Published March 1, 2018 | Version v1
Publication Open

Segmentation Methods for Micro CT Images: A Comparative Study Using Human Bone Samples

Creators

  • 1. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
  • 2. University Radiology
  • 3. KU Leuven

Description

X-ray microtomography (microCT) is a nondestructive technique used to assess bone morphometry. For an accurate analysis, it is necessary to segment the bone tissue from the background images, avoiding under- or overestimation of the real bone volume. Thus, segmentation methods for microCT can influence the accuracy of bone morphometry analysis. The purpose of this study was to compare two different image segmentation methods available on microCT software (subjective and objective) regarding to the human bone morphometric analysis. Sixteen samples containing a fixation screws covered by 0.5-1mm of bone were scanned using the SkyScan 1173 scanner. Three examiners segmented the microCT images subjectively and recorded the threshold values. Subsequently, an objective segmentation was also done. The 3D analysis was performed for both images using the values previously determined in CTAn software. Five bone morphometric parameters were calculated (BV/TV, Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp, Conn.Den) and used as dependent variables. ANOVA showed no significant differences between the methods concerning BV/TV (p=0.424), Tb.N (p=0.672), Tb.Th (p=0.183), Tb.Sp (p=0.973) and Conn.Den (p=0.204). Intra- and interobserver agreement ranged from satisfactory to excellent (0.55-1 and 0.546-0.991, respectively). Therefore, results obtained with subjective threshorlding were similar to those obtained with objective segmentation. Since objective segmentation does not have human input and it is a truly objective method, it should be the first choice in microCT studies that concern homogeneity and high resolution human bone sample.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

التصوير المقطعي بالأشعة السينية (microCT) هو تقنية غير مدمرة تستخدم لتقييم قياس شكل العظام. لإجراء تحليل دقيق، من الضروري تقسيم الأنسجة العظمية من صور الخلفية، وتجنب تقدير حجم العظام الحقيقي بأقل من قيمته الحقيقية أو أكثر من اللازم. وبالتالي، يمكن أن تؤثر طرق التجزئة للتصوير المقطعي الدقيق على دقة تحليل قياس شكل العظام. كان الغرض من هذه الدراسة هو مقارنة طريقتين مختلفتين لتجزئة الصور المتاحة على برنامج التصوير المقطعي الدقيق (الذاتي والموضوعي) فيما يتعلق بالتحليل المورفومتري للعظام البشرية. تم مسح 16 عينة تحتوي على براغي تثبيت مغطاة بـ 0.5-1 مم من العظام باستخدام الماسح الضوئي سكاي سكان 1173. قام ثلاثة فاحصين بتقسيم صور التصوير المقطعي المحوسب الدقيق بشكل ذاتي وسجلوا قيم العتبة. بعد ذلك، تم أيضًا تقسيم موضوعي. تم إجراء التحليل ثلاثي الأبعاد لكلا الصورتين باستخدام القيم المحددة مسبقًا في برنامج CTAn. تم حساب خمسة معلمات مورفومترية للعظام (BV/TV، Tb.Th، Tb.N، Tb.Sp، Conn.Den) واستخدامها كمتغيرات تابعة. لم تظهر ANOVA أي اختلافات ذات دلالة إحصائية بين الطرق المتعلقة بـ BV/TV (p= 0.424)، Tb.N (p=0.672)، Tb.Th (p=0.183)، Tb.Sp (p=0.973) و Conn.Den (p=0.204). تراوحت اتفاقية المراقب الداخلي والمراقب الداخلي من مرضية إلى ممتازة (0.55-1 و 0.546-0.991، على التوالي). لذلك، كانت النتائج التي تم الحصول عليها مع التربيع الذاتي مماثلة لتلك التي تم الحصول عليها مع التقسيم الموضوعي. نظرًا لأن التجزئة الموضوعية لا تحتوي على مدخلات بشرية وهي طريقة موضوعية حقًا، فيجب أن تكون الخيار الأول في دراسات التصوير المقطعي الدقيق التي تتعلق بالتجانس وعينة العظام البشرية عالية الدقة.

