）分析管道生成。从默认数字格式重命名文件以便于使用。 4. 文件转换和骨面具生成 注意：根据图像格式，对AIM（HR-pQCT专有图像格式），MHA（ITK元图像格式），nii（NIfTI – 神经影像信息学技术计划），NRRD（近原始光栅数据）图像进行操作，对DICOM图像执行步骤4.2。 要导入以下任何图像文件格式的图像：MHA、nii、AIM 或 NRRD，请按照以下步骤操作。单击位于3D Slicer窗口左上角的标 有DATA 的按钮（图5C）。 要添加图像文件，请单击 “选择要添加的文件”，找到并添加图像。 要添加整个图像目录，请单击 “选择要添加的目录”，找到并添加该目录。这将加载该目录中的所有图像。 如果出于任何原因需要将图像蒙版导入为 3D 切片器分割，请先转换为 NRRD 或 nii 文件。此转换可以自动完成，有关详细信息，请参阅步骤 4.4.1。 在 3D Slicer 中导入 DICOM 文件，如下所述。单击位于 3D 切片器窗口左上角的标有 DCM 的按钮。 单击 “导入DICOM文件”，找到并添加包含DICOM文件的目录（扩展名为.dcm）。 单击位于窗口右侧的标有 “加载 ”的按钮。 使用 BAM – 自动蒙版模块中的 步骤 2 – 自动蒙版 获取图像蒙版。单击位于 3D Slicer 工具栏上的下拉菜单。找到 骨骼分析模块并将 鼠标光标悬停在其上方。单击 自动遮罩。 在 步骤 2 – 自动遮罩选项卡下，使用标有 输入音量：的下拉菜单选择输入音量。这是输入扫描。 在标有输出分段的下拉菜单中创建新输出：，然后选择 创建新的 LabelMapVolume。这将创建一个新的输出节点，该节点在输入掩码标签 + _MASK 之后进行标记。若要为输出提供不同的标签，请改为选择 “创建新的 LabelMapVolume as…” ，然后输入所需的标签。 在带有该标签的文本框中输入要遮罩的骨骼数量。在标有 “算法” 的下拉菜单中选择“Ormir”，以获得此分析的最佳分割19。注意：可用于生成这些掩码的其他选项可用，将来可能会添加。 单击 “获取掩码”。这将运行算法（~2-3 分钟）并在输入图像的同一目录中输出结果。如果图像有多个骨骼，它还将为每个骨骼保存一个单独的蒙版。 使用 BAM 模块中的 步骤 3 – 手动校正 执行骨掩模的手动校正。生成的掩码通常不准确。执行手动更正以添加、删除或编辑分段的特定组件。要编辑通过其他方式生成的蒙版或在上一次运行的 3D Slicer 中生成的蒙版，请使用此模块将这些蒙版从文件加载到 3D Slicer。文件扩展名可以是以下任何一种，MHA，nii，NRRD，AIM。将映像复制到位于步骤 1.3 中下载的 BAM 文件夹中的 LOAD_MASKS 目录。 返回 3D Slicer 并在手动校正阶段按标有 Load 的按钮。 在标有 “要更正的掩码：”的下拉菜单中选择要更正的分割。 在标有 “主体积：”的下拉菜单中选择属于此侵蚀分割的原始灰度图像。按 初始化。 每个细分必须在下表中有自己的条目。根据分割的颜色选择要校正的分割。 要添加到分段，请单击第一行的第二个按钮。这使用油漆功能。通过绘制图像来添加卷（按住鼠标左键并移动鼠标）。 要删除部分分割，请单击标有 “切片之间擦除”的表格下方的按钮。这是擦除功能，其工作方式与绘画功能类似，但会擦除。 根据需要在大约每 10-25 个切片上绘制添加物，但请确保在需要添加的地方包括第一个切片和最后一个切片。 如果使用了绘制功能，则可以通过单击标记为 “在切片之间填充 ”功能的第五行的第一个按钮来插值更改。单击 “初始化”>“应用”按钮。 如果使用了擦除功能，只需单击标有 “应用擦除”的表格下方的按钮即可。请勿同时使用绘画和擦除功能。先应用一个功能，然后应用另一个功能。 编辑完成后，按 应用。 5. 侵蚀的识别 使用 BAM – 侵蚀体积模块中的 步骤 4 – 侵蚀 来识别侵蚀。侵蚀体积模块是用于识别和测量扫描中侵蚀的工具。注意：此模块是上面详述的培训工具的重点，并且具有几乎相同的工作流程。不同之处在于，计算出的侵蚀没有与专业注释的侵蚀进行比较，导出侵蚀统计数据，并在识别后手动校正体积。 放置种子点并按照步骤 2.4 中完成的过程进行侵蚀。最后，不会提供任何反馈。 手动校正如果自动检测到的侵蚀体积的大小和形状不令人满意，请在标有 步骤 5 – 手动校正和导出分段的选项卡下编辑这些内容。按照步骤 4.4 中概述的步骤操作。但是，没有加载外部侵蚀体积的选项。完成更正后不要按 应用 ，因为更改已保存。 6. 侵蚀统计 使用标有“ 步骤 6 – 统计”的选项卡将计算数据导出为电子表格文件（CSV 格式）。 在标有“输入侵蚀”的下拉菜单下提供在步骤 4 中计算并在步骤 5 中选择校正的侵蚀体积。 在标有“主音量”的下拉菜单下提供灰度图像。在文本框中提供图像的体素宽度（以毫米为单位）。按 获取统计信息。 电子表格文件已在名为 EROSIONS_OUTPUT_DATA 的目录中生成，该目录位于步骤 1.3 中下载的 BAM 文件夹中。有关输出表的示例，请参阅 表 1 。