臨床CT画像における高度にぼやけたサブミリメートル骨特徴における真の厚さとX線強度情報の計算のための一般化方法

臨床コンピューター断層撮影（CT）画像では、サブミリメーター（サブmm）の厚さの皮質骨特徴が大幅にぼやけているため、厚さが過大評価され、強度が過小評価されているように見えます。したがって、これらの画像に基づいたそのような骨の形状または密度の問い合わせは、ひどく誤差が発生しやすくなります。複雑なシェル骨の局所的な領域で皮質および小骨骨層の真の厚さと強度の大きさを0.25 mmに推定するためのモデルベースの方法を提示します。このメソッドは、対応するポイントスプレッド関数の幅も計算します。このアプローチは、CT画像データに適用でき、画像自体で本質的に利用可能なものを超えてスキャナー固有のパラメーター入力に依存していません。シェルボーンを模倣するカスタムファントムのCT強度プロファイルに適用される方法は、未処理の場合では平均皮質厚さ誤差が0.07±0.04 mmと比較して0.47±0.29 mmの平均誤差を生成しました（t（55）= 10.92、p ≪0.001））。同様に、メソッドの強度の大きさ推定値の平均誤差は、未処理の場合の445±137 HUの誤差と比較して22±2.2 HUでした（t（55）= 26.48、p ≪0.001））。この方法は、15の異なる地域の頭蓋顔面骨格（CFS）の死体標本からのCT強度プロファイルを修正するためにも使用されました。「ゴールドスタンダード」メジャーとして使用される同じ領域の補正とµCT強度プロファイルの間には、優れた一致がありました。これらの結果は、画像データセット全体で皮質骨の形状と強度情報を復元することに向けた基礎を設定しました。この情報は、その複雑な薄い骨構造の生体力学的挙動を正確に説明できるCFSの有限要素モデルの生成に不可欠です。

In clinical computed tomography (CT) images, cortical bone features with sub-millimeter (sub-mm) thickness are substantially blurred, such that their thickness is overestimated and their intensity appears underestimated. Therefore, any inquiry of the geometry or the density of such bones based on these images is severely error prone. We present a model-based method for estimating the true thickness and intensity magnitude of cortical and trabecular bone layers at localized regions of complex shell bones down to 0.25 mm. The method also computes the width of the corresponding point spread function. This approach is applicable on any CT image data, and does not rely on any scanner-specific parameter inputs beyond what is inherently available in the images themselves. The method applied on CT intensity profiles of custom phantoms mimicking shell-bones produced average cortical thickness errors of 0.07 ± 0.04 mm versus an average error of 0.47 ± 0.29 mm in the untreated cases (t(55) = 10.92, p ≪ 0.001)). Similarly, the average error of intensity magnitude estimates of the method were 22 ± 2.2 HU versus an error of 445 ± 137 HU in the untreated cases (t(55) = 26.48, p ≪ 0.001)). The method was also used to correct the CT intensity profiles from a cadaveric specimen of the craniofacial skeleton (CFS) in 15 different regions. There was excellent agreement between the corrections and µCT intensity profiles of the same regions used as a 'gold standard' measure. These results set the groundwork towards restoring cortical bone geometry and intensity information in entire image data sets. This information is essential for the generation of finite element models of the CFS that can accurately describe the biomechanical behavior of its complex thin bone structures.