Micro-CT 骨組織的應用(yòng)分(fēn)析
Micro-CT是一項集成像無創與高分(fēn)辨于一體(tǐ)的技(jì )術。能(néng)對小(xiǎo)鼠，大鼠等進行全身性的檢查；還可(kě)以對選定的關注區(qū)域進行掃描，比如，在小(xiǎo)鼠和大鼠中(zhōng)，頭部，脊柱，前腿，後腿等等；還可(kě)以對離體(tǐ)樣本材料進行掃描，比如小(xiǎo)鼠或大鼠的股骨、胫骨、顱骨、牙齒、四肢，以及生物(wù)支架材料，電(diàn)子元件，建築材料，植物(wù)土壤，植物(wù)種子，昆蟲等各種需要對其内部結構進行掃描的材料進行掃描，該技(jì )術可(kě)對活體(tǐ)動物(wù)進行高分(fēn)辨率的局部成像，如對活體(tǐ)老鼠進行高分(fēn)辨率的股骨成像，且無需對活體(tǐ)動物(wù)進行解剖取标本，可(kě)對活體(tǐ)老鼠進行高分(fēn)辨率的成像，且可(kě)對活體(tǐ)老鼠進行高分(fēn)辨率的成像。
在本篇文(wén)章中(zhōng)，我們将和大家介紹一些在Micro-CT骨分(fēn)析應用(yòng)中(zhōng)常見的參數，分(fēn)享一些 Micro-CT在骨研究分(fēn)析中(zhōng)的應用(yòng)案例。
骨是由骨質(zhì)，骨膜，骨髓，血管，淋巴管，以及骨的神經組成的。micro-CT能(néng)更好地觀察到骨組織骨組織各部位的形态學(xué)特征。骨密質(zhì)：骨密質(zhì)主要分(fēn)布在骨骼的表層，又(yòu)被稱為(wèi)皮質(zhì)骨；骨松質(zhì)是指骨小(xiǎo)梁在骨骼中(zhōng)的排列方式，骨小(xiǎo)梁的排列方式與骨骼的受力、拉力方向相吻合，骨髓腔和松質(zhì)間隙内充填有(yǒu)骨髓。
利用(yòng)圖像處理(lǐ)軟件，對Micro-CT掃描圖像中(zhōng)的目标區(qū)域（ROI）進行阈值化等運算，實現對皮層骨與松質(zhì)骨的分(fēn)離，并對其提取到不同的組織區(qū)域裏，進而對皮層骨與松質(zhì)骨（骨小(xiǎo)梁）的形态學(xué)特征進行研究與分(fēn)析，獲得能(néng)夠反映骨骼生長(cháng)發育程度的指标。
骨小(xiǎo)梁是指皮層骨在松質(zhì)骨中(zhōng)的一種延伸，也就是與皮層骨相連，形成一種不規則的立體(tǐ)網絡，就像絲瓜絡或者海綿一樣，對血液有(yǒu)一定的支撐作(zuò)用(yòng)。由骨小(xiǎo)梁構成的網格狀多(duō)孔結構，按照應力分(fēn)布規律分(fēn)布，呈現出各向異性特征，從而提高了骨的強度，其微觀結構與骨的質(zhì)量有(yǒu)着緊密的聯系。所以，對骨小(xiǎo)梁進行微觀結構的研究是骨骼分(fēn)析的一個關鍵環節。Micro-CT可(kě)以實現對骨小(xiǎo)梁微觀結構的無創三維成像，并可(kě)以直觀地顯示其微觀結構，為(wèi)研究骨小(xiǎo)梁微觀結構提供了新(xīn)思路。
相對于骨小(xiǎo)梁而言，對于皮質(zhì)骨的研究較少。但有(yǒu)研究表明，在發生骨質(zhì)疏松的時候，皮質(zhì)骨會承擔更多(duō)的強度負荷，皮質(zhì)骨本身的内在性質(zhì)及孔隙度影響着骨強度的變化。應力作(zuò)用(yòng)下，骨皮質(zhì)變化晚于骨小(xiǎo)梁，起初皮質(zhì)骨寬度增加，厚度變薄且分(fēn)層，進而疏松化，最終可(kě)呈細線(xiàn)狀，相應的骨密度檢測也證實了這一點。因此，皮質(zhì)骨的參數分(fēn)析也有(yǒu)利于全面地了解骨生長(cháng)和骨疾病中(zhōng)的情況。
