使用μCT和深度学习辅助的特征细分,在3D中进行马体骨再吸收的特征化和量化
Debora M Grass1, Gwladys Malek1, Hubert M Taïeb2
1Comparative Orthopaedic Research Laboratory, Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, University of Montreal, 3200 Sicotte, St-Hyacinthe, QC J2S 2M2, Canada.
Bone
|May 22, 2024
概括
研究人员开发了一种3D成像方法来量化马类骨质细胞再吸收量. 这种技术准确地测量了骨质再吸收,与生物标志物和2D测量有很好的相关性,提供了可靠的骨质细胞活性评估.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 整形外科 整形外科 整形外科
- 细胞生物学 细胞生物学
背景情况:
- 骨中的高循环应变会导致微裂,启动骨质细胞介导的再吸收和骨重塑.
- 赛马骨头是研究高强度负载效应,包括微裂纹形成和再吸收的有价值模型.
- 目前的体外再吸收体积评估通常依赖于间接的二维测量,限制了准确性.
研究的目的:
- 开发一种准确的,高通量3D方法,用微计算机断层扫描 (μCT) 来量化马类骨质细胞再吸收体积.
- 训练一个卷积神经网络 (CNN) 来直接从培养后的μCT图像中识别再吸收事件.
主要方法:
- 马类骨细胞在马类骨片上培养,在培养前和后进行μCT成像.
- 单独的再吸收事件被隔离并用3D分析,以计算模态体积,最大深度和面积比.
- 一个CNN (U-Net-like) 被训练使用培养后的μCT图像来检测再吸收事件,并根据已知的再吸收区域和CTX-I生物标志物水平进行验证.
主要成果:
- 三维再吸收体积测量与CTX-I水平 (p < 0.001) 和二维面积测量 (p < 0.001) 显示出强烈的相关性.
- 分析显示了一系列的再吸收事件形状,挑战了以前的"坑"和"沟"分类.
- 简单的,圆形的再吸收形态最常见,复杂性随着再吸收程度的增加而增加.
结论:
- 开发的3D μCT方法提供了精确和高吞吐量量化的马类骨质细胞再吸收量.
- 在体外骨质细胞再吸收的二维测量仍然是骨质细胞活性的强大和可靠的代理.
- 这项研究为骨再吸收事件的形态提供了新的见解.