Translated Description (French)

La microtomographie aux rayons X (microCT) est une technique non destructive utilisée pour évaluer la morphométrie osseuse. Pour une analyse précise, il est nécessaire de segmenter le tissu osseux à partir des images de fond, en évitant de sous-estimer ou de surestimer le volume osseux réel. Ainsi, les méthodes de segmentation pour microCT peuvent influencer la précision de l'analyse de la morphométrie osseuse. Le but de cette étude était de comparer deux méthodes de segmentation d'image différentes disponibles sur le logiciel microCT (subjective et objective) en ce qui concerne l'analyse morphométrique osseuse humaine. Seize échantillons contenant une vis de fixation recouverte de 0,5 à 1 mm d'os ont été scannés à l'aide du scanner SkyScan 1173. Trois examinateurs ont segmenté subjectivement les images microCT et enregistré les valeurs seuils. Par la suite, une segmentation objective a également été effectuée. L'analyse 3D a été réalisée pour les deux images en utilisant les valeurs précédemment déterminées dans le logiciel CTAn. Cinq paramètres morphométriques osseux ont été calculés (BV/TV, Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp, Conn.Den) et utilisés comme variables dépendantes. L'ANOVA n'a montré aucune différence significative entre les méthodes concernant BV/TV (p=0,424), Tb.N (p=0,672), Tb.Th (p=0,183), Tb.Sp (p=0,973) et Conn.Den (p=0,204). L'accord intra- et interobservateurs variait de satisfaisant à excellent (0,55-1 et 0,546-0,991, respectivement). Par conséquent, les résultats obtenus avec le threshorlding subjectif étaient similaires à ceux obtenus avec la segmentation objective. Étant donné que la segmentation objective n'a pas d'entrée humaine et qu'il s'agit d'une méthode véritablement objective, elle devrait être le premier choix dans les études microCT qui concernent l'homogénéité et l'échantillon d'os humain à haute résolution.

Translated Description (Spanish)

La microtomografía de rayos X (microCT) es una técnica no destructiva utilizada para evaluar la morfometría ósea. Para un análisis preciso, es necesario segmentar el tejido óseo a partir de las imágenes de fondo, evitando subestimar o sobreestimar el volumen óseo real. Por lo tanto, los métodos de segmentación para microCT pueden influir en la precisión del análisis de morfometría ósea. El propósito de este estudio fue comparar dos métodos diferentes de segmentación de imágenes disponibles en el software microCT (subjetivo y objetivo) con respecto al análisis morfométrico del hueso humano. Se escanearon dieciséis muestras que contenían tornillos de fijación cubiertos por 0,5-1 mm de hueso utilizando el escáner SkyScan 1173. Tres examinadores segmentaron las imágenes de microCT subjetivamente y registraron los valores umbral. Posteriormente, también se realizó una segmentación objetiva. El análisis 3D se realizó para ambas imágenes utilizando los valores determinados previamente en el software CTAn. Se calcularon cinco parámetros morfométricos óseos (BV/TV, Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp, Conn.Den) y se utilizaron como variables dependientes. ANOVA no mostró diferencias significativas entre los métodos relacionados con BV/TV (p=0.424), Tb.N (p=0.672), Tb.Th (p=0.183), Tb.Sp (p=0.973) y Conn.Den (p=0.204). El acuerdo intra e interobservador varió de satisfactorio a excelente (0,55-1 y 0,546-0,991, respectivamente). Por lo tanto, los resultados obtenidos con el trillado subjetivo fueron similares a los obtenidos con la segmentación objetiva. Dado que la segmentación objetiva no tiene aportes humanos y es un método verdaderamente objetivo, debe ser la primera opción en los estudios de microCT que se refieren a la homogeneidad y la muestra de hueso humano de alta resolución.

Files

1806-4760-bdj-29-02-150.pdf.pdf

Files (817.2 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:c9cc85528d188c50e2c300bf2634bb25
817.2 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
طرق التقسيم لصور الأشعة المقطعية الدقيقة: دراسة مقارنة باستخدام عينات العظام البشرية
Translated title (French)
Méthodes de segmentation pour les images de micro-TDM : une étude comparative utilisant des échantillons d'os humains
Translated title (Spanish)
Métodos de segmentación para imágenes de micro TC: un estudio comparativo utilizando muestras de hueso humano

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2809274908
DOI
10.1590/0103-6440201801385

Is supplement to
https://openalex.org/W762151464 (Other)
https://openalex.org/W4245233074 (Other)
https://openalex.org/W4239804034 (Other)
https://openalex.org/W4232857084 (Other)
https://openalex.org/W2911295078 (Other)
https://openalex.org/W2653993779 (Other)
https://openalex.org/W2389610024 (Other)
https://openalex.org/W2167528937 (Other)
https://openalex.org/W1966103918 (Other)
https://openalex.org/W1517555227 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1971244169
  • https://openalex.org/W2042426452
  • https://openalex.org/W2043131656
  • https://openalex.org/W2057150999
  • https://openalex.org/W2061874808
  • https://openalex.org/W2071473766
  • https://openalex.org/W2087378917
  • https://openalex.org/W2098939233
  • https://openalex.org/W2133059825