一款集離體(tǐ)掃描和活體(tǐ)掃描于一體(tǐ)的Micro-CT，最高分(fēn)辨率可(kě)達4um。最大掃描範圍可(kě)達到75mm*210mm，可(kě)對不同部位的骨掃描結果進行可(kě)視化骨參數分(fēn)析。
① 小(xiǎo)鼠股骨分(fēn)析
▲圖1 小(xiǎo)鼠股骨頭掃描分(fēn)析圖
60kv，130uA，10um分(fēn)辨率，Hiscan XM Micro-CT
② 大鼠股骨分(fēn)析
在本公(gōng)司的Micro-CT掃描下的正常大鼠的股骨頭與骨質(zhì)疏松的大鼠的股骨頭的對比。
▲圖2 正常大鼠股骨頭掃描分(fēn)析圖
80kv，100uA，25um分(fēn)辨率，Micro-CT
▲圖3 骨質(zhì)疏松大鼠股骨頭掃描圖
80kv，100uA，25um分(fēn)辨率， Micro-CT
③ 人體(tǐ)股骨分(fēn)析
Micro-CT掃描下的正常人體(tǐ)的松質(zhì)骨與骨質(zhì)疏松的人體(tǐ)的松質(zhì)骨的對比。
▲圖4 正常人體(tǐ)股骨頭掃描分(fēn)析示意圖
60kv，134uA，50um分(fēn)辨率，Micro-CT
▲圖5 骨質(zhì)疏松的人體(tǐ)股骨頭掃描分(fēn)析示意圖
60kv，134uA，50um分(fēn)辨率， Micro-CT
通過Micor-CT對小(xiǎo)鼠關節進行掃描，通過三維重建圖可(kě)以明顯觀察到關節炎引起的骨損傷，結合分(fēn)析軟件可(kě)以定量分(fēn)析其骨表面積與骨體(tǐ)積比值（BS/BV）和骨礦物(wù)質(zhì)密度（BMD）。
▲圖6 正常大鼠股骨頭掃描分(fēn)析示意圖
60kv，134uA，50um分(fēn)辨率， Micro-CT
② 人體(tǐ)頸椎骨分(fēn)析
選擇特定的ROI區(qū)域，分(fēn)析不同疾病類型對骨密度及骨小(xiǎo)梁結構參數的影響。
▲圖7 人體(tǐ)樞椎三維重建圖
80kv，100uA，50um分(fēn)辨率， Micro-CT
▲圖8 人體(tǐ)寰椎三維重建示意圖
80kv，100uA，25um分(fēn)辨率，Micro-CT
③ 大鼠顱骨分(fēn)析
采用(yòng)Micor-CT對缺損顱骨修複試驗的大鼠顱腦進行掃描，并将其在一個月之後進行3D重建,定量分(fēn)析其骨表面積（BS）、骨體(tǐ)積（BV）和骨礦物(wù)質(zhì)密度（BMD）的變化。
▲圖9 大鼠顱骨損傷修複前後三維重建分(fēn)析圖
60kv，130uA，25um分(fēn)辨率， Micro-CT
植入骨骼生長(cháng)材料在大鼠的跟腱部位，在Micro-CT的三維重建上觀察一段時間的大鼠的跟腱部位出現骨化現象的發展情況。分(fēn)析得到骨化部位骨密度（BMD）和骨體(tǐ)積（BV）的變化情況。
▲圖10 大鼠跟腱骨化實驗三維重建分(fēn)析圖
60kv，130uA，50um分(fēn)辨率， Micro-CT
① 钛合金支架分(fēn)析
▲圖11 钛合金植入
90kv，90uA，25um分(fēn)辨率，Micro-CT
▲圖12 钛合金植入
90kv，90uA，25um分(fēn)辨率， Micro-CT
Micro-CT是一項非常有(yǒu)效的影像手段，能(néng)夠準确反映骨結構、精(jīng)骨密度的數量性指标，對組織工(gōng)程、基因工(gōng)程等科(kē)研具(jù)有(yǒu)重要的指導意義，已經成為(wèi)一項非常成熟的技(jì )術，可(kě)以增強或取代組織學(xué)檢測。Micro-CT技(jì )術在各個領域的廣泛應用(yòng)，将會給各個領域帶來新(xīn)的發展機會。
